W okresie drugiej wojny światowej bodaj największy krok naprzód lotnictwo wykonało w dziedzinie napędu. Silniki tłokowe nie odeszły wprawdzie w niepamięć, ale we wszystkich najważniejszych rodzajach samolotów obowiązującym standardem stały się odrzutowe jednostki napędowe. Lepsze osiągi miały jednak również ciemną stronę: powietrze opływające powierzchnie sterowe z taką prędkością sprawiało, że wychylanie drążka wymagało od pilota niebagatelnej siły fizycznej. Wspomaganie hydrauliczne stanowiło jedynie tymczasowe rozwiązanie.
Do obciążeń nakładanych na pilota dochodziła wrażliwość tradycyjnego układu sterowania. Czy to linki, czy (w przypadku układu sztywnego) cienkościenne rurki – system trzeba było na bieżąco regulować, a w warunkach bojowych najlżejsze jego uszkodzenie mogło sprawić, że samolot nie będzie nadawał się do dalszego lotu. Zdublowanie układu sterowania – co ograniczyłoby podatność na uszkodzenia – było zaś zbyt trudne, aby stanowić praktyczne rozwiązanie. Było jasne, że trzeba opracować zupełnie nowy sposób sterowania.
Trzeba podkreślić, że system, który przetwarzałby ruchy drążkiem na sygnały elektryczne przekazywane do siłowników na sterach, nie był zupełnie nową koncepcją. Rosjanie pracowali nad nim już w pierwszej połowie lat trzydziestych z myślą o gigantycznym samolocie Tupolew ANT-20. Zastosowano go jednak w ograniczonym zakresie, w połączeniu z systemem klasycznym. Osiągnięcia sowieckich inżynierów popadły zaś w zapomnienie i trzeba było dopiero rewolucji odrzutowej, aby wznowiono prace w tym kierunku.
Następne zdecydowane kroki w tym kierunku podjęto w Kanadzie. Prototypowy myśliwiec przechwytujący CF-105 Arrow (oblatany 25 marca 1958 roku) wyposażono w prosty, ale kompletny system sterowania fly-by-wire. Kanadyjczycy nie zdołali jednak doprowadzić do perfekcji ani systemu, ani całego myśliwca, gdyż program w 1959 roku anulowano – była to jedna z najbardziej kontrowersyjnych decyzji politycznych w historii Kraju Klonowego Liścia.
Pierwszy raz, który wcale nie był pierwszy
W następnej dekadzie prace nad elektrycznym układem sterowania podjęto w Stanach Zjednoczonych, i to z myślą nie o lotnictwie, ale o programie kosmicznym. Pojazd o nazwie Lunar Landing Research Vehicle służył do szkolenia astronautów, którzy mieli sterować Modułem Księżycowym. W kontekście powyższych informacji stwierdzić by można, że nazywanie pewnego doświadczalnego egzemplarza B-47 protoplastą systemu fly-by-wire jest nieuprawnione.
Lunar Landing Research Vehicle, symulator lądownika księżycowego wyposażony w system fly-by-wire
(fot. nr ECN-1582 / Dryden Flight Research Center / NASA)
W istocie jednak dopiero B-47E, o którym opowiada ten artykuł, stał się początkiem wykorzystania fly-by-wire na skalę masową. Oczywiście nie musiało tak być, najpewniej nie byłoby tak, gdyby rząd Johna Diefenbakera nie zlikwidował programu Arrowa – ale tak właśnie się stało.
Do sprawdzenia w locie prototypowego systemu fly-by-wire wybrano bombowiec B-47E Stratojet o numerze 53-2280, należący do 4950. Skrzydła Doświadczalnego z bazy lotniczej Wright-Patterson. Modyfikację przeprowadziła Hydraulic Research and Manufacturing Company. Z zewnątrz maszyna była prawie nie od odróżnienia od seryjnego B-47E. Można ją było rozpoznać jedynie po trzech maleńkich wlotach powietrza po prawej stronie kadłuba, pod statecznikiem poziomym (miały one wspomagać działanie instalacji chłodzącej), i okienku w nosie, za którym zamocowano kamerę. Pod osłoną kabiny namalowano zaś niebiesko-biały emblemat Air Force Systems Command (widoczny na zdjęciu tytułowym).
Testy podzielono na trzy fazy. Na początku w samolocie, na drążku sterowym, zamontowano czujnik, który wykrywał ruchy do przodu i w tył. Następnie przekazywał impulsy do elektrycznych siłowników sterów wysokości, które zainstalowano równolegle do siłowników standardowych. Piloci pochlebnie wyrażali się o nowej instalacji, głównie dlatego, że nie występowały w niej opóźnienia reakcji sterów typowe w przypadku linek (rozciągających się w miarę użytkowania; B-47 ze względu na swoją długość był na to bardzo podatny i między innymi dlatego do prób wybrano właśnie Stratojeta). W takiej konfiguracji samolot spędził w powietrzu co najmniej czterdzieści pięć godzin w okresie od grudnia 1967 do sierpnia 1968 roku.
Następnie obok drążka sterowego z wolantem zainstalowano dżojstik wyposażony w dodatkowe siłowniki podpięte do urządzeń mierzących przechyły samolotu. Na podstawie pomiarów dżojstik reagował w taki sposób, aby możliwie najwierniej odwzorowywać zachowanie klasycznego drążka podpiętego do linek sterowych. Dzięki temu pilot lepiej „czuł” samolot, a tym samym łatwiej mu było nad nim panować. Inżynier pokładowy mógł na bieżąco kalibrować tę instalację w locie. W ramach drugiej fazy wykonano od stycznia do maja 1969 roku loty trwające w sumie trzydzieści cztery godziny.
Wreszcie w fazie trzeciej w miejsce dotychczasowej instalacji zamontowano nową, z poczwórnymi zestawami serwozaworów elektrohydraulicznych. Była to już bardzo zaawansowana instalacja, która sama mogła wykrywać własne awarie i kompensować je za pomocą innych elementów układu, bez potrzeby angażowania załogi w locie. Wykonano dwanaście lotów doświadczalnych trwających osiemnaście godzin. W ich trakcie między innymi sztucznie wywołano trzy różne awarie – system z powodzeniem poradził sobie z każdą z nich.
B-47E był najpowszechniejszą odmianą Stratojeta
(fot. US Air Force)
Bardzo udany program dobiegł końca wraz z ostatnim lotem w listopadzie 1969 roku, stając się wstępem do kolejnych doświadczeń na innych typach statków powietrznych. Zarazem dobiegła końca kariera 53-2280 – maszyna została przekazana na ekspozycję w Narodowym Muzeum US Air Force w Daytonie w stanie Ohio. W 1995 roku trafiła do Muzeum Lotniczego MAPS na lotnisku Akron/Canton, a przed kilku laty przewieziono ją do Narodowego Muzeum Atomistyki i Historii Atomistyki w Albuquerque, gdzie można ją oglądać po dziś dzień. W samolocie zachowano elementy z czasów badań nad fly-by-wire, wloty powietrza na ogonie i okienko w nosie. Obecne we wnętrzu maszyny dodatkowe, nietypowe wyposażenie dowodzi, że przed rokiem 1967 wykorzystywano ją także do innych (zapewne mniej istotnych) programów doświadczalnych.
Bibliografia
Steve Markman, Bill Holder, One-of-a-kind Research Aircraft, Schiffer Publishing, 1995.
Major J.P. Sutherland, Fly-By-Wire Control Systems, Air Force Flight Dynamics Laboratory, 3 września 1968.
John A. Weeks III, B-47E Stratojet, National Museum Of Nuclear Science & History, johnweeks.com. Dostęp: 27 września 2015.
ANT-20 (Maxim Gorky), tupolev.ru. Dostęp: 24 września 2015.
zdjęcie tytułowe: US Air Force
