Napęd wektorowany

 

 

Ale człowiek jest uparty i uparcie również poszukiwał rozwiązań. Jednym z pierwszych, który zrobił krok w częściowym, ale praktycznym rozwiązaniu tego problemu, był Juan de la Cierva, hiszpański inżynier, konstruktor lotniczy i pilot. Postanowił wykorzystać znane już wcześniej zjawisko autorotacji, polegające na wytworzeniu przez wirnik (czyli w sensie aerodynamicznym wirujące skrzydła) siły nośnej poprzez przepływające przez niego powietrze. Jeśli więc samolot pozbawić skrzydeł, a zamiast nich wyposażyć go w wirnik, to otrzymamy statek powietrzny zwany autożyro, czyli wiatrakowiec. Taką właśnie latającą aerodynę (czyli statek powietrzny cięższy od powietrza) jako pierwszy zbudował w 1923 r. Juan de la Cierva. Idea była prosta: tradycyjny układ silnik-śmigło nadawał wiatrakowcowi napęd i ruch w płaszczyźnie poziomej, a zamontowany na kadłubie wirnik wskutek nadmuchu powietrza zaczynał się obracać wytwarzając siłę nośną, która unosiła całość w górę. Autożyro miało bardzo krótką drogę startu i jeszcze krótszą drogę lądowania (czyli według współczesnej nomenklatury własności krótkiego startu i lądowania), i pod tym względem biło na głowę ówczesne samoloty. Dlatego też w latach 20. i 30. XX wieku wręcz zachwycano się możliwościami autożyro i stało się ono w tamtym okresie bardzo popularne. Bardzo szybko jednak dostrzeżono ograniczenia autożyro – co prawda do startu i lądowania potrzebowało ono bardzo krótkiego odcinka wolnej przestrzeni (ale zawsze), a poza tym mogły to być statki powietrzne małe, dwu- trzyosobowe i, rzecz najistotniejsza, nie mogły dokonać zawisu w powietrzu (to nadal potrafił tylko balon lub sterowiec). Wynalazek hiszpańskiego inżyniera wkrótce więc stracił na popularności, choć jeszcze w czasie drugiej wojny światowej używano holowane za okrętami podwodnymi Kriegsmarine bezsilnikowe, jednoosobowe autożyro Focke-Achgelis Fa 330 służące na Oceanie Atlantyckim jako szybowce obserwacyjne. Dziś wiatrakowce to już przebrzmiała historia, ale zjawisko autorotacji nadal jest wykorzystywane w śmigłowcach, jako metoda awaryjnego lądowania po utracie mocy w silnikach. Śmigłowce zaś były kolejną, tym razem bardzo udaną, próbą stworzenia statku powietrznego, który spełniał wreszcie podstawowe oczekiwanie – mógł dokonać zawisu powietrznego przy użyciu własnego napędu oraz startować i lądować pionowo. Do wielu typów zadań, których nie mógł podjąć się klasyczny samolot, był wprost idealny. Ale i śmigłowiec ma swoje ograniczenia – ląduje i startuje pionowo praktycznie wszędzie, porusza się we wszystkich możliwych płaszczyznach i kierunkach, lecz nie lata ani tak szybko jak samolot, ani tak wysoko, ani nie ma takiego zasięgu. A już na pewno nie osiągnie, a tym bardziej nie przekroczy, prędkości dźwięku. Wkrótce okazało się, że nadal bardzo brakuje statku powietrznego, który chociaż w części mógłby łączyć w sobie cechy śmigłowca (pionowy start i lądowanie, swobodny, sterowalny zawis) i klasycznego samolotu (duża prędkość, wysoki pułap, daleki zasięg). Szczególnie w zakresie konstrukcji wojskowych brak takiego wielozadaniowego samolotu myśliwskiego był szczególnie silnie odczuwalny. Śmigłowiec okazał się doskonałą i zabójczo groźną bronią w obszarze wsparcia pola walki, ale nie mógł zastąpić w walkach powietrznych ani w misjach lotniczej izolacji wielozadaniowego myśliwca. Myśliwiec z kolei potrzebował pasa startowego, chociażby w postaci pokładu lotniskowca. Ale do czasu... Do czasu aż postanowiono zastosować w praktyce pojęcie, o którym chcę opowiedzieć: wektorowanie ciągu. Jak z każdym nowym wynalazkiem w lotnictwie, w tym przypadku również droga od idei i pomysłu, poprzez realizację i zastosowanie w praktyce była bardzo trudna i wyboista. I niestety również znaczona krwią pilotów doświadczalnych. Ale ostatecznie można powiedzieć, że koncepcja okazała się trafiona. A jej historia jest o tyle ciekawa, że każda grupa projektantów, inżynierów i producentów lotniczych wybrała inną metodę i rozwiązania techniczne, technologiczne oraz dotyczące własności lotnych. Generalnie można powiedzieć, że są to trzy rozwiązania:

• brytyjskie – czego rezultatem jest rodzina samolotów Harrier, produkowanych przez BAE Systems w połączeniu z Boeingiem;
• rosyjskie – czego rezultatem jest rodzina samolotów Jak-36M, Jak-38 i Jak-141, Doświadczalnego Biura Konstruktorskiego Aleksandra Siergiejewicza Jakowlewa;
• amerykańskie – którego wynikiem jest powstanie samolotu F-35 Lightning II, wersja F-35B, produkowanego przez Lockheed Martin w kooperacji z Northrop Grummanem i BAE Systems.

Powyższe rozwiązania są wymienione w kolejności powstawania, choć oczywiście przez długi czas prace nad nimi przebiegały równolegle. I co najciekawsze, różnią się nie tyle samymi rozwiązaniami techniczno-konstrukcyjnymi, ale sposobem podejścia do problemu u jego podstaw. Nim jednak prześledzimy historię konkretnych rozwiązań i konstrukcji, zbierzmy podstawowe informacje o czymś, co w lotnictwie nazywa się VTC (Vector Thrust Control) czyli sterowanie wektorem ciągu. Jeśli pokusić by się o najprostszą definicję
tego pojęcia, to można stwierdzić, że: sterowanie wektorem ciągu, czyli w skrócie wektorowanie ciągu, to zdolność statku powietrznego do odchylenia ciągu wytwarzanego przez układ napędowy od osi podłużnej samolotu. Choć pojęcie to stosuje się najczęściej do statków powietrznych z napędem odrzutowym (nie tylko samolotów, ale również rakiet), to trzeba pamiętać, że ma ono zastosowanie również w samolotach z napędem śmigłowym (bez względu na to, jaki rodzaj silnika napędza śmigła lub wirniki – tłokowy czy turbinowy).