"Latające Naleśniki". Niezwykłe konstrukcje firmy Vought

Leszek A. Wieliczko

Samolot doświadczalny V-173 i oparty na tej samej koncepcji aerodynamicznej myśliwiec XF5U-1 były jednymi z najbardziej niezwykłych konstrukcji w historii lotnictwa. zostały skonstruowane w firmie Vought Aircraft na zlecenie US Navy. Szybki postęp w technice lotniczej, jaki dokonał się w trakcie drugiej wojny światowej, a zwłaszcza pojawienie się turbinowych silników odrzutowych, spowodował przerwanie prac nad XF5U-1 jeszcze przed oblotem prototypu.

Twórcą niekonwencjonalnego układu aerodynamicznego zastosowanego w obu samolotach był inż. Charles Horton Zimmerman (1908–1996), od początku lat trzydziestych ubiegłego wieku pracujący w ośrodku badawczym NACA w Langley Field w Wirginii1. W 1933 r., w ramach wewnętrznego konkursu na projekt lekkiego samolotu cywilnego, Zimmerman zaproponował samolot w układzie latającego skrzydła o obrysie owalnym i bardzo małym wydłużeniu. Samolot nie miał wyodrębnionego kadłuba, więc cały płatowiec wytwarzał siłę nośną. Pilot i dwóch pasażerów mieli podróżować w pozycji leżącej w kabinie znajdującej się w najgrubszej części płata. Do napędu miały służyć dwa silniki ze śmigłami o bardzo dużej średnicy, umieszczonymi na obu końcach prostej krawędzi natarcia. Sterowanie zapewniało podwójne usterzenie pionowe z klasycznymi sterami kierunku, pojedynczy ster wysokości znajdujący się na krawędzi spływu płata pomiędzy statecznikami pionowymi oraz ewentualnie lotki zamocowane po bokach płatowca na przedłużeniu krawędzi natarcia. Lotki zwiększały zwrotność, ale ich użycie nie było konieczne – sterowanie przechyleniami mogło być realizowane tylko za pomocą sterów i poprzez zmianę prędkości obrotowej śmigieł.

Największą wadą skrzydeł o tak skrajnie małym wydłużeniu jest bardzo duży opor indukowany, wzbudzany przez spływające z ich końcówek wiry swobodne. Chodzi o to, że strugi powietrza opływające dolną powierzchnię skrzydeł, gdzie panuje wyższe ciśnienie, mają naturalną tendencję do przemieszczania się ku końcówkom i „zawijania” na górną powierzchnię, do obszaru o mniejszym ciśnieniu. Powstające wówczas wiry są właśnie przyczyną oporu indukowanego. Zjawisko to dotyczy wszystkich skrzydeł o skończonej rozpiętości, ale ponieważ wielkość oporu indukowanego jest odwrotnie proporcjonalna do wydłużenia skrzydeł, więc im mniejsze wydłużenie, tym większy opór. Zimmerman poradził sobie z tym problemem poprzez zastosowanie śmigieł o przeciwnych kierunkach obrotów. Patrząc z punktu widzenia pilota prawe śmigło obracało się zgodnie z ruchem wskazówek zegara, a lewe przeciwnie. Ich strumienie zaśmigłowe przeciwdziałały „uciekaniu” powietrza spod skrzydeł, radykalnie zmniejszając opór indukowany. Obroty obu śmigieł musiały być ściśle zsynchronizowane, aby w każdej chwili przepływ powietrza po obu stronach płatowca był dokładnie taki sam. W przeciwnym przypadku samolot mógł wpaść w niekontrolowane oscylacje wokoł osi podłużnej.

Według Zimmermana tak pomyślany samolot miał charakteryzować się unikalnymi własnościami lotnymi. Miał być zdolny do niemal pionowego startu i lądowania oraz zawisu w powietrzu jak śmigłowiec, natomiast w locie poziomym mógł rozwijać znaczną prędkość. Małe wydłużenie skrzydeł sprzyjało dużej zwrotności. Cała konstrukcja była przy tym bardzo zwarta i znacznie lżejsza od konwencjonalnej, przy zachowaniu takiej samej wytrzymałości. Projekt Zimmermana wygrał konkurs, ale nie został zaakceptowany do realizacji, ponieważ kierownictwo NACA uznało go za zbyt nowatorski. Niezrażony tym faktem konstruktor z pomocą współpracowników Richarda Noyesa i Johna McKellera zbudował w latach 1934–1935 jednomiejscowy drewniany model o rozpiętości (czy raczej: szerokości) 2,13 m, napędzany dwoma dwucylindrowymi silnikami Cleone o mocy po 25 hp. Z powodu nierozwiązanych problemów z synchronizacją prędkości obrotowej śmigieł nigdy nie przeprowadzono jego oblotu. 30 kwietnia 1935 r. koncepcja trzymiejscowego samolotu z owalnym płatem o bardzo małym wydłużeniu została zgłoszona przez Zimmermana do urzędu patentowego, który 15 lutego 1938 r. przyznał patent nr 2108093.

Pełna wersja artykułu w magazynie  Lotnictwo 8/2015