Lotnictwo morskie: Przejście z myśliwców drugiej do trzeciej generacji

Myśliwce odrzutowe często dzielone są historycznie na „generacje”. Pomiędzy ekspertami, amatorami i innymi entuzjastami tematyki nie ustają spory, do której generacji należy zaliczyć daną maszynę. Aktualnie to piąta powojenna generacja myśliwców odrzutowych jest obiektem dysputy.

Często są to dyskusje czysto teoretyczne, ponieważ każdy porównywany myśliwiec odrzutowy został zaprojektowany do zupełnie innych celów. Do dziś nie ustalono powszechnie przyjmowanych kryteriów klasyfikacji myśliwców pod względem generacji. Może inaczej – kryteria są znane, ale wartościowanie parametrów wchodzących w ich skład cały czas ulega zmianie. Z tego powodu myśliwce bezustannie przenoszone są to w górę, to w dół drabinki generacji. Gdy system pięciu generacji okaże się niewystarczający, by sklasyfikować dany samolot, bez wahania używane są takie warianty jak „4+”, czy nawet „4++”.

Ale do czego w ogóle potrzebne nam są te generacje? W końcu wynik każdego pojedynku uzależniony jest od szeregu parametrów opisujących nie tylko sprawność bojową samolotu, ale również całą, skomplikowaną machinę, w której odrzutowiec jest jedynie elementem układanki. Bardzo istotnym, ale jednak tylko elementem. Nie jest więc dobrym pomysłem postrzeganie podniebnych zwycięstw i porażek tylko przez pryzmat technologicznych rozwiązań zastosowanych w konkretnych samolotach. Jeszcze gorszym pomysłem byłoby ocenianie tych rozwiązań w pięciostopniowej skali. A biorąc pod uwagę fakt, że reprezentanci dwóch sąsiadujących ze sobą generacji zazwyczaj czynnie służą w siłach zbrojnych w tym samym czasie, pomysł używania dwustopniowej skali nie brzmi zupełnie absurdalnie.

Ale potrzebujemy oczywiście jakiegoś narzędzia, dzięki któremu będziemy mogli ocenić maszynę. Ponieważ w prawdziwej bitwie, gdy wszystkie inne czynniki sprzyjają obu stronom jednakowo, wynik podniebnego spotkania może zależeć właśnie od charakterystyki samolotu. Potrzebne jest również narzędzie pozwalające ocenić technologiczne zaawansowanie. Narzędzie, które będzie w równym stopniu przydatne do oceny własnych samolotów, jak i samolotów wroga, dzięki czemu możliwe będzie określenie technologicznej przewagi przy ich porównaniu. Dzięki temu podejmować można właściwe decyzje – czy projektować nowy myśliwiec, czy ulepszyć lub przezbroić istniejący, czy zostawić wszystko tak, jak jest. Ponieważ decyzje takie są zazwyczaj podejmowane przez polityków i ekonomistów, czyli ludzi nie posiadających rozległej militarnej wiedzy, ważne jest, by zredukować mnogość wszystkich parametrów i danych do jednej wartości liczbowej. Przykładowo, przypiszmy wartość „1” myśliwcowi F-16A. W takiej sytuacji nasze samoloty Artykuł 38-18 i Artykuł 9-12 otrzymałyby odpowiednio „0,7” i „1,15”. Żeby przeprowadzić taką ocenę zdolności bojowych samolotu odrzutowego, eksperci polegają na złożonych czynnikach, takich jak wskaźniki zaawansowania technologii militarnej. Wiele kopii ukruszono podczas dyskusji na temat tych wskaźników, a jeszcze więcej na temat przypisania F-35 jako myśliwca piątej generacji.

Dzisiejszy myśliwiec to skomplikowany, wysoce zaawansowany system uzbrojenia. Dawniejsze mechanizmy nie były tak wyrafinowane, a wszystkie różnice widoczne były gołym okiem, co eliminowało potrzebę stosowania wskaźników. W przeszłości generacje myśliwców były łatwiejsze do określenia.

Co było najważniejszym czynnikiem opisującym myśliwiec z czasów „klasycznych” bitew powietrznych? Na czym skupiali się inżynierowie podczas obu wojen światowych?

Prędkość.

Dlaczego prędkość? Żeby odpowiedzieć na to pytanie, wyobraźmy sobie bitwę powietrzną. Myśliwiec musi zniszczyć samolot wroga i samemu uniknąć zniszczenia. Jak może tego dokonać? Prawdopodobnie najlepszy opis tego procesu pochodzi ze słynnych maksym taktycznych Aleksandra Iwanowicza Pokryszkina („Pułap—prędkość—manewr—ogień”). Pułap pozwala na nabranie prędkości, prędkość jest kluczem do udanych manewrów (lub odskoczenia po nieudanym ataku), a manewrowanie pozwala na otworzenie ognia, by ostatecznie zniszczyć cel.

Jednak w tym historycznym okresie „ogień” traktować można z nieco mniejszą wagą, ponieważ uzbrojenie konkurujących ze sobą myśliwców było porównywalne. Pozostaje więc tylko pułap, prędkość i manewrowanie. Co ciekawe, prędkość jest nierozerwalnie połączona z pozostałymi dwoma parametrami w równaniu Pokryszkina. Prędkość wpływa na pułap. Gdy prędkość samolotu rośnie, zamiana jego energii kinetycznej na energię potencjalną skutkuje wzrostem pułapu i na odwrót. Z tej „zamiany energii” pochodzi również lwia część trzeciego elementu układanki – manewrów bojowych.

Okazuje się więc, że prędkość jest nieodzownym wskaźnikiem charakteryzującym przydatność samolotu w walce powietrznej.

Możecie spytać, jak w historii zmieniała się prędkość samolotów? Oto odpowiedź:

Interesujący wykres, prawda? Pomysł wyróżnienia generacji myśliwców przyszedł więc naturalnie. To były prawdziwe generacje, w przeciwieństwie do warunkowych, używanych dziś.

Przejście z pierwszej do drugiej generacji nastąpiło w trakcie I wojny światowej. Było związane z pojawieniem się samolotów myśliwskich i wykorzystaniem akrobacji lotniczych w warunkach bojowych. Fokker Scourge, osiągnięcia Maxa Immelmanna, Piotra Niestierowa, Oswalda Boelcke i Rolanda Garrosa pojawiają się na chwalebnych kartach historii.

Jesteśmy teraz zainteresowani głównie przejściem od drugiej do trzeciej generacji. Doszło do niego w czasie pokoju i jesteśmy przekonani, że nie poświęcono mu dostatecznie dużo uwagi. Narosło więc wobec niego wiele spekulacji. Przyjrzymy się bliżej temu przejściu, a ogólne informacje poprzemy konkretnymi przykładami.

Klasyczny samolot myśliwski pod koniec I wojny światowej był zbudowanym z drewna i tkaniny dwupłatem, wyposażonym w silnik o mocy 200 koni i charakteryzującym się masą startową nie większą niż tona. Typowym uzbrojeniem była para karabinów maszynowych.

Gdy wojna dobiegła końca, rozwój technologii wojskowej wyhamował. Nie miało to jednak wpływu na ogólny postęp technologiczny. Powodem był szybki rozwój lotnictwa cywilnego oraz masowe zainteresowanie sportami lotniczym i biciem kolejnych rekordów.

W ciągu pierwszych lat po zakończeniu wojny typowe samoloty cywilne były przebudowanymi maszynami wojskowymi – samolotami rozpoznawczymi zwolnionymi ze służby, bombowcami i innymi jednostkami uważanymi za „nadmiarowe” w czasie pokoju. Pierwsi pasażerowie odziani byli w futrzane płaszcze i siedzieli na miejscach obserwatorów lotniczych i strzelców, a ich bagaż załadowany był (lub podwieszony) w miejsce bomb. Voilà! Mamy samoloty pasażerskie! Niewidzialna ręka rynku szybko wskazała pierwszym przewoźnikom drogę, którą musieli podążać w rozwoju swoich maszyn. Projektanci lotniczy pracowali z ogromnym zapałem, by wypełniać napływające cienkim strumieniem zamówienia. W tym czasie zamówienia wojskowe praktycznie się zakończyły, a cywilne były rzadkością i traktowano je jak drogocenne klejnoty. Jednocześnie trzeba było zaproponować coś znacznie lepszego, niż przerobione maszyny wojskowe, które zalały rynek po wojnie.

Wyłoniło się kilka głównych nisz – samoloty pasażerskie (podzielone na kilka grup pod względem zasięgu lotu i ilości pasażerów), samoloty towarowe i pocztowe. Inżynierowie szybko docenili zalety, jakie oferowała konstrukcja jednopłata. Przy zachowaniu wszystkich charakterystyk na podobnym poziomie, jednopłat był cięższy od dwupłata, ale jednocześnie bardziej ekonomiczny, ponieważ zużywał mniej energii na pokonywanie oporów powietrza. Można było więc przenosić więcej ładunku i pasażerów na dalsze odległości, w krótszym czasie. Oczywiście, żeby to osiągnąć, trzeba było pójść na kompromis. Na przykład parametry startu i lądowania uległy pogorszeniu. Ale dla lotnictwa cywilnego, które zawsze związane było z wielkimi miastami, nie stanowiło to wielkiego problemu. W razie potrzeby zawsze można było zbudować większy port lotniczy lub pas startowy lepszej jakości. Nowa generacja silników, postęp w dziedzinie aerodynamiki, metalurgii i wytrzymałości materiałów wyniosły lotnictwo cywilne na zupełnie nowy poziom opłacalności.

Wnioski te poparte były osiągnięciami w dziedzinie sportów lotniczych. Wszystkie rekordy związane z zasięgiem i prędkością stopniowo przechodziły z rąk dwupłatów do jednopłatów.

Nagle okazało się, że konwersja w drugą stronę też stanowiła dobrą opcję. Cele lotnictwa cywilnego – transportowanie jak największej ilości ładunku w jak najkrótszym czasie – pokrywało się idealnie z celami, jakie stawiano przed bombowcami. Zwiększony zasięg lotu pozwalał na „dosięgnięcie” celów położonych głębiej na terytorium wroga i odsunięcie własnych lotnisk na bezpieczniejszą odległość. Z kolei stale rosnąca szybkość znacznie utrudniała przeciwnikowi skuteczną obronę przeciwlotniczą. W początkach lat 30. pojawienie się amerykańskiego B-10 przyczyniło się do powstania nowej generacji bombowców. W ciągu kilku lat zbudowano sowieckiego SB, brytyjskiego Hampdena, Whitley i Wellingtona, niemieckiego He-111 i Do-17, japoński samolot szturmowy Type 96 i ciężki bombowiec Type 97 (powszechnie nazywane odpowiednio G3M i Ki-21). Były to szybkie, aerodynamicznie „czyste” jednopłaty wolnonośne z chowanym podwoziem.

Doszło do paradoksalnej sytuacji – możliwości ataku z powietrza drastycznie przewyższały możliwości obrony przed takim atakiem. W tym czasie floty myśliwców nadal były złożone głównie z lekkich dwupłatów, które nie stanowiły większego zagrożenia dla samolotów z końcówki I wojny światowej. Tak, silniki były mocniejsze, ale ich moc nie dawała znaczącego wzrostu możliwości bojowych z powodu ograniczeń, jakie narzucała konstrukcja dwupłata.

Dlaczego więc drugie skrzydło stanowiło przeszkodę? Skrzydło jest źródłem siły nośnej, utrzymującej samolot w powietrzu. Domyślnie, siła nośna zależna jest bezpośrednio od szybkości samolotu i pola powierzchni skrzydeł. Przy dostatecznie dużej prędkości dodatkowe skrzydło przestaje mieć znaczenie. Przy wysokich prędkościach wytwarza ono, a także jego element konstrukcyjne, takie jak rozpórki i zastrzały, opór interferencyjny. Przy zmniejszonej powierzchni skrzydeł samolot nie jest w stanie latać przy małych prędkościach, ale za to może znacznie bardziej się rozpędzić.

Dlaczego jednak jednopłaty nie zyskały uznania od samego początku? Prawdę powiedziawszy, zyskały, ale na krótko. Pierwszy masowo produkowany myśliwiec pojawił się w 1915 roku. Był nim niemiecki Fokker E.I (gdzie „E” pochodzi od słowa „Eindecker”, czyli „jednopłat”).

Szybko jednak samolot ten został w tyle za konkurencyjnymi dwupłatami. W czym konkretnie były one lepsze?

Po pierwsze w prędkości wznoszenia. Im potężniejsza siła nośna, tym szybciej samolot może zwiększać pułap, zyskując w ten sposób przewagę nad wrogiem, zanim jeszcze bitwa się rozpocznie. Czy pamiętacie, że pierwszym elementem równania Pokryszkina był pułap? To był właśnie powód dużego, choć krótkotrwałego sukcesu trójpłatowców w trakcie I wojny światowej. Pomimo ich niskiej prędkości, małej stabilności i delikatnej konstrukcji, dawały swoim pilotom pierwszeństwo otwarcia ognia w boju.

Kolejnym ważnym czynnikiem jest zwrotność. Żeby zmienić kierunek lotu, piloci używają powierzchni sterowych (lotek), żeby przechylić samolot w stosunku do jego osi podłużnej i pozwolić, by siła nośna skrzydeł działała w kierunku bocznym (w stosunku do pierwotnego ustawienia samolotu). Im większą siłę nośną pilot ma do dyspozycji, im większa jej część może być wykorzystana do wykonania manewru, tym efektywniejszy będzie skręt.

Okazuje się, że pośród zalet dwupłatów znaleźć można dwa składniki „przepisu na sukces” – pułap i manewr, a pośród wad – prędkość. Nie będzie więc zaskoczeniem, że układ dwupłata przez dość długi czas święcił sukcesy. Przykładowo Nikołaj Polikarpow, radziecki konstruktor lotniczy, który zaprojektował pierwszy masowo produkowany myśliwiec trzeciej generacji, I-16, zawsze optował za dysponowaniem dwoma rodzajami samolotów w czynnej służbie: szybkiego jednopłatu i zwrotnego dwupłatu.

Pamiętamy jednak, że nie tylko siła nośna skrzydeł może być wykorzystana do zwiększania pułapu i skutecznego manewrowania. Można do tego celu wykorzystać również zapasy energii kinetycznej, czyli po prostu prędkość. Jednak w latach 30. nie było to oczywiste.

Poza tym, nie tylko zwrotność się liczyła. Jak już wspomnieliśmy, przejście na układ jednopłata miało nieuchronny wpływ na charakterystykę startu i lądowania samolotu, ponieważ pozwalało samolotom na osiąganie wysokich prędkości kosztem zdolności do lotu z niską prędkością. Skutkiem tego, samoloty musiały również lądować z wyższą prędkością. Opracowanie urządzeń zwiększających siłę nośną uprościło nieco problem, ale go nie rozwiązało. Wkrótce okazało się, że nowe samoloty nie będą w stanie startować z pierwszego lepszego mniej więcej płaskiego lotniska. Potrzeba było zbudować nowe, dedykowane lotniska, nawet dla małych i lekkich myśliwców. Z kolei każdy przeciwnik, który by się o takim lotnisku dowiedział, starałby się je zaatakować, trzeba było więc odpowiednio je chronić. Wiadomo, że najważniejszym czynnikiem jest człowiek. Szybkie myśliwce były trudniejsze do sterowania i wymagały lepiej wyszkolonych pilotów, a ich coraz bardziej złożona budowa stworzyła zapotrzebowanie na bardziej rozbudowane struktury serwisowania. Potrzebne były placówki edukacyjne i wyspecjalizowane samoloty szkoleniowe. Nie obyło się bez nowych celowników, które dawały większą precyzję przy tak dużych prędkościach. Lista wymagań nie miała końca, a każda pozycja pociągała za sobą duże koszty.

Koszty te były w pełni uzasadnione. Jednak zrozumienie tego wymagało nie tylko zaprojektowania nowej generacji myśliwców, ale również opracowanie nowych taktyk ich zastosowania i zupełnie nowej perspektywy na wykorzystanie lotnictwa myśliwskiego na polu walki.

Najbardziej oczywiste było to w przypadku lotnictwa morskiego.

Od połowy lat 30., aż do zakończenia ery myśliwców „drugiej generacji”, trzy najpotężniejsze marynarki świata – brytyjska, amerykańska i japońska, posiadały w swoich flotach lotniskowce. Myśliwce operujące z tych lotniskowców były do siebie podobne. Brytyjczycy posiadali samoloty Hawker Nimrod i Hawker Osprey, Amerykanie i Japończycy odpowiednio Grumman F2F i Nakajima A4N. Były to najnowocześniejsze modele w tamtych czasach. Lżejsze, ale wolniejsze dwupłaty miały sens. Na lądzie zbudować można lotnisko o bardzo długim pasie startowym, ale na morzu zawsze istnieją ograniczenia związane z wymiarami lotniskowca, dokami i kanałami, których będzie używał oraz kosztami jego produkcji. W pełni metalowe jednopłaty czekały na swoją kolej w lotnictwie morskim aż do momentu opracowania wyrafinowanych urządzeń zwiększających siłę nośną. W połowie lat 30. był to już realistyczny cel. Jednocześnie wewnątrz każdej z flot toczyła się debata, czy myśliwce w ogóle są potrzebne na pokładach lotniskowców. Te wątpliwości również były uzasadnione.

Dlaczego? Dowiecie się tego z naszego następnego artykułu, zatytułowanego „Przejście z myśliwców drugiej do trzeciej generacji: Wielka Brytania”.

Źródło: Portal WoWs