Sir Siatkarz – Barnes Neville Wallis, odc. 2: Naddźwiękowa awangarda

Dużo ostatnio było stosunkowo konwencjonalnych modeli, ale teraz pora na trochę retrofuturyzmu od Barnesa Wallisa. Człowiek, który zaczynał karierę inżynierską przed Wielką Wojną pokazał w latach pięćdziesiątych projekt, od którego oczy wychodzą z orbit nawet dziś – Vickers Type 010 Swallow.

Po zakończeniu Drugiej Wojny Światowej, podczas której Wallis wsławił się między wieloma innymi: projektem siatkowego kadłuba w bombowcach Vickers Wellington i skaczącą bombą, która umożliwiła skuteczne naloty na zapory wodne w Niemczech, Barnes otrzymał nagrodę za swoje wysiłki i skupił się na pracy nad swoją nową fascynacją: lotami z wysoką prędkością i wydajnością płatowca w całym spektrum prędkości.

W skrócie chodziło o to, że zwykle samoloty naddźwiękowe są optymalizowane do lotu w pewnym wąskim zakresie prędkości i wysokości, poza nim albo przestają być stabilne lub są niewystarczająco ekonomiczne, gdy lecą za wolno/nisko. Wallis nie godził się na takie warunki. Jego samolot miał być sprawny w każdych warunkach i do tego gonić jak wściekły.

W 1948 roku otworzono laboratorium jego pomysłu, nazwane Stratosphere Chamber – Komorą Stratosferyczną. Wewnątrz można było symulować różne warunki atmosfery, od tych ciepłych i przyziemnych (poziom morza, +55o C) do tych panujących na wysokości ponad 21 kilometrów (ciśnienie 0,05 bar, -65o C). Zaopatrzony w to narzędzie zwrócił się ku technologii, która jego zdaniem pozwalała kontrolować wydajność statku powietrznego niezależnie od prędkości czy wysokości: zmiennej geometrii płata.

Wpływ zmiany skosu skrzydeł na stateczność maszyny był z początku słabo rozumiany. Pierwsze eksperymenty z tą koncepcją prowadzone były w Niemczech pod koniec Drugiej Wojny Światowej, ale Messerschmitt P.1101, który pozwalał na zmianę skosu skrzydła na ziemi, nie doczekał oblotu z powodu zakończenia wojny. Został przechwycony przez Amerykanów i przewieziony do USA, gdzie inżynierowie Bella zainspirowali się jego koncepcją i przeobrazili ją w eksperymentalny samolot X-5, który pozwalał na zmianę skosu w czasie lotu. W czasie prób okazało się, że obrót całego skrzydła i niefortunnie umiejscowiony ster kierunku i wysokości powodowały spore problemy ze statecznością i sterownością, powodując utratę jednego egzemplarza i jego pilota testowego.

Wallis był daleki od bycia w ciemię bitym, doskonale zdawał sobie sprawę na co się porywał. Jego nowy samolot początkowo miał składać się głównie z ostrołukowego kadłuba, podobnego w kształcie do sterowca, połączonego ze skrzydłami w pobliżu ogona maszyny, co miało pozytywnie wpłynąć na jej stateczność. Koncept ewoluował, a samolot otrzymał nazwę Wild Goose, Dzika Gęś, jako że podobnie jak ten ptak posiadał on skrzydła daleko z tyłu ciała/kadłuba. Eliminacja osobnego statecznika poziomego zredukowała opory o 20%.

Spłaszczył kadłub, przekształcając jego krawędzie w szczątkowe powierzchnie nośne i dopiero do nich przytwierdził obrotowe końcówki. Zmniejszało to masę samolotu, ale ograniczało możliwość modyfikacji środka masy i siły nośnej podczas lotu. Wallis eksperymentował z układem Wild Goose przez jakiś czas, ale nie potrafił osiągnąć uporządkowanego, laminarnego przepływu strug powietrza nad skrzydłem, opory były więc zbyt duże, by samolot osiągnął sensowny zasięg przy prędkości naddźwiękowej. Wild Goose wypróbowywano na modelach od 1949 do 1952 roku i prawie doczekał się prototypu, ale prace zarzucono z niejasnych powodów mimo wysokiego stopnia zaawansowania budowy. Miał być wybudowany przez wytwórnię Henson Aircraft jako Henson JC-9.

Co autor miał na myśli: Wild Goose i ptak o wdzięcznej polskiej nazwie Bernikla Kanadyjska.

Po zakończeniu prac nad Wild Goose, Wallis postanowił pójść w nieco innym kierunku. W połowie lat pięćdziesiątych w branży osiągnięto konsensus, że skrzydło delta było wskazanym kształtem do lotów naddźwiękowych. Wallis jednak wiedział, że  większość siły nośnej produkowana jest w takim układzie tuż za krawędzią natarcia, zdecydował więc w swym projekcie na kadłub w kształcie grota strzały i na wąski, ruchomy płat, usuwając z delty te fragmenty, które produkowały mało siły nośnej. Podczas przelotu skrzydła osiągałyby duży skos, zachowując się jak krawędź natarcia delty, a przy podejściu do lądowania skos malałby, by zwiększyć siłę nośną i zachowywać się jak klasyczny płat.

Barnesowi to nie wystarczało. Obsesyjnie usuwał ze swojego projektu wszystkie elementy, które uważał za zbędne. Nie był przy tym konserwatywny, gdyż z samolotu co i rusz wypadały kolejne powierzchnie stateczników i sterów. Początkowo planował zamontować płyty brzegowe na końcówkach skrzydeł, by odpowiadały za ster kierunku, a silniki umieścił pod kadłubem.

Nie było to jednak dla niego dość awangardowe, więc pracował dalej. Gdy skończył, nadał nowemu projektowi numer 010 i nazwę Swallow, po czym przedstawił zarządowi Vickersa i RAFowi jako pomysł na bombowiec pędzący z dwukrotną prędkością dźwięku.

Co tu dużo mówić, najpewniej kubki powypadały z rąk, cygara z ust, a papiery sekretarkom. Wallis zaprojektował maszynę o skrzydłach o zmiennej geometrii, na których zamontował obrotowe gondole z czterema silnikami Bristol Orpheus (po dwa na stronę), by rotowały w przeciwnym kierunku do ustawienia samego płata, a także odpowiadały za kierunek lotu w miejsce steru. Mało tego, w razie awarii jednego z silników, nad statecznością czuwał mechaniczny system zaprojektowany by wyłapywać asymetrię ciągu i tak obracać gondole silników, by niwelować niestabilność. To wszystko na pewno potęgowało skomplikowanie maszyny i zwiększało masę, podczas gdy chwilę wcześniej dla uproszczenia i odelżenia płatowca Wallis usunął ster kierunku, wysokości, lotki, trymery, generalnie wszystkie powierzchnie, które w klasycznych konstrukcjach odpowiadały za kontrolę samolotu. Naprawdę. Nie zmyślam.

W ich miejsce przewidział wychylany w trzech płaszczyznach płat. Zmienna geometria skrzydła miała odpowiadać zarówno za zmianę pochylenia, jak i przechylenia i obrotu. Skrzydła miały cały czas pracować, na przykład osiągając niesymetryczny skos by różnicą produkowanej siły nośnej wygenerować moment przechylający w prawo lub lewo. Coś takiego byłoby skomplikowane chyba nawet dziś, w epoce fly-by-wire.

Płaszczkowaty kadłub wyróżniał się jeszcze jedną cechą – kokpit miał w całości wysuwać się w pionie, by poprawić widoczność podczas podejścia do lądowania. W niektórych wariantach projektu ponoć nieśmiało przewijał się pomysł opuszczanego nosa zbliżonego do tego zastosowanego w Faireyu Delta 2 i późniejszym Concorde. Wallis był jednak przeciwny takiemu rozwiązaniu zwłaszcza, że kokpit bombowca był umieszczony daleko za nosem i opuszczać należałoby praktycznie pół kadłuba przed nim.

Mądre głowy w RAF i Vickersie wierzyły jednak, że w szaleństwie Wallisa jest metoda, więc dostał fundusze na dalsze prace. Nim prace nad Swallowem dobiegły końca nastał rok 1957, kiedy to spore cięcia budżetowe dopadły Royal Air Force. Skasowano niemalże wszystkie projekty samolotów bojowych, w tym Swallowa. Barnes Wallis nie przerwał jednak prac i szukał jeszcze zewnętrznych źródeł finansowania, ale nawet wizyta w placówce NASA w Langley nie dała spodziewanych rezultatów. Mało tego, choć Amerykanie nie dali Wallisowi ani centa, wykorzystali część jego badań by poszerzyć swe doświadczenia ze zmienną geometrią skrzydeł. Zaaplikowali je później przy projektowaniu General Dynamics F-111. Wallis chciał ich pozwać, ale stwierdził, że nie było to warte zachodu.

„Niech się bawią” – Barnes Wallis.

 Mimo przedwczesnego zakończenia kariery jako bombowiec, Swallow był nadal w grze. W tym samym czasie prężnie pracowała Supersonic Transport Aircraft Committee (STAC), projektująca brytyjski naddźwiękowy samolot pasażerski, a pomysł Wallisa nadawał się do zaadaptowania do takiego celu. Kokpit przesunięto do przodu, powiększono kadłub i zaprojektowano przestrzeń dla 101 pasażerów (o 27 mniej niż ostatecznie maksymalnie mógł przewieźć Concorde, ale z tak gęstej aranżacji kabiny nigdy nie korzystano). Przez pewien czas planował również ośmiosilnikową wersję dwupokładową. Projektowany wówczas Bristol/BAC 223, mający później stać się Concordem, był jednak skomplikowany nawet w formie niesionej na skrzydle delta i z konwencjonalnymi sterami, więc pomysł Wallisa nie został wybrany.

Barnes zadowolił się pomocą przy projektowaniu zmiennej geometrii wlotów powietrza do silników Rolls-Royce Olympus 593, które musiały odznaczać się odpowiednią wydajnością w szerokim spektrum prędkości – coś o co Wallis walczył przez tyle lat.

Nie, żeby jego praca nad zmienną geometrią skrzydeł poszła całkiem na marne. Oprócz F-111 i F-14 wykorzystano jej owoce również przy projektowaniu Panavii Tornado. Wallis projektował dalej, obmyślając samolot pasażerski nazwany Cascade, który mógłby poruszać się z prędkością Mach 4 i przelecieć 16 000 kilometrów ze 100 pasażerami na pokładzie, wciąż korzystając jednak z aluminium w konstrukcji. Tam, gdzie inni producenci stosowali tytan lub nierdzewną stal (gdyż duraluminium traci hart powyżej 128o C, temperatury poszycia osiąganej tuż po przekroczeniu Mach 2), Wallis zaplanował izotermalny profil lotu – skalkulowany tak, by wznoszenie i nabór prędkości, a później zwalnianie i zniżanie nie narażały aluminiowego płatowca na nadmierne nagrzewanie przez opory powietrza.

Pozostał z Vickersem, później Vickersem Armstrongiem, a następnie British Aircraft Corporation jeszcze przez wiele lat. Przeszedł na emeryturę w 1971 roku w wieku 84 lat, ale w domowym zaciszu wciąż projektował i snuł pomysły jeszcze bardziej odjechane niż jego poprzednie. Zmarł w 1979, przeżywszy lat 92. Kawał życia, kawał historii, kawał inżyniera.

Kategorie: