Již dvacátým dílem seriálu se zaměříme na další stroj ze skupiny vztlakových těles. V minulém díle jsme se věnovali hlavně prostředí a osobnostem NASA FRC (Flight Research Centre) působící na základně Edwards. Dnes se začneme zabývat prvním vztlakovým tělesem, které umetlo cestu dalším strojům své kategorie. Jeho vznik byl také netradiční, protože nevznikal na základě nějakého oficiálního nařízení, ale trochu bokem a tajně, protože byl financován z prostředků určených na údržbu zařízení FRC. Nebylo však jiné cesty, jelikož bylo potřeba přesvědčit vyšší vedení o smysluplnosti této kategorie. Jediné, co může spolehlivě přesvědčit vyšší vedení, je reálná ukázka takového stroje za letu. Vznik i první lety M2-F1 byly velmi zajímavé a dnes už asi nerealizovatelné. Ale zde se bavíme o době 60. let, kdy snad nic nebylo nemožné.

NASA M2-F1 „Létající vana“

Kluzák M2-F1 stojící před výsledkem celé práce lifting bodies
Zdroj: reddit.com

V minulém díle jsme se zmínili o zaujetí Dalea Reeda vztlakovými tělesy. Po seznámení se studií A. J. Eggerse začal sám pracovat na rozvíjení této myšlenky. První kroky byly v podobě papírových modelů vypouštěných na chodbě střediska FRC. Velmi dobře si uvědomoval, že pokud by se myšlenka vztlakového stroje měla jednou realizovat, je nutné mít důkazy o letové způsobilosti tohoto revolučního designu. Po papírové éře se přesunul k balsovým modelům, u kterých bylo možné variabilně měnit nastavení zadních kormidel, podle toho, jak se kluzák choval za letu. Své balsové modely vypouštěl prvně do trávy a pak se přesunul na střechu domu. Postupným házením modelu a úpravou konfigurace modelů přicházel na optimální nastavení, aby kluzák opravdu letěl. Své lety s modelem zakončil přistáním na tříkolový povozek. Pro zajímavost, mnoho kolegů D. Reeda si myslelo, že blázní, když běhal po chodbách s papírovými modely. Reed rozvíjel své modely dál, od vlečené verze až po rádiově řízenou. Po zvládnutí všech nástrah aerodynamiky takového stroje se rozhodl natočit let modelu, aby ho mohl ukázat svým kolegům a měl v ruce pádný argument o své teorii. V točení tohoto záznamu mu ochotně pomohla jeho manželka Donna. Po odvysílání filmu se k Reedovi postupně přidávali další kolegové, které tato myšlenka nadchla. Mnoho z nich věnovalo této myšlence spoustu volného času. Hlavní myšlenkou bylo vyrobit lehký a jednoduchý kluzák, který by mohl být vlečen za automobilem.

Poté, co Reed a jeho kolega Dick Eldredge dokončil předběžnou konstrukci, pokusili se oslovit pilota Milta Thompsona. Milta si nevybrali jen tak náhodou. Milt Thompson byl velmi disciplinovaný testovací pilot, který už měl za sebou zkušenosti s raketovým letounem X-15 a byl jako jediný civilní pilot vybrán do programu X-20 Dyna Soar. Thompson byl i velmi ctěný pilot pro své letové umění, kdy nechodil ani do zbytečných rizik během prvních letů s novými stroji. Dokázal jasně odhadnout, kde je ta hranice, kam už je lepší nechodit. Navíc Milt neměl extrémně vysoké ego, které by u jiného pilota mohlo vést k rozporuplné reakci při nabídce létání s „vanou“. Milt byl prototyp pilota, který právě rád létal nové neotřelé konstrukce. Pro podporu myšlenky doporučil Milt, aby Reed sehnal vlivného zastánce, ideálně někoho z autorů původní myšlenky. Dale Reed neváhal a okamžitě se spojil s A. J. Eggersem, který vedl celou sekci aerodynamických tunelů v Ames.

M2-F1 se svými konstruktéry, vlevo Dick Eldredge a Dale Reed vpravo
Zdroj: history.nasa.gov

Jako otec prapůvodní myšlenky se okamžitě nadchnul a přidal se k týmu. Tento tým posléze zamířil přímo k řediteli střediska FRC, Paulu Biklemu, kterému prezentovali vše okolo zvedacího tělesa. Paul Bikle byl velký letecký nadšenec a odborník, který se okamžitě sám nadchnul pro novou myšlenku. Tímto krokem se pomalu rozjel vývoj konstrukce stroje M2-F1. Pro pochopení uvedu, že index M znamenalo Manned/ řízený a F znamenalo Flight/letový exemplář. Takže se jednalo o evoluci původního návrhu A. J. Eggerse M2 s doplněním o první letový exemplář. A. J. Eggerse zařídil ve středisku v Ames podporu projektu při aerodynamických měřeních. Dale Reed byl pověřen sestavením konstrukčního týmu. Paul Bikle už na začátku projektu správně usoudil, že pokud bude projekt prosazován přes oficiální vedení NASA, které ho předá nějakému výrobci, bude se projekt zbytečně protahovat a jeho cena se dostane na částky, které budou až nesmyslné. Využil tedy nadšení zaměstnanců FRC a vlastních výrobních možností. Díky tomu mohl být kluzák dokončen do čtyř měsíců za cenu třiceti tisíc dolarů. Tato cena v té době odpovídala malé Cessně. Pro porovnání uvedu, že podle jednoho zástupce vedení NASA by obdobná výroba tohoto stroje, u nějakého leteckého výrobce, stála minimálně 150 tisíc dolarů. Jak už jsem zmínil v minulém díle, k financování sloužily prostředky určené na údržbu zařízení FRC a podmínkou bylo, že se náklady nesmí přehoupnout přes zmiňovaných třicet tisíc dolarů.

Aerodynamická konstrukce M2-F1 u výrobce v El Mirage
Zdroj: commons.wikimedia.org

Samotná konstrukce M2-F1 byla zvolena ze dvou částí. První částí byla vnitřní konstrukce z ocelových trubek a druhou pak odnímatelná aerodynamická nástavba z překližky. Právě nástavba byla rozdělena na dva díly, které měly být pak spojeny. Konstruktéři delší čas přemýšleli, jak tuto nástavbu vyrobit a jaký použít materiál. V jejich úvahách jim značně pomohl Paul Bikle, který navrhl oslovit provozovatele letiště El Mirage, společnost Gus Briegleb, kde probíhal provoz větroňů, ale také jejich výroba. Po vzájemné dohodě vyrobil Gus Briegleb celý drak z překližky. Jak jsem již uvedl, celý stroj musel být velmi lehký, protože měl být tažen za autem. Při pohledu na úvodní fotku dnešního dílu tak můžete vidět vnitřní konstrukci složenou z ocelových trubek, sedačky a řízení. Samotná dřevěná konstrukce byla vyrobena z mahagonové překližky. Pro zajímavost uvedu, že konstrukce byla navržena tak, aby aerodynamická nástavba držela pouze na čtyřech šroubech. Samotný drak M2-F1 byl postaven klasickou metodou stavby dřevěného kluzáku s vnitřním vyztužením.

Po dokončení draku kluzáku a dodání do FRC následoval další krok, a to odeslání do střediska v Ames. V Ames měly proběhnout zkoušky v aerodynamickém tunelu, kde byl kluzák instalován na podpěry. Během těchto testů, které byly nesmírně důležité pro pokračování celého programu, seděl v kabině kluzáku pilot Milt Thompson, který prováděl simulované řízení celého stroje. Během těchto testů tak díky tomuto způsobu měření došlo ke sběru velmi cenných dat o chování stroje a řídících ploch. Během měření v tunelu byly provedeny měření s demontovatelným středovým stabilizátorem (středový vertikální stabilizátor). Výsledky měření ukázaly, že kluzák dosahuje adekvátní směrové stability i bez tohoto přidaného stabilizátoru, a proto bylo upuštěno od jeho praktického použití. Jak se později ukázalo, výsledky z aerodynamického tunelu se shodovaly s reálnými daty z letů. Po dokončení série testů, byl M2-F1 opět odeslán zpět na Edwardsovu leteckou základnu k zahájení letového programu.

M2-F1 během testů v aerodynamickém tunelu ve středisku NASA Ames
Zdroj: Testing Lifting Bodies at Edwards

Než se podíváme na detaily konstrukce, tak uvedu jednu zajímavost. Když byl sestaven konstrukční tým pro M2-F1, bylo nutné řešit i nějaké prostory pro tento tým. Místo ovšem nikde moc nebylo, a tak byla ve výrobní hale natažena plenta v rohové části, kde byly umístěny rýsovací stoly. Tým si pak na plentu upevnil cedulku „Wright Bicycle Shop“, jako odkaz na práci bratří Wrightů. Výhodou umístění vývojového týmu přímo do prostor výroby byla i okamžitá konzultace při výrobě jednotlivých dílů. Pokud tedy dělník viděl, že to, co je navrhnuto, nebude možné vyrobit nebo to nebude fungovat tak jak si konstruktér myslí, tak jednoduše zašel za plentu a vše vyřešil bez zbytečných odkladů. Základem celého stroje byla od začátku jeho hmotnost. Bylo totiž v plánu tahat kluzák na laně za dostatečně silným automobilem, po dně vyschlého jezera.

Co se týče konstrukce, jedná se o smíšenou konstrukci, kdy trubkový rám se sedačkou a řízením tvoří základ celého stroje. Na tuto kostru se pak připevňuje aerodynamická konstrukce z překližky, aby mohl být ověřován tvar tělesa. Například uvedu, že přední část, špička, značně ovlivňovala zadní část s kormidly. Na základě těchto zjištění byl pak nastaven správný poměr v řízení. Samotné řízení bylo realizováno deskou, ke které byly uchyceny všechny prvky řízení. V anglickém originále se tato deska nazývá „swash-plate“ a nejčastěji se s tímto pojmem setkáte u vrtulníků, konkrétně rotorových hlav. V zadní části pak byly umístěny dvě malé rakety, které měly poskytnou v případě nutnosti dodatečný tah 250 liber po dobu 10 sekund, především během přistání. Tyto rakety, označené jako „Instant L/D Rocket“, byly vlastně dvě malé rakety na tuhé pohonné látky ve spodní části trupu. Co se týče přistávacího zařízení, tak to bylo převzato z letounu Cessna 150.

Schématické znázornění řízení kluzáku M2-F1. Pozorně si všimněte swash plate v zadní části
Zdroj: secretprojects.co.uk

Další kapitolou vývoje se stal simulátor kluzáku. O simulátor požádal Milt Thompson, který si chtěl řízení vyzkoušet ještě před samotným letem, aby se mohl trochu připravit na to, co ho čeká. Vývojem simulátoru byly pověřeny inženýrky Bertha Ryan a Harriet Smith. Důvodem, proč tyto dvě ženy zmiňuji, je fakt, že v době vzniku projektu nebylo běžné potkat ženu inženýrku, a ještě pak na tak důležitém úkolu. Tyto dvě dámy se k projektu dostaly pro své výborné technické myšlení a Bertha Ryan navíc létala na kluzácích, takže měla o to více zkušeností potřebných k vývoji simulátoru, což věděl i Paul Bikle. O tom, že se nejednalo o lehký úkol svědčí i fakt, že M2-F1, kvůli svému řízení mělo až pět možných verzí pro simulace. To znamenalo, že na každou simulaci a variantu řízení bylo třeba ručně nastavovat potenciometry, tzv. hrnce, a zde navíc mohlo dojít rychle k nějaké chybě. Milt Thompson pak pokaždé letové simulaci uděloval hodnocení každému nastavení řízení a tím se jasně vymezovala podoba poměrů v nastavení celého řídicího systému.

Po všech měřeních a simulacích nastal čas na samotné lety, nebo spíše vlečení. První skok s kluzákem provedl samozřejmě Milt Thompson, ale nebyl to první test s M2-F1. Dovolím si teď trochu odbočit. Ještě před samotným letovým programem chtěli technici vyzkoušet podvozek celého stroje a jeho chování během pojíždění. Zapřáhli tedy kluzák za tažný automobil Pontiac Catelina Convertable 421. Za řízení si usedl pilot Bill Dana, který nahradil dočasně Milta Thompsona. Milt byl v té době totiž na dovolené. Bill Dana se tedy nechal „ukecat“ a usedl do kokpitu, aby pomocí nožního řízení prověřil chování na Zemi. Bill se po chvilce vlečení celkem odvázal a začal se strojem „driftovat“, jako vodní lyžař. Toto „dovádění“ se ale nakonec vymstilo. V jednu chvíli Bill vyjel značně do boku a musel odklon z osy značně kompenzovat. V tu chvíli dostal nápad, že vyzkouší uvolňovač vlečného lana. Tato kombinace vedla k jedinému, stroj začal přeskakovat z jedné strany na druhou, aby následně skončil převrácený. Naštěstí se Billovi nic nestalo a samotný kluzák také nebyl poškozen. Bill Dana však musel na příští roky skousnout nemilosrdný humor vedený na jeho účet. Především častou větu, že účelem testování bylo ověření nožního řízení, ne strukturální test s posádkou.

Letový simulátor pro M2-F1 zkonstruovaný inženýrkami Berthou Ryan a Harriet Smith
Zdroj: history.nasa.gov

Po této příhodě přišlo na řadu opravdové létání. V první fázi došlo na tažení kluzáku za autem, Pontiac, na dně vyschlého jezera Rogers u základny Edwards AFB. Postupovalo se velmi opatrně, takže se prováděly menší skoky s postupným ověřením chování stroje a po základním ověření následovaly lety do větší výšky a na delší vzdálenost. Za řízení si tentokrát už usedl systematický Milt Thompson. Samotný vůz Pontiac musel vyvinout rychlost 140-150 mil za hodinu (225-240km/h), která byla spočítána jako potřebná pro let M2-F1. Vůz byl také upraven vyndáním zadních sedadel. Jedno zadní sedadlo bylo otočeno proti směru jízdy, stejně jako přední u spolujezdce, kvůli možnosti neustálého dozoru na dění za vozidlem. Celkově bylo provedeno okolo čtyři sta vlečení kluzáku zahrnující kromě výzkumných letů i pozdější lety nováčků v projektu, kteří před letem za vlečným letounem absolvovali menší skoky za automobilem.

Dne 16. srpna 1963 následovala další část letového programu, a to let za vlečným letounem C-47. Pilotem byl opět Milt Thompson. Po vzletu z vyschlého jezera pokračoval vlečný letoun kroužením nad jezerem do požadované výšky, ve které se pak kluzák odpoutal a pokračoval strmou klouzavou zatáčkou. Samotný let zakončil pilot přistáním na dně jezera po cca osmi sekundách. Před zahájením letů za vlečným letounem však došlo k úpravě kluzáku, respektive přidání záchranného systému. Vzhledem k tomu, že se jednalo o zcela novou konfiguraci a konstrukce stroje byla také velmi lehká, bylo zapotřebí vyměnit sedačku pilota za plnohodnotné vystřelovací sedadlo. Volba v tomto případě padla na sedačku Weber T-37.

Zkouška vystřelovací sedačky T-37 před použitím v M2-F1.
Zdroj: fearoflanding.com

Samotný kluzák měl ve volném letu poměrně dobré letové vlastnosti. Jedné věci, které si piloti museli přivyknout, byl boční skluz způsobený křidélky. Další věcí, na kterou si piloti museli zvyknout, byl výhled z kabiny během přistání. Tím, že byla kabina posunuta do středové části trupu, byl výhled během přistání se zvýšeným úhlem náběhu poměrně malý, spíš žádný. Dalším jevem, který se projevoval snad u všech vztlakových strojů, byl tzv. PIO (Pilot Induced Oscillation). Tento jev vznikal zásahy pilota do řízení ve snaze kompenzovat vlastní chování stroje. U M2-F1 k tomu docházelo ve vlečném letu, kdy díky malému výhledu pilota docházelo k vybočování ze směru za tažným letounem. Pilot to vyrovnával klasickou kombinací křidélek a směrovky, ale při použití větší výchylky směrovky docházelo právě k PIO. Tento jev byl mnohokrát zdrojem dohadů mezi piloty a inženýry.

Letový program pokračoval dále a postupně se k němu přidávali další piloti, kteří byli spojeni s touto kategorií strojů, jako například Bruce Peterson, Jerry Gentry, Bill Dana a další. Bezesporu nejzvučnějším jménem mezi piloty byl Chuck Yeager, který si také vyzkoušel M2-F1, a to jak při vleku za automobilem, tak za C-47. Po prvním letu byl nadšen touto kategorií a stal se jejím velkým zastáncem. K letům ho přizval právě ředitel FRC, Paul Bikle, který uznával pilotní vlastnosti Chucka Yeagera jako zkušebního pilota. Pro samotného Yeagera to byl první let po jeho vystřelení z NF-104, při kterém utrpěl popáleniny na obličeji a strávil měsíc a půl na rehabilitaci.

Samotný kluzák M2-F1 létal až do nástupu dalších strojů M2-F2 a HL-10. Paul Bikle pak projekt ukončil k 18. srpnu 1966. Důvodem uzemnění byly i předpoklady pro letecké nehody, u kterých stál pilot Jerry Gentry. Na jeho letech se dvakrát objevil jev PIO, kdy se kluzák „převaloval“ z jedné strany na druhou a hrozila ztráta kontroly.

Kluzák M2-F1 vznikl z obrovského nadšení a touhy uskutečnit novou, neotřelou myšlenku. Ukázal, že samotná kategorie vztlakových těles je životaschopnou myšlenkou a stojí za to ji nadále rozvíjet.

Vlevo je tabulka s rozpisem všech pilotů M2-F1. Vpravo je fotka s piloty M2-F1. Vlevo je opřený Milt Thompson, v kabině Chuck Yeager a vpravo pak Bruce Peterson a Don Mallick.
Zdroj: history.nasa.gov

Zdroje informací:
Wingless Flight, The Lifting Body Story, Autor R. Dale Reed, Rok vydání 1997
Testing Lifting Bodies at Edwards, Autor Robert G. Hoey, Rok vydání 1977
NASA Facts An Educational Services Publication of the NASA, LIFTING BODIES, Autor NASA
history.nasa.gov/
thespeedtrap.net/

Zdroje obrázků:
www.reddit.com/
history.nasa.gov/
commons.wikimedia.org/
www.secretprojects.co.uk
history.nasa.gov/
fearoflanding.com/
history.nasa.gov/
Testing Lifting Bodies at Edwards, strana 20
Testing Lifting Bodies at Edwards, strana 21
Testing Lifting Bodies at Edwards, strana 26