Kraków 2017-11-21
Główny Instytut Lotnictwa BŻ-4 Żuk.
161a Rozdział 10.02.1959 rok. Polska.
Historia.
BŻ-4 Żuk to druga całkowicie Polska, zbudowana od podstaw konstrukcja śmigłowca. Konstruktorem śmigłowca był Bronisław Żurakowski, którego brat, Janusz Żurakowski (1914-2004) sławił się jako pilot myśliwski podczas II wojny światowej, a następnie był znanym i cenionym pilotem doświadczalnym w Kanadzie, gdzie oblatał między innymi samolot Avro Canada CF-105 Arrow.
Bronisław Żurakowski (1911-2009) był znanym i cenionym konstruktorem lotniczym okresu międzywojennego i powojennego. Konstruował szybowce, samoloty i śmigłowce. Wniósł duży wkład w konstrukcję najlepszego Polskiego śmigłowca PZL W-3 Sokół oraz rozwój samolotu PZL-104 Wilga-1. Był utalentowanym pilotem szybowcowym oraz ostatnim żyjącym konstruktorem słynnej przedwojennej firmy DWL-RWD.
Śmigłowiec BŻ-4 Żuk należy do nielicznych konstrukcji lotniczych całkowicie Polskich. Zarówno konstrukcja budy, silnik, jak i osprzęt są całkowicie Polskie. Z drugiej strony śmigłowiec nie wyróżniał się niczym szczególnym. Miał to być prosty i użytkowy śmigłowiec. Koncepcja śmigłowca zrodziła się w 1953 roku, po serii udanych lotów śmigłowca BŻ-1 GIL. Przy czym GIL nie oznaczał nazwy ptaka, tylko Główny Instytut Lotniczy.
Początkowo śmigłowiec oznaczono GIL-4, aby wkrótce nazwę zmienić na BŻ-4 Żuk. Prace ruszyły w 1953 roku, w Biurze Konstrukcji Śmigłowców na Okęciu. W 1957 roku, Biuro Konstrukcji Śmigłowców przeniesiono do Ośrodka Konstrukcji Lotniczych.
BŻ-4 zaprojektowano w układzie klasycznym. Został pomyślany jako maszyna o nieskomplikowanej konstrukcji, co wywarło wpływ na prosty kształt bryły kadłuba i surowe wykończenie wnętrza kabiny. Śmigłowiec był pod wieloma względami pionierski. Prototyp śmigłowca zbudowano w 1956 roku, w Zakładzie Produkcji Doświadczalnej Instytutu Lotnictwa.
Bronisław Żurakowski nie zdecydował się na użycie wirnika nośnego dwu-łopatowego, ale wybrał układ trój-łopatowy. Obawiał się wysokiego poziomu drgań. Trój-łopatowy wirnik nośny otrzymał dodatkowy wirnik sterujący, systemu Hillera, pełniący funkcje usteczniającą, a jednocześnie zmniejszający siły na drążku sterowym. Koncepcja ta sprawdziła się dając dobre efekty. Maszyna jest bardzo stateczna w zawisie, a pilotaż nie wymaga dużego wysiłku fizycznego od pilota. Łopaty wirnika są zamontowane bezpośrednio w piaście i mają możliwość tylko zmiany skosu, tak jak w śmigle. Piasta z wałem połączona jest przegubem Cardana. Także przegubem Cardana z wałem połączono wirnik sterujący. Wirnik sterujący otrzymał trzy okrągłe powierzchnie sterowe. Zwykle konstruktorzy układów z systemem Hillera używają prostokątnych powierzchni sterowych. Bronisławowi Żurakowskiemu chodziło o uzyskanie większych kątów natarcia, co przekładało się na skuteczność sterowania. Jednak nic nie ma za darmo. Wirnik trój-łopatowy jest bardziej skomplikowany niż dwu-łopatowy. Wirnik sterujący, jak i wirnik główny połączone są popychaczami z tarczą sterującą. Wirnik Żurakowskiego z systemem Hillera stał się udanym ewenementem na skalę światową.
Łopaty wirnika nośnego są konstrukcji drewnianej. Użyto drewna sosnowego. Łopaty wzmocniono metalowym prętem i płaskownikiem. Tylna część łopaty ma konstrukcję żebrową. Łopaty otrzymały zamki, po zwolnieniu których łopaty można złożyć. Trzecia łopata jest ustawiona wzdłuż belki ogonowej.
Bronisław Żurakowski zaprojektował elastyczne zawieszenie przekładni głównej za pomocą przegubów i drążków skrętnych. W trakcie testów w locie wprowadzono ulepszenie z dodatkowym układem w mechanizmie zawieszenia przekładni, którą sprzęgnięto z podwoziem śmigłowca, a ściśle ugięciem amortyzatorów przednich kół. Po starcie śmigłowca zmienia się charakterystyka głównej przekładni. W ten sposób uzyskano inne tłumienie na postoju, a inne w locie. W obu fazach poprawił się komfort przebywania osób na pokładzie śmigłowca.
Do napędu śmigłowca użyto silnika WN-4, który jest rozwinięciem silnika WN-3, zastosowanego do napędu samolotów PZL TS-8 Bies. Adaptacja polegała na zastosowaniu wentylatora chłodzącego. Wał silnika łączył się z wałem wirnika nośnego poprzez przekładnię planetarną i sprzęgło rtęciowe. Przekładnia planetarna redukowała obroty w stosunku 10:1. Sprzęgło rtęciowe ma za zadnie niwelować moment obrotowy, aby nie doprowadzić do zniszczenia silnika lub wirnika. Sprzęgło należy do sprzęgieł odśrodkowych, gdzie materiały cierne stykają się ze sobą po osiągnięciu odpowiedniej prędkości obrotowej układu i są dociskane rtęcią umieszczoną w gumowej dętce. Prędkość obrotowa układu wypycha rtęć na zewnątrz, a ta z kolei napiera na układy cierne, które łączą się ze sobą i przekazują moment obrotowy. Sprzęgło rtęciowe łagodnie przenosi wzrastający moment obrotowy. Konstruktorem sprzęgła rtęciowego był doc. mgr inż. Wiktora Narkiewicza.
W sposób nowatorski rozwiązano sterowanie śmigłem ogonowym. Osobny zespół sprzęgał kąty nastawienia łopat wirnika ogonowego z dźwignią skoku ogólnego i mocy. Podczas sprzęgania wirnika głównego pilot nie musiał korygować pedałami wzrastającego momentu od wirnika głównego. Dodatkowo płaszczyzna śmigła ogonowego nie była równoległa do osi podłużnej maszyny, lecz ustawiona skośnie. Niwelowało to nadmierny moment od śmigła ogonowego podczas lotu z większą prędkością, a więc i konieczność reakcji pilota. Przez to pilotaż był łatwy i niemęczący.
Podwozie złożone jest z czterech podparć z pojedynczymi kołami. Amortyzacja olejowo-pneumatyczna. Tłumie drgań jest bardzo dobre.
Pierwszy lot odbył się w dniu 10 lutego 1959 roku na Lotnisku Okęcie. Za sterami był pilot doświadczalny Instytutu Lotnictwa mgr inż. Ryszard Witkowski. Próby, podczas których śmigłowiec odbył 17 lotów o łącznym czasie 3 godzin 40 minut, prowadzono do sierpnia 1959 roku. Niestety podczas prób nie obeszło się bez uszkodzeń. Po ostatnim z nich, pomimo wyremontowania konstrukcji, dalszych prac nad śmigłowcem zaniechano, a dwa kolejne prototypy nie zostały ukończone.
Przyczyny niepowodzenia programu.
Po pierwsze – śmigłowiec BŻ-4 Żuk był konkurentem dla sowieckiej konstrukcji Mil Mi-1, a przede wszystkim sowieckiej ofercie produkcji Mil Mi-1 w Polsce. Nie należało się sprzeciwiać władcom w Moskwie.
Program śmigłowca BŻ-4 Żuk nie był programem ani rządowym, ani priorytetowym w resorcie. Dlatego program był słabo finansowany. W efekcie zespół był niewielki. Oprócz Bronisława Żurakowskiego byli inżynierowie Wiktor Narkiewicz, Jan Koźniewski i Jerzy Kotliński.
Duża była grupa sceptyków, krytyków i po prostu osób zazdrosnych, że program może się udać. Utrudniali oni na przykład wymianę jakiegoś podzespołu, który można było wymienić w godzinę, a wymieniano kilka tygodni. Wciąż wytykali pudełkowaty (w domyśle brzydki) kształt. Dla monterów dostarczano materiały niskiej jakości, o małej odporności na zużycie zmęczeniowe. Wykorzystywali każdą awarię dla totalnej krytyki. Pod koniec programu krytykowali oni zbyt nowatorskie rozwiązania, a nie korzystanie ze „sprawdzonych” wzorców z CCCP.
Nie stać było zespół na zastosowanie w głowicy wirnika odkuwek o sprawdzonej wytrzymałości zmęczeniowej. Konstruktorzy blachy porycia śmigłowca musieli mocować przy pomocy nitów, co powodowało zwiększony rezonans i hałas. W efekcie dochodziło do awarii w postaci pęknięć konstrukcji.
Nie wszystko zespołowi Bronisława Żurakowskiego się udawało. Okazało się, że wentylator chłodzący silnik był zaprojektowany wadliwie. W momencie przechodzenia przez początkowy rezonans (przypadłość wszystkich śmigłowców w 50-latach) doszło do urwania się kilku łopatek wentylatora. Zastosowane elementy stalowe chroniące załogę i pasażerów wiązały się ze wzrostem masy śmigłowca.
Wadliwa była także ergonomia. Wiele elementów wymagało poprawy; fotele, sterownice, ułatwienie wsiadania i wysiadania ze śmigłowca.
Belka ogonowa była zbyt wiotka, co pociągało za sobą ryzyko uderzenia o nią łopaty.
To, że śmigłowiec BŻ-4 Żuk przez wielu był systematycznie niszczony, w przenośni i dosłownie, świadczy jego stan w Muzeum Lotnictwa Polskiego w Czyżynach. Nikt nie wie, jak to się stało, że kiedy zapadała decyzja, o przekazaniu go do muzeum (wówczas Muzeum Lotnictwa i Astronautyki), nagle okazał się, iż jest on wrakiem. Wiele lat temu zebrali się jego twórcy z zamiarem jego restauracji do formy egzemplarza muzealnego. Okazało się to jednak niewykonalne, z uwagi na dużą ilość brakujących urządzeń i detali, i praktycznie trzeba byłoby go zbudować od podstaw. Dlatego, postanowiono zostawić go w formie tak zwanego destruktu. A mimo to, BŻ-4 Żuk jest wspaniałem zabytkiem techniki lotniczej i świadczy o nieszablonowym podejściu do tematu przez doskonałych, Polskich inżynierów.
Konstrukcja śmigłowca BŻ-4 Żuk.
Czteromiejscowy śmigłowiec w układzie jednowirnikowym z dodatkowym wirnikiem sterującym i ze śmigłem ogonowym. Konstrukcja metalowo-drewniana.
Wirnik nośny trój-łopatowy, systemu Hillera. Łopaty o konstrukcji drewnianej, zamocowane były sztywno do głowicy. Dla ułatwienia hangarowania i transportu, łopaty można było składać do przodu. Głowicę zamocowano na wale napędowym na przegubie Cardana. Ponad wirnikiem nośnym zamocowany był trój-łopatowy wirnik sterujący, z łopatami o obrysie kołowym i konstrukcji metalowej. Wirnik sterujący zmniejszał siły na drążku sterowym i ustateczniał śmigłowiec dynamicznie. Zmiana położenia płaszczyzny wirnika sterującego przenosiła się na wirnik nośny, powodując okresową zmianę kątów nastawienia, czyli okresowe przekręcanie łopat nośnych.
Kadłub jest kratownicą przestrzenną, spawaną z rur stalowych. Pokrycie z blach duralowych. Kabina całkowicie zakryta. Wejście do kabiny zapewniają boczne drzwi. W wersji sanitarnej nosze miały być wkładane przez otwierane prawe okno. Za pilotem siedział sanitariusz. Z tyłu kadłuba przymocowana była belka ogonowa, o przekroju poprzecznym trójkątnym, z wierzchołkiem zwróconym ku dołowi. Kratownica belki nie miała żadnego pokrycia. Na skośnej belce końcowej znajdował się mały statecznik nastawny w locie.
Podwozie czterokołowe stałe. Dwa przednie koła i dwa główne.
Wyposażenie: podstawowe przyrządy nawigacyjne, instalacja elektryczna, pokładowa radiostacja nadawczo-odbiorcza, reflektor do lądowania, rakietnica sygnalizacyjna.
Silnik WN-4 7-cylindrowy, gwiazdowy, chłodzony powietrzem od dodatkowego wentylatora, o mocy 320 KM (237 kW). Silnik zabudowany był w pozycji leżącej. Nad silnikiem znajdowała się zawieszona elastycznie głowica o przełożeniu 10 : 1, połączona z silnikiem wałem i sprzęgłem rtęciowym.
Dane T-T BŻ-4.
Średnica wirnika 12,00 m. Powierzchnia koła pędnego 113 m kwadratowych. Długość kadłuba 10,55 m. Długość całkowita 12,75 m. Wysokość 2,80 m. Masa własna 1 050 kg. Masa użyteczna 450 kg. Masa całkowita 1 500 kg. Prędkość maksymalna 156 km/h. Prędkość przelotowa 125 km/h. Prędkość wznoszenia 4,6 m/s. Pułap dynamiczny 3 000 m. Zasięg 260 km. Czas lotu 2,5 godziny.
Zestawienie.
Zbudowano tylko jeden egzemplarz. Jako destrukt, prezentowany jest w Muzeum Lotnictwa Polskiego w Czyżynach w Krakowie. Kolejnych dwóch nie ukończono.
Opracował Karol Placha Hetman