RWD-9 i Fieseler Fi 156 samoloty klasy STOL
Fieseler Fi 156 Storch w historii lotnictwa jest uważany za pierwowzór lekkiego samolotu klasy STOL. Osiągnięcia DWL-RWD w tej dziedzinie zostały zapomniane. Odpowiednikiem Storcha w lotnictwie polskim był RWD-14 Czapla. Polscy autorzy sugerują, iż wspomniane maszyny konstrukcyjnie nawiązują do RWD-9, najlepszego samolotu Challenge 1934. Bez wątpienia obydwa samoloty były maszynami krótkiego startu i lądowania najczęściej używanymi, jako maszyny obserwacyjno-łącznikowe, lecz w gruncie rzeczy przedstawiały dwie różne szkoły myślenia o lekkim lotnictwie współpracy z armią. Po latach okazało się, że rewolucyjna idea wykorzystania Storcha, była dużo istotniejsza niż zapożyczenia konstrukcyjne.
RWD-9 i Fi 156 STORCH
Legendarne wyczyny Storcha
dowiodły użyteczności lekkiego, wielozadaniowego samolotu w warunkach wojny błyskawicznej.
Projekt wynikał z głębokiej analizy osiągów maszyn biorących udział w
Challenge’u. Pomimo tego, że wszystkie trzy typy samolotów niemieckich były
dolnopłatami, wybrano układ zastrzałowego górnopłata. Skojarzenia z konstrukcją
RWD-9 są dosyć oczywiste. Klasyczny układ zastrzałowego górnopłatowca ze stałym
trójpodporowym podwoziem o dużym skoku był wspólny dla obydwu samolotów.
Szczegóły konstrukcyjne również cechuje uderzające podobieństwo, są to: kratownicowa
struktura kadłuba spawana z rur stalowych i kryta płótnem z solidną przeszkloną
kabinę, drewniane skrzydła ze sklejkowym kesonem podparte zastrzałami w
kształcie litery V z profilowanych rur stalowych, skrzydła składane do tyłu, skrzela
wzdłuż prostych krawędzi natarcia, drewniane klapy szczelinowe, tworzące całą
krawędź spływu, których zewnętrzne sekcje służyły, jako klapolotki.
Silne strony projektu Storch
wynikały z prostych rozwiązań technicznych doprowadzony do skrajności. Cały samolot,
na pierwszy rzut oka, był absurdalnym zlepkiem niepasujących do siebie
elementów. Gabaryty płatowca wydawały
się stanowczo zbyt wielkie, wrażenie pogłębiał mały, rzędowy, ośmiocylindrowy
silnik, jakby przed chwilą wymontowany z szybkiego dolnopłata, kabina wyglądała
jak niewielka oranżeria, a szczudłowate podwozie zamykało całość. Konstrukcja
podporządkowana maksymalizacji siły nośnej, robiła wrażenie gwałtu zadanego
klasycznej aerodynamice.
Źródło: Wikimedia
RWD-9 w stosunku do Fi 156 był
samolotem bardziej wszechstronnym, górował nad konkurentem zasięgiem,
prędkością i długością rozbiegu. Wynikało to ze sportowego charakteru RWD- 9.
Regulamin Challenge 1934 wymagał połączenia krótkiego startu i lądowania z
wysoką prędkością maksymalną. Najwyższe uznanie budziła rozbudowana
mechanizacja płata. Pilot sterował tylko lotkami. Wysuwanie skrzeli i
wychylanie klap odbywało się automatycznie. Przejście do lotu na dużych kątach
natarcia skutkowało wzrostem podciśnienia na skrzydełkach skrzeli i niejako
„wyssaniem” ich ze skrzydeł ku przodowi. Ruch slotów powodował, za
pośrednictwem prowadnic, dźwigni i zewnętrznych popychaczy, wychylenie klap.
Działanie mechanizmów na obu
skrzydłach nie było synchronizowane, co dobrze świadczy o ich precyzji.
Stosunkowo prosty, lecz jednocześnie skuteczny i niezawodny układ kinematyczny
napędzał lotki i przerywacze. Przerywacze umieszczone na końcach skrzydeł
zapewniały większą skuteczność sterowania poprzecznego na dużych kątach
natarcia, ich działanie było zsynchronizowane z działaniem lotek, które mogły
funkcjonować, jako klapolotki, wspomagające działanie klap bez zakłócania
funkcji sterowania poprzecznego (lotkowego). RWD-9 wyposażono w lotki typu
Friese. Wyróżniały się one osią obrotu cofniętą do tyłu o 23% cięciwy lotki.
Dzięki temu nosek lotki przy wychyleniu jej w górę, wystawał poniżej dolnej
powierzchni skrzydła. Powodowało to dodatkowy spadek siły nośnej wskutek
oderwania przepływu i wzrost oporu, co dawało moment oporowy, wywołujący zakręt
samolotu w stronę opuszczonego skrzydła.
Źródło: Flickr Johny Comsted
Mechanizację skrzydeł Storcha cechowała
wojskowa prostota. Pod tym względem Fi 156 odbiega od wcześniejszych
dolnopłatów wytwórni Fieselera, w których stosowano przesuwne klapy szczelinowe
typu Rollflugel przypominające klapy Fowlera oraz automatyczne sloty. Fi 156
wyposażono w zwykłe, szczelinowe klapy napędzane przez popychacze w nasadzie
skrzydła oraz dźwigienki śrubowe w nasadzie krawędzi natarcia za pośrednictwem
kół zębatych i łańcuchów drabinkowych przez duże pokrętło umieszczone z lewej
strony kabiny.
Dużym uproszczeniem było
zastosowanie stałych aluminiowych slotów, pomimo tego, że prototyp Fi 156B,
posiadał ruchome, automatyczne skrzela, które pozwalały uniknąć utraty
prędkości. Wydaje się, że szefowie Luftwaffe uznali, iż samolot wojskowy musi
byś skuteczny i niezawodny, jeżeli wypełnia swoje zadania, nie ma powodów, aby
komplikować jego budowę.
Obydwa samoloty zawdzięczają swe
osiągi doskonałym silnikom. Przygotowany
specjalnie do startu w Challenge 1934, gwiazdowy silnik Skoda GR-760 zbudowany
w ilości jedynie 6 egzemplarzy okazał się równie niezawodny jak Argus, a mocą
maksymalna wynosząca 290 KM, przewyższał wszystkich konkurentów. Kiedy tego
wymagała sytuacja, RWD-9 latał „na silniku”. Podczas lotu na dużych kątach
natarcia wysoka moc równoważyła opory klap i kadłuba, umożliwiając start nad
bramką oraz strome podejście do lądowania bez rozpędzania samolotu. Te same
czynniki działały w czasie lotu z prędkością minimalną, większy opór oznaczał
konieczność zwiększenia poziomej składowej ciągu, dzięki czemu rosła składowa
pionowa równoważąca ciężar.
Niemiecki Argus As-10 chłodzony
powietrzem, ośmiocylindrowy w układzie odwróconego V, z rodowodem sięgającym
1928 roku, wyprodukowany w ilości pond 28000, stosowany w wielu samolotach, a
więc sprawdzony i niezawodny. Ze względu na mniejsza moc silnika(240 KM) i
większa masę własną, starty i lądowania Storcha był mniej dynamiczne, oparte na
wykorzystaniu siły nośnej.
Wiesław Schier tymi słowy opisuje
RWD-9: To był wspaniały samolot, moim
zdaniem najciekawszy ze skonstruowanych w Europie w latach trzydziestych–genialny
w szczegółach i ponadczasowy w koncepcji. Wyznaczył kierunek rozwoju samolotów
sportowo-turystycznych na dziesiątki lat, aż po dzień dzisiejszy.
Tę opinię podzielają wszyscy polskich
historycy lotnictwa, ale eksperymentalna, czysto zawodnicza maszyna
wyprodukowana w ilości 8 sztuk nie mogła zaistnieć w światowym lotnictwie na
podobnej zasadzie jak Storch. RWD-9 do
dziś dzierży pierwszeństwo w rankingu wczesnych samolotów STOL, jednakże
najbardziej rozpoznawalnym samolotem tej klasy jest Fi-156 Storch.
LOTNICTWO TOWARZYSZĄCE A WOJNA BŁYSKAWICZNA
Lotnictwo towarzyszące wykreowano
w akcie typowo sarmackiej pogardy dla zachodnich nowinek technicznych, takich
jak broń pancerna i wyspecjalizowane lotnictwo. Delikatna materia narodowej
metafizyki, głęboko oddziaływała na rozwój tzw. broni technicznych. Złożyło się
na to wiele przyczyn, z których niemała część wybiegała daleko poza sferę
techniki wojskowej i dotykała skomplikowanej osobowości Marszałka Józefa
Piłsudskiego. Lotnictwo towarzyszące odzwierciedlało jego wizję lotnictwa
współpracy z armią. Ową wizję konsekwentnie realizowano do ostatnich dni II
Rzeczpospolitej, traktując, jako lotniczy testament marszałka. Przypisywanie całej
winny za wrześniową klęskę Józefowi Piłsudskiemu jest zbyt wielkim
uproszczeniem, ale był on twórcą systemu, który nie potrafił przewidzieć skali
zagrożenia, jakie stworzy wrogie lotnictwo, ani tym bardziej, zapobiec
nadciągającej katastrofie.
Lotnictwo towarzyszące dla aspirujących do
samodzielności sił powietrznych stanowiło krok wstecz. Rozdrobnienie lotnictwa
obserwacyjnego i podporządkowanie dowódcy dywizji piechoty, było zabiegiem
niespotkanym w światowym lotnictwie. W armiach o samodzielnym statusie sił
powietrznych, dowódcy dużych związków operacyjnych mogli, co najwyżej liczyć na
przydział lekkiego samolotu łącznikowego, tymczasem w Wojsku Polskim
decydowali, o „być albo nie być” lotnictwa.
Pomimo tego, w powszechnie
krytykowanych wytycznych dotyczących organizacji lotnictwa towarzyszącego, można
odkryć przebłysk geniuszu. Lekkie samoloty dzięki mechanizacji skrzydeł były w
stanie latać z prędkością dwukrotnie niższą od prędkości minimalnej nowoczesnych
myśliwców. Dzięki czemu zwrotny górnopłat dla szybkiego dolnopłata stawał się
niedostępnym łupem. Próby mające ustalić szanse Storcha przy spotkaniu z
myśliwcami przeciwnika wykazały, że przy prędkości 55 km/h był on dla nich
trudnym celem. Na filmie z fotokarabinu Udeta nie znalazł się ani jeden kadr ze
Storchem. Doświadczenia zebrane w podczas Wojny Obronnej 1939 wskazują, że
największe straty zadały lotnictwu obserwacyjnemu własne oddziały, myśliwce
niemieckie zestrzeliły jedynie 3 maszyny obserwacyjne. Lekkie samoloty
obserwacyjne korygujące ogień artylerii na froncie zachodnim, takie jak,
Auster, Piper, były wrażliwe na ostrzał artylerii p-lot, ale radziły sobie z
szybkimi myśliwcami.
Wbrew potocznym opiniom,
lotnictwo obserwacyjne w Wojnie Obronnej godnie wypełniło swoją misję, ponosząc
niestety najwyższe straty. W armiach posiadaliśmy 11 eskadr obserwacyjnych po 2
plutony każda, 16 eskadrę obserwacyjną wyposażoną w Lubliny, przydzielono do
Brygady Bombowej. Eskadry armijne były wyposażone w samoloty R-XIII Lublin, 6 eskadr
i RWD-14 Czapla-5 eskadr. Władysław Zaczkiewicz podaje, że
lotnictwo obserwacyjne dysponowało na początku 77 samolotami, w ramach
uzupełnień przybyło 12 samolotów, straty wyniosły 74 samoloty w lotnictwie
armijnym oraz wszystkie 7 Lublinów w 16 eskadrze. Według Kurowskiego całkowite
straty wyniosły 71 maszyn, natomiast 18 samolotów ewakuowano do Rumunii. Autor
podkreśla bezprecedensową ilość samolotów utraconych w wyniku własnego ostrzału
artylerii p-lot i ckm-ów piechoty, polskie oddziały zestrzeliły 16 samolotów
obserwacyjnych, niemieckie 6. Większość strat wynikała z podstrzeleń i usterek,
których nie udało się naprawić w polowych warunkach. Lotnictwo towarzyszące stało się
symbolem wrześniowej klęski polskiego lotnictwa. W ogniu krytyki wywołanej
wrześniową klęską ginęła pamięć o przelanej krwi i poświeceniu pilotów
pracujących na potrzeby rozpoznania i łączności poszczególnych armii.
Bezradność wobec potęgi Luftwaffe
wywołała potrzebę rozliczeń, jak zwykle w takich sytuacjach, potrzeba
znalezienia „kozłów ofiarnych” dominowała nad uczciwą analizą przyczyn
katastrofy. Rozmyte kompetencje centralnych instytucji wojskowych skutecznie
chroniły ludzi odpowiedzialnych za obronę powietrzną kraju. W tej atmosferze lekkie
samoloty obserwacyjne porównywano do Messerschmittów, co miało stanowić
argument w dyskusji na temat słabości całego lotnictwa wojskowego.
DYLEMATY CZAPLI
To oczywiste, że RWD-14 Czapla nie dorównywała
prędkością nowoczesnym samolotom rozpoznawczym. Zamówienie dotyczyło samolotu w
układzie zastrzałowego górnopłata ze stałym podwoziem i silnikiem o mocy 400 KM.
Prędkość 247 km/h wynikała z założeń projektowych. Również Storch nie był
samolotem nowoczesnym w potocznym rozumienia tego słowa. Genialne i rewolucyjne
było wykorzystanie jego możliwości w spektakularnych akcjach komandosów,
ratownictwie oraz wspieraniu wojsk pancernych.
Źródło: Odkrywca
Podporządkowanie konstrukcji
Storcha, wymogom krótkiego startu i lądowania, paradoksalnie zwiększyło jego
uniwersalność, czyniąc zeń wielozadaniowy samolot współpracujący z armią. Zatem
podstawowym zarzutem, jaki można postawić RWD-14 jest fakt, że nie była
wyspecjalizowana w podobny sposób. Innymi słowy, zamiast Czapli powinien
powstać samolot posiadający wszystkie zalety RWD-9, dostosowany do warunków
polowych. Mógł to być samolot przypominający RWD-15, z mocniejszym silnikiem, rozbudowaną
mechanizacją skrzydeł, uzbrojony, co najwyżej w jeden karabin maszynowy. Wojskowym decydentom zabrakło
wyobraźni, a poniekąd lotniczej wiedzy. Nie potrafili przełamać schematów
narzuconych przez marszałka, ale co gorsza własnych ograniczeń mentalnych.
Czapla była „samolotem pola walki” spóźnionym o dwadzieścia lat, przykładem myślenia
o lotnictwie w kategoriach wojny 1920 r.
Podczas prób nurkowania wydarzyły
się dwie katastrofy, które zdaniem wojska, obciążały konstruktorów samolotu. We
wstępnych założeniach technicznych przyjęto prędkość nurkowania o 15% większą
od prędkości maksymalnej, czyli około 290 km/h. Zaskakujący wymóg nurkowania z
prędkością wyższa od projektowanej postawiono podczas badań drugiego prototypu
w ITL. Za przyczynę pierwszej katastrofy uznano niedostateczną wytrzymałość
okuć statecznika poziomego. Pilot doświadczalny Aleksander Onoszko: Mimo sprzeciwu DWL, Roland Kalpas pilot
doświadczalny ITL, w kwietniu 1937 r, aby osiągnąć większą prędkość nurkowania
przestawił statecznik na większe kąty natarcia, co spowodowało urwanie się
przedniego zawieszenia. Samolot bez statecznika raptem został jakby ściągnięty
w górę i odleciały skrzydła. Na szczęście stało się to na dużej wysokości i
Kalpas zdążył wyskoczyć ratując się na spadochronie.
Profesor Tadeusz Sołtyk twierdził,
że katastrofę spowodował mało znane wówczas zjawisko drgań statecznika, czyli
flatter. Według profesora Dulęby obie katastrofy spowodowało zaczepienie
dźwigni popychacza steru wysokości o rozpórkę kratownicy wywołane
odkształceniem kadłuba przy prędkości około 350 km/h. Aleksander Onoszko w swych wspomnieniach w
następujący sposób komentuje absurdalne wymogi dotyczące prędkości nurkowania:
Według instrukcji biura konstrukcyjnego miałem wykonywać loty nurkowe
zmuszając samolot do zwiększenia prędkości o 15 % ponad maksymalną, tylko
sterem, bez przestawiania statecznika, co w RWD wykonywałem bez kłopotu.
Tymczasem, kiedy po próbach samolot przeszedł do ITL, komuś w wojsku przyszło
do głowy, że samolot łącznikowy musi potrafić uciekać przed nieprzyjacielskim
myśliwcem. Powinien, więc nurkować przy większych szybkościach. Cóż mogło dać
na przykład dodatkowe zwiększenie prędkości o 30% ponad 240 km/h, czyli do 320
km/h, kiedy prędkości niemieckich myśliwców przekraczały 500 km/h nawet w locie
poziomym.
Prof. Edward Malak bardzo
krytycznie ocenia kompetencje pracowników i stosunki panujące w DWL, jego
zdaniem RWD-14 to: symbol bezsilności
producenta, skutków atmosfery pobłażania ludziom z Doświadczalnych Zakładów
Lotniczych–RWD oraz złych kontaktów firmy z dowództwem lotnictwa. Banalne,
podobne przyczyny dwóch katastrof prototypu tego konwencjonalnego, prostego
płatowca stały się smutną ilustracją zbyt niskiego potencjału twórczego DWL-RWD
oraz za małej dbałości w procesie wyjaśniania przyczyn katastrofy.
Opinia Edwarda Malaka jest zbyt
surowa, nie bierze on pod uwagę zdroworozsądkowych argumentów pilota Aleksandra
Onoszki, a krytyka DWL wynika z jednostronnej oceny konfliktów pomiędzy
zarządem wytwórni, a Dowódcą Lotnictwa płk. Ludomiłem Rayskim.
Problemy z wprowadzeniem do
służby RWD-14 Czapla oddaje gęstniejącą atmosferę tamtych dni. Postęp w
technice lotniczej przytłaczał decydentów swoim tempem, wymagania, co do
osiągów zmieniały się z roku na rok. Lotnictwo potencjalnych przeciwników jeszcze
niedawno lekceważone, rosło w siłę.
W listopadzie 1937 roku prototyp Bf 109 V13
ustanowił rekord prędkości wynoszący 610,55 km/h. Tylko odmiennym stanom
świadomości szefów polskie lotnictwa można przypisać założenie, iż samolot
osiągający prędkość 247 km/h, zdoła w locie nurkowym umknąć myśliwcowi
nurkującemu z podwójna prędkością. Z kolei wykonywanie obronnych manewrów przy
prędkości minimalnej, kolidowało z doświadczeniami wyniesionymi z Wojny 1920
roku.
RWD-14 Czapla miał zastąpić
Lublina R-XIII, uzbrojony w dwa karabinu maszynowe, nieco cięższy, latający z
większą prędkością, w stosunku do Lublina nie stanowił zmiany jakościowej. Powszechnie krytykowany Lublin R-XIII,
pozbawiony mechanizacji skrzydeł, mieścił się w szeroko pojętej kategorii samolotów
STOL, pod względem prędkości minimalnej dorównywał Czapli (80 km/h), a
długością rozbiegu (70 m) przewyższał nawet Storcha (75 m).
Prędkość minimalna Czapli
wynosiła 80 km/h, obciążenie powierzchni 77 kg/m2, a obciążenie mocy
3,95 kg/KM. W przypadku Storcha: Vmin=51 km/h, obciążenie powierzchni
51 kg/m, obciążenie mocy 5,5 kg/KM. Jak wdać moc silnika dawała Czapli
przewagę, ale osiągnięcie podobnej prędkości minimalnej oraz skrócenia
rozbiegu, wymagało zwiększenia siły nośnej i zmniejszenia masy. Zastosowanie sprawniejszych klap oraz nowego
profilu płata o dużym współczynniku siły nośnej np. NACA 6415 lub Bartel 35IIIc
mogłoby podnieść Czmax do około 4. Zmniejszenie masy przez demontaż
uzbrojenia i odchudzenie konstrukcji, skróciłoby rozbieg do 80-90 m, a prędkość
do około 60 km/h.
Rozważania alternatywne w tym
przypadku mają sens, ponieważ DWL-RWD były w stanie skonstruować samolot lepszy
od Storcha. Ze strony wojska potrzebne były jedynie jasno wyrażona wola i
sprecyzowane Warunki Techniczno- Taktyczne, lecz z tym było już gorzej. W obronie RWD-14 należy podkreślić, że
umiejętnie wykorzystywany, jako samolot bliskiego rozpoznania, spełniał swoją
powinność.
AERODYNAMIKA RWD-9
Kiedy w morzu dzieł dotyczących
historii polskiego lotnictwa usiłujemy wyłowić opracowania głębiej wkraczające w
problemy aerodynamiki i mechaniki lotu natrafiamy na zaskakujące bezrybie.
Wiesław Schiera pisze: żadne źródło przedwojenne, żaden periodyk lotniczy, nikt z kręgu RWD
nie wspomina o tym, jaki profil lotniczy zastosowano w RWD-9. Zarówno RWD-9,
jak i RWD-14 Czapla miały ten sam profil skrzydeł autorstwa Jerzego
Dąbrowskiego z grupy DJ-3, znany również, jako IAW-192 (skrót IAW, bądź
I.A. oznacza Instytut Aerodynamiczny w Warszawie)
Autor przedstawia wykresy biegunowych i
krzywych momentu zrealizowane na podstawie badań przeprowadzonych w latach trzydziestych
przez Laboratorium Aerodynamiczne Politechniki Lwowskiej. Dysponujemy danymi
profilu IAW-192 z tego samego źródła, acz niedotyczącymi bezpośrednio płata RWD-9,
dlatego przyjmujemy je za punktem odniesienia do dalszej dyskusji.
W Czasopiśmie Lotniczym redagowanym
przez Dr. Zygmunta Fuchsa kierownika wspomnianego Laboratorium Aerodynamicznego
znajdują się artykuły Wacława Czerwińskiego dotyczące szybowców jego
konstrukcji ze skrzydłami o profilu IAW-192. Wybraliśmy trzy typy szybowców o
różnym przeznaczeniu i budowie skrzydeł.
Źródło: Odkrywca
Wyczynowy CW-5 posiadał płat o
rozpiętości 17 m i wydłużeniu 17,8 i grubości profilu 12%, a charakterystyki profilu
wynosiły: Cxmin=0,0112, Czmax=1,28.
Analogicznie akrobacyjny CW-7, rozpiętość 13
m, wydłużenie 10,3, grubość profilu 13%, charakterystyki płata: Cxmin
=0,0130, Czmax=1,21.
Najstarszy w tym gronie treningowy ITS-II/a, rozpiętość
12 m, wydłużenie 10, grubość profilu 13% charakterystyki płata: Cxmin=0,0128,
Czmax=1,3.
Jedynie w przypadku CW-5 podana jest wartość Cxmin
profilu, w pozostałych podaje się Cxmin płata, a zatem powiększoną o
wartość współczynnika oporu indukowanego wynoszącego dla szybowców o wydłużeniu
10, około 0,0028. Czyli wartość współczynnika oporu minimalnego profilu można
szacować na Cxmin=0,010-0,011.
W przypadku korzystania z bardzo starych
materiałów źródłowych pochodzących sprzed 1939 roku wykresy i tabele wartości
współczynników aerodynamicznych, bardzo często są przedstawiane nie dla
profilu, ale dla prostokątnego płata o znanym wydłużeniu. Ponadto charakterystyki
aerodynamiczne uzyskane w niezbyt sprawnym tunelu aerodynamicznym, publikowane
są tylko dla jednej, z reguły niewielkiej liczby Reynoldsa. Zarówno
Laboratorium Aerodynamiczne Politechniki Lwowskiej jak i instytut
Aerodynamiczny w Warszawie dysponowały na początku lat trzydziestych
niewielkimi tunelami, w których uzyskiwano wyniki dla liczb Reynoldsa rzędu od 8.7*104
do 2,9*105. Badania modeli mogły służyć do analiz
porównawczych, ale nie dawały wyników odpowiadających rzeczywistym warunkom
lotu. Stosowanie wyników pomiarów Cx skrzydeł otrzymywanych w
tunelach aerodynamicznych do warunków w locie może być tylko wtedy możliwe,
jeśli wartość Re modelu zbliża się do wartości liczby Reynoldsa w locie,
względnie jest dostatecznie duża. Przy małej liczbie Re, współistnienie dwu
warstw, laminarnej w przedniej części profilu i burzliwej na tylnej, powoduje
wystąpienie zgoła odmiennej wartości współczynnika oporu, aniżeli w locie.
Ponadto wartości Cx otrzymywane w różnych tunelach nie mogą
odpowiadać sobie przy małych liczbach Reynoldsa z powodu wpływu stopnia
burzliwości strugi na punkt przejścia warstwy laminarnej w burzliwą, a tym
samym na wartość współczynnika oporu. Po przekroczeniu wartości Re, przy której
warstwa przyścienna przechodzi wzdłuż całej długości profilu w warstwę burzliwą
wpływ burzliwości strugi zewnętrznej jest bardzo mały. Poza tym wpływ
chropowatości występuje dopiero przy dużych liczbach Re.
Uznajemy, że przedstawione przez
Wiesława Schiera wykresy biegunowych i krzywych momentu dotyczą modelu płata o
profilu IAW-192, z klapą szczelinowa i slotami o wydłużeniu Λ=7,
a nie profilu jak podaje autor. W tym przypadku opór profilu powiększony jest o
opór indukowany. Bardzo wysoki, minimalny współczynnik oporu płata wynoszący Cxmin=0,02,
po części wynika z niskiej liczby Reynoldsa Re=290000. Pojawia się, zatem
problem przeliczenia wartości współczynników aerodynamicznych na inną liczbę
Reynoldsa.
Współczynnik oporu indukowanego
dla płata o wydłużeniu 7,13, przy wartości Cz=0,2 wynosi Cxi=0,0021,
po odjęciu współczynnika oporu indukowanego otrzymujemy wartość współczynnika
oporu profilu Cxmin=0,0179.
Następnie dokonujemy korekty C dla
większych liczb Reynoldsa
Korzystamy z zależności: Cxmin2=Cxmin1
* (Re1/Re2)0,11
Następnie ze wzoru ∆CxRe=
(Cxmin2 – Cxmin1) * (1 – [Cz/Czmax]
obliczamy poprawkę
Dokonujemy korekty Cx
dla liczby Reynoldsa Re2=9,8*106 odpowiadającej dopuszczalnej
prędkości nurkowania (322 km/h), zakładamy, że wzorem RWD-14 projektowana prędkość
nurkowania jest większa o 15% w stosunku do prędkości maksymalnej w locie
poziomym(280 km/h, Re=8,5*10). Wartość
poprawki jest ujemna i wynosi ∆CxRe=-0,0066, otrzymujemy
zweryfikowaną wartość współczynnika oporu profilu wynoszącą 0,0113 łącznie z
oporem klap i slotów. Według W. Fiszdona opór nieszczelności i nierówności,
który daje zastosowanie slotów zwiększa C profilu od 0,0006 do 0,0008, a klap
szczelinowych 0,0004-0008, po odjęciu uśrednionych wartości otrzymujemy Cxmin
profilu IAW-192 wynoszący, około 0,010, co potwierdza wstępne kalkulacje
dotyczące szybowców.
Przeliczenie opływu
dwuwymiarowego(profil) na trójwymiarowy(skrzydło), powoduje zmniejszenie
maksymalnego współczynnika siły nośnej, z kolei wartość Czmax ,
z reguły rośnie wraz z liczbą Reynoldsa. Poprawne oszacowanie wpływu zmiany
liczby Reynoldsa na wartość Czmax, wymaga wykorzystania wyników
obszernych badań tunelowych kilku serii profili. Przenosząc wartość
współczynnika siły nośnej Cz z modelu na rzeczywistość musimy
zaznaczyć, że dopóki nie ma oderwania, nie zachodzi zazwyczaj potrzeba
stosowania poprawki ze względu na efekt skali. Dopiero po przeciągnięciu
skrzydła, gdy występuje oderwanie warstwy przyściennej, występują różne
wartości zależne od liczby Reynoldsa, stopnia burzliwości strugi i
chropowatości powierzchni.
Z wymienionych powodów, przyjmujemy do
obliczeń podaną wartość współczynnika siły nośnej. Według A. Glassa RWD-9 mógł
latać z prędkość minimalną 54,2 km/h. Prędkość tego rzędu mogła być osiągnięta
z dwuosobową załogą i niewielkim zapasem paliwa przy Czmax około 3. Podana
przez W. Schiera wartość współczynnika siły nośnej z otwartymi slotami i
klapami wychylonymi o 40 o Czmax=2,3 jest zbyt niska.
Przy tej wartości prędkość minimalna wynosiłaby 66,5 km/h.
RWD-9 posiadał wyjątkowo
rozbudowaną mechanizację płata. Klapy szczelinowe zwiększają współczynnik siły
nośnej od 85 do 95%, a skrzela od 55 do 65%. Przyrost współczynnika siły nośnej
dotyczy sytuacji, gdy elementy mechanizacji obejmują całą rozpiętość płata. Przy
częściowej rozpiętości klap czy slotów można przyjąć, że przyrost współczynnika
jest wprost proporcjonalny do części powierzchni płata objętej przez klapy i
skrzela. Stosownie do wzoru: ∆Cz= ∆Czprof.*Sf/S
gdzie Sf – część powierzchni płata objęta przez klapy
Klapy szczelinowe i klapolotki obejmowały 96%
powierzchni, a skrzela około 85%. W stosunku do płata bez mechanizacji,
dawałoby to ponad dwukrotny przyrost nośności- 2,374, podnosząc maksymalną
wartość współczynnika siły nośnej do Czmax = 3,03. Prędkość
minimalną 54 km/h, samolot osiągałby przy masie nieprzekraczającej 790 kg.
RWD-9 był samolotem specjalnym, jego zalety
cenne z punktu widzenia wojska lub sportowych zmagań, w codziennym życiu
aeroklubu sprawiały wiele problemów. W oparciu o konstrukcją „dziewiątki”
powstały dwa typy samolotów wyposażonych w ekonomiczne silniki i uproszczoną
mechanizację płata, RWD-13 i RWD-15, wykorzystywane, jako samoloty
sportowo-turystyczne, sanitarne i dyspozycyjne, doskonale wypełniały swoje
zadania.
AERODYNAMIKA Fi 156 STORCH
Profesor Ludwig Prandtl w
Instytucie Aerodynamicznym w Getyndze, zainicjował rewolucyjne badania profili
lotniczych, które odmieniły oblicze światowej aerodynamiki. Profile Göttingen
zastosowano w dwóch znanych myśliwcach zbudowanych przez Anthony Fokkera, które
uzyskały przewagę nad maszynami Ententy.
Słynny trójpłatowiec Richthofena, Fokker Dr I otrzymał profil GOE 298,
natomiast najlepszy niemiecki myśliwiec I WŚ, Fokker D VII-GOE 418. Stosowane
dotąd cienkie, ptasie profile zastąpiono znacznie grubszymi, profilami nowej
generacji. Nowe profile umożliwiły budowę wolnonośnych skrzydeł, dzięki czemu
wyeliminowano zewnętrzne usztywnienia płata. Poprawiono
wznoszenie i zwrotność, a wolnonośne skrzydła dawały mniejszy opór, pomimo
grubszego profilu.
Jeżeli osiągi Storcha uznajemy za
wiarygodne to w konsekwencji musimy przyjąć wysoką wartość współczynnika siły
nośnej profilu. Do przeprowadzenia obliczeń wykorzystaliśmy dane profilu Göttingen
GOE 387 zamieszczone na stronie Airfoils Tools. Cyfrowe metody badania opływu
wykorzystujące program XFOIL, również nie są pozbawione błędów. Program służy
do analizy opływu profilu oraz do projektowania metodą odwrotną, jest
prawdopodobnie najlepszym programem do obliczeń w zakresie małych liczb
Reynoldsa. Podstawową wadą programu jest zaniżanie oporu minimalnego oraz
zawyżanie Czmax oraz krytycznego kąta natarcia zwłaszcza dla opływów
właściwych dla aerodynamiki lekkich samolotów.
Jak widać w dążeniu do wyjaśnienia
skomplikowanych z natury rzeczy problemów aerodynamicznych musimy lawirować
pomiędzy Scyllą zacofania, a Charybdą nowoczesności.
Profil Göttingen
GOE 387 o grubości 14,9%, na 30% cięciwy jest znakomicie dobrany dla samolotu
krótkiego startu i lądowania. Przy
Re=1*106 w zależności od krytycznego współczynnika wzmocnienia-Ncr,
charakterystyki wynoszą Czmax od 1,6 do 1,66, a Cxmin od
0,07 do 0,09.
Najstarsze dane pochodzące z 1919 r.
odnajdujemy w Raporcie nr. 124 NACA, prymitywne warunki pomiaru oraz niewielka
liczba Reynoldsa sprawiają, że ich wartość jest niska Czmax=1,36, Cxmin=0,018.
Nieco późniejsze wyniki zamieszczono w Raporcie nr. 530, przy Re=3,4*10 wartość
Czmax wynosi 1,42, a Cxmin=0,0133. Charakterystyki z
programów komputerowych są znacznie lepsze, maksymalny współczynnik siły nośnej
wynosi 1,8-1,9, a minimalny współczynnik oporu poniżej 0,01.
Podczas badań serii profili (GOE387,RAF-38,RAF-48,ClarkYH,RAF-34,RAF-28)
w tunelu ciśnieniowym znajdującym się w londyńskim National Physical Laboratory,
jedynie w przypadku profilu GOE 387 zaobserwowano odwrotnie proporcjonalną relację
pomiędzy wzrostem liczbą Reynoldsa, a maksymalną wartością współczynnika siły
nośnej. Najwyższa wartość maksymalnego
współczynnika siły nośnej stwierdzono przy Re około 9*105, w zakresie
od 9*105 do 4*106 wartość Czmax malała od
ponad 1,5 do 1,4, przy dalszym wzroście Re, wartość współczynnika nie ulegała zmianom.
Liczba Reynoldsa Storcha, podczas lotu z prędkością minimalną, wynosiła 1,7-1,8*106,
co w przypadku cytowanych wyników badań odpowiada Czmax=1,45. W tym
przedziale wartość Czmax była znacznie wyższa od pozostałych
profili. Przykładem może być znany profil Clark YH, którego współczynnik Czmax
w tych warunkach sięgał wartości Czmax=1,25, a dopiero przy Re ponad
6*106, osiągał najwyższą wartość.
Wysoki współczynnik siły nośnej
przy niskiej prędkości lotu był dla samolotu klasy STOL wartością samą w sobie.
Bardzo podobnie przedstawiała się zmienność minimalnego współczynnika oporu.
Najwyższa wartość wynosząca Cxmin=0,019 osiągał w okolicach Re=9*105,
po czym wraz ze wzrostem Re następował spadek, pomiędzy liczbami Re 1,8*106
a 2,5*106, czyli w zakresie prędkości minimalnej Storcha obniżał się
do wartości minimalnej wynoszącej Cxmin=0,009.
Profil o wysokim maksymalnym
współczynniku siły nośnej oraz stałe skrzela i klapy dające niemal
dwuipółkrotny przyrost siły nośnej(∆Cz=2,43), składały się na
nadzwyczaj wysoki maksymalny współczynnik siły nośnej samolotu(Czmax =4,0)
umożliwiający lot z prędkością 51 km/h. W aerodynamice Fi 156 Storch nie ma
żadnej zagadki, poza konsekwencją w dążeniu do skrócenia startu i lądowania,
które osiągnięto kosztem prędkości i zasięgu.
Aby obiektywnie ocenić dokonania konstruktorów
RWD-9 i Fi 156, musimy dostrzec, iż współczesne samoloty komunikacyjne osiągają
tego rzędu współczynniki siły nośnej, przy bardzo zaawansowanej mechanizacji
płata.
ZAKOŃCZENIE
Wyrafinowana mechanizacją skrzydeł samolotu
RWD-9 nie została zaakceptowana przez wojskowych decydentów w stopniu
wystarczającym do jej wykorzystania w samolotach obserwacyjno- łącznikowych. Na
przykładzie Czapli wyposażonej jedynie w proste skrzela można wnioskować, że
decydowały o tym obawy przed komplikacjami technicznymi. Czaplę zaprojektowano
na podstawie doświadczeń wyniesionych z Wojny 1920r, w której lotnictwo
myśliwskie i artyleria przeciwlotnicza wroga nie stanowiły zagrożenia. W warunkach
dysproporcji sił zaistniałej we wrześniu 1939, nie mógł liczyć na sukcesy.
Fieseler mając jasno sformułowaną
specyfikację zamówienia, zbudował maszynę o konwencjonalnej konstrukcji i
niezwykłych możliwościach. Ten prosty i powolny samolot podążający wraz z
zagonami pancernymi Wehrmachtu, stanowił ważny trybik w machinie Blitzkriegu.
Teza, iż DWL była w stanie skonstruować
wielozadaniowy samolot lepszy od Fi 156 nie jest pozbawiona podstaw. Taka
możliwość istniała, pod warunkiem, że Dowództwo Lotnictwa od początku
potraktowałoby DWL, jako firmę badawczo-produkcyjną przygotowującą prototypy
samolotów wojskowych. Wiązałoby się ze wzmocnieniem potencjału wytwórni, ale
wydatki na budowę nieudanych prototypów z naddatkiem pokryłyby wymagane
inwestycje. O potencjale firmy świadczy ciekawy fakt opisana przez Andrzeja
Glassa: RWD-13 przejęty przez Niemców był
osobistą maszyną inż. Gerharda Fieselera. Może to budzić zdziwienie, że
konstruktor słynnego Storcha wolał korzystać z polskiego samolotu.
Najprawdopodobniej dla Fieselera ważna była większa prędkość, a RWD-13 mimo
tylko 130- konnego silnika oferował 210 km/h. Storch z silnikiem 240 KM, a więc
prawie dwukrotnie mocniejszym, rozwijał jedynie 176 km/h. Sądzę, że to bardzo
dobrze świadczy o polskiej maszynie.
LITERATURA
1.
Das
grose FlugzeugTypen Buch. transpress Berlin 1977.
2. David
Donald. Samoloty Luftwaffe w II WŚ. AMBER Warszawa 1998.
3. Paul
Eden. Samoloty IIWŚ. Niemcy, Japonia, Włochy. MAK Bremen 2011.
4. Władysław
Fiszdon. Mechanika Lotu Warszawa 1952.
5. Andrzej
Glass. PKL 1893-1939 WKiŁ Warszawa 1976.
6. Andrzej
Glass.Polska Technika Lotnicza Materiały Historyczne. Nr.29 (2/2007)
7.
Karlheinz
Kens. Die deutschen Flugzeuge 1933-1945. J.F. Lehmanns Verlag Munchen 1977
8. Adam
Kurowski. Lotnictwo Polskie w 1939 roku. Wydawnictwo MON. Warszawa 1962.
9. Wojciech
Mazur. Samoloty RWD.14 I LWS.3. Edipresse Warszawa 2014.
10. Edward
Malak. Prototypy samolotów bojowych i zakłady lotnicze Polska 1930-1939. ERICA
Warszawa 2011.
11. Janusz
Piekiełkiewicz. Fieseler Fi 156 Storch w II WŚ. Agencja Wydawnicza Jerzy
Mostowski. Janki 2005
12. Wiesław
Schier. Najsłynniejsze Polskie Samoloty Wyczynowe. WKiŁ Warszawa 2008.
13. Witold
Szewczyk. Samoloty, z którymi walczyli Polacy. WKiŁ Warszawa 1997.
14. Władysław
Zackiewicz. Lotnictwo Polskie W Kampanii Wrześniowej 1939 r. Wojskowy Instytut
Wydawniczy 1947.
15. Lwowskie
Czasopismo Lotnicze. Roczniki 1933-1937, redakcja Zygmunt Fuchs.
W artykule zbrakło krytyki silnika GR-750, o któym już było na tym blogu.
OdpowiedzUsuńStorch był samolotem prawie dwukrotnie większym od RWD-13, do tego uzbrojonym.
OdpowiedzUsuńFiesler na pewno wolał oszczędzać paliwo, i raczej nie musiał lądować w terenie, do tego mała prędkość lądowania zwiększa wrażliwość na podmuchy wiatru. Dlatego 13 była lepszym samolotem dyspozycyjnym, szczególnie jeśli uwzględni się 2.5x większy zasięg! Do tego tych samolotów Niemcy musieli zdobyć całkiem sporo i były łatwiej dostępne dla "osób prywatnych".
Szybkie nurkowanie nie było wymagane do tego, aby oddalić się od myśliwca, tylko aby osiągnąć pułap tuż nad ziemią nim ten się zbliży, to obecność ziemi tworzyła strefę bezpieczeństwa dla powolnych samolotów utrudniając skuteczny atak.
Wymaganie szybkiego nurkowania i tak było bez sensu, gdyż większość skutecznych ataków odbyłaby się z zaskoczenia, więcej by pomógł hamulec aerodynamiczny.
Hello all together,
OdpowiedzUsuńunfortunately I do not speak polish however a lot of research on RWD aircraft came up when I searched for Fi 156 origins. It is clear now that RWD 9 is the father of Fi 156 and a copy of the polish aircraft as the RLM requirements were nearly identical to Europe 1934 challenge requirements.
However the airfoil stories of Göttingen airfoils for Fi 156 are completely nonsense. The Fi 156 has the russian airfoil section P-II-c which could be confirmed by the original watertunnel test reports of Fieseler in Kassel. Dr. Petrikat, the test engineer, confirmed in several reports the use of P.P. Krassilshikoff's high lift airfoil section.
Oleg Antonov also realized in 1940 that a Fi 156 given to Russia by Göring in 1939 had the original CAHI airfoil when he was to copy the Fi 156 for Stalin as the later "Aist".
The polish aviation history was completely erased by the german propaganda during the war and up to the present day by all aviation enthusiasts even polish ones. The truth is however, that the Fi 156 is a real conceptual copy of the RWD-9 and RWD-13 aircraft with some detail changes and the use of the russian airfoil. Only one german scientist, Dr. Pleines from Adlershof, later in a book of Lachmann credited the polish academic flyers with the very good concept of the RWD-aircraft. He had been Fieseler's chief engineer in 1934 challenge and knew all about participating aircraft as well as all the world's high-lift aerodynamics.
I would appreciate to come in contact with polish experts on RWD-aircraft to clear the incredible falseness of aviation history concerning the Fieseler Fi 156 Storch.
Best regards
Karl