The Jet Set Society: Tuż za barier(k)ą: Hawker Siddeley HSA.1011

Schyłkowe Imperium Brytyjskie już nie raz i nie sześć gościło na tych łamach, prezentując cokolwiek interesujące podejście do transportu lotniczego – tak wojskowego jak cywilnego. Zdarzały się koszmarki jak AWP.22, były piękne i wdzięczne pomysły jak Swallow, ale wszystkie łączy to samo – z powodów politycznych, finansowych lub kombinacji powyższych nigdy nie dotarły do produkcji. Dziś do tego zacnego grona dołącza projekt z przełomu lat pięćdziesiątych i sześćdziesiątych, Hawker Siddeley HSA.1011.

Choć numerek wydaje się znajomy, nie ma nic wspólnego z produktem Lockheeda. No, prawie nic – RB.211 napędzający Tristara wywodzi się z prac nad silnikiem do HSA.1011, ale nie uprzedzajmy faktów.

Był 1961 rok. Vickers VC10 szykował się do pierwszego lotu po fiasku VC.7/V-1000, Handley Page poddał się z przebudowywaniem Victora w HP.111, Avro odpuściło sobie loty przez Atlantyk. Boeing wypluwał kolejne wersje i egzemplarze 707 jak wściekły, Convair poganiał 990 jak mógł, by osiągnąć obiecywane liniom 1 020 km/h prędkości przelotowej. Na horyzoncie rysowała się naddźwiękowa rewolucja, która już za kilka lat miała ogarnąć cały świat, gdzie wszyscy (babcia też) lataliby w najdalsze zakątki świata w najwyżej kilka godzin.

Tu przykładowe zdjęcie jednej z wersji Bristola 198, żeby się Wam w międzyczasie nie nudziło

Był to czas, gdy wszyscy dopiero uczyli się długich lotów naddźwiękowych i kombinowali jaki układ będzie do takiego celu najlepszy. W końcu jedyne samoloty, czyli myśliwce i nieliczne bombowce, które przekraczały barierę dźwięku, paliły jak smoki, wymagały mnóstwa czasu w hangarze po każdym locie i kojarzyły się bardziej z lotami w kosmos niż z podróżowaniem przy drinku z palemką, toteż ich układ niekoniecznie musiał przełożyć się bezpośrednio na maszynę cywilną.

Jednym z ówczesnych specjalistów naddźwiękowej myśli aerodynamicznej był Barnes Wallis, który marzył o samolocie zaprojektowanym w taki sposób, by nie tylko był wydajny w dużym zakresie prędkości, ale również radził sobie ze sterowaniem bez użycia dedykowanych lotek i sterów. Tak narodził się Swallow, przepiękny projekt inspirowany naturą.

Praktycznie wszystkie cechy tego samolotu wyprzedzały swą epokę, a do tego tworzyły dodatkowe problemy, z którymi trudno byłoby poradzić sobie przed epoką fly-by-wire i komputerów wspomagających sterowność samolotu. To, co ciekawe, nie oznaczało, że skonstruowanie Swallowa byłoby niemożliwe, jedynie trudne, drogie i wymagające odwagi i progresywnego myślenia, a mówimy jednak o Imperium Brytyjskim i jego lordach. Istniała jednak cecha możliwa do wykorzystania przy ówczesnym stanie techniki i została ona podchwycona przez wielu inżynierów lotniczych. Było to skrzydło o zmiennej geometrii, które zmieniałoby skos wraz ze zmianą prędkości by lepiej zarządzać siłą nośną, oporami, spalaniem i zwinnością maszyny w pełnym zakresie prędkości.

Sama idea nie była nowa, sięgała lat trzydziestych (i nieszczególnie pięknego Westland-Hill Pterodactyla), była też intensywnie badana przez inżynierów Messerschmitta w czasie wojny i post-Paperclipowych Amerykanów po wojnie. Gdy w 1957 w Wielkiej Brytanii wyschło źródełko z finansowaniem dla nowych samolotów RAFu, w USA chętnie skorzystano z badań Wallisa i wprowadzono je do projektu TFX, z którego ostatecznie wyszedł oblatany w 1964 roku F-111 Aardvark.

Nie będę się zagłębiał w politykę finansowania brytyjskiego przemysłu lotniczego (podejmę ten temat w osobnym wpisie), ale dość powiedzieć, że bez wojskowego zapotrzebowania pomysł sprzedania Swallowa do cywila upadł, bo był to projekt przerażająco wręcz innowacyjny, nawet jak na zupełnie nieznane terytorium, jakim były dalekodystansowe loty naddźwiękowe.

W 1957 roku Flight International naświetlił nieco ówczesne podejście do projektowania naddźwiękowych pasażerskich samolotów, więc sami możecie zobaczyć, jak przebiegały poszukiwania najlepszego obrysu takiego samolotu:

Dostrzeżecie tu kształty pokrewne z ówczesnymi myśliwcami, jak F-104, SNCASO Trident, a poza tym jest i Armstrong Whitworth AWP.22, a po prawej pierwotna koncepcja Sud Aviation Super Caravelle, która częściowo dzieliła układ ze swoją poddźwiękową siostrą:

W teorii, najłatwiej byłoby zbudować samolot ciut-ponaddźwiękowy. Wiecie, konstrukcja może być zbliżona do klasycznej, aluminiowa, wystarczą takie silniki, jakie już są na stanie magazynowym lub po niewielkich przeróbkach, a jak będzie jakiś aerodynamiczny problem, zadzwoni się do Whitcomba i wykorzysta tę nowatorską (na przełomie lat 50/60) regułę pól, więc będzie gites. Popatrzcie na Convaira, chcieli piłować 1 125 km/h czymś, co wyglądało jak 707 wyżyłowany przebiegnięciem tysiąca kilometrów na bieżni!

Chcieć, a móc…

Convair poważnie odbił się od okołodźwiękowego zakresu prędkości, który okupuje spory kawał machomierza między Ma 0,8 a 1,2 i powoduje znaczący wzrost oporu. Przy tych prędkościach najpierw część strug powietrza jest przyspieszana ponad prędkość dźwięku, choć samolot leci daleko poniżej niej, a później, po przekroczeniu Ma 1 część powietrza opływającego samolot zwalnia poniżej prędkości dźwięku, powodując interferencje. Powyżej Ma 1,1-1,2 problemy ustępują i opory spadają.

Obrazowo wygląda to tak

Dla odmiany, powyżej tej prędkości pojawia się inny problem, jakim jest grom dźwiękowy – hałas podobny do tego po uderzeniu pioruna (stąd nazwa) ciągnięty stale za samolotem, który idzie górą z prędkością ponaddźwiękową. Jeśli jest to jeden samolot, to jest to ciekawostka, ale wyobraźcie sobie mrowie cywilnych maszyn lecących dzień i noc nad Waszym domem, za którymi szedłby efekt dźwiękowy podobny do uderzenia pioruna. Ten problem był znany i badany już na początku lat sześćdziesiątych, a jego apogeum był eksperyment przeprowadzony w 1964 roku nad Oklahoma City, gdzie FAA i USAF wygenerowały 1 253 gromy dźwiękowe między lutym a lipcem, by zbadać reakcję społeczeństwa. Wbrew pozorom, nie była ona aż tak negatywna – 73% badanych stwierdziło, że dałoby radę przyzwyczaić się do tego hałasu. Z drugiej strony spektrum było 3% mieszkańców, którzy często dzwonili, dużo pisali i sądownie skarżyli rząd federalny, że im samolot na ich niebo wlata. I hałasuje. I tłucze rodowe karafki w gablotkach. Te 3% w półmilionowym mieście to jednak 15 tysięcy ludzi. Zgłoszono prawie 10 tysięcy przypadków uszkodzeń budynków przez fale dźwiękowe, w większości były to pęknięte szyby.

Problem więc istniał i nie był wówczas łatwy do rozwiązania. Według stanu wiedzy aerodynamicznej tamtego okresu samoloty musiały mieć określony kształt, by w ogóle przekroczyć barierę dźwięku i kombinowanie dookoła kształtu kadłuba mogło zniweczyć pracę najmocniejszych nawet silników. Zaświadczy o tym Convair YF-102, który wymagał przeprojektowania kadłuba zgodnie z regułą pól, by przekroczyć prędkość dźwięku. Bez tego osiągał Ma 0,98 i na tym zabawa się kończyła.

Przed i po: Z prawej YF-102A, który po poprawkach osiągnął Ma 1,22. Wygląda szybciej, prawda?

Skoro więc samoloty musiały być najwydajniejsze jakie potrafiły i nie można było ich kształtem niwelować części gromu dźwiękowego (na to przyszedł czas dopiero początkiem XXI wieku), przyjęto pod rozwagę dwa rozwiązania – latać naddźwiękowo tam gdzie nie ma ludzi, albo latać na tyle wolno, by nie generować gromu dźwiękowego. Oba te pomysły przeszły, tylko w geograficznie różnych miejscach. Można pruć szybciej niż dźwięk nad oceanami (i Kanadą), a nad lądem zwyczajowo trzymać się poniżej prędkości dźwięku. Jest jeszcze jedno, hybrydowe podejście, nad którym w swoim czasie pochylała się Unia Europejska – dopóki grom dźwiękowy nie dociera do ziemi, można piłować powyżej Ma 1. To daje prędkość około 1,1-1,3 na wysokościach przelotowych rzędu 15-18 kilometrów. Innymi słowy, jest bardzo wąska nisza, w którą da się wstrzelić z samolotem naddźwiękowym i nie zawracać sobie głowy oboma problemami. Jest też w tym dodatkowy bonus, w postaci obstawienia krótkich i średnich tras, gdzie samolot wyciągający Ma 2-3 nie zdąży się rozpędzić i wznieść, zanim będzie musiał zniżać.

To właśnie w te prędkości wycelował Hawker Siddeley Aviation, gdy w 1961 roku zaprezentował projekt HSA-1011.

Był to projekt liniowca pasażerskiego, transportowca i (potencjalnie) nosiciela rakiet balistycznych GAM-87 Skybolt. W wersji pasażerskiej przewidywano zasięg nieco ponad 4 600 kilometrów, do 160 miejsc pasażerskich w kadłubie o zmiennym przekroju (reguła pól weszła mocno), a także chciano wykorzystać skrzydła o zmiennej geometrii. Choć już na etapie projektu wiedziano, że ta decyzja będzie wiązała się z trzyprocentowym wzrostem masy pustej maszyny (to bardzo optymistyczne założenie), zdecydowano się na taki właśnie układ, gdyż pozwalał on na znaczną poprawę właściwości aerodynamicznych podczas podejścia i wznoszenia względem skrzydła o bardzo dużym skosie, koniecznym dla uzyskania dużych prędkości.

Za napęd miały posłużyć cztery wspomniane na wstępie Rolls-Royce RB.178, silniki turbowentylatorowe wywodzące się od Conwaya, który napędzał Vickersa VC10 i Boeinga 707-420. Zwróćcie też uwagę na ich umiejscowienie. Dwa miały być sparowane u podstawy statecznika pionowego (swoją droga – usterzenie przywołujące nieco wspomnienie HP Victora), a pozostałe dwa – pod kadłubem tuż za skrzydłem, jak w większości projektów Lockheeda Constellation II:

Z lewej HSA.1011, z prawej L-193 Constellation II, który z tej perspektywy trąci nieco Tu-104 i Tu-110…

Prędkość przelotową skrojono na 660 węzłów / 1 220 km/h, co na wysokości przelotowej odpowiadało około Ma 1,15. Wtedy cienkie, złożone do skosu o kącie 58 stopni skrzydła minimalizowały opory i zmniejszały zużycie paliwa. Podczas podejścia rozkładały się do kąta 31 stopni, by zwiększyć siłę nośną przy niskich prędkościach, a także obniżyć kąt natarcia maszyny i spalanie w gęstszym powietrzu.

Wspomniałem o wykorzystaniu reguły pól – ta oprócz zwiększenia kosztów produkcji maszyny nieco skomplikowała mapę pokładu i układ foteli. Kadłub rozszerzał się stopniowo od przodu do tyłu, by przewęzić się zaraz za połową długości i znów rozszerzyć się przed samym ogonem. Gdyby zaplanować samolot w pełnej konfiguracji turystycznej (ekonomicznej), dałoby to sześć-siedem rzędów po sześć foteli, dwa po pięć, a pozostałe byłyby po cztery. Jeśli ktoś cierpiał na chorobę lokomocyjną, rzut okiem na wijące się krawędzie foteli i pawlaczy na bagaż podręczny na pewno nie pomógłby na dolegliwości podczas powrotu na miejsce z czułej randki z toaletą.

Jak taki samolot wpisywał się w ówczesny rynek? Przy długości 50 metrów i rozpiętości od 30 do 44 metrów, a także 130-160 miejscach, byłby całkiem pojemny jak na średnią maszynę połowy lat sześćdziesiątych, porównywalny z Boeingiem 720 który był tak duży tylko dlatego, że był skróconym 707. Dzięki łatwości dostosowania prędkości do reszty uczestników ruchu, HSA.1011 wymagałby mniejszych nakładów logistycznych niż szybsze samoloty naddźwiękowe. Concorde przez całą swoją służbę był niejako świętą krową podczas przelotów nad Atlantykiem. Wynikało to częściowo z nikłej ilości egzemplarzy pozostającej w użyciu i niewielkiej szansy spotkania kogokolwiek w korytarzu na poziomie lotu 500-600, (około 15-18 km n. p. m.), ale też ze specyfiki lotu brytyjsko-francuskiej koprodukcji – Concorde wraz ze spalaniem paliwa, a następowało to względnie szybko, stawał się lżejszy na tyle, że podczas przelotu nad oceanem nie zajmował pojedynczego poziomu lotu, a blok między poziomami 500 a 600, gdzie powoli i ciągle się wznosił, bo im wyżej tym wydajniej. HSA.1011 byłby bliższy klasycznym maszynom i prawdopodobnie nie wymagałby żadnego specjalnego traktowania z punktu widzenia zarządzającego przestrzenią powietrzną. Być może też pojawiłby się na tyle szybko, by na świeżo reorganizować logistykę i by nikt nie kręcił nosem, że jego wprowadzenie poczyni szkody w skostniałym systemie rotowania załóg, jak wyszło z Boeingiem Sonic Cruiserem 40 lat później…

Ma 0,95, ale w jakim stylu…

Jak wiadomo, świat myślał inaczej. Nawet pomysł przenoszenia czterech Skyboltów nie zanęcił RAFu na tyle, by wojskowi wydali pieniądze na nowy typ, zwłaszcza że już mieli na stanie trzy całkiem drogie. Bez zamówień wojskowych, z zamieszaniem koło VC10 i BOAC, a także bez konkretnego zainteresowania ze strony rynku eksportowego, HSA 1011 pozostał ciekawostką, spadającą gwiazdą na niebie lotnictwa cywilnego lat sześćdziesiątych. Szkoda, byłby to kawał ładnego samolotu, a słuszność tej brytyjskiej koncepcji znów przyznali Amerykanie, pochylając się nad nią w ramach projektu Advanced Transport Technology z lat siedemdziesiątych i osiemdziesiątych.

Płat o zmiennej geometrii (o zmiennym skosie lub nożycowy) nie zdążył zagościć w cywilnych maszynach, nim w jego niedoszłej roli zastąpiły go bardziej wydajne, stałe skrzydła. Bodaj najsłynniejszym samolotem liniowym, który miał wykorzystać ten rodzaj płata był Boeing 733, a raczej wiele jego pośrednich iteracji, które dążyły do powstania amerykańskiego naddźwiękowego samolotu transportowego. Perypetie tej maszyny i wielu, wielu innych jej podobnych przedstawię Wam jednak w innej formie, innym razem, w druku i twardej oprawie…

Kategorie: