Małgosia II – czyli bardzo nietypowy samolot doświadczalny...

10 czerwca br., na lotnisku w Mielcu został oblatany prototyp samolotu Małgosia II (znaki rejestracyjne SP-YEM), nowatorskiej konstrukcji zdudowanej w układzie "Kaczka", za sterami której zasiadł Jarosław Rozwód, pilot doświadczalny 1 klasy. Poniżej zapraszamy do lektury wywiadu z konstruktorem statku powitrznego, Edwardem Margańskim, który przybliża założenia jakie przyświecały jego rozwojowi, a także opisuje związane z nim plany na przyszłość. 

Edward Margański: (ur. 1943 r.). W 1961 r. rozpoczął studia na Wydziale Lotniczym Politechniki Warszawskiej. W tym też roku ukończył szkolenie na szybowcach rozpoczynając tym samym karierę pilota. Był m.in. jednym z założycieli i długoletnim działaczem modelarni lotniczej i harcerskiej drużyny o specjalności lotniczej. W trakcie studiów i pracy na Politechnice był inicjatorem i głównym konstruktorem projektu motoszybowca, a potem samolotu do szkolenia i treningu pilotów, który po kilku latach pod nazwą M-17 został wykonany i oblatany w wytwórni lotniczej w Mielcu.

W 1971 r. oddelegowany z uczelni na praktykę przemysłową do zakładów w Mielcu, gdzie pracował przy projekcie odrzutowego samolotu rolniczego M-15, wspomnianego M-17, zaś w ostatnich latach pobytu kierował zespołem, który opracował projekt odrzutowego samolotu szkolno-treningowego M-16. Zdobył uprawnienia pilota zawodowego i instruktora oraz pilota doświadczalnego. W 1978 r. podjął pracę w Szybowcowym Zakładzie Doświadczalnym na stanowisku Dyrektora Technicznego nadzorując m.in. proces prób i wdrażania do produkcji dwóch typów szybowców. W latach 1981- 1986  zaprojektował i zbudował amatorski dwusilnikowy samolot  „Małgosia”.

W 1986 r. założył własną firmę o specjalności lotniczej, gdzie początkowo naprawiał i remontował drewniane szybowce, a następnie w 1990 r. podjął się zaprojektowania i wykonania prototypu wyczynowego szybowca akrobacyjnego na Mistrzostwa Świata w 1991 r. Sukces dwóch prototypów szybowca „Swift” (4 pierwsze miejsca) spowodował, że firma oprócz działalności usługowej podjęła się projektowania i produkcji. Na Mistrzostwa Świata w 1993 r. spółka opracowała nowy model dwumiejscowego szybowca akrobacyjnego o nazwie „Fox”. Kolejny sukces (Mistrzostwo Świata) spowodował wkrótce, że oba typy szybowców stały się właściwie monotypem na każdych poważnych zawodach w tej dyscyplinie sportowej.

W tym okresie zajmował się również uruchomieniem produkcji dwóch typów łopat do elektrowni wiatrowych, ultralekkiego samolotu „Albatros” na licencji francuskiej oraz projektem i wykonawstwem motoszybowca „Małgosia”. Po wykonaniu w sumie ok. 80 szybowców „Swift” i „Fox” firma, firma stanęła przed nowym wyzwaniem, projektem odrzutowego samolotu szkolno-treningowego mającego w zamyśle być platformą do „latającego symulatora” dla pilotów samolotów bojowych. Konstrukcja powstała w latach 1999-2003, lecz mimo pozytywnych opinii z pierwszych lotów, prace nad nią, ze względów ekonomicznych, zostały przerwane.

Następnie w 2003 r. powstał samolot „Orka”, prototyp „demonstratora technologii” ze stałym podwoziem i słabszymi silnikami. Podczas opracowania wersji docelowej, wykonawstwa, prób czterech prototypów i uzyskania Certyfikatu Typu w 2011 r., kierował zespołem młodych konstruktorów, którzy się tym zajmowali.

Prace nad „Orką” to również okres w którym opracował nową nowatorską metodę sterowania statkiem powietrznym. Poza swymi bezpośrednimi obowiązkami w firmie (od 1993 r. Zakłady Lotnicze Margański i Mysłowski), zrealizował w tym okresie znaczącą pracę badawczą (analizy teoretyczne, badania modeli w tunelu aerodynamicznym i badania modeli w locie). Podsumowaniem tej pracy jest oblot „demonstratora technologii”, czyli dwumiejscowego samolotu z silnikiem o mocy 100KM.

Pracę zawodową w firmie uzupełnia pracą dydaktyczną na Wyższej Uczelni, lecz również o publikacje w licznych czasopismach, głównie fachowych. Zaangażowanie to przyniosło mu również uznanie środowiska w postaci licznych nagród, wyróżnień i członkostwa w licznych organizacjach.


Marcin Ziółek: Patrząc na samolot "Małgosia II", od razu rzuca się w oczy jak bardzo jest to nietypowa konstrukcja lotnicza. Jakie główne założenia przyświecały jej rozwojowi?

Edward Margański: To jest samolot stricte doświadczalny, a więc na jego bazie nie zamierzamy rozwijać bezpośrednio jakiejś innej konstrukcji, choć zupełnie podobny będzie samolot bezpilotowy średniej klasy MALE. Głównym celem ćwiczenia było wypróbowanie i zweryfikowanie nowej metody sterowania statkiem powietrznym.

Chodzi po prostu o to, że w dotychczasowych samolotach tylne usterzenie załatwia sprawę stateczności i sterowności, ale kiedy siła nośna jest nam najbardziej potrzebna, to usterzenie wytwarza siłę w dół. Jeśli tył kadłuba jest dostatecznie długi, to ta siła nie ma aż takiego znaczenia. Ale w przypadku samolotu komunikacyjnego to jest ponad 10% siły nośnej wytwarzanej na skrzydłach. Czyli jest się o co bić.

Drugą kwestią jest zbudowanie samolotu w układzie "Kaczka", który sprawia, że obydwie siły przy lądowaniu działają do góry. Jednak, żeby "Kaczka" była stateczna, to przedni płat musi latać na większym Cz, czyli na większym kącie natarcia niż płat główny. W efekcie tego, najpierw następuje przeciągnięcie na płacie przednim, a potem ewentualnie na płacie głównym. Oczywiście wszyscy miłośnicy "Kaczki" twierdzą, że jest to wspaniałe rozwiązanie bo dzięki niemu samolot nie wchodzi w korkociąg, choć to jest niezupełnie prawdą.


MZ: Czy układ ten oprócz licznych swoich zalet posiada jakieś wady?

EM: Podstawową wadą "Kaczki" jest to, że nie można na płacie głównym wytworzyć takiej siły, jaką potencjalnie można by było wytworzyć. Spowodowane jest to faktem, iż pracuje ona na większym kącie natarcia, który jest jeszcze odległy od tego przy którym następuje przyciągniecie. I ten płat tylny pracuje na 70-80% procent swoich możliwości. Jeszcze gorsze jest to, że na tym płacie nie możemy zastosować klap. Jeśli byśmy je zastosowali i wychylili, to na tym płacie zwiększy się kąt natarcia, czyli przepadnie stateczność.

Wydawało się, że jest to sytuacja bez wyjścia, ale zainstalowaliśmy płat zupełnie swobodnie zawieszony, dzięki któremu oś obrotu przedniego usterzenia jest wyraźnie przed środkiem parcia usterzenia. Efektem tego usterzenie przednie zachowuje się w normalnych warunkach tak, jak kogucik na wietrze, czyli ustawia się do kąta natarcia strug przepływającego powietrza.

Żeby wytworzyć moment na przednim płacie to albo trzeba przyłożyć jakiś moment obrotowy do osi obrotu, albo ten moment wytworzyć w postaci dodatkowego skrzydełka, klapki wyważającej czy części spływowej.

Okazuje się, że w ten sposób można uzyskać, to co potwierdziliśmy na latających modelach i co możemy pokazać optycznie metodą wizualizacji: oderwanie strug na przednim i tylnym płacie, uzyskując jednoczesne wytworzenie tam maksymalnej siły nośnej. Wracając do początku, uzyskujemy usterzenie, które może mieć nawet 20% powierzchni głównego płata i zamiast przy lądowaniu cisnąć w dół, ciśnie nam do góry. Zrealizowaliśmy długi proces badawczy, w ramach którego tę zasadę i funkcjonowanie tej idei sprawdziliśmy w dwóch tunelach aerodynamicznych na kilku modelach badawczych oraz na kilku zdalnie sterowanych samolotach.


MZ: Próby w tunelach aerodynamicznych z pewnością rozwiały wiele wątpliwości...

EM: Ostatni model był 2,5 razy mniejszy niż samolot docelowy i miał rozpiętość 3,6 m. Na nim potwierdziliśmy wszystko o czym mówiłem, w tym przeciągnięcie na przednim i tylnym płacie jednocześnie. Przy okazji okazało się, że w takim układzie, samolot może wykonywać pełną akrobację w tym także beczki sterowane, ale o dziwo również lot odwrócony.

W związku z tym, że ten 2,5 mniejszy model tak wspaniale latał, zrezygnowaliśmy z etapu pośredniego, mianowicie dodatkowego usterzenia poziomego. Na modelach próbowaliśmy najpierw samolot trójpłaszczyznowy, no i dodaliśmy sterowanie. Później model testowaliśmy przy pomocy normalnego usterzenia i jak już je dopracowaliśmy usuwając wszelkie drobiazgi, przeszliśmy na sterowanie jedynie przednim skrzydełkiem, a usterzenie poziome zostało całkowicie zablokowane. Ale okazało się wtedy, że oprócz spraw czysto technicznych pojawił się problem filozoficzno-ludzki.


MZ: Prosiłbym o rozwinięcie tej kwestii. Jakie uwagi po dotychczasowych oblotach zgłaszał pilot?

EM: Żeby było bezpieczniej i żeby przekonać pilotów o bezpieczeństwie tej konstrukcji, wyposażyłem Małgosię w usterzenie poziome tworząc wariant hybrydowy. Jest ono wykorzystywane wyłącznie w czasie prób i samej idei programu nie zmienia, jednak pozwala nam na realizację szerszego programu naukowego.

Na razie jesteśmy w sytuacji, że program dotyczył latania po prostej nad pasem, stąd testy w Mielcu. Generalnie chcieliśmy krok po kroku wykonać badania dla poszczególnych parametrów. Jak na razie wykonaliśmy dwa loty, które trwały w sumie prawie półtorej godziny i jeśli chodzi o główną ideę to ona w całości się potwierdza. Są oczywiście drobniejsze uwagi, które albo nie mają większego znaczenia i będziemy je tolerować albo je usuniemy. W każdym razie nie natknęliśmy się na jakieś zasadnicze problemy.


MZ: Czyli projekt Małgosia II postępuje zgodnie z założeniami. Jakie dalsze kroki zostaną podjęte w ramach jego rozwoju?

EM: Za posiadane środki finansowe chcemy zrealizować dotychczasowy program badawczy i dokończyć wstępne próby, czyli ok. 5 h lotów. Ma on obejmować loty właśnie z tym usterzeniem i przy pomocy sterowania przedniego skrzydełka. Następnie chcemy tym samolotem przelecieć z powrotem do Bielska Białej, co byłoby podsumowaniem pewnego etapu prób. Dalsze plany obejmują wypróbowanie innego systemu sterowania skrzydełkiem, właśnie nie przy pomocy klapek, które byłyby ustawione w stałym przyłożeniu, ale przez przykładanie zmiennego sterowanego przez pilota momentu. Po wykonaniu tej drugiej części kilkugodzinnych prób w locie obetniemy te zbędne belki z usterzeniem poziomym, no i będziemy latali w normalnej konfiguracji.

Wszystko wskazuje, że idziemy dobrą drogą. Teraz trzeba będzie zrobić pełny rozsądny program badawczy, na który będzie trzeba przeznaczyć już znacznie większe pieniądze. Na tej podstawie można powiedzieć, że to już działa. Ale trzeba program dokończyć, aby uzyskać maksimum efektów.


MZ: Czytelników z pewnością może zainteresować przeznaczenie tej konstrukcji i cele, jakim może ona służyć...

EM: Ten samolot będzie dalej oblatywany jako eksperymentalny, ale chcemy też kontynuować próby w wersji bezpilotowej. Docelowo planujemy wykonać demonstrator technologii w postaci bezpilotowca klasy MALE. Będzie on miał przeznaczenie ogólne, a sama metoda jest teraz do powszechnego zastosowania przy okazji tego programu badawczego. Chcemy określić parametry i rozszerzyć tę część teoretyczną, więc także zbudować odpowiedni model dynamiczny do komputera, tak żebyśmy niektóre optymalizacje mogli zrobić w sposób obliczeniowy i poparty jakimiś wynikami badań.

Naszym założeniem jest przygotowanie materiałów wyjściowych na podstawie których chcemy skonstruować samolot dowolnej kategorii. To jest uniwersalna metoda, która jest tym efektywniejsza im samolot jest większy. Jeśli będzie ona dotyczyła samolotu dwuosobowego sportowego, to główny efekt będzie wpłynie na jego lekkość, a przede wszystkim rozmiary. Ale jeżeli zrobimy samolot komunikacyjny, to przy tych samych rozmiarach skrzydła i długości kadłuba, możemy jego udźwig zwiększyć nawet o 20%.



MZ: I na koniec jeszcze poproszę o określenie źródeł finansowania dotychczasowych badań...

EM: Projekt realizowany jest poprzez Eurocentrum Katowice i na ten cel było przeznaczone 800 tys. złotych.

MZ: Dziękuję za rozmowę i życzę powodzenia.

EM: Dziękuję.