Aerobatyka. Nie próbować niemożliwego

Co to jest aerobatyka, czyli bardziej rozwlekle: akrobacja lotnicza? Nie znajdziecie o niej wiele w polskiej wikipedii (strona tak zatytułowana jest króciutka i miejscami myląca). Powiem kilka słów o aerobatyce. Rozpocznę od słonecznego dnia jej narodzin 105 lat temu, we wtorek 19 sierpnia 1913 r. Lotnictwo samolotowe miało wtedy niecałe 10 lat i kwitło znacznie bardziej w Europie niż Ameryce braci Wright. Bohater dnia, Adolphe Célestin Pégoud, miał 24 lata.

POCZĄTKI AEROBATYKI

Pégoud powraca ze służby w kawalerii francuskiej w Afryce północnej i uzyskuje licencję pilota nr. 1243 w marcu 1913 r. Podejmuje pracę oblatywacza w wytwórni Louisa Bleriota. Podejmuje się niebezpiecznego eksperymentu, wiedząc jednak, że już dawno odbywano z powodzeniem skoki spadochronowe z balonów. Nad lotniskiem w Châteaufort jako pierwszy wyskakuje z lecącego samolotu. Spadochron otwiera się i pilot miękko ląduje na ziemi. To dowodzi, że spadochron może być lotniczym urządzeniem ratunkowym. Pegoud zyskuje sławę (por. polską wiki).

Zrekonstruowany Bleriot XI Adolfa Pegouda

Lecz to co dzieje się z opuszczonym przez niego samolotem, jest jeszcze ciekawsze. Pozbawiony pilota, delikatny samolot Bleriot XI o drewnianej konstrukcji krytej płótnem (znany z pierwszego przelotu Louisa Bleriot nad kanałem La Manche), nie spada i nie uderza natychmiast w ziemię. Nie tylko kontynuuje lot, ale wyczynia w powietrzu niewyobrażalne salta, nie rozpadając się w powietrzu. Pierwsze samoloty nie były ani zbyt mocne mechanicznie, ani łatwe w sterowaniu. Tylko nieliczni śmiałkowie decydowali się w 1913 r. na ostrzejsze zakręty, rzadziej na nurkowanie. Nikt świadomie nie obrócił samolotu do góry kołami ani tym bardziej nie próbował lotu pionowo w górę. W istocie, panowała opinia, iż podobne manewry akrobacyjne doprowadziłyby do przeciążeń i połamały samolot. Nic dziwnego zatem, że wyczyny bezzałogowego Bleriota przed jego twardym lądowaniem na polach Francji zafascynowały Adolfa Pegouda. Wiedział już, co jest możliwe!

A w lotnictwie odróżnienie możliwego od niemożliwego to podstawa. Tak było i w sierpniu 1913 r. i w kwietniu 2010 r., kiedy lądowanie w Smoleńsku było po prostu niemożliwe, ale nie zostało to należycie uwzględnione.

Świadome powtórzenie zaobserwowanych pętli i beczek stało się celem młodego Francuza i było już tylko kwestią czasu. Pocztówka niemiecka z 1914 r. poświęcona pokazom Pegouda, pokazuje ponad połowę pętli i lot "Kopf nach unten", głową w dół, czyli jak mówimy dziś odwrócony.

Dziś jednak wiemy, iż pierwszą tzw. martwą pętlę (figurę wykonywaną bez przechylania skrzydeł na bok) zrobił nie Pégoud 21.09.1913, a 12 dni wcześniej rosyjski konstruktor szybowców Пётр Николаевич Нестеров, samolotem Nieuport IVG. Ten 26-letni oficer lotnictwa carskiego miał dobre przygotowanie mat.-fiz. i umiał wykazać teoretycznie, że pętla jest możliwa. Gdy na uczelni koledzy pisali o tym ironiczne fraszki, Piotr odpowiedział także kilkoma zwrotkami, które zakończył tak:

Не мир хочу я удивить, Не для забавы иль задора,
А вас хочу лишь убедить, Что в воздухе везде опора…

W rzeczywistości, carscy inżynierowie i lotnicy byli też pionierami aerobatyki teoretycznej. Znany aerodynamik Mikołaj Żukowski już w r. 1891 dał wykład na którym ułożył i rozwiązał równania ruchu płatowca lecącego ze stałym kątem natarcia! Jedną z przewidzianych trajektorii była właśnie pętla (zob. rozdz. tego bloga pt. Teoria fugoidy).

By udowodnić, że powietrze rzeczywiście zawsze daje oparcie siły nośnej, niezależnie od przechyłu samolotu, wzbił się pewnego sierpniowego wieczora na kilometr nad Kijowem i zanurkował dla nabrania prędkości, po czym z wysokości ~600 m wykonał pełną pętlę dość starym samolotem. Po wylądowaniu został natychmiast ukarany aresztem za narażanie własności armii imperium, jednak po 10 dniach nie tylko był zwolniony, ale i awansowany do stopnia sztabs-kapitana, a później nagrodzony medalem. Dziś jego imieniem nazwany jest puchar Fédération Aéronautique Internationale i planetoida. Zginął w I w. św., dokonując pierwszego w historii taranowania samolotu przeciwnika, w którym austriacki baron von Rosenthal i jego pilot Franc Malina obserwowali ruchy wojsk rosyjskich.

Piotr Niestierow (1887-1914)

Pętla stała się gwoździem programu pokazów lotniczych w Berlinie i w Moskwie (wystąpił tam i Pegaud na zaproszenie cara; dali na wspólnym posiedzeniu odczyty: Pegoud, Niestierow i tworca teorii płata Żukowski).

Tak oto, dzięki dwóm młodym pasjonatom, z których jeden zaufał swym obliczeniom, a drugi swym oczom, narodziła się aerobatyka. Albo jak powiedzielibyśmy z francuskiego, woltyżerka powietrzna. Człowiek po niepewnych pierwszych krokach w powietrzu, zaczął poruszać się śmielej i z większą gracją, odczuwając nieznaną przedtem swobodę i pewność siebie. A niedługo potem, również zabijać się nawzajem dużo sprawniej. Adolf Pegoud został zestrzelony w czasie walki powietrznej w czasie wojny światowej 31 sierpnia 1915 r. przez swego byłego pilota-ucznia, niemieckiego podoficera Waltera Kandulskiego. Kiedy okazało się kogo zestrzelili, Kandulski wraz załogą zrzucili za linią frontu francusko-niemieckiego wieniec pogrzebowy dla francuskiego mistrza.

Nieuport IVG Niestierowa, samolot którym zrobił pierwszą pętlę w historii lotnictwa.

SZCZĘŚLIWE NURKOWANIE SIERŻANTA PARKE'A

Do ważnego wydarzenia, powtarzanego później w innych krajach niechcący, przez wielu pilotów, doszło na aerodromie Larkhill w Anglii. Sierżant marynarki wojennej j.k.m. Wilfred Parke siedział za sterami pierwszego kabinowego dwupłata Avro G:

Powracając na lotnisko 25 sierpnia 1912 r. z dalekiego, trzygodzinnego lotu, zaczął zniżanie po spirali do typowego wówczas pola startowego bez wytyczonych ściśle pasów startowych. Musiał zapatrzyć się na widoki za oknem i pociągnąć drążek sterowy nieco za mocno na wysokości 800 stóp nad ziemią, bo dziób samolotu podniósł się za wysoko, a prędkość nadmiernie spadła. Lewe skrzydło nagle zapadło się w dół, dziób przechylił się mocno w dół i samolot zaczął się obracać w lewo. Parke zobaczył to, co widzieli przed nim inni piloci na wielu prostych maszynach z początku XX w., lecz nie zdążyli nikomu opowiedzieć: szybko wirującą, zbliżającą się do kokpitu ziemię. Wpadł w korkociąg.

Parke wiedział czym takie przypadki się kończyły. Zmrożony strachem i zdezorientowany obrotem w wielu osiach, odruchowo, mocno ścisnął w ręku drążek sterowy. Wykrzesał z siebie na tyle przytomności umysłu by spróbować się ratować, systematycznie wypróbowując kolejne ułożenia sterów, które przyszły mu do głowy. Otworzył najpierw pełną przepustnicę dodając mocy silnika, lecz to nie spowodowało wyciągnięcia samolotu z pochylenia. Zmniejszył więc gaz i tym razem nacisnął lewy orczyk, mając nadzieję, że być może tym spowolni jakoś opadanie. Nie spowodowało; świat zawirował jeszcze szybciej i siła odśrodkowa wcisnęła go w prawą burtę. Czasu i odległości, a z nimi możliwości myślenia zaczynało naprawdę brakować. Był już 100 metrów od ziemi. Puścił kurczowo trzymany przedtem ku sobie drążek sterowy i skupił na ostatniej szansie: prawym orczyku. A nuż naciśnięcie go spowoduje zwolnienie obrotu w lewo? Schwycił ramę samolotu by jakoś ochronić się przed uderzeniem, z całej siły wciskając orczyk. W ostatniej chwili Avro G przestał się obracać. Sierżant Parke z trudem wyprowadził go z nurkowania kilka metrów nad ziemią, powrócił na krąg lotniskowy i roztrzęsiony wylądował. Jako pierwszy wyszedł bez szwanku z korkociągu! Mógł teraz opowiedzieć wszystkim o szczęśliwie znalezionym manewrze ratunkowym który i teraz brzmi: pełen orczyk przeciwnie do kierunku obrotu, drążek z początku nieco od siebie, nie przechylony ani w lewo ani w prawo. Jednak dopiero wybuch I w. św. dwa lata później umotywował ang. siły powietrzne do przyjęcia takiej procedury.

Nie naprowadziła na to rozwiązanie aerodynamika, tylko łut szczęścia. Niebezpieczne zjawisko zbierało żniwo śmierci, lecz z obawy o życie pilotów nie badano go, wprowadzając samolot celowo w korkociąg. Rosjanie twierdzą, że zrobił to pierwszy 11 września 1916 r. lotnik Arceułow. Aerodynamiczne badania głębokiego przeciągnięcia jednego ze skrzydeł (przy drugim nieprzeciągniętym lub w słabym przeciągnięciu) i wynikowej autorotacji rozpoczęto na serio dopiero po pięciu latach od "nurkowania Parke'a", czyli w 1917 r. Do standardowego repertuaru aerobatyki korkociąg (ang: tailspin, później spin) wszedł jeszcze znacznie później. Trzeba zaznaczyć, że do dziś jest to rodzaj "lotu" skomplikowany i w swej różnorodności jeszcze za słabo poznany. Niektóre rodzaje samolotów wymagają innych działań niż znalezione 106 lat temu - w opisany standardowy sposób nie daje się ich wyprowadzić z korkociągu. Na przykład do przerwania 'spinu' wielu współczesnych myśliwców nie korzysta się z 'zacienionego' wtedy steru kierunku, ale z lotek dających silny ślizg przeciwny (adverse yaw). A to oznacza, że paradoksalnie trzeba wychylić lotki do skrętu zgodnie z kierunkiem obrotu. Poza omówionym korkociągiem zwykłym lub pochylonym, istnieją też trudniejsze do opanowania rodzaje korkociągu płaskiego (z pochyleniem mniejszym niż 50 stopni w dół), oraz korkociągi odwrócone obu tych rodzajów.

KORKOCIĄG A TRENING PILOTÓW KOMUNIKACYJNYCH

Aby jednosilnikowy samolot lotnictwa ogólnego otrzymał certyfikację do lotów, musi po przypadkowym wejściu w korkociąg, przy użyciu opisanej przez oblatywacza procedury, zakończyć ten mod lotu w czasie jednego pełnego obrotu, zaś przy intencjonalnym manewrze akrobacyjnym, po wykonaniu 6 zwojów korkociągu w ciągu 1,5 dodatkowych obrotów. Jeśli samolot wchodzi z wielkim trudem w normalny stromy korkociąg, to lepiej nigdy nie zmuszać go do tego - może z niego także nie chcieć wyjść po przejściu do wersji płaskiej. Z mojego doświadczenia, typowe samoloty treningowe (Piper Archer lub Warrior, Cessna 150 i 172) jak i samoloty akrobacyjne, takie jak mój Van's RV6, mają bardzo łagodne maniery i są wybaczające - wychodzą zawsze z korkociągu, albo przez działania pilota, albo gdy spanikuje, puści wolno wszystkie stery i zacznie się modlić. Z innymi statkami powietrznymi bywa różnie: nie są certyfikowane do korkociągów. Przy ich próbach często aktywowany jest spadochron przeciw-korkociągowy, bez którego nie sposób zatrzymać autorotację. Ten i podobne, łatwe do odszukania filmy z badań NASA w latach 70-tych i 80-tych, pokazują to ciekawie:

Do dziś trwa dyskusja jak zabezpieczyć pilotów przed korkociągiem, albowiem jego śmiertelne niebezpieczeństwo wynika do dziś bardzo jasno ze statystyk wypadków, zwłaszcza tych na małej wysokości nad ziemią, np. poniżej kręgu lotniskowego przy podejściu do lądowania. W statystykach bardzo często powtarza się jako miejsce wypadku ostatni zakręt (zakręt na ostatnią krótką prostą). Tam prędkość wg ogólnie uznanych zasad pilotażu ma być mała, co w połączeniu z częstym przestrzeleniem osi pasa prowadzi do nieudanej próby zbyt ostrego zakrętu, pod przeciążeniem - a to jak wynika z aerodynamiki podnosi prędkość krytyczną (poniżej której płat jest zawsze przeciągnięty, ang: stalled) do wartości powyżej chwilowej prędkości.

Dyskusja dotyczy nie tyle kryteriów certyfikacji w prawie lotniczym, co metod treningu pilotów. Kiedyś (1926-1949 r.) w USA i wielu innych krajach demonstrowana umiejętność wychodzenia z korkociągu po dwóch obrotach w każdym kierunku w locie solo była wymagana do uzyskania licencji pilota (Private Pilot License). Egzaminator stał bezpiecznie na ziemi, na wszelki.. hmm, wypadek. Dziś niestety w większości krajów zastąpiono to treningiem jak nie doprowadzić do korkociągu, tj. jak nie wejść w niesymetryczne przeciągnięcie. To znaczy, że wielu obecnie wożących was drodzy czytelnicy pilotów komercjalnych, jak najszybciej szkolonych by wypełnić rosnące światowe zapotrzebowanie przemysłu transportowego, nie tylko nie nauczono w praktyce korkociągu, ale nawet instruktor nie miał obowiązku zademonstrowania techniki wyjścia z niego (mój zademonstrował mi mimo to, nie rozumiałem tylko dlaczego był przy tym tak spięty; cóż się może stać, prawda? przecież to instruktor! :-). Dlatego moim zdaniem tak sensowne jest by piloci samodzielnie poszukiwali możliwości nauczenia się tej techniki na kursie aerobatyki. Taki trening, który miałem przyjemność odbyć w Szwecji u mistrza akrobacji Gabora Varga, jest wsród nowego narybku pilotów komercjalnych rzadki. (Ogólnie, ręczny pilotaż jest coraz mniej trenowany, na korzyść nauki obsługiwania licznych urządzeń elektronicznych.) A być może zapobiegłoby to wielu wypadkom, także w lotnictwie transportowym. Uczenie się akrobacji pomaga w zapewnieniu bezpieczeństwa lotów podwójnie. Nie tylko zwiększa dramatycznie świadomość tego co dzieje się w sytuacjach nietypowych z samolotem, czyli świadomość sytuacyjną, oraz powoduje że prawidłowa reakcja staje się automatyczna, ale także uczy aerodynamiki. Ta wiedza pomogła już niejednemu pilotowi w zaimprowizowaniu działania, pomagającemu przeżyć.

IMMELMANN PO DZISIEJSZEMU

Zamiast wykładu o manewrach, jak je wykonywać a jak nie wykonywać (to opisują książki cytowane na końcu), proponuję odnalezienie na tym filmie kilku beczek lotkowych, pętli, wingovers (nawrotów) które nie są obecnie uznawane za figury akrobacji, oraz manewr Immelmanna (pół pętli + pół beczki), nazwany tak na cześć niemieckiego asa powietrznego Maxa F. Immelmanna. W 1915 r. Immelmann wylądował obok zranionego przez niego i zmuszonego do awaryjnego lądowania angielskiego sierżanta W. Reida, podszedł nieuzbrojony, uścisnął przeciwnikowi dłoń i udzielił pierwszej pomocy. Był o rok młodszy od A. Pegouda, a zginął rok później od niego, w 1916 r., na froncie francuskim. Anglicy odstrzelili mu pół śmigała i samolot rozpadł się od wibracji na dużej wysokości. Co ciekawe, Immelmann wykonywał wcale nie to co zwie się dziś immelmannem (tego jego monoplany Fokker E.I, E.II i E.5 nie mógły zrobić w 1916 r.), a podobny nieco nawrót (wingover), jak wynika z tej starej ilustracji, uczącej jak wychylać stery: