Dlaczego Jastrząb zawiódł?- część 3

Trzecia część artykułu przybliżającego rozwój polskiego samolotu PZL50 Jastrząb.


Czy Jastrzębiowi był pisany los Wilka? Z pewnością nie. Projekt można było uratować. Paradoksalnie, najmocniejszą stroną samolotu był niezawodny i nieźle dobrany silnik. Jego zalety uwidoczniłyby się po wyeliminowaniu wad płatowca. Dowództwo Lotnictwa stanęło przed koniecznością podjęcia decyzji w jakim kierunku poprowadzić zmiany. Dylemat rozstrzygnięto rezygnując z funkcji samolotu pościgowego na korzyść myśliwca przechwytującego. Tę rolę miał pełnić drugi prototyp, wyposażony w silnik Gnome&Rhone 14N. Była to błędna decyzja, ponieważ nie posiadaliśmy silników produkcji francuskiej, a zadania myśliwca przechwytującego mógł wykonywać PZL P.11c.

RODOWÓD

Rodowód PZL.50 sięgał połowy lat trzydziestych. Za sprawą konstrukcji Puławskiego zostaliśmy liczącym się w Europie producentem myśliwców. W 1934 polski samolot PZL P.24 Super ustanowił światowy rekord prędkości dla samolotów z silnikiem gwiazdowym wynoszący 414 km/h. W 1935-36 tylko rosyjski I-16 latał z większą prędkością. Na początku II WŚ jedynie dwa typy samolotów (Bf-109E i Spitfire Mk 1), dzięki silnikom o nadzwyczajnych zaletach osiągały prędkości znacznie przekraczające 500 km/h. Podstawowym błędem w ocenie Jastrzębia było oczekiwanie osiągów na poziomie wspomnianych maszyn. Owa cezura pięciu lat była najbardziej dynamicznym okresem w rozwoju światowego lotnictwa i sprawiła, że wszystkie miary i standardy wypracowane na początku dekady straciły swoją wartość.

Jeszcze w 1938 roku siły powietrzne Francji, Włoch, USA czy Japonii wyposażone były w dwupłatowce i jednopłaty o stałych podwoziach, które nie przekraczały prędkości 400 km/h. Era samolotów zdolnych do osiągania wielkich prędkości dopiero nadchodziła, a jej uosobieniem stał się szybki jednopłat o dużym obciążeniu jednostkowym skrzydeł i mocy silnika sięgającej 2000 KM. W gruncie rzeczy, Jastrząb należał do pierwszej generacji samonośnych dolnopłatów z chowanym podwoziem napędzanych silnikami gwiazdowymi, koncepcyjnie wywodzących się z początku lat trzydziestych, którą stanowiły takie maszyny jak Severski P-35 czy Curtiss P-36 Hawk. Jednak ze względu na niewielkie wymiary i moc silnika, bliżej mu było do japońskich Nakajima Ki-27, Mitsubishi A5M, czy też rosyjskiego Polikarpowa I-16.


        Cyfrowa rekonstrukcja Jastrzębia na podstawie oryginalnego zdjęcia. Autor: Artur Sudnik via Odkrywca.pl

SILNIKI BRISTOL MERCURY

W konkursie na silnik dużej mocy, przeprowadzonym przez Departament Aeronautyki w 1929 roku, został wybrany silnik Bristol Jupiter, oferowany przez francuską firmę Gnome et Rhone. Odrzucono oferty firm Rolls-Royce, Hispano- Suiza i Lorraine- Dietrich. Wynik konkursu do dziś jest wykorzystywany jako podstawowy argument w krytycznej ocenie „ polityki silnikowej” gen. L. Rayskiego. Krytykę uzasadnia wiele przesłanek, m.in.

1. Polskie Zakłady Skody produkowały już rzędowe silniki Lorraine-Dietrich;
2. Prototyp samolotu myśliwskiego Z. Puławskiego PZL P.1 napędzany był silnikiem Hispano-Suiza;
3. Odrzucone silniki dysponowały większą mocą niż Bristol „Jupiter”;
4. Nie istniał żaden płatowiec, w którym można było zamontować wybrany silnik.

Czas kiedy samolot PZL P.11 wytyczał nowe trendy w projektowaniu myśliwców szybko przeminął. Kiedy w Anglii i Niemczech ogłaszano specyfikacje warunków taktyczno-technicznych na nowe samoloty myśliwskie, nasze elity całą uwagę skupiały na przygotowaniach do Challenge 1934 i nie byłoby w tym nic złego, gdyby ich postępowanie było konsekwentne. PZL.26 mógł być wytypowany, podobnie jak Messerschmitt Bf 108, jako technologiczny wzorzec dla przyszłego myśliwca. Maszyna Dąbrowskiego była lepiej dopracowana od niemieckiego konkurenta, choć mniej nowoczesna. Myśliwiec wyposażony w silnik Hispano-Suiza Y uzbrojony w działko strzelające przez wał śmigła i cztery km byłby rozsądną alternatywą dla Wilka. Przeszkodą był brak silnika. Przy okazji można dociekać, gdzie w takim razie zamierzano produkować silniki PZL Foka? Podobno ich wytwórczością miały zajmować się zakłady Avia. Wytwórnia Maszyn Precyzyjnych była niewielką firmą zatrudniająca 700 pracowników.

Nie wiadomo w jaki sposób miałaby sobie poradzić z produkcją kilkuset silników, ale jeżeli decydenci uznali, że dosyć skomplikowany silnik Foka może być wytwarzany w zakładach Avia, to równie dobrze można było zlokalizować tam produkcję silników Hispano-Suiza. Pieniądze wydane na nieudany projekt z nawiązką pokryłyby koszty zakupu licencji. Co krok natykamy się na problemy, jakie rzekomo wynikłby z powodu zakupu licencji na silniki Bristol, a w gruncie rzeczy z niedostatków planowania i braku pokory. Znikomy potencjał naszego przemysłu lotniczego i ubogie zaplecze projektowo-konstruktorskie powinny skłaniać do realizacji projektów opartych o wypróbowane technologie. Wspomniany wcześniej PZL.26 był gotowym wzorem technologii. Gdyby gen. L. Rayski w czasie negocjacji z firmą Hispano-Suiza powstrzymał nerwy na wodzy, doszłoby do zakupu licencji na silnik, którego połączenie z technologią płatowca dałoby efekt w postaci nowoczesnego myśliwca. Jednak w ostatecznym miejscu i czasie były tylko silniki Bristol i to one napędzały samoloty walczące w Wojnie Obronnej 1939 roku.


                                                                            P-36 Hawk

Silnik Bristol Mercury opracowano w 1925. Rok później jego wyścigowa wersja przygotowana na zawody o puchar Schneidera osiągnęła 808 KM, potwierdzając ogromny potencjał angielskiej maszyny. Protoplastą Mercurego był zaprojektowany podczas I WŚ Jupiter. Jego twórcą był znany konstruktor Roy Fedden. Kolejne wersje Jupitera, a później Mercurego, były sukcesywnie modernizowane, przez co zyskiwały na mocy i długości resursów naprawczych. Fedden  preferował układ gwiazdowy. Uważał, że osiągnięcie mocy 1000-1100 KM z pojemności 25l jest możliwe poprzez zastosowanie wydajniejszych sprężarek, 100 oktanowego paliwa oraz dzięki lepszemu ukształtowaniu żeber chłodzących. Wielki autorytet Feddena oraz niezwykle twórcze i niekonwencjonalne podejście do konstruowania silników chłodzonych powietrzem przeczą tezie, że firma Bristol w połowie lat trzydziestych przeżywała zapaść. Przykładem były dwa niezwykłe silniki: pierwszy z nich nazwany Hydra w układzie „Double Octagon” już w 1931 osiągnął 33 KM/l na benzynie 76 oktanowej, drugi-20 cylindrowy prezentujący układ poczwórnej pięciocylindrowej gwiazdy przy masie 660 kg z pojemności 16,4l uzyskiwał moc około 1000 KM, czyli aż 61 KM/l. Pod koniec roku 1933 Zbysław Ciołkosz donosił z Anglii o pracach Bristola nad silnikiem „wielopierścieniowym o małej liczbie cylindrów, gdyż koncepcja silników takich jak np. K 14 ( G&R 14 K), a więc 2-pierścieniowych, zdaje się zbliżać do maksimum mocy jaką można przy tym układzie osiągnąć.”

W wyniku dwudziestoletniego procesu modernizacji wyprodukowano 20 tys. egzemplarzy w dwudziestu wersjach. Silnik został doprowadzony do technicznej doskonałości. Był bezpieczny i niezawodny. Mercury różnił się od Jupitera zmniejszonym skokiem tłoka o jeden cal, co skutkowało zmniejszeniem pojemności skokowej z 28,7l do 24,9l.  Mimo to, dzięki zwiększeniu obrotów i zastosowaniu wydajniejszej sprężarki moc silnika wzrosła. Ze względu na wzrost obrotów zastosowano planetarny reduktor obrotów typu Farman. Karter silnika i układ korbowy oraz głowice pozostawiono bez zmian. Stałe doładowanie zapewniała mechaniczna jednostopniowa sprężarka o przełożeniu 1:10. Konstruktor silnika Roy Fedden pisał: „czułem, że zastosowanie stałego zasilania poprawi wydajność skądinąd mniejszego silnika”. Zwiększenie mocy polegało na podniesieniu średniej prędkości tłoka i średniego ciśnienia roboczego, co wymagało proporcjonalnego zwiększenia wytrzymałości silnika.


Zwarta konstrukcja umożliwiała podniesienie mocy bez większych zmian w jego budowie, opory tarcia zmniejszono stosując tuleje o wysokiej jakości gładzi cylindrowej. Bardzo nowoczesnym rozwiązaniem było zastosowanie czterech chłodzonych sodem zaworów na cylinder, co umożliwiało wzrost RPM do 3000. Wcześniej rozżarzone zawory powodowały samozapłon mieszanki, co stanowiło twarde ograniczenie w rozwoju wysokoobrotowych silników gwiazdowych. Układ czterozaworowy znakomicie wpływał na cieplne charakterystyki silnika. Mercury nie przegrzewał się w przeciwieństwie do wyposażonych w dwa zawory na cylinder silników firmy Gnome-Rhone, w których odprowadzenie nadmiaru ciepła było nieustannym problemem. Zapewniał również bardzo sprawną wymianę ładunku. Zastosowanie wydajniejszego systemu doładowującego oraz podniesienie stopnia sprężania, osiągnięte dzięki antydetonacyjnym właściwościom nowego rodzaju paliwa znacznie zwiększały moc silnika. Niedoceniany Mercury VIII prezentował parametry porównywalne do najlepszych silników Rollse-Royce - Merlin'a i  Sabre'a. Średnia prędkość tłoka, która obok ciśnienia roboczego dobrze oddaje „stopień wysilenia” silnika jest praktycznie dla wszystkich trzech silników identyczna: Mercury VIII (2750 rpm, skok 165 mm-15,125 m/s), Sabre (3800 rpm, skok 121 mm-15,36 m/s), Merlin (3000 rpm, skok 152 mm- 15.2 m/s).

Bardzo dobry gaźnik firmy Caudel-Hobbson współpracujący z doskonałą sprężarką odśrodkową zapewniał myśliwcom moc maksymalną na wysokości ponad 4000 m i pułap nawet 11587 m (Fokker D-XXI). Mercury XV zasilany benzyną o liczbie oktanowej 100, osiągał moc startową 920 KM przy 2650 obr./min, podniesienie obrotów do 2750/min dawało moc maksymalna ponad 1000 KM. Szwedzki NOHAB będący odpowiednikiem silnika Mercury XXIV na paliwie 100 oktanowym osiągał moc maksymalną 994 KM. Dane te wskazują jak błędnie oceniano możliwości Mercurego.


                                                                    PZL-38 Wilk

Polskie lotnictwo nie posiadało silników wielkiej mocy, ponieważ nie zabiegało o nie. Przez całe ostatnie dziesięciolecia poszukiwano „trzeciej drogi”, która miała doprowadzić do powstania taniego i skutecznego myśliwca. Cenny czas stracono na Wilka i lekkie samoloty myśliwskie. Koncepcja Wilka z silnikami Foka zrodziła się w Departamencie Aeronautyki i była „ślepą uliczką". Do podjęcia tak brzemiennej w skutki decyzji mogły skłonić ustawiczne kłopoty finansowe, które trapiły Departament Aeronautyki. Na bazie silników Bristol można było przygotować zarówno prototypy Jastrzębia jak i Wilka. Płatowiec Wilka wzorowany na Łosiu był dopracowany aerodynamicznie (Cx-0,0225). Powiększenie jego wymiarów o jedną czwartą umożliwiłoby instalację silników Mercury VIII, w wyniku czego powstałby samolot podobny do znakomitego japońskiego myśliwca Kawasaki Ki-45, którego prototyp był napędzany silnikami Ha-20 Otsu, wzorowanymi na Bristol Mercury VIII. Silnik był dostępny w Anglii od 1935 roku. Moc 840 KM z  pojemności 25l (33-34 KM/l) przy obrotach 2750/min, jak na połowę lat trzydziestych dawała czołową pozycję wśród silników gwiazdowych.

Dwusilnikowy Wilk/Mercury o ciężarze całkowitym około 4000 kG byłby groźnym drapieżnikiem. Przy okazji rodzi się pytanie: Dlaczego niewielki dział studiów Polskich Zakładów Skody nie pracował nigdy nad ulepszeniem Bristola? Zamiast doskonalić licencję Bristola, przystąpiono do realizacji programu Foka, który od początku nie dawał nadziei na sukces. Całą energię niewielkiego zespołu konstruktorów Polskich Zakładów Skoda skierowano na budowę silnika o średniej mocy, który był istnym kłębowiskiem przeciwieństw, porażka była więc nieunikniona. Bez wątpienia, w przypadku Mercurego można było liczyć na lepszy efekt. Wyprodukowana bez licencji kopia silnika Pratt&Withney Wasp Junior TB oznaczona jako G.1620 bis jest tu dobrym przykładem.

Mariusz Wojciech Majewski w książce "Samoloty i zakłady lotnicze II RP" stwierdza: „Warto zauważyć, ze afiliacje lotnictwa polskiego z licencjodawcą angielskim powodowało stałe 4-5 letnie opóźnienie w produkcji silników lotniczych, gdyż cechą charakterystyczną Bristol'a było konsekwentne trzymanie się starych, aczkolwiek sprawdzonych rozwiązań konstrukcyjnych. Spowolnienie w procesie projektowania silników o mocy ponad 1000 KM zostało nadrobione przez firmę angielską dopiero w końcu lat trzydziestych. W przypadku polskiego przemysłu silnikowego uzupełnienie braków było już w tym czasie niemożliwe.”

Parametry silników (Tab.1):


Wydawałoby się, że autor zupełnie obiektywnie przedstawia przyczyny technicznego zacofania, które między innymi spowodowały problemy projektu Jastrząb, dając do zrozumienia, że: po pierwsze silniki Bristol bazowały na przestarzałych rozwiązaniach, po drugie, że silniki o mocach ponad 1000 KM były powszechnie dostępne w latach 1934-35. Nic bardziej błędnego. Bristol Mercury VIII był dostępny od 1935 roku. Jego jedyny i największy europejski konkurent, a poniekąd przyrodni brat, francuski silnik G & R 14 K Mistral Major dysponował mocą 930 KM (Tab. 1). Z faktu, że Wytwórnia Silników podjęła produkcję silników przeznaczonych dla Jastrzębia w roku 1938, a pierwsza partia 150 egzemplarzy miała być dostarczona w drugim półroczu 1939, nie wynika, że nie można było zrobić tego wcześniej. Tak późne podjęcie produkcji źle świadczy o zdolności przywidywania ludzi odpowiedzialnych za modernizację lotnictwa. Winą obarczano Szefa Departamentu Lotnictwa gen. L. Rayskiego, urzędnika stosunkowo niskiego szczebla. Jednakże za przygotowanie lotnictwa do zbliżającej się wojny odpowiedzialny był Sztab Główny i GISZ.

Aby w 1939 roku polskie lotnictwo mogło dysponować znacząca ilością samolotów myśliwskich (300 egzemplarzy), prace projektowe powinny być rozpoczęte w 1935. Ponieważ projektowanie i budowa prototypu płatowca oraz przygotowanie do produkcji seryjnej trwały około 3-4 lata, a silnika około 7-8 lat, należy kierować się zasadą, że samolot projektuje się pod istniejący silnik. Wydajność Warszawskiej Wytwórni Silników wynosiła od 30 do 50 silników na miesiąc. Biorąc pod uwagę obciążenie fabryki pozostałą produkcją, budowa kilkuset silników mogła trwać około 2 lat (600 silników). Aby utrzymać się w tak wyśrubowanych reżimach czasowych, wyboru silnika należało dokonać w roku 1936, w tej sytuacji Bristol Mercury VIII, był jedyną alternatywą. Na wdrożenie nowej konstrukcji zabrakłoby czasu.

Poniżej przedstawiamy daty wprowadzenia do użytku kilku znanych silników gwiazdowych. Mówimy o silnikach dostępnych na rynku, po homologacji i zastosowanych w praktyce.

Oto przykłady (tab. 2):


Silnik G&R 14Kfs wprowadzono w 1935 roku razem z Bristolem Mercury VIII, różnica mocy wynosiła 90 KM. Nie ma więc mowy o jakiejś rewelacyjnej przewadze. Wręcz przeciwnie, wszystkie parametry techniczne takie jak moc jednostkowa, ciężar jednostkowy silnika i jednostkowe zużycie paliwa świadczą dobitnie na korzyść silnika Bristol.

Rozstrzygającym argumentem w tym porównaniu jest niezawodność Mercurego, osiągnięta dzięki długiemu procesowi doskonalenia konstrukcji. Jedynie moc maksymalna, wynikająca z dużej pojemności skokowej przemawia za produktami firmy G&R. Samoloty wyposażone w silniki o mocy powyżej 1000 KM pojawiają się latach 1938-1939. W 1935 we Francji opracowano następujące samoloty wyposażone a silniki Gnome&Rhone  (Tab. 3):


Poza silnikami Mistral Major wszystkie te maszyny łączy jedna cecha – brak im nowoczesności. Lotnictwo Francuskie w połowie lat trzydziestych zaczyna przegrywać w technologicznym wyścigu lotniczych potęg. Nabierały dynamiki procesy, które Arme'e de l'Air doprowadziły do majowej klęski w 1940 roku. Pozornie wszystko wyglądało dobrze, lotnictwo wojskowe było silne, wytwórnie wypuszczały po kilkadziesiąt prototypów rocznie, potencjalni wrogowie nie dysponowali ani taką ilością gotowych do walki samolotów, ani taką mnogością prototypów przygotowanych do produkcji seryjnej. Jednak lotnictwo tkwiło w okowach przestarzałych koncepcji rodem z I WŚ. W konfrontacji z przeciwnikiem, który z powodzeniem stosował wszechstronną doktrynę wojny błyskawicznej, jego słabość uwidoczniła się w całej pełni. Z podobnym dystansem należy podchodzić do produktów marki G&R.

Nowoczesność silników G&R jest wielce dyskusyjna. Przemawia za nią układ podwójnej gwiazdy, poza tym konstrukcja silnika niczym szczególnym się nie wyróżnia. Mercury góruje nad silnikiem francuskim we wszystkich kategoriach:

-konstrukcyjnie: budowa głowicy oparta na układzie czterozaworowym, znakomity gaźnik Claudel-Hobbson;
-technologicznie: lepsza jakość wykonania, aluminiowa odkuwka głowicy obrabiana precyzyjną frezarką, w G&R w całości odlewana. Wyższą moc G&R osiągnięto w najprostszy sposób, czyli dzięki dużej pojemności skokowej. Wszystkie siniki G&R miały tendencje do przegrzewania się i zacierania.

Umowa licencyjna z Bristolem gwarantowała dostęp do najnowszych produktów firmy, zatem Mercurego VIII mogliśmy mieć w 1936 roku. Polska misja wojskowa wysłana do Francji pod koniec 1936r. uznała, że silniki dużej mocy H-S -14 Aa i G&R 18 L stanowią odpowiednik Pegazusa XX, a więc ich zakup i wdrażanie nie mają sensu.

Jeszcze trwała produkcja PZL P.11c, projektowano Wilka, a o koncepcji Jastrzębia nikt nie myślał. Zapotrzebowanie na silnik o mocy ponad 1000 KM pojawiło się na przełomie 1938/39 i wynikało z problemów związanych z Jastrzębiem, dlatego wspomniana wcześniej misja prawdziwym zainteresowaniem obdarza silniki średniej mocy: HS 14Ab  i G&R 14 M. Oba silniki były bardzo interesujące technicznie. Zwarta i przemyślana budowa na pierwszy rzut oka czyniła z nich inżynierskie dzieła sztuki, gdyż charakteryzowały się bardzo małą średnicą (HS-100cm, GR-96cm). Miały stanowić alternatywę dla Foki i być stosowane w samolotach: PZL-48 Lampart, RWD-25, PWS-42, PZL-45. Silnik HS 14 Ab miał problemy z chronicznym przegrzewaniem, zastosowany w samolotach Bregeut 690 został szybko zastąpiony przez G&R 14M, który był również niedopracowany.


                                                                     PZL-44 Wicher

W roku 1938 podjęto decyzję o zastosowaniu silnika G&R 14M w nowym samolocie rozpoznawczym LWS-3 Mewa. Przeprowadzone w ITL próby na hamowni silników HS 14Ab i G&R 14M potwierdziły jedynie nieco większą moc i niezawodność silnika G&R. Jednak we wrześniu 1938 w trakcie prób uległy kolejno zatarciu trzy silniki. Współpraca z francuską wytwórnią układała się źle, silniki dostarczono bez niezbędnych agregatów, brakowało też śmigieł. Mewa mogła latać z silnikiem Mercury, miał on ten sam ciężar, większą moc i średnicę. 3 czerwca 1939 podpisano z Bułgarią wstępny kontrakt na dostawę 48 samolotów Mewa B napędzanych włoskim silnikiem Fiat A 74RC38 o parametrach identycznych jak Mercury. W przypadku Mewy mamy do czynienia z kolejnym niewytłumaczalnym przykładem opóźnienia produkcji bardzo potrzebnego samolotu na skutek niewłaściwego doboru silnika, a zarazem potwierdzeniem wcześniejszych złych doświadczeń ze współpracy z firmą  Gnome-Rhone.

Na koniec, kilka zdań o silnikach amerykańskich. Mocną pozycję na tym rynku wyrobił sobie ówczesny dyrektor LOT-u Wacław Makowski. Znakomity pilot i menadżer potrafił uzyskać atrakcyjne ceny na najnowsze samoloty pasażerskie, dzięki czemu LOT dysponował najnowszym sprzętem w Europie. Od lat dwudziestych datowała się współpraca z firmą Wright (licencja Wright J 5 Whirlwind), w 1938 roku bez kłopotów dostarczono silniki Wright z przeznaczeniem dla pasażerskiego PZL.44 Wicher. Niestety współpraca z firmami amerykańskimi nie leżała w kręgu zainteresowań naszych decydentów, co należy uznać za duży błąd.
 
Koniec części III.