sobota, 11 kwietnia 2015

PZL.42 - POLSKI NURKOWIEC

W 1930 roku w Ameryce wzeszła gwiazda John'a K. Northropa. W wytwórni Northrop Aircraft Corporation  oblatano rewolucyjny samolot o powłokowej konstrukcji kadłuba i skrzydeł nazwany „Alpha". Dał on początek całej serii szybkich, jednosilnikowych maszyn, o czystych aerodynamicznie liniach, którym światowe lotnictwo zawdzięcza swoje współczesne, dynamiczne oblicze.


Samoloty Northropa poniosły w świat nową, uniwersalną ideę. Była to koncepcja szybkiego, jednosilnikowego bombowca o konstrukcji metalowej, którą z powodzeniem realizowano w wielu państwach (Fairey Battle, Breda Ba 64, Suchoj Su-2, Mitsubishi Ki-51).  W Polsce dzieło Northropa uosabiał lekki samolot bombowy przystosowany do  rozpoznania - PZL.23 Karaś. Jedną z wersji Karasia był eksperymentalny samolot, który pod koniec badań oznaczono symbolem PZL.42.  Wersją wyjściową był  prototyp oznaczony PZL.23/IV, który powstał dzięki adaptacji seryjnego PZL.23A, jako studium doświadczalne do budowy eksportowej wersji Karasia, natomiast  przedmiotem tego opracowania jest dwuosobowa wersja czwartego prototypu, która dosyć niespodziewanie posłużyła do testów bombardowania z lotu nurkowego. Zatem właściwe byłoby nadanie obu wersjom oddzielnych oznaczeń w ramach jednego typu.

Prototyp samolotu PZL.23 Karaś

Autorem projektu był Tadeusz Sołtyk, świeżo upieczony inżynier, który został zastępcą Stanisława Praussa po przejściu dr. Franciszka Misztala do prac konstrukcyjnych przy samolocie PZL.38 Wilk.
Projekt zakładał budowę doświadczalnej wersji Karasia, która umożliwiłaby przeprowadzenie prób w pięciu podstawowych dziedzinach: po pierwsze przetestowanie samolotu z mocniejszym silnikiem Bristol Pegasus VIII; po drugie - wypróbowanie skuteczności działania podwójnego usterzenia pionowego; po trzecie - przeprowadzenie testów samolotu bez gondoli bombardierskiej (a w drugiej wersji - ocena gondoli chowanej w kadłubie); po czwarte - ocena wzmocnionego  uzbrojenia strzeleckiego (do dwóch k.m. pilota i dwóch sprzężonych k.m. obserwatora); po piąte - próby przestawialnego  trójłopatowego śmigła firmy Hamilton (próby śmigła przeprowadzono na seryjnym Karasiu SP-BGZ, było to przestawialne na ziemi śmigło marki Gnome- Rhone).
Na etapie projektu pracowano nad eksportową wersją lekkiego bombowca horyzontalnego przystosowanego do zadań rozpoznawczych. Koncepcji eksperymentalnego bombowca nurkującego nie brano pod uwagę. Główny projektant inż. Stanisław Prauss nie był zwolennikiem tak daleko idącej modernizacji Karasia, za co był krytykowany. Wśród historyków lotnictwa na temat PZL.42 powstał cały szereg rozbieżności, które należałoby usystematyzować.

Podstawowa wątpliwość dotyczy istoty rzeczy - czy można jedną z wersji projektu PZL-42 nazwać eksperymentalnym bombowcem nurkującym? Większość autorów nie używa tego terminu. Andrzej Glass stwierdza, że „posłużył do prób bombardowania z lotu nurkowego”. Z kolei Wojciech Mazur używa  określenia: „projekt PZL.23/IV uznany został za studium bombowca nurkującego”, a Edward Malak: „wersja ostatnia miała być przeznaczona do bombardowania z lotu nurkowego”. Jedynie Tomasz Kopański wprost stwierdza, że PZL.42 był prototypem bombowca nurkującego.
Andrzej Morgała podaje: „Dowództwo Lotnictwa, jak ITL potraktowały PZL.23/IV inaczej. W komentarzach do wykazów prób sprzętu ITL za rok 1936 podano informację, że PZL.23/IV stanowiący odmianę PZL.23A jest po pierwsze: eksperymentalnym bombowcem nurkującym, a po drugie eksportową wersją Karasia. Instytut podjął zatem we własnym zakresie program badań odbiegający od intencji konstruktora”. Konstatację Andrzeja Morgały należy uzupełnić stwierdzeniem, że  dyrektor ITL bezpośrednio podlegał Dowódcy Lotnictwa. Pozytywne sygnały płynęły również z Oddziału I Sztabu Głównego, gdzie opracowano referat „Lotnictwo szturmowe – myśli ogólne”. Interesujące koreferaty przygotowali: komendant LSSiB ppłk. Bolesław Stachoń, oraz szef  ITL  mjr. pil. Aleksander Brzazgacz. Koreferat szefa ITL pt. „Bombardowanie nurkowe” zapewne nie miał związku z próbami bombardowania w locie nurkowym w ramach testów czwartego prototypu, ale określenie: „eksperymentalny bombowiec” pojawia się jedynie w dokumentach ITL. Opracowanie wyżej wspomnianych dokumentów dowodzi, że w centralnych instytucjach wojskowych (przynajmniej na średnich szczeblach) funkcjonował obieg nowoczesnej myśli lotniczej, a dyskusja przypominała spory jakie toczono w Niemczech na temat roli bombowców nurkujących w wojnie błyskawicznej.
Zapowiedź modelu samolotu PZL.42 firmy MirageHobby. Źródło

Badacze zachowują pod tym względem daleko posuniętą wstrzemięźliwość. Trudne jest również określenie terminu prób bombardowania z lotu nurkowego. Pojawia się pytanie: kiedy i jakim usterzeniem wykonywano próby eksperymentalnego bombowca? Pytanie jest wbrew pozorom ważne ponieważ pojedyncze usterzenie pionowe było sztywniejsze od podwójnego i podczas dużych przeciążeń gwarantowało niezawodność, dlatego montaż podwójnego usterzenia pionowego po ukończeniu prób bombardowania miałby racjonalne uzasadnienie. Wszystkie znane jednosilnikowe bombowce nurkując posiadały pojedyncze usterzenie pionowe.

Według Andrzeja Morgały prototyp oblatano pod koniec kwietnia, a pierwsza tura  prób rozpoczęła się w maju 1936 roku, kiedy to testowany samolot wzbudził duże zainteresowanie Dowódcy Lotnictwa. Gen. Ludomił Rayski miał zamiar lecieć na nim na międzynarodową wystawę lotniczą w Sztokholmie (ILIS) trwającą od 15 maja do 1 czerwca. W tym czasie maszyna przechodziła intensywne próby w ITL, podczas których stwierdzono niewielki bufetting poziomego usterzenia. W rezultacie na wystawie zaprezentowano trzeci prototyp z cywilną rejestracją SP-BCP. Fotografia zamieszczona w książce Andrzeja Morgały datowana na kwiecień 1936 roku przedstawia czwarty prototyp bez gondoli bombardierskiej, z podwójnym usterzeniem, ze stałym dwułopatowym śmigłem. Byłaby to zatem pierwsza wersja czwartego prototypu pozbawiona ”kołyski”, co zgadzałoby się z ustaleniami Wojciecha Mazura i Edwarda Malaka. Tyle, że w P.K.L.  Andrzeja Glassa zamieszczone jest to samo zdjęcie bez żadnej daty, natomiast w tekście autor informuje, że podwójne usterzenie pionowe samolot otrzymał dopiero w marcu 1937 roku. Podobnego zdania jest Tomasz Kopański.

Wydaje się, że ciąg wydarzeń był następujący. Projekt Tadeusza Sołtyka zakładał wykonanie prototypu w dwóch wersjach: dwuosobowej i trzyosobowej. Wiosną 1936 testowano pierwszą wersję. Samolot był pozbawiony gondoli bombardierskiej, zmienione zostało wyprowadzenie rur wydechowych, poprawiono oprofilowanie przejścia skrzydło kadłub, wprowadzono zakrytą wnękę tylnego strzelca, zamontowano podwójne usterzenie pionowe. Nowe usterzenie zawieszono na tych samych okuciach kadłubowych, co poprzednie usterzenie poziome. Podczas prób przy małej  prędkości  lotu wystąpiły drgania typu buffeting. Drgania były zwielokrotnione na skutek większej płaszczyzny usterzenia i powiększeniem momentu bezwładności. W czerwcu 1936 samolot wrócił z ITL do wytwórni i został poddany kolejnym poprawkom, wymieniono silnik na polski PZL Pegaz 8, oraz powiększono stery wysokości, być może w celu poprawy właściwości w nurkowaniu. Jest wielce prawdopodobne, że we wrześniu rozpoczęto próby bombardowania z lotu nurkowego, które nie przyniosły pozytywnych rezultatów.

PZL.23 Karaś na Salonie Lotniczym w Paryżu.

Od wiosny 1937 rozpoczęły się próby trzyosobowej wersji czwartego prototypu z gondolą chowaną w kadłubie i wzmocnionym podwójnym usterzeniem pionowym. Wyniki prób były obiecujące. Podwójne usterzenie funkcjonowało bez zarzutu. Jego skuteczność była większa od usterzenia pojedynczego ponieważ pionowe płaszczyzny leżały poza oddziaływaniem strumienia zaśmigłowego w niezaburzonym powietrzu, a pole ostrzału tylnego strzelca było bardzo duże. Działania napędzanego ręcznie zapadkowego  mechanizmu chowania gondoli nie było skuteczne i wymagało dopracowania. Na czas prób zastosowano prostsze zawieszenie na sznurach gumowych, gondola opuszczała się pod ciężarem bombardiera. Według niesprawdzonych informacji, w 1937 roku, osiągnięto lepsze wyniki bombardowania z lotu nurkowego.

Być może podczas prób wykorzystano wyniki z doświadczalnego bombardowania stacji Domaczewo położonej 21 km na północ od Włodawy przeprowadzone 12. października 1937 przez samoloty 11 i 12 Eskadry Liniowej. Użyto bomb ostrych o masie 100 kg zrzucanych z lotu poziomego i z lotu nurkowego. W podsumowaniu podkreślano skuteczność Karasi, które lot nurkowy rozpoczęły w chmurach, a zrzut bomby następował na wysokości 900 m. Prototyp eksperymentalnego nurkowca wykorzystywał wersję dwumiejscową napędzaną silnikiem  Pegaz 8A, uzbrojoną w 2 k.m. pilota i 2 sprzężone k.m. strzelca oraz 300 kg bomb.

Niewiele wiadomo na temat prób uzbrojenia strzeleckiego. Najnowszym systemem uzbrojenia strzeleckiego był  karabin maszynowy PWU FK wz. 36. Karabin wz. 36 był obustronnie zasilany taśmą nabojową, dlatego mógł być podwójnie sprzężony na stanowisku obserwatora, jak też montowany jako stały km pilota. Jest wielce prawdopodobne, że  PZL.42 na czas prób wyposażono w km wz. 36. Wojciech Mazur podaje, że w 1937 roku Bułgarzy nabyli 84 km-y lotnicze wz.33 (64 szt. w wersji pilota, 20 przeznaczonych dla obserwatora), następny kontrakt na dostawę 188 k.m. lotniczych  wz.33 podpisano w roku 1938 (tym razem po połowie pilota i obserwatora, oznaczone fabrycznie   FK36/38 i FK 33/38). W przypadku karabinu obserwatora, zapewne chodzi jednak o karabin lotniczy uniwersalny wz. 36, ponieważ k.m. wz. 33 występował  jedynie w wersji pilota montowanej na stałe.

PZL.23 Karaś na Wystawie Lotniczej w Sztokholmie. Rok 1936.

Według Glassa i Morgały wersja PZL.43 była jednak uzbrojona w PWU FK wz. 33 pilota i wz. 33 obserwatora, natomiast  w PZL. 43A zastosowano  PWU FK 36B – karabin pilota i PWU FK 36R- karabin obserwatora. Andrzej Morgała stwierdza, że początkowo k.m. wz. 36 objęte były zakazem wywozu za granicę, po  wycofaniu zakazu w maju 1938 broń przeznaczoną dla bułgarskich Karasi oznaczono jako PWU FK  l.k.m. wz. 36B. Nie dość jasna jest również kwestia uzbrojenia stanowiska tylnego strzelca. Glass w przypadku obu typów samolotu mówi o 2 sprzężonych k.m., Morgała, Kopański i Mazur o jednym -  co potwierdzają rysunki i fotografie. Zakup polskich k.m. przez lotnictwo bułgarskie może sugerować, że badania uzbrojenia strzeleckiego przeprowadzane w samolocie PZL.42. i zakończyły się powodzeniem.

Edward Malak podaje, że uzbrojenie miała stanowić jedna trzystu kilogramowa bomba, lecz brakuje informacji na temat modyfikacji wyrzutników bombowych. PZL.42 nie posiadał hamulców aerodynamicznych, ani tym bardziej automatycznego urządzenia do wyprowadzania z lotu nurkowego. Był pozbawiony wyrzutnika z ramionami wyrzucającymi bombę poza krąg śmigła, co sugeruje, że zrzut bomb następował z lotu ślizgowego pod kątem około 45 stopni, a do bombardowania używano bomb 100 kg.

Wprowadzone zmiany ograniczyły ciężar całkowity samolotu do 2700 kg, a nowy wizerunek  nacechowany był „drapieżną elegancją”. Jesienią 1936 przystąpiono do studiów nad następnym typem samolotu liniowego wywodzącym się z Karasia, jakim wkrótce okazał się PZL.46 Sum. W samolocie tym wykorzystano wyniki z prób prototypu PZL.23/IV w wersji eksportowej. Stanisław Prauss w swych wspomnieniach potwierdza, że Sum był jedynie ulepszoną wersją Karasia spełniającą wymogi uchwały KSUS z 13.10.1936. Dopiero w lecie 1939 r. konstruktor opracował projekt wstępny pomniejszonej wersji Suma nazwanej Łosoś, przystosowanej do  bombardowania z lotu nurkowego.


 PZL.46 Sum na Salonie Lotniczym w Paryżu, rok 1938.

OBCIĄŻENIA  PODCZAS LOTU POZIOMEGO        

Wielkość obciążeń samolotu w dowolnych warunkach jego ruchu wyraża się zwykle w sposób bezwymiarowy,  przez odniesienie do obciążeń uznanych za wyjściowe. Dla obciążeń podczas lotu takim stanem jest lot poziomy prostoliniowy ustalony. Współczynnikiem obciążenia nazywamy bezwymiarowy stosunek:

                                              n = Pz / Pzo

gdzie: Pz – siła nośna samolotu podczas lotu, Pzo – siła nośna podczas lotu ustalonego poziomego prostoliniowego równa sile ciężkości samolotu Q

Po podstawieniu Pzo = mg otrzymujemy:
                                              
                                               n = Pz / mg   czyli    Pz = nmg

Współczynnik obciążenia niszczącego PZL.23A wynosił  10,5,  ponieważ  konstrukcja obydwu samolotów była prawie identyczna, a po usunięciu gondoli i trzeciego członka załogi ciężar całkowity PZL.42 znacznie zmalał. Różnice współczynników obciążenia wynikały z różnicy ciężaru całkowitego samolotów, ponieważ siła nośna w obu przypadkach identyczna, zatem: 

                                            n1 m1 g = n2 m2 g   czyli   n2 = n1m1 / m2

 Współczynnik obciążenia niszczącego PZL.42 wynosił:     nn = 10,5×2813 /2700    n = 10,93 ~ 11
 Stosunek obciążeń niszczących do obciążeń dopuszczalnych określa współczynnik bezpieczeństwa – v wynoszący zwykle 1,5, zatem współczynnik obciążeń dopuszczalnych w PZL.42 wynosi:


                                            nd2 = 11 /1,5 = 7,3

   ponieważ:
                                                                  
                                            nmg = ½ ×V2×ρ× S×Cx

  więc:
                                                      
                                             n = V2 ×ρ×S×Cx/2mg

gdzie: ρ – gęstość powietrza, S – powierzchnia skrzydła, V – prędkość lotu, Cz – współczynnik siły nośnej samolotu

Współczynniki obciążenia (7,3 i 11)  wskazują, że samolot posiadał wystarczającą wytrzymałość do  wykonanie udanego ataku z lotu nurkowego.  Na przeszkodzie stały braki, o których pisaliśmy powyżej oraz własności lotne samolotu, który nie był projektowany do nurkowania w pionie i gwałtownego wyrwania.                      

PRĘDKOŚĆ

Aby poznać możliwości płatowca, zacznijmy od czysto teoretycznego obliczenia prędkości maksymalnej jako funkcji  współczynnika obciążenia . Warunki lotu są następujące: lot na wysokości 100 m, gęstość powietrza ρ = 1.226 kg/m, współczynnik siły nośnej  Cz = 1,4, współczynnik obciążenia niszczącego n = 11, współczynnik obciążenia dopuszczalnego = 7,3.
Prędkość lotu obliczymy przekształcając powyższy wzór do postaci:

                                                   V=√2×n×mg/S×ρ×Cx


W założonych warunkach lotu samolot uległby destrukcji przy prędkości 405 km/h. Jest to wielkość czysto teoretyczna ponieważ samolot nie był w stanie osiągnąć tak wysokiej prędkości ani  siły nośnej, wymagałoby to ogromnej mocy silnika. Obciążenia dopuszczalne przekroczyłby przy prędkości lotu ponad 330 km/h i w tym przypadku leżała ona poza realnymi możliwościami maszyny.
Przedstawione wartości dowodzą jedynie, że PZL.42 miał duży zapas wytrzymałości, w związku z czym instytucjonalne ograniczenia prędkości w locie poziomym, prostoliniowym  były zbyteczne.
Jak wiadomo ze względu na dużą różnicę pomiędzy średnicami silnika i kadłuba, w seryjnych wersjach Karasia następowało zmniejszenie prędkości opływu pomiędzy skrzydłem a kadłubem.         Silnie zaburzony, rozbieżny strumień odrywał się w tylnej  części kadłuba i wytracał energię na usterzeniu poziomym powodując trzepotanie (bufetting) usterzenia poziomego. Usterkę wyeliminowano poprzez oprofilowanie kadłuba i powiększenie kąta zaklinowani statecznika, co niestety negatywnie odbiło się na aerodynamice samolotu.   Podczas badań w ITL stwierdzono, że przy prędkości około 320 km/h usterzenie poziome traciło swoją skuteczność. Przyczyną było płaskie ukształtowanie dachu kokpitu, który odchylał ku górze strumień powietrza, pozostawiając usterzenie w „ aerodynamicznym cieniu”. Dodatkowo dłuższe loty z prędkością maksymalną powodował przepalanie się kolektorów spalin.

Po badaniach w ITL  kierownik mjr. Aleksander Brzazgacz pismem nr 1770-62/Uz.PT  z dn.21. 05.38. zalecał  ograniczenie prędkości nurkowania do 310 km/h. Do zaleceń ITL dostosował się dowódca 1. P.L. Który rozkazem nr 153/38 z dn. 15.06.38. ograniczył prędkość maksymalną samolotów PZL.23B Karaś do 319 km/h. Możliwości samolotu były większe.

Tabela nr 1 przedstawia obliczeniowe prędkości maksymalne trzech wersji Karasia. Obliczenia wykonaliśmy „metodą mocy” według wzoru:

Vmax=√ 2N/ρ×S×Cx

Tabela nr 1

Lp.
Parametr
PZL-23B
PZL-42
PZL-43
1.                   
Cx min samolotu
0,042
0,038
0,040
2.                   
Sprawność śmigła (η)
0,8
0,8
0,8
3.                   
Moc silnika (N) /wysokość
690 KM/4000 m
690 KM/4000 m
900 KM/4000 m
4.                   
Gęstość powietrza (ρ)
0,835 kg/4000 m3
0,835 kg/4000 m3
0,835 kg/4000 m3
5.                   
Ciężar całkowity (kg)
2893/3526 max.
2700
3100/3525max.
6.                   
Współczynnik obciążenia niszczącego nn
(przy maksymalnym obciążeniu)
9,7 (7,8)
11
9,0 (7,8)
7.                   
Współczynnik obciążenia dopuszczalnego nd (przy maksymalnym obciążeniu)
6,5 (5,2)
7,3
6 (5,2)
8.                   
Vmax/4000 m
343 km/h
354,6 km/h
380,8 km/h

Wersja PZL.43A była wyposażona w śmigło przestawialne na ziemi firmy Gnome-Rhone; natomiast PZL.23B I PZL.42, w stałe śmigła Szomański B-17bII. Przyjęliśmy, że sprawność obu śmigieł przy maksymalnych obrotach silnika wynosiła ok. 80%.
W załączniku do referatu na XVI posiedzenie KSUS podano, że prędkość maksymalna PZL.23B wynosiła od 355 do 325 km/h, w zależności od obciążenia. W katalogu eksportowym PZL przedstawiono 342 km/h. Według francuskiego attache wojskowego w Sofii płk. Limerani PZL.43 osiągał 380km/h (W. Mazur). Można by dalej podawać różne wielkości Vmax ponieważ PZL.23 był samolotem chimerycznym. W wielu opracowaniach podaje się, że po usunięciu gondoli bombardierskiej osiągi PZL.42 uległy niewielkiej poprawie. Przyrost prędkości był niezbyt duży, ponieważ gondola znajdowała się w „aerodynamicznym cieniu” powodowanym przez nisko opuszczony silnik.

NURKOWANIE

W mechanice lotu „lotem nurkowym” określa się lot ślizgowy na kącie natarcia o zerowym współczynniku siły nośnej Cz=0. W praktyce lotem nurkowym nazywamy niekiedy bardzo stromy lot ślizgowy, odbywający się na kącie zbliżonym do 90 stopni w stosunku do ziemi. W locie nurkowym ciężar samolotu równoważony jest przez opór powietrza. Ponieważ współczynnik oporu jest wielokrotnie mniejszy od współczynnika siły nośnej, prędkość osiągana w locie nurkowym jest bardzo wysoka.
Krytycznym momentem jest wyrwanie samolotu z lotu nurkowego. Podczas wyrwania w najniższym punkcie toru lotu siła nośna równoważy ciężar samolotu i siłę odśrodkową, opór zaś jest pokonywany siłą bezwładności, zatem wyrwanie - zwłaszcza gwałtowne, bardzo obciąża konstrukcję samolotu.
Instrukcja samolotu PZL.23B dopuszczała lot nurkowy z prędkością do 310 km/h, ogranicza również obroty silnika do 2725/min przy zamkniętej przepustnicy. Autor instrukcji używał jędrnego języka, więc warto go zacytować: „ponieważ w czasie nurkowania samolot staje się ciężki na łeb, należy przed nurkowaniem zrobić go ciężkim na ogon (przy pomocy regulacji Flettner'a), co ułatwi później wyprowadzenie z nurkowania lub ograniczenie szybkości lotu”.
 PZL.23B Karaś. Źródło

Z obliczeń wynika, że PZL.42 przy ciężarze całkowitym 2700 kg  mógł w pionowym nurkowaniu osiągnąć prędkość, dwukrotnie wyższą od dopuszczalnej. Wszystkie „rasowe” bombowce nurkujące wyposażone były w hamulce aerodynamiczne, które umożliwiały nawet pionowe nurkowanie bez przekroczenia dopuszczalnej prędkości. Nurkowce zbliżone budową do Karasia nurkowały z niewielką prędkością (SBD-3–444 km/h, D3A1–445 km/h), Junkers Ju-87 ze względu na mocną konstrukcję osiągał w nurkowaniu prędkości zbliżone do 600 km/h.

Standartowe nurkowanie rozpoczynano z wysokości około 5000 m, zrzut bomby następował z wysokości od 1000 do 500 m. Podczas nurkowania samolot leciał z ustaloną prędkością. Konstrukcja maszyny była co prawda poddawana sile oporu, ale jej obciążenia nie były wysokie, przy nurkowaniu na dużych kątach nie występowała również siła nośna. Przestawialne śmigło ustawione na maksymalny skok nie powodowało nadmiernych obrotów silnika.

Karaś nie był przystosowany do nurkowania. Mógł zrzucać bomby za stromego lotu ślizgowego, taki sposób ataku nie zapewniał wystarczającej celności. Gdyby jednak doszło do pionowego nurkowania  dopuszczalna prędkość została by przekroczona po 300-400 metrach, dalsze nurkowanie groziłoby nadmiernym rozkręceniem się silnika i flatterem skrzydeł. W obydwu przypadkach zakończyłoby się to rozsypaniem samolotu w powietrzu.


PZL.43 zdobyty przez Niemców w roku 1939.

Samo śmigło naturalnie hamuje nurkujący samolot, ale nieumiejętne operowanie mechanizmem zmiany skoku śmigła może być źródłem poważnych problemów, o czym głęboko przekonał się Ernst Udet testując konkurencyjny w stosunku do Ju-87 bombowiec nurkujący Heinkel He 118. Udet nie wziął sobie do serca wskazań Heinkla o konieczności zwrócenia szczególnej uwagi na system zmiany skoku śmigła i nazbyt gwałtownie wprowadził samolot w nurkowanie. Śmigło w jednym momencie samoistnie przestawiło się w chorągiewkę i powodując gwałtowną redukcję obrotów zdemolowało mechanizm przekładni, na skutek gwałtownych drgań samolot rozpadł się w powietrzu. Szef Technisches Amt musiał pospiesznie wyskoczyć z kabiny, przy czym zahaczył butem o jej rant i spadał dalej razem z rozpadającym się samolotem. Wreszcie udało mu się pozbyć buta i w ostatniej chwili uruchomił spadochron.

Podczas nurkowania pod kątem 90 stopni siła nośna ma wartość zerową, groźny jest zatem moment skręcający skrzydła, który równoważony jest momentem od siły na usterzeniu poziomym. Flatter skrzydeł polega na tym, że przy niewielkim wychyleniu lotek następuje skręcenie skrzydła pogłębione naporem powietrza. Sprężystość skrzydeł powoduje powrót do poprzedniego położenia, a następnie odkształcenie się skrzydła w przeciwnym kierunku, ponownie pogłębione naporem powietrza. Drgania tego typu charakteryzują się dwoma stopniami swobody: pierwszy to skręcenie się skrzydeł, a drugi to wychylenie się lotki względem swej osi. Przy skręceniu się skrzydła bezwładność niewyważonych masowo lotek wywołuje ich wychylenie przeciwne do kierunku skręcania, zjawisko to nazywano rewersem lotek, czyli ich odwrotnym działaniem. Zjawisko ma cykliczny charakter i przy wzrastającej amplitudzie skręcania nieuchronnie prowadzi do zniszczenia konstrukcji.

Flatter ma wiele postaci. Podczas nurkowania niebezpieczny bywa flatter pokrycia wynikający z jego niedostatecznej grubości. Przyczyną ograniczenia prędkości nurkowania Mitsubishi A6M2 (629 km/h) było słabe poszycie skrzydeł. Wadę tę poprawiono w A6M3 (667 km/h) wyeliminowano dopiero w A6M5 (740 km/h).

Duże podwójne usterzenie pionowe może być przyczyną kłopotów. Pierwszy prototyp Ju-87 V1 Nr 4921 rozbił się na skutek drgań, które doprowadziły do oderwania się prawego statecznika pionowego. Drugi prototyp wyposażono w sztywniejszy pojedynczy statecznik. Podwójne stateczniki  testowano ze względu na powiększenie pola obstrzału tylnych km-ów, podobnie jak to miało miejsce w PZL.42. Wadą takiego układu jest mała sztywność, a duże momenty od sił na usterzeniu pionowym muszą być równoważone cięższą konstrukcją całości usterzenia. Dodatkowe problemy pojawiały się podczas wyprowadzania z lotu nurkowego. Relacje z prób potwierdzają niską skuteczność sterów wysokości przy dużych prędkościach lotu. Wyprowadzenie z lotu nurkowego odbywa się zwykle do lotu poziomego lub wznoszącego. Wyprowadzenie wykonane szybko nazywa się wyrwaniem. Wyrwanie samolotu PZL.42 było trudne. Ponieważ wyrwanie odbywa się po torze łukowym, oprócz siły oporu i ciężaru, na samolot działa siła odśrodkowa Po, przeciwdziałająca zakrzywieniu toru lotu.

PZL.23 Karaś na Wystawie Lotniczej w Sztokholmie. Rok 1936.

W pierwszej chwili wyrwania z lotu nurkowego, które polega na ściągnięcia drążka, siła nośna Pz równoważy siłę odśrodkową Po, ciężar samolotu Q równoważony jest przez opór Px. W najniższym punkcie toru wyrwania siła nośna Pz  równoważy ciężar samolotu oraz siłę odśrodkową, opór jest pokonywany siłą bezwładności samolotu, który w czasie wyrwania zmniejsza swoją prędkość lub równoważony jest przez siłę bezwładności i ciąg śmigła, jeżeli pilot otworzy przepustnicę silnika. Ponieważ w locie poziomym, wznoszącym i ślizgowym siła nośna równa jest ciężarowi oraz sile odśrodkowej, wyrwanie zwłaszcza gwałtowne obciąża mocno konstrukcję samolotu. Współczynnik obciążenia w najniższym punkcie toru możemy łatwo obliczyć wykorzystując zależność:
                                                                             
                    n = Pz/Q = Q+Po/Q = 1 + V2/g*R

Ponieważ, jak już wspominaliśmy, prędkość lotu nurkowego może być bardzo duża, gwałtownemu wyrwaniu towarzyszą  duże obciążenia , mogące doprowadzić do zniszczenia samolotu w powietrzu. 

Tabela nr 2 przedstawia obciążenia działające na samolot w momencie  wyrwania.

Tabela nr 2








Prędkość
Promień wyrwania R

100 m
200 m
350 m
400 m
450 m
500 m
250 km/h
(D1A)
5,9
3,5
2,4
2,2
2,1
2
310 km/h
(PZL.23B)
8,6
4,8
3,2
2,9
2,7
2,5
445 km/h
(SBD)
16,6
8,8
5,5
4,9
4,5
4,1
520 km/h
PZL.37
21,3
10,6
6,1
5,3
4,7
4,3
580 km/h
(Ju-87)
27,5
14,2
8,6
7,6
6,9
6,3
600 km/h
29,5
15,2
9,1
8,1
7,3
6,7
696 km/h
(PZL.P11c)
38,1
19,1
10,9
9,5
8,5
7,6



Tabela pokazuje rozkład obciążeń, które działają na samolot podczas wyrwania z pionowego nurkowania. W czerwonych polach zaznaczyliśmy obciążenia wyższe od dopuszczalnych dla PZL.42 (n=7,3) nie przekraczające wszakże wartości obciążeń niszczących, które zaznaczyliśmy szarym paskiem (n=11). Cały obszar pozostawiony na biało obejmuje wartości obciążeń nie stanowiących zagrożenia dla konstrukcji PZL.42. Ograniczenie prędkość nurkowania dla Karasia B do 310 km/h, nie wynikało z braku wytrzymałości konstrukcji, lecz dotyczyło własności lotnych samolotu. PZL.42 mógł być zatem punktem wyjścia do budowy bombowca nurkującego. Przy współczynniku obciążenia niszczącego rzędu 13–14, byłby samolotem porównywalnym do SBD Dauntless czy  Aichi D3A.

PODSUMOWANIE

Oryginalna próba stworzenia z Karasia- bombowca nurkującego, zakończyła się niepowodzeniem.
PZL.42 był samolotem doświadczalnym, dlatego nie można mówić o jego porażce czy sukcesie, ponieważ nawet negatywny wynik próby niesie ważne informacje. Głębszy sens ma za to pytanie: dlaczego doświadczeń zdobytych w czasie prób PZL.42 nie wykorzystano do budowy bombowca nurkującego z prawdziwego zdarzenia? Przykładem (choć nie najlepszym) może być, bułgarski nurkowiec DAR-10F wzorowany na Karasiu. Nawet pobieżna analiza konstrukcji wskazuje, że czwarty prototyp był wzorem do budowy eksportowej wersji  Karasia (PZL.43) i jego następcy, którym okazał się liniowy PZL.46 Sum. Zakres zmian objętych projektem był zbyt wąski jak na potrzeby bombowca nurkującego.


Bułgarski samolot DAR-10

PZL.42 był pięknym samolotem i w przypadku powodzenia prób, mógłby służyć za argument w dyskusji nad przyszłością lotnictwa pola walki. Należy sądzić, że dosyć przypadkowa adaptacja seryjnego samolotu liniowego, na bombowiec nurkujący, wynikała z analizy najnowszych tendencji w światowym lotnictwie i w jakiejś mierze była nawiązaniem do doświadczeń prowadzonych w wielu państwach nad samolotem wsparcia ogniowego wojsk lądowych. Pomimo tego, zabiegi czynione wokół maszyny były prowizoryczne i przypadkowe. Czy były one początkiem procesu, który miał doprowadzić do powstania polskiego Stukasa? Pułkownik L. Rayski, ppłk. S. Stachoń, mjr. A. Brzazgacz w polskim lotnictwie stanowili elitę, byli doskonale zorientowani w kierunkach rozwoju Luftwaffe. Nic dziwnego, że prawdopodobnie w tym kręgu narodził się pomysł na adaptację prototypu Karasia do roli bombowca nurkującego. Niestety nie po raz pierwszy i nie ostatni decydenci otrzymali nauczkę, że w lotnictwie nie ma dróg na skróty, a każde łatwe rozwiązanie kończy się porażką Bombowiec nurkujący powinien być zaprojektowany od podstaw. W przypadku eksperymentalnej adaptacji Karasia należało dopracować aerodynamikę samolotu, wzmocnić konstrukcję, zaprojektować hamulce aerodynamiczne, wyrzutnik bomb 300 kg, wymienić śmigło na przestawialne w locie. Dlatego wstrzemięźliwa reakcja S. Prausa, nie powinna dziwić. Kto jak nie on mógł lepiej znać słabe strony Karasia? Ale próby przyniosły również cały szereg pozytywnych doświadczeń, które znalazły zastosowanie w eksportowych wersjach Karasia i jego następnym wcieleniu - PZL.46 Sum.

BIBLIOGRFIA

1. Glass A. Polskie konstrukcje lotnicze. t.-3 .Sandomierz 2008.
2.  Kopański T. , Sikora K. P. 23 Karaś. Gdańsk 1995.
3. Malak E.  Prototypy samolotów bojowych i zakłady lotnicze Polska 1930 – 1939. Warszawa     2011.
4. Mazur  W.  Wielki Leksykon Uzbrojenia  Wrzesień 1939 t-14 PZL. 23 Karaś.
5.  Michulec R.  Uwaga Stukas! .  Gdynia 2000.
6. Morgała  A.  Samoloty wojskowe w Polsce 1924 – 1939. Warszawa 2003.
7.  Popiel  A.  Uzbrojenie lotnictwa polskiego 1918 – 1939. Warszawa 1991.
8.  Rayski L.  Słowa prawdy o lotnictwie polskim 1918 – 1938. Londyn 1948.
9. Sołtyk T.  Polska myśl techniczna w lotnictwie 1919 – 1939 i 1945 – 1965. Warszawa 1983
10. Sołtyk T.  Błędy i doświadczenia w  konstrukcji samolotów. Warszawa 1986.

Brak komentarzy:

Prześlij komentarz