Zmierzch drewnianych samolotów

Zasadniczo rozwój konstrukcji samolotowych zmierzaã ku zastĈpieniu drewnianych elementów strukturalnych innymi materiaãami, zwãaszcza stopami metali lekkich. PrzyjmujĈc za kryterium podziaãu materiaã stoso-wany na samoloty budowane w ostatnim stuleciu, moİna wyróİniþ na-stčpujĈce lotnicze ukãady konstrukcyjne (chronologicznie):

 samoloty drewniane (konstrukcja klejona i skrčcana):

 drewniana rama, pãócienne poszycie,

 drewniana rama, drewniane poszycie,

 samoloty drewniano-metalowe (poszycie kadãuba i skrzydeã drew-niane, rama w formie kratownicy metalowej),

 konstrukcje mieszane (np. rama metalowa, poszycie kadãuba meta-lowe, a skrzydeã drewniane lub na odwrót),

 samoloty metalowe (konstrukcja skorupowa, nitowana),

 samoloty kompozytowe (podstawowymi materiaãami sĈ: İywica, wãókna szklane, wčglowe, aramidowe i przekãadki).

Drewno wielokrotnie powracaão w roli tworzywa do budowy samolo-tów. Gãównymi przyczynami tych powrotów byãy niedostčpnoĤþ innych

Rys. 3-39. Proces produkcji Ĥmigãa (przed 1915 rokiem) (WOODENPROPELLER 2007)

materiaãów (np. w czasie II wojny Ĥwiatowej) oraz wzglčdy ekonomicz-ne (lata powojenekonomicz-ne). W latach czterdziestych XX wieku deÞ cytowe stopy aluminium bardzo czčsto zastčpowano drewnem. Opracowano przy tej okazji szereg nowych technologii produkcji ksztaãtek sklejkowych oraz kleje syntetyczne do drewna, które wyparãy kleje naturalne.

Na przeãomie lat trzydziestych i czterdziestych Rosjanie zaczčli w kon-strukcjach lotniczych stosowaþ sklejkč brzozowĈ ; sklejali na gorĈco trzy bĈdĮ cztery warstwy fornirów w ksztaãtkč sklejkowĈ i z dwóch uzyskanych w ten sposób skorup tworzyli kadãuby do takich samolotów, jak myĤliwski ãawoczkin âaGG-3 (1941-1944), a póĮniej ãawoczkin âa-5 i âa-7 (rys. 3-40).

Samolot âaGG-3 miaã stalowe ãoİe silnika i kratownicč z zamontowanym uzbrojeniem oraz poszycie z uszlachetnionej sklejki wykonanej w techno-logii delta-driewiesina (ros. ȒȓșȪȠȎ-ȒȞȓȐȓȟȖțȎ) (z uİyciem İywicy fenolowej lub krezolowo formaldehydowej laminowanej lakierem bakelitowym). Sa-moloty âa-5 i âa-7 miaãy kadãuby wykonane z uİyciem drewna – ich czčĤci przednie byãy spawane z rur stalowych i kryte blachĈ, natomiast w czč-Ĥciach tylnych wrčgi i podãuİnice byãy kryte sklejkĈ. âaGG-3, âa-5 i âa-7 miaãy skrzydãa wolnonoĤne, dwudĮwigarowe, kryte sklejkĈ. Statecznik pionowy i stateczniki poziome równieİ byãy poszywane sklejkĈ.

Z wykorzystaniem sklejki powstawaãy równieİ myĤliwce JAK-3 i MiG-3, wyróİniajĈce sič aerodynamicznym ksztaãtem kadãuba.

Sklejkč delta-driewiesina otrzymywano z forniru brzozowego skrawa-nego obwodowo o gruboĤci arkusza 0,35-0,55 mm. Warstwy fornirów poprzekãadane tzw. Þ lmem bakelitowym (bibuãkĈ papierosowĈ nasyco-nĈ bakelitem) prasowano w temperaturze 140-150°C pod ciĤnieniem 10,8-11,8 MPa. Czas prasowania wynosiã 5 min na 1 mm gruboĤci. GčstoĤþ otrzymanego produktu wynosiãa 1,25-1,40 g/cm³, wilgotnoĤþ 3-8%, wy-trzymaãoĤþ mechaniczna sklejki uszlachetnionej wzrastaãa 2,4-3,0-krotnie w stosunku do sklejki bez dodatku bakelitu (parametry za KSIćįKIEWICZEM

Rys. 3-40. Samoloty ãawoczkin: a – âaGG-3, b – âa-5

1954). W warunkach wojennych stosowano do produkcji sklejki równieİ produkty zastčpcze. Zamiast drewna brzozowego , które ãatwo wchãania İywicč, a tym samym po uszlachetnieniu jest zabezpieczone wystarcza-jĈco dobrze przed wpãywem wilgoci, stosowano na warstwy wewnčtrz-ne np. drewno sosnowe . Poszycie samolotu (zwãaszcza pãatów skrzydeã) wykonane ze Įle zaimpregnowanej sklejki miaão skãonnoĤþ do deformo-wania sič, zwãaszcza pod wpãywem deszczu. Kiedy z uwagi na proble-my wojenne gwaãtownie pogorszyãa sič jakoĤþ samolotów, piloci âaGG-3 nadali mu przezwisko șȎȘȖȞȜȐȎțțȩȗ ȑȎȞȎțȠȖȞȜȐȎțțȩȗ ȑȞȜȏ, czyli lakiero-wana pewna trumna.

Podobne problemy dotyczyãy szybkiego i zwrotnego myĤliwca JAK-3.

W latach 1943-1944, z powodu fatalnej jakoĤci stosowanych klejów kaze-inowych, w czasie deszczu albo w warunkach zwičkszonej wilgotnoĤci rozpadaã sič on w powietrzu.

Z powodu deÞ cytu stopów aluminium we wrzeĤniu 1942 roku prze-projektowano tyã samolotu iljuszyn Iã-2. Zmodernizowany model otrzy-maã oznaczenie Iã-2M, w nowej wersji wiele elementów, szczególnie w tylnej czčĤci kadãuba, do koęca 1944 roku wykonywano z drewna.

Kontrastowaão to z opancerzonym przodem maszyny.

Drewniane samoloty produkowali takİe Japoęczycy. W 1943 roku Ce-sarstwo Japonii, bčdĈce w tym czasie od szeĤciu lat w stanie wojny¹⁷⁰, stančão przed problemem braku surowców w przemyĤle lotniczym, do-tyczyão to szczególnie stopów aluminium. Arsenaã Lotniczy Armii LĈ-dowej (jap. Dai-Ichi Rikugun Kokusho) w Tachikawa otrzymaã polecenie przeprowadzenia badaę nad moİliwoĤciami wykorzystania do produkcji samolotów materiaãów ogólnie dostčpnych, mogĈcych zastĈpiþ surowce deÞ cytowe. W wyniku tych prac stwierdzono, İe bez wičkszych negatyw-nych konsekwencji moİna zastĈpiþ wiele elementów konstrukcyjnegatyw-nych sa-molotów drewnem. Do przeróbki wytypowano, uchodzĈcy za najlepszy, myĤliwiec Cesarskiej Armii LĈdowej Nakajima Ki-84 hayate.

Program wprowadzania drewna miaã przebiegaþ dwuetapowo.

W pierwszym etapie tylko niektóre metalowe elementy konstrukcyjne zastĈpiono drewnianymi; w drugim caãoĤþ konstrukcji noĤnej miaãa byþ wykonana z drewna. Realizacjč pierwszego etapu modernizacji Ki-84 rozpoczčto 8 wrzeĤnia 1943 roku, wytworzono dokumentacjč technicz-nĈ i rozpoczčto wymagane próby techniczne. Wiostechnicz-nĈ 1945 roku mniej

170 W latach 1937-1945 Japonia toczyãa konß ikty zbrojne z: AustraliĈ, Chinami, Ho-landiĈ, Indiami, KanadĈ, Meksykiem, WielkĈ BrytaniĈ, NowĈ ZeHo-landiĈ, USA i ZSRR.

obciĈİone metalowe elementy konstrukcyjne hayate zastĈpiono ich odpo-wiednikami wykonanymi z drewna. Powstaãa w ten sposób stalowo-du-raluminiowo-drewniana odmiana myĤliwca, która zostaãa oznaczona Ki-84-II hayate kai. W nowej odmianie drewno zastosowano do budowy statecznika, elementów tylnej czčĤci kadãuba, koęcówek skrzydeã i popy-chaczy ukãadu sterowania.

Losy wojny na PacyÞ ku sprawiãy, İe sytuacja materiaãowa Japonii szybko sič pogorszyãa, a zapasy aluminium skurczyãy sič gwaãtownie.

Wedãug ówczesnych ocen Japoęczyków w paĮdzierniku 1945 roku miaãy one ulec caãkowitemu wyczerpaniu, szczególnie İe od marca 1945 roku wszystkie dostčpne siãy i Ĥrodki, w tym przede wszystkim deÞ cytowe aluminium, miaãy zostaþ skierowane do priorytetowej produkcji samo-lotów samobójczych. W zwiĈzku z zaistniaãĈ sytuacjĈ przystĈpiono do drugiego etapu modernizacji.

Jednym z powaİniejszych problemów, przed jakim stančãa ekipa projektowa, byão tworzywo wybrane do budowy samolotu. WičkszoĤþ projektantów nie miaãa wczeĤniej do czynienia z peãnowymiarowymi samolotami o konstrukcji noĤnej drewnianej, dotychczas zajmowaãa sič jedynie budowĈ nowoczesnych, metalowych pãatowców. Tymczasem drewno wymagaão nieco odmiennego podejĤcia do niektórych elemen-tów konstrukcji. Projektanci mieli dylemat, jak zachowaþ standardowe wymiary i masč myĤliwca? Nie byão to proste, bowiem element drew-niany o tej samej wytrzymaãoĤci zmčczeniowej jest cičİszy od swojego odpowiednika z duraluminium. Prosta adaptacja metod obróbki i ãĈcze-nia drewna w konstrukcjach lotniczych, jakimi posãugiwano sič podczas I wojny Ĥwiatowej i tuİ po niej, mijaãa sič z celem. Nie tworzono przecieİ powolnego dwupãatu, lecz szybkĈ, wytrzymaãĈ maszynč majĈcĈ walczyþ z nowoczesnymi samolotami wroga. Naleİaão poszukaþ sposobu na po-ãĈczenie tradycji z nowoczesnoĤciĈ bez kompromisów.

Konstrukcja pãatowca Ki-106 (rys. 3-41) miaãa bazowaþ na ksztaãcie standardowego pãatowca Ki-84, z tym İe nowy samolot powinien byþ caãkowicie wykonany z drewna i stali. W przyszãoĤci czčĤci do montaİu samolotu miaãy byþ wytwarzane w wielu maãych zakãadach stolarskich zatrudniajĈcych niewykwaliÞ kowanych robotników (w tym mãodzieİ i kobiety). Zastosowanie konstrukcji drewnianej skutkowaão brakiem koniecznoĤci uİywania w procesie produkcji specjalizowanych narzč-dzi, pozwalajĈc na produkcjč czčĤci samolotu takİe przez Þ rmy spoza branİy lotniczej, np. meblarskie, czy producentów instrumentów mu-zycznych. Ponadto wszystkie ewentualne modyÞ kacje kadãuba mogãy

byþ wykonane z uİyciem zwykãej piãy. Moduãowa konstrukcja maszyny umoİliwiaãa rozproszenie produkcji i powierzenie jej wielu podwyko-nawcom produkujĈcym podzespoãy skãadane w caãoĤþ dopiero w fabryce.

Ostateczny montaİ miaã nastčpowaþ w zakãadach lotniczych. Powyİsze rozwiĈzanie miaão zminimalizowaþ straty ponoszone w wyniku amery-kaęskich nalotów strategicznych. Wyprodukowano tylko trzy prototypy Ki-106 (w tym dwa zdolne do lotu). Samolot okazaã sič cičİszy od Ki-84 o mniej wičcej 280 kg, waİyã 2948 kg.

Drewno lite , drewno klejone oraz sklejka lotnicza byãy powszechnie stosowane przy budowie samolotów aİ do koęca lat czterdziestych XX wieku. Z polskich samolotów okresu 1918-1939, w których zastosowano sklejkč, moİna wymieniþ: samolot myĤliwski PWS-10, samolot bombo-wy LWS-6 İubr, samoloty szkolne: PWS-26, PWS-33 bombo-wyİeã, PWS-35 ogar, RWD-8, amÞ bič nikol A-2, szybowce: CWJ, CW-5 bis, WWS-1 salamandra, SG-3, czajka oraz motoszybowiec bĈk.

Najsãynniejszym drewnianym samolotem II wojny Ĥwiatowej byã bry-tyjski dwusilnikowy, dwumiejscowy samolot wielozadaniowy De Ha-villand DH.98 mosquito. Do jego budowy uİyto sklejki lotniczej i litego drewna. Ze wzglčdu na specyÞ cznĈ konstrukcjč samolot ten nazywany byã drewnianym cudem (ang. wooden wonder) lub rzadziej drewnianym przeraİeniem (ang. timber terror), a wĤród personelu naziemnego zyskaã miano marzenia termita (ang. termite’s dream) lub komara (ang. mozzie, potocznie od mosquito).

Rys. 3-41. Japoęski myĤliwiec Nakajima Ki-106 hayate o konstrukcji drewnianej (1945)

Niemcy próbowali skopiowaþ ideč zastosowania tanich i dostčpnych materiaãów realizowanĈ w konstrukcji mosquito. Niemiecki Focke-Wulf TA-154 (1943-1945), zbudowany w caãoĤci z drewna, nie osiĈgnĈã sukcesu wooden wondera. Poszycie wičkszoĤci powierzchni skrzydeã i kadãuba TA--154 stanowiãa sklejka. Pozostaãa czčĤþ pãatowca (w tym krawčdzie natarcia skrzydeã) byãa kryta blachĈ (vide tabela 26, s. 188). W bardzo wielu niemiec-kich konstrukcjach lotniczych stosowano elementy drewniane, przykãada-mi mogĈ byþ: (1) eksperymentalny myĤliwiec przechwytujĈcy o napčdzie rakietowym Bachem Ba 349 natter (1945) – drewniany kadãub i skrzydãa;

(2) myĤliwiec Ta-152 (1944-1945) – z uwagi na problemy zaopatrzeniowe w produkcji powszechnie stosowano zamienniki deÞ cytowych materiaãów, m.in. drewniane usterzenie i klapy; (3) szybowiec myĤliwski Blohm & Voss Bv 40 (1944) – drewniane poszycie kadãuba; (4) lekki bombowiec Junkers (wersje Ju-88A-15 i Ju-88S-2) – drewniana komora bombowa.

Waİniejsze samoloty z lat trzydziestych i czterdziestych XX wieku budowane z drewna przedstawiono w tabeli 26. Wymieniony tam naj-wičkszy samolot, jaki kiedykolwiek wzniósã sič w powietrze, H-4 spru-ce goose (ang. Ĥwierkowa gčĤ), miaã konstrukcjč drewnianĈ, której ponad 90% masy stanowião drewno brzozowe , a resztč Ĥwierkowe, klonowe, to-polowe oraz balsy (K^OZAKIEWICZ i M^ATEJAK 2005 b). Nie zdecydowano sič na drewno lite , które jest materiaãem anizotropowym i niejednorodnym i moİe zawieraþ ukryte wady (przez co wymaga wičkszych wspóãczynni-k ów bezpieczeęstwa, a wičc elementów wspóãczynni-konstruwspóãczynni-kcyjnych o wičwspóãczynni-kszej ma-sie, a to zmniejsza osiĈgi samolotu). Elementy poszycia skrzydeã i kadãuba wykonano z odpowiednio przygotowanej sklejki z fornirów o gruboĤci poniİej 1 mm. PoãĈczenia wykonywano z uİyciem kleju bez zastosowa-nia metalowych ãĈczników. H-4 odbyã tylko jeden lot (wykonano jeden peãnowymiarowy prototyp), nie podjčto produkcji seryjnej.

Podstawowymi materiaãami drzewnymi stosowanymi w lotnictwie w latach 1900-1950 byãy tarcica sosnowa, drewno liĤciaste klejone war-stwowo (lignofol ) oraz tzw. sklejka lotnicza ¹⁷¹. Sklejka lotnicza róİniãa sič od zwykãej wičkszĈ jakoĤciĈ zastosowanych fornirów (brak wad struktury), wičkszĈ wytrzymaãoĤciĈ oraz wičkszĈ dokãadnoĤciĈ wykonania (najcieę-sza ujčta w normach sklejka ma gruboĤþ 0,4 mm(!) i jest sklejona z trzech warstw fornirów). WãaĤciwoĤci, wytwarzanie i magazynowanie tarcicy

171 Sklejka charakteryzuje sič wičkszĈ wytrzymaãoĤciĈ mechanicznĈ od litego drewna, z którego jest zrobiona (vide informacje o sklejce na s. 87-89) oraz lepszĈ jednorodnoĤciĈ struktury (por. tabela 12, s. 34).

Tabela 26

Waİniejsze samoloty drewniane z lat trzydziestych i czterdziestych XX wieku

Samolot ,

57% drewna, 30% stali, 13% dura-luminium. Poszycie czčĤci kadãuba i skrzydeã ze sklejki . Elementy drew-niane sklejone klejem tego-Þ lm lub kaurit. Drewniane trójpãatowe Ĥmigãa.

Skrzydãa i kadãub w formie kratow-nicy stalowo-drewnianej krytej

Skrzydãa i kadãub drewniane, kryte sklejkĈ. Usterzenie drewniane, ze sta-tecznikami krytymi sklejkĈ, a sterami krytymi pãótnem. ģmigãa poczĈtkowo

Z drewna Ĥwierkowego , sklejki ga-tunków liĤciastych i balsy , pokryty pãótnem. DĮwigary skrzydeã, szkie-let kadãuba i obramowania drzwi Ĥwierkowe. Pokrycie kadãuba z balsy i sklejki 2 mm. PoãĈczenia klejone, wzmacniane metalowymi okuciami.

Kadãub i skrzydãa zbudowane ze sklejki brzozowej . W konstrukcji wykorzystano drewno klonu , topoli , balsy i Ĥwierka.

do budowy samolotów podlegaãy normalizacji. Przykãadami mogĈ byþ archiwalne polskie normy „lotnicze” PN-L-19000:1952, PN-L-19001:1952, PN-L-19002:1952, PN-L-19010:1952 lub norma branİowa BN-76/7111-15, których przedmiotem byãa lotnicza tarcica sosnowa (nieobrzynana i jed-nostronnie obrzynana, produkowana z drewna sosny zwyczajnej) oraz lotnicza tarcica jesionowa . Normy zawieraãy m.in.: nazwy i okreĤlenia, podziaã i oznaczenia, wymiary, klasy jakoĤci, wãaĤciwoĤci wytrzyma-ãoĤciowe , wytyczne dotyczĈce magazynowania oraz program badaę.

Sklejka lotnicza wykonywana byãa równieİ z fornirów drzew liĤciastych (gãównie brzoz owych). Zawsze byãa klejona klejem wodoodpornym.

Po II wojnie Ĥwiatowej sklejka lotnicza wykorzystywana byãa do budowy szybowców, np. bardzo znanego polskiego szybowca SZD-9 bis bocian.

Obecnie w lotnictwie w bardzo maãym zakresie wykorzystuje sič sklejkč, gãównie na elementy drugorzčdne lub do remontu starszych konstrukcji.

Niewielkie iloĤci sklejki uİywajĈ modelarze.

W latach czterdziestych i pičþdziesiĈtych XX wieku szeroko wykorzy-stywano drewno lite oraz drewno prasowane warstwowo (lignofol ) do wyrobu Ĥmigieã. Ze wzglčdów wytrzymaãoĤciowych drewno prasowane warstwowo byão sprasowywane nierównomiernie (bardziej ĤcieĤnione u nasady Ĥmigãa). Nierównomierne ĤcieĤnienie uzyskiwano przez za-stosowanie zmiennej liczby fornirów na dãugoĤci ãopaty Ĥmigãa podczas ukãadania paczki fornirów w oprzyrzĈdowaniu prasy (szablonie Ĥmigãa).

Czčsto stosowano równieİ róİne gatunki drewna, cičİsze u nasady i lİej-sze na koęcach ãopat Ĥmigieã (P^ARCZEWSKI i ^IN. 1969). Przykãady Ĥmigieã z lat czterdziestych i pičþdziesiĈtych XX wieku przedstawiono na rysunku 3-42.

Drewno w budowie konstrukcji noĤnych samolotów zostaão niemal caãkowicie wyparte w koęcu lat czterdziestych XX wieku przez stopy metali lekkich i tworzywa sztuczne, jednak byão ono podstawowym ma-teriaãem konstrukcyjnym aİ do koęca lat siedemdziesiĈtych XX wieku w budowie szybowców. W Polsce w tym celu byão stosowane gãównie drewno sosnowe , brzozowe i jesionowe . Do poszywania powierzchni skrzydeã czy kadãubów w szybowcach drewnianych najczčĤciej uİywano sklejki oraz pãótna (np. drewniany szybowiec kobuz). Materiaãy drzewne stosowano równieİ na niektóre elementy szkieletu szybowców. Obecnie poszycie szybowców jest budowane gãównie z laminatów szklano-epok-sydowych, kompozytów wãókien wčglowych i aramidowych itp.

Przykãady wspóãczesnego zastosowania drewna i tworzyw drewno-pochodnych do produkcji Ĥmigieã lotniczych przedstawiono na rysunku 4-16 (s. 333).

3.4. Maszyny napčdowe z drewna i niektóre ich