Dva letouny, které se mají během letošních Dnů NATO objevit nad Mošnovem, spojuje na první pohled viditelná zvláštnost. B-1B Lancer i Panavia Tornado dokážou za letu měnit šípovitost křídel. Řešení kdysi nabízelo elegantní cestu, jak spojit dobré vlastnosti při nižší rychlosti s rychlým letem. Dnes ho však nové bojové letouny prakticky nepoužívají.
B-1B Lancer a Panavia Tornado od sebe dělí velikost, původ i původní zadání. Americký B-1B je čtyřmotorový dálkový bombardér, zatímco evropské Tornado vzniklo jako podstatně menší dvoumotorový víceúčelový bojový letoun. Přesto konstruktéři obou strojů sáhli po stejném řešení.
Na letošních Dnech NATO v Ostravě má americké letectvo předvést průlet dvojice B-1B a německá Luftwaffe dynamickou ukázku Tornada IDS. Aktuální program je zveřejněný na oficiálním webu Dnů NATO a organizátoři výslovně upozorňují, že se může měnit.
Právě při pohledu na oba stroje za letu bude dobře vidět konstrukční myšlenka, která několik desetiletí zaměstnávala letecké inženýry: proč nutit jedno křídlo, aby bylo kompromisem, když lze jeho tvar během letu změnit?
Jedno křídlo se nehodí stejně dobře pro každou rychlost
Letoun při vzletu a přistání potřebuje něco jiného než při rychlém letu. Při nižších rychlostech se hodí křídlo s menší šípovitostí, které poskytuje vhodnější vztlakové vlastnosti. Při vysokých rychlostech naopak pomáhá větší šípovitost snižovat některé aerodynamické nevýhody rychlého letu.
NASA tento princip popisuje velmi jednoduše na experimentálním Bellu X-5: s křídly více rozevřenými mohl letoun lépe fungovat při vzletu a přistání, zatímco jejich zatažení dozadu snižovalo odpor a umožňovalo vyšší rychlost. Historii Bellu X-5 popisuje NASA Armstrong.
Myšlenka přitom nevznikla až s Tornadem nebo B-1. Americký X-5 vycházel z německého experimentálního Messerschmittu P.1101. U něj bylo možné úhel křídel měnit pouze na zemi. Bell následně vytvořil stroj, který dokázal měnit šípovitost přímo během letu. X-5 poprvé vzlétl v roce 1951 a pomohl ověřit, že celý princip skutečně funguje.
Od šedesátých let se potom měnitelná geometrie objevila na celé řadě známých vojenských letounů. Patřily mezi ně americké F-111, F-14 a B-1, evropské Tornado nebo sovětské MiGy-23, Su-24, Tu-22M a Tu-160. NASA uvádí, že hlavní období těchto konstrukcí spadalo zhruba od 60. do 80. let.
U B-1B se rozpětí mění téměř o osmnáct metrů
U obrovského B-1B je rozdíl vidět mimořádně dobře. Podle amerického letectva měří rozpětí s křídly v přední poloze přibližně 41,8 metru. Při jejich zatažení dozadu klesne na 24,1 metru. Samotná šípovitost se může měnit přibližně od 15 do 67,5 stupně.
Křídla nejsou při vzletu jednoduše „roztažená“ a při rychlém letu vždy maximálně zatažená. Poloha se volí podle režimu letu. Americké letectvo například uvádí přednější nastavení pro vzlet a přistání, zatímco větší šípovitost se používá při vysokých podzvukových a nadzvukových rychlostech.
B-1B tak na zemi a při rychlém průletu může na fotografiích působit téměř jako dvojice různých letadel. Není to vizuální efekt, ale přímý důsledek snahy poskytnout velkému bombardéru širší rozsah použitelných letových režimů.
Podobně výraznou aerodynamickou zvláštnost jsme na Zbrojopisu už ukazovali u bombardéru XB-70 Valkyrie, který za letu sklápěl konce křídel. Tam však konstruktéři sledovali jiný efekt. U B-1 se pohybuje velká část samotného křídla.
Tornado mění rozpětí o více než pět metrů
Panavia Tornado ukazuje stejný princip v podstatně menším stroji. Oficiální údaje Bundeswehru uvádějí rozpětí 13,91 metru při šípovitosti 25 stupňů. Při 67 stupních klesá na pouhých 8,56 metru. Technické údaje Tornada zveřejňuje Bundeswehr.
Tornado vznikalo společně ve Velké Británii, západním Německu a Itálii. První prototyp vzlétl v roce 1974 a výsledný stroj se stal typickým představitelem období, kdy konstruktéři chtěli z jednoho letounu dostat dobré vlastnosti v mimořádně širokém rozsahu rychlostí.
Pro německé Tornado bude letošní Mošnov zajímavý ještě z jiného důvodu. Podle pořadatelů jde o první dynamickou ukázku Tornada německé Luftwaffe na této akci. Letoun s měnitelnou geometrií křídel se zde v dynamické ukázce naposledy objevil před šestnácti lety, tehdy v britských barvách.
„Tento stroj s měnitelnou geometrií křídel u nás měl dynamickou ukázku naposledy před 16 lety,“ uvedl předseda Jagello 2000 Zbyněk Pavlačík.
Aerodynamický zisk se platil kilogramy a složitostí
Na papíře vypadá měnitelná geometrie skoro jako ideální řešení. Letadlo si jednoduše nastaví křídlo podle toho, zda právě startuje, letí cestovní rychlostí nebo zrychluje. Jenže křídlo se zároveň musí opírat o konstrukci, která bezpečně přenese obrovské síly.
Otočný mechanismus proto není lehký kloub podobný skládacímu nábytku. Spojení musí nést aerodynamické i konstrukční zatížení křídla a zůstat spolehlivé v celém rozsahu pohybu.
Právě tady se začala výhoda měnitelné geometrie obracet proti ní. NASA při hodnocení těchto koncepcí opakovaně upozorňovala na vysokou hmotnost, konstrukční složitost a cenu mechanismu. Robustní otočné body a struktura kolem nich představují hmotnost, kterou letoun musí vozit neustále, i když se křídla právě nepohybují.
U vývoje moderních letadel se navíc přidal další problém. Historická studie NASA uvádí, že měnitelná geometrie komplikovala také požadavky spojené s nízkou radarovou zjistitelností. Pevné tvary křídel doplněné vztlakovými klapkami a dalšími aerodynamickými prvky proto nakonec převládly.
Je to podobný konstrukční příběh jako u F-117, jehož neobvyklý tvar vyžadoval elektronické řízení letu. S rozvojem řízení letu, aerodynamiky a konstrukčních metod bylo možné přijmout jiné kompromisy než v době, kdy vznikaly první sériové stroje s pohyblivými křídly.
Pohyblivá křídla nezmizela proto, že by nefungovala
Na variabilní geometrii je zajímavé právě to, že nejde o slepou uličku v běžném smyslu. Fungovala a u správně zvoleného zadání poskytovala skutečné výhody. B-1B i Tornado jsou toho důkazem.
Problém byl ekonomičtější a konstrukčnější. Výhoda ve více letových režimech musela být dost velká, aby ospravedlnila těžší konstrukci, složitější mechanismus, vyšší cenu a náročnější provoz. Jak se jiné technologie zlepšovaly, tento účet vycházel stále hůř.
NASA dnes popisuje klasickou variabilní šípovitost jako technologii na ústupu právě kvůli hmotnosti robustních otočných mechanismů. Zároveň je pozoruhodné, že samotná myšlenka měnit tvar křídla nezmizela. Výzkum pokračuje u různých adaptivních a „morphing“ konstrukcí, jen už často bez velkého mechanického kloubu známého z F-14, Tornada nebo B-1.
Až tedy nad Mošnovem B-1B změní siluetu nebo se Tornado objeví s křídly v jiné poloze, nepůjde jen o efektní detail letecké show. Diváci uvidí řešení charakteristické pro dobu, kdy se problém různých rychlostí řešil velkým kusem pohyblivé mechaniky. Právě proto jsou tyto stroje dnes technicky možná ještě zajímavější než v době, kdy jejich měnitelná křídla představovala budoucnost.
