Ostatnio przyjrzeliśmy się projektom samolotów w kształcie dysku powstałych w nazistowskich Niemczech. Żaden z nich nie osiągnął mniej lub bardziej wyrafinowanego stanu. Najbardziej udany projekt, samolot AS-6, zdołał wejść do testów w locie, a nawet podjął próbę startu. Niemniej jednak wszystko to osiągnięto kosztem kilku wypadków. W rezultacie Niemcy, zainwestując dużo pieniędzy, nigdy nie otrzymały ani jednego samolotu o niestandardowym okrągłym kształcie. Kilka lat przed Niemcami podobne projekty rozpoczęli amerykańscy inżynierowie. I z różnych powodów „dyski” ze Stanów Zjednoczonych okazały się znacznie bardziej udane niż niemieckie, choć też nie weszły do masowej produkcji.
„Naleśniki” Zimmermanna
Spośród wszystkich amerykańskich inżynierów Charles Zimmerman odniósł pierwszy sukces w dziedzinie samolotów w kształcie dysku. Należy zauważyć, że pomysł wykonania objazdu skrzydła w planie istniał już wcześniej. Tylko poprzednie pomysły pozostały na etapach pomysłów lub wstępnych szkiców wyglądu samolotu. W 1933 Zimmerman dostał pracę w Chance Vought i był w stanie rozpocząć badania nad skrzydłami o ultraniskim wydłużeniu. Celem jego pracy było zbadanie właściwości skrzydła o wydłużeniu około jedności, a także różnych form krawędzi natarcia i spływu skrzydła. Przez kilka lat Zimmermann testował różne konfiguracje aerodynamiczne, aż doszedł do wniosku, że charakterystyka powierzchni nośnej, która w planie miała okrągły kształt, jest dobra.
Vought V-173 "Latający Naleśnik"
Badania wykazały, że skrzydło w kształcie tarczy, pomimo stosunkowo dużych oporów powietrza, ma bardzo dobrą siłę nośną. Ponadto na modelach testowych stwierdzono, że można poprawić właściwości aerodynamiczne samolotu z takim skrzydłem tylko poprzez prawidłowe rozmieszczenie silników i śmigieł. Aby to zrobić, te ostatnie należy umieścić tak, aby wytworzony przez nie przepływ mył górną i dolną powierzchnię skrzydła. Do 1939 roku projekt Zimmermanna osiągnął etap, w którym można było przestać eksperymentować na modelach i rozpocząć projektowanie pełnoprawnego samolotu.
Samolot o indeksie V-173 i nieoficjalnej nazwie Flying Pancake („Flying Pancake”) wcielił w siebie wszystkie nowe pomysły Zimmermanna. Główną jednostką konstrukcji był kadłub-skrzydło o kształcie zbliżonym do koła. W tym przypadku profil skrzydła był symetryczny. Przed skrzydłem znajdowały się dwa śmigła samolotu, a każde z nich miało średnicę ponad pięciu metrów. Dzięki temu, a także specjalnie dobranej prędkości obrotowej śmigieł, siła nośna skrzydła była kilkukrotnie wyższa niż samolotu z prostym skrzydłem o tej samej rozpiętości. Ponadto śmigła obracały się tak, że wiry wychodzące z łopat wirowały w kierunku przeciwnym do ruchu wirów śladowych na końcach skrzydła. Ta cecha konstrukcyjna zwiększyła efektywne wydłużenie płaszczyzny łożyska z jednego do czterech. Jednocześnie nie były wymagane żadne zmiany w wielkości samolotu.
Wewnątrz kadłuba skrzydła umieszczono dwa silniki tłokowe Continental A80 o mocy zaledwie 80 koni mechanicznych każdy. Każdy z nich był połączony z własnym śmigłem i zsynchronizowany z drugim silnikiem poprzez dodatkowy wał. Warto dodać, że w celu zapewnienia efektywnego opływu skrzydła do mechanizmu synchronizacji należało wprowadzić osobną skrzynię biegów: jeden silnik obracał śmigło zgodnie z ruchem wskazówek zegara, a drugi przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Niemniej jednak, nawet z tak skomplikowaną i niezwykłą elektrownią, V-173 ważył nie więcej niż 1400 kg. W centrum przedniej części kadłuba skrzydła umieszczono kokpit z daszkiem w kształcie kropli. Dla wygody pilota spód przedniej części skrzydła wykonano ze szkła. Faktem jest, że kiedy ta część samolotu została uszczelniona płótnem lub sklejką, pilot nie mógł normalnie patrzeć w przód iw dół, co mogło mieć wyjątkowo opłakany wpływ na lądowanie samolotu. Lądowanie i start planowano przeprowadzić w tradycyjny sposób, z wykorzystaniem pasa startowego. V-173 był wyposażony w proste, nie chowane podwozie ze wspornikami. W przypadku samolotu czysto eksperymentalnego uznano to za wystarczające. Sterowanie lotem miało się odbywać za pomocą dwóch stępek ze sterami i dwóch stateczników ze sterami, zwanych „windami”. Zgodnie z koncepcją Zimmermanna pełniły jednocześnie rolę zarówno lotek, jak i wind. Nieco później taki organ zarządzający zostanie nazwany terminem „Elevon”.
Na początku montażu prototypu projektem zainteresowało się Biuro Aeronautyki Marynarki Wojennej USA. Wkrótce potem zmienili swoje zainteresowanie na baczną uwagę i zażądali dalszego rozwoju V-173, biorąc pod uwagę możliwą eksploatację na lotniskowcach. Jednak wygląd maszyny był tak niezwykły, że władze marynarki najpierw zażądały, aby pełnowymiarowy model „Pancake” został wdmuchnięty w tunel aerodynamiczny. Doszło do tego, że jeden z admirałów zadał pytanie typu „Czy ta rzecz może latać?” 15 września 1941 roku zakończono eksperymenty w tunelu aerodynamicznym i nikt z wysokich władz nie wątpił już w potencjał nowego samolotu. Dzień po zakończeniu testów modelu pełnowymiarowego Marynarka Wojenna zaproponowała Chance Vought kontrakt na opracowanie pełnoprawnego myśliwca pokładowego.
Podczas czyszczenia zidentyfikowano kilka wad konstrukcyjnych, które wkrótce zostały poprawione. Latem 42 roku doświadczony V-173 pojechał na testy. Początkowo piloci testowi ograniczali się tylko do kołowania i biegania. Pierwszy lot samolotu odbył się dopiero 23 listopada. Jednocześnie już w pierwszych lotach „Flying Pancake” wykazał doskonałe właściwości i w pełni potwierdził poprawność swojego projektanta. Na przykład prędkość startowa podczas startu nie przekraczała 45-50 km/h, a dwa silniki tylko 80 KM każdy. przyspieszył go do 240 kilometrów na godzinę. Jak na tak słabą elektrownię było to więcej niż dobre. Nie bez wypadków. Na początku 1943 roku w prototypowym samolocie podczas lotu zostały wyłączone oba silniki. Pilot musiał poszybować na najbliższą plażę i wykonać awaryjne lądowanie. Z powodu niewystarczającej wytrzymałości piaskowej „powłoki” samolot przewrócił nos i uszkodził śmigła. Jednak naprawa trwała tylko kilka dni.
Zanim prototyp V-173 został przebudowany, Zimmerman, we współpracy z projektantami Chance Vout pod kierownictwem Y. Greenwooda, zakończył prace nad nową wersją Flying Pancake. Tym razem projekt był przeznaczony do użytku wojskowego. Tylko wojsko, nie oszukujmy się, nie wykazywało dużego zainteresowania oryginalnym samolotem. Tak, osiągi startu i lądowania wyglądały obiecująco, ale potrzeba restrukturyzacji produkcji, wprowadzenia nowych technologii itp. wyraźnie nie dodawał optymizmu. Dlatego układ nowego samolotu z oznaczeniem XF5U przyjęto dopiero w lipcu 1943 roku, a kontrakt na budowę dwóch prototypów podpisano rok później. Nowy wojownik otrzymał przydomek Skimmer - „Skimmer”.
Ogólny projekt XF5U był podobny do V-173. Jednak w przeciwieństwie do drewnianej konstrukcji starszego samolotu proponowano wykonanie nowego z metalu. Materiał ten był kompozytem części balsy pokrytych blachą aluminiową. Metalite miał dobre wartości wytrzymałościowe i był bardzo lekki. Ponadto istniała możliwość wytwarzania części metalowych metodą tłoczenia, co obiecywało znacznie obniżyć koszty produkcji. XF5U jest większy od swojego poprzednika, co jednak nie ma wpływu na dopuszczalne obciążenia. System sterowania jako całość pozostał taki sam, ale kokpit został znacząco zmieniony. Dzięki nowej, mocnej metalowej ramie, kokpit został przeniesiony do góry, co pozwoliło również na zdjęcie okna na spodniej stronie przedniej części skrzydła. Po bokach kokpitu umieszczono sześć karabinów maszynowych Browning M2 kal. 12,7 mm. Po bokach stanowiska pilota znajdowały się dwie instalacje trzech karabinów maszynowych. W połowie lat 40. taka broń była uważana za wystarczającą, ale w przyszłości planowano zastąpić karabiny maszynowe armatami 20 mm. Oprócz uzbrojenia lufowego samolot mógł przewozić niekierowane pociski, bomby itp. Dla nich pod środkową częścią samolotu znajdowało się sześć pylonów.
Osobno warto porozmawiać o nowej elektrowni XF5U. Pełnoprawny myśliwiec pokładowy miał być napędzany silnikami tłokowymi Pratt & Whitney R2000-7 o mocy 1350 KM. Wraz z nowymi silnikami zaktualizowany „Pancake” otrzymał nowe śmigła. Dla modelu XF5U firma Hamilton Standard opracowała oryginalny kształt łopaty śruby napędowej. W porównaniu ze starymi były bardziej wydajne przy niskich i średnich prędkościach. Ponadto nowe śmigła czterołopatkowe zostały zoptymalizowane pod kątem stosunkowo niskich obrotów. Całkowita moc elektrowni przekroczyła dwa i pół tysiąca koni mechanicznych. W połączeniu z wydajnymi śmigłami i maksymalną masą startową 7600 kg umożliwiło to nawet pionowy start. Tylko w tym celu konieczne było zainstalowanie samolotu na specjalnej rampie.
W połowie czerwca 1945 r. pierwszy prototyp Szumówki był gotowy. Nowatorstwo konstrukcji, a nawet samej koncepcji przez długi czas uniemożliwiały rozpoczęcie testów. Kierownictwo Marynarki Wojennej USA co jakiś czas wydało nowe zakazy lotów. Z tego powodu pierwsze kołowanie było możliwe dopiero pod koniec 46-go. Z kolei pierwszy lot odbył się 12 stycznia 1947 roku. Traf chciał, że ze wsparciem wojska było niewiele problemów. Na początku 47. marynarka również ograniczyła finansowanie. Z tego powodu program prób w locie musiał zostać skrócony. Niemniej jednak, przy zachowaniu osiągów startu i lądowania, udało się rozpędzić samolot do ponad 800 kilometrów na godzinę. Jak na rok 1945 był to bardzo dobry wskaźnik, ale nie na 48. rok. W tym czasie myśliwce odrzutowe zaczęły wchodzić do wojsk, a „Szumovka” po prostu nie znalazła miejsca w nomenklaturze samolotów morskich. Na początku 1948 roku program został zamrożony, a nieco później oba prototypy zostały zdemontowane.
XF5U-1
Teoretycznie aerodynamika „Latającego Naleśnika” i „Skimmera” umożliwiała wykonywanie takich manewrów, do których inne samoloty po prostu nie były zdolne. Ponadto układ skimmera XF5U może znacznie ułatwić życie załogom lotniskowców. Jednak rewolucyjna nowość projektu była czynnikiem, który położył kres całemu projektowi. Ze wszystkich wyprodukowanych samolotów Zimmermann w kształcie dysku do dziś przetrwał tylko jeden prototyp V-173, który jest przechowywany w Smithsonian Museum.
Latający spodek, który nie latał
Przez kilka lat po zamknięciu projektów Zimmermanna idee niestandardowych layoutów powracały jedynie w sposób naukowy. Nie doszło do stworzenia prototypów. Zmieniło się to w 1952 roku, kiedy pracownik Avro Canada John „Jack” Frost zainicjował projekt Avro VZ-9 Avrocar. Warto zauważyć, że w przeciwieństwie do wcześniej opisanych projektów, pomysł Frosta był w pełni zgodny z tym, co większość ludzi wyobraża sobie, mówiąc „samolot w kształcie dysku”. Kanadyjski konstruktor postanowił nie zrobić skrzydła w formie płyty, ale pokusić się o inny oryginalny pomysł.
Avrocar S/N 58-7055 (oznaczony jako AV-7055)
Frost postanowił wykorzystać znany już wówczas ciąg odrzutowy w połączeniu z tzw. efekt Coandy. Istota tego zjawiska polega na tym, że strumień cieczy lub gazu, poruszając się obok dowolnego obiektu, ma tendencję do zbliżania się do niego, a nawet „przyklejania się”. Według pomysłu Frosta takie zachowanie powietrza miało ułatwić manewrowanie aparatem. Najpierw inżynierowie Avro Canada wykonali małą aparaturę, aby zademonstrować swoje pomysły. Model o średnicy zaledwie 11 centymetrów mógł wzbić się w powietrze na niewielką wysokość, ale nie pasowały do niego żadne mechanizmy manewrowe. Mimo to kanadyjski departament wojskowy zainteresował się pomysłem i przeznaczył około 400 tysięcy dolarów na kontynuację prac. Wkrótce potem projekt otrzymał indeks Y2.
Na tym etapie przyszły Avrocar stał się celem szpiegowskiego dramatu. Od 1952 roku CIA próbuje dowiedzieć się, czy niektóre kraje mają nowe projekty samolotów. W 53. harcerze dowiedzieli się o istnieniu projektu Y2 i zgłosili to swoim przełożonym. Wkrótce po przekazaniu dokumentów „na górze” panowie z Pentagonu skontaktowali się z kanadyjskim wojskiem i zaprosili ich do wspólnego kontynuowania tworzenia Y2. Kanada zaakceptowała ofertę. Miało to między innymi przyjemne konsekwencje finansowe. Szef Departamentu Badań Sił Powietrznych USA, generał porucznik D. Putt, zebrał 2 miliony dolarów rocznie. Bardzo odważny jak na nowy, rewolucyjny projekt. Jednak pieniądze zostały przydzielone i Avro kontynuowało badania. W połowie dekady projekt VZ-9 był gotowy, który w rzeczywistości stał się „łabędzim śpiewem” programu Y2.
Piętnastometrowy dysk z sześcioma turboodrzutowcami, które wyrzucały gazy przez własne dysze, a także napędzały dużą turbinę, teoretycznie mógł wznosić się na dowolną wysokość i lecieć w dowolnym kierunku. Klient, reprezentowany przez armię amerykańską i kanadyjską, zatwierdził projekt, ale najpierw zażądał przetestowania nowej technologii na mniejszym pojeździe załogowym. Z tego powodu „płyta” została ściśnięta do średnicy około sześciu metrów. Elektrownia również została odpowiednio zmieniona: teraz wokół centralnej turbiny umieszczono tylko trzy silniki. Ciekawy jest system kontroli lotu. Przy wznoszeniu lub zniżaniu miał zmieniać ciąg wszystkich silników na raz, co wpływało na prędkość turbiny unoszącej. Aby przechylić się w jednym lub drugim kierunku, Avrocar miał specjalny system, który zmieniał ciąg poszczególnych silników tak, aby korpus urządzenia, ze względu na swoją różnicę, przechylał się we właściwym kierunku. Musiałem dużo majstrować przy tym systemie: trzeba było wziąć pod uwagę reakcję silników na przepustnicę, stabilność całego aparatu i wiele innych parametrów.
Kilka zdjęć w locie
W połowie 1959 roku pierwszy prototyp Avrocar był gotowy. Nadszedł czas na testy. Pierwsze tygodnie spędziliśmy na opracowaniu interakcji silników i ich systemów sterowania. To był trudny biznes, ale zrobili to Kanadyjczycy i Amerykanie. Do listopada tego samego roku VZ-9 był gotowy do swojego dziewiczego lotu. 12 listopada „latający spodek” wystartował z ziemi i zawisł na małej wysokości. Z biegiem czasu zaczęli dodawać przyczepność i zabierać urządzenie na nieco wyższe wysokości. W odległości około metra od ziemi Avrocar wisiał swobodnie, manewrował i mógł poruszać się w dowolnym kierunku. Ale kiedy przyszło do wspinania się na wysokość co najmniej kilku metrów, nagle pojawiła się jedna bardzo nieprzyjemna cecha projektu. Stosunkowo słaba elektrownia prototypu mogła zapewnić zadowalającą stabilność i sterowność dopiero na wysokości do półtora metra. Wraz z dalszym wzrostem „Avrocar” musiał polegać tylko na efekcie Coandy. Z kolei efekt ekranu zniknął, a samolot stracił swoją dawną stabilność. Po serii lotów testowych inżynierowie Avro Canada musieli wrócić za szuflady. Tymczasem niezadowolona z wyników armia kanadyjska doszła do wniosku, że projekt jest bezużyteczny i odmówiła dalszego rozdawania pieniędzy.
Przez kolejne miesiące zespół projektantów pod kierownictwem J. Frosta próbował znaleźć rozwiązanie wykrytego problemu i zapewnić odpowiednią stabilność. Na tym etapie prac zebrano jeszcze kilka modeli, na których opracowano nowe pomysły. Jednak żaden z modeli nie był w stanie wspiąć się na znośną wysokość i nadal się nie przewrócić. Wśród przyczyn takiego zachowania pojazdów był brak dodatkowego wsparcia powietrznego (ten sam efekt naziemny) oraz wymagania konstrukcyjne dotyczące dokładnego i dokładnego wyważania oraz konieczność synchronizacji pracy silników. Wszystko to można było naprawić tylko za pomocą radykalnej zmiany projektu. Pod koniec 1960 roku Frost rozpoczął przeprojektowanie projektu zgodnie ze zdobytymi doświadczeniami. Od 1959 roku projekt Y2 był finansowany wyłącznie przez Stany Zjednoczone. Z czasem amerykańscy urzędnicy odpowiedzialni za program zaczęli wątpić w jego celowość. Dlatego wkrótce po rozpoczęciu kardynalnej modernizacji finansowanie Avrokara ustało. Personel Pentagonu był twardy i lakoniczny. Dokument o zakończeniu prac wskazywał na daremność projektu, a także na brak zadowalającego wyniku kosztem około dwunastu milionów dolarów.
Nielotny „spodek” został jednak zabrany do muzeum lotniczego
Oba zbudowane prototypy Avrocar, które są przechowywane w muzeach lotniczych Stanów Zjednoczonych, przetrwały do naszych czasów. Około dziesięć lat temu wielu kanadyjskich historyków opowiadało się za przekazaniem jednego z „Avrokarów” w ręce Kanady. Motywowali to potrzebą uznania zasług swojego kraju w tworzeniu projektu. Jednocześnie temat finansowania akcji został jakoś pominięty, choć Stany Zjednoczone wydały na program Y2 ponad dziesięciokrotnie więcej pieniędzy niż ich północny sąsiad. W szczególności i dlatego rozmowy z początku 2000 roku pozostały tylko rozmowami, a oba zbudowane VZ-9 nadal znajdują się w amerykańskich muzeach.
