Boeing 737 Classic Series

Michał Fiszer, Jerzy Gruszczyński

(cz. I)

Pierwsze Boeingi 737 z silnikami turbowentylatorowymi, zbudowane w trzech różnych seriach różniących się pojemnością, powszechnie znane jako tzw. Classic Series (-300/-400/-500), odniosły olbrzymi sukces, zapewniając tej konstrukcji pozycję najpopularniejszego samolotu komunikacyjnego na świecie. Samoloty tego typu wprowadzono do eksploatacji praktycznie na całym świecie, w tym w PLL „LOT”.

Pod koniec lat siedemdziesiątych ubiegłego wieku świat zachodni powoli zaczął wychodzić z kryzysu, wywołanego gwałtownym wzrostem cen ropy naftowej, po tym jak w październiku 1973 r. państw Organizacji Arabskich Państw Eksportujących Ropę Naftową – OAPEC (Organization of Arab Petroleum Exporting Countries) nałożyły embargo na eksport swojej ropy naftowej do państw zachodnich. Decyzja ta była spowodowana pomocą państw zachodnich dla Izraela w czasie wojny Yom Kippur. Embargo trwało do kwietnia 1974 r., wywołując trudności w zaopatrzeniu w paliwa w Stanach Zjednoczonych i w Europie Zachodniej. Po wznowieniu dostaw ropy naftowej w 1974 r. jej cena bardzo poważnie wzrosła, z około 20 USD za baryłkę do około 60 USD, a w 1979 r. do ponad 100 USD (według cen sprowadzonych do wartości dolara z 2008 r.). Był to silny cios dla zachodnich gospodarek, które wychodziły z tego kryzysu praktycznie do początków lat osiemdziesiątych.

W drugiej połowie lat siedemdziesiątych firma Boeing zaczęła rozważać wprowadzenie na rynek nowej wersji Boeinga 737, dotychczas najlepiej sprzedającego się samolotu pasażerskiego firmy. Nowa wersja miała być przede wszystkim znacznie oszczędniejsza, by móc konkurować kosztami eksploatacji ze swoimi rywalami. Państwa zachodnie były już teraz w znacznie lepszej kondycji finansowej, mogąc sobie pozwolić na zakup nowych samolotów dla swoich przewoźników, ale utrzymujące się wysokie ceny paliw skłaniały do wyboru jak najbardziej oszczędnych maszyn.

Na rynku maszyn średniego i małego zasięgu nastąpiły więc pewne przewartościowania. Boeing 720, średniodystansowa odmiana międzykontynentalnego Boeinga 707, ostatecznie zakończył swój dalszy rozwój. W przypadku Boeinga 727 zrezygnowano z opracowania jego powiększonej wersji Boeing 727-300, wydłużonej o kolejne 5,6 m (czyli zapełniającej lukę po mało ekonomicznym modelu 720). Ostatni Boeing 727 został wyprodukowany we wrześniu 1984 r. i był to definitywny koniec produkcji tego typu. Zamiast tego Boeing zdecydował się na opracowanie zupełnie nowego, ale dwusilnikowego samolotu tej klasy, który później stał się Boeingiem 757. Równolegle ruszyło opracowanie następcy długodystansowego Boeinga 707, również dwusilnikowego (późniejszy Boeing 767). Z dawnej linii postanowiono ocalić jedynie najnowszą konstrukcję, Boeinga 737, który miał w sobie jeszcze znaczny potencjał rozwojowy. Uznano, że na jego bazie można zbudować bardzo ekonomiczny i niezawodny samolot na krótkie i średnie trasy, w różnych wariantach wielkości, do transportu 100-170 pasażerów. Taki samolot u większości przewoźników na świecie stanowi podstawowy sprzęt i w związku z tym zapotrzebowanie na taką maszynę jest największe. W owym okresie najgroźniejszym rywalem modelu 737 był McDonnell Douglas DC-9, oraz europejskie konstrukcje takie jak Hawker Siddeley HS 121 Trident i Dassault Mercure, jednak te ostatnie nie wytrzymały konkurencji z amerykańskimi rywalami. Prawdziwy konkurent dla Boeinga 737 pojawił się dopiero w latach osiemdziesiątych i był to europejski Airbus A320 oraz jego odmiany, A318, A319 i A321.

Główne kierunki rozwoju nowej wersji to wykorzystanie silników nowej generacji, tzw. turbowentylatorowych w miejsce zwykłych dwuprzepływowych, unowocześnienie kabiny pilotów z wprowadzeniem dwuosobowej załogi oraz systemu pokładowej awioniki oraz dopracowanie aerodynamiki płatowca w taki sposób, by zmniejszyć opory aerodynamiczne. Prace nad nią rozpoczęły się w styczniu 1979 r. w Seattle, przy czym na czele programu Boeinga 737-300 stanął William „Bill” Williams, wcześniej przez czternaście lat jeden z głównych konstruktorów naddźwiękowego samolotu pasażerskiego SST (Super Sonic Transport), znanego też jako Boeing 2707. Bill Williams ciężko przeżył zamknięcie programu SST, ale wkrótce powierzono mu prace nad nową odmianą, Boeinga 737, znaną jako 737-300. Prowadził on ten program do 1989 r., do blatania ostatniej odmiany 737-500, po czym odszedł na emeryturę. Dalszy rozwój Boeinga 737 przejął Jean McGrew, który przeszedł z firmy McDonnell Douglas, zajmując się głównie nadzorem nad produkcją i wprowadzaniem różnych drobnych modyfikacji do modeli -300/-400/-500, później od początku XXI wieku, tę funkcję pełnił były pilot liniowy, a później konstruktor, Paul Richter.

Nowe silniki turbowentylatorowe
W latach sześćdziesiątych w Stanach Zjednoczonych podjęto prace nad opracowaniem bardzo oszczędnych silników odrzutowych, przeznaczonych początkowo dla wojskowych samolotów transportowych. Celem prac było uzyskanie silnika o niskim poziomie zużycia paliwa przy wysokim ciągu na prędkościach poddźwiękowych. Program nakreślenia kierunku rozwoju silników odrzutowych m.in. w tym kierunku został podjęty w 1962 r. z inicjatywy gen. Bernarda A. Schrievera, dowódcy Air Force Systems Command. Prace badawcze w tym kierunku były prowadzone przez Turbine Engine Division (oddział silników turbinowych) przy Aero Propulsion and Power Laboratory z bazy Wright-Patterson (laboratorium napędów lotniczych). Kierował nimi szef Turbine Engine Division, Ernest C. „Cliff” Simpson. Zwrócono wówczas uwagę na porównanie sprawności sprężarki i komory spalania w różnych zakresach prędkości. Okazało się, że w zakresie prędkości od Ma=0,6 do Ma=0,95 sprężarki niskiego ciśnienia mają większą sprawność od komory spalania, zdecydowano więc, by skonstruować dużą wentylatorową sprężarkę, biorącą bezpośredni udział w wytwarzaniu sumarycznego ciągu silnika, przeznaczonego do pracy w tym zakresie prędkości. W pracach doświadczalnych od początku brał udział przemysł, głównie dwaj potentaci na rynku silników lotniczych, General Electric i Pratt & Whitney. W firmie General Electric już w 1962 r. zdecydowano się powołać kilka konkurujących ze sobą zespołów, które opracowałyby koncepcje takiego silnika. Pod koniec 1963 r. wyłoniono zwycięzcę – zespół kierowany przez Donalda C. „Dona” Berkeya. Silnik miał wielki wentylator, przy czym dwa jego stopnie miały różną średnicę, pierwszy większą, a drugi nieco mniejszą. Stopień dwuprzepływowości wynosił 8:1. W kwietniu 1964 r. postanowiono zbudować demonstrator technologii w oparciu o tę koncepcję, nazwany GE1/6. Dzięki tym pracom, w październiku 1965 r. zespół General Electric, kierowany przez Jacka Parkera, którego zastępcą był Don Berkel, wygrał konkurs USAF na silnik do napędu nowego ciężkiego samolotu transportowego, w ramach programu CXX. Kontrakt przewidywał opracowanie i budowę prototypów oraz silników przedseryjnych oznaczonych teraz oficjalnie TF39. Już w grudniu 1965 r. pierwszy prototyp silnika do prób poszczególnych jego komponentów był gotowy. W okresie luty-kwiecień 1966 r. prowadzono próby najważniejszego elementu tego silnika, czyli wentylatora i sprężarki, pierwszy TF39 zaś został uruchomiony na hamowni w październiku 1966 r. Silnik ten miał dwa stopnie wentylatora o różnej średnicy, dlatego czasem określa się ten wentylator jako „półtora stopniowy”. Na tym samym wale osadzono sprężarkę niskiego ciśnienia, która była napędzana aż sześciostopniową turbiną, wentylator bowiem wytwarzał znaczną część ciągu silnika. Sprężarka wysokiego ciśnienia miała 16 stopni i była napędzana dwustopniową turbiną. W środku znajdowała się pierścieniowa komora spalania. Silnik miał 7,92 m długości i 2,46 m średnicy, ważył 3630 kg, a jego ciąg wynosił 193 kN. Nowością było też zastosowanie zmiennego kąta natarcia łopatek wieńców kierujących w obu sprężarkach. Podczas prób prowadzonych w 1967 r. wystąpiły problemy z niezawodnością silnika, ale te zostały w końcu rozwiązane i TF39 został wykorzystany do napędu wojskowych ciężkich samolotów transportowych C-5 Galaxy. Jednakże zamówienia wojskowe były ograniczone, więc w 1967 r. General Electric postanowił wykorzystać potencjał silnika TF39 na rynku cywilnym. W 1967 r. utworzono w Lynn w Massachusetts oddział Commercial Engine Projects (później przekształcony w Commercial Engine Division), na czele którego stanął Edward E. Hood, późniejszy wiceprezes General Electric.

Pełna wersja artykułu w magazynie Lotnictwo 11/2012

Wróć