Douglas F4D Skyray (monografia)

Leszek A. Wieliczko

Douglas F4D-1 Skyray (później oznaczony jako F-6A) był pierwszym jednomiejscowym myśliwcem odrzutowym skonstruowanym w firmie Douglas, pierwszym myśliwcem pokładowym, który ustanowił światowy rekord prędkości lotu i pierwszym seryjnym myśliwcem US Navy zdolnym do osiągnięcia prędkości dźwięku w locie poziomym. Choć jego służba operacyjna była bardzo krótka, to został zapamiętany z powodu niezwykłej sylwetki, wysokich osiągów i doskonałej zwrotności, ale też trudnego pilotażu. O jego walorach najlepiej świadczy ustanowienie siedmiu rekordów świata. Oznaczenie F4D (eff-four-dee) stało się przyczyną nadania mu przez lotników popularnej nazwy „Ford”.

Geneza

Pod koniec i po zakończeniu drugiej wojny światowej alianci zdobyli w Niemczech m.in. obszerną dokumentację naukową i techniczną z zakresu lotnictwa. Jeszcze zanim całość skatalogowano i skopiowano, Misja Techniczna Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych w Europie (US Naval Technical Mission in Europe) zaprosiła do Europy przedstawicieli amerykańskiego przemysłu lotniczego. W maju 1945 roku, kilka dni po kapitulacji Niemiec, do Paryża przybyli dwa aerodynamicy firmy Douglas Aircraft Company L. Eugene „Gene” Root i Apollo M.O. „Amo” Smith. Przeglądając zdobyte dokumenty natrafili m.in. na szkice, projekty, obliczenia i wyniki badań w tunelu aerodynamicznym modeli samolotów opracowanych przez niemieckiego konstruktora Alexandra Lippischa, twórcę m.in. projektu myśliwca z napędem rakietowym Messerschmitt Me 163. Oprócz skopiowania dokumentów Root i Smith mieli okazję porozmawiać bezpośrednio z Lippischem, który przebywał wówczas w Paryżu w areszcie domowym.

Amerykanów szczególnie zafascynowały projekty samolotów w układzie bezogonowym (tj. bez usterzenia poziomego) z trójkątnymi skrzydłami (delta), bez klasycznego kadłuba, napędzane silnikami strumieniowymi, które według obliczeń Lippischa były zdolne do osiągnięcia prędkości ponaddźwiękowej. Po powrocie do USA konstruktorzy Douglasa przystąpili do dokładnego przestudiowania niemieckich dokumentów i porównania wniosków z własnymi badaniami nad samolotami w układzie latającego skrzydła, które w latach 30. zapoczątkował Jack Northrop, pracujący wówczas dla Douglasa. Przeprowadzono także badania skrzydeł o różnym profilu w tunelu aerodynamicznym California Institute of Technology w Pasadenie. Prace te miały charakter ogólny, ale wzbudziły zainteresowanie Biura ds. Lotnictwa (Bureau of Aeronautics, BuAer) Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych (United States Navy), które zaczęło rozważać możliwość praktycznego zastosowania „reguły Lippischa”, jak wówczas określano układ bezogonowy z trójkątnymi skrzydłami. W tym czasie część specjalistów BuAer wątpiło, czy taki samolot w ogóle będzie w stanie latać. Niektórzy uważali, że po starcie po prostu „przewróci się” na plecy i spadnie na ziemię.

W wrześniu 1946 roku „Amo” Smith przedłożył głównemu konstruktorowi El Segundo Division Leo J. Devlinowi memorandum, w którym stwierdził, że bezogonowy samolot ze skrzydłami trójkątnymi i napędem odrzutowym – zarówno myśliwski, jak i bombowy lub transportowy – będzie miał lepsze charakterystyki aerodynamiczne niż samoloty w klasycznym układzie konstrukcyjnym. Zaletami takiego układu miały być niższy przyrost oporu przy prędkościach okołodźwiękowych, prostsza i lżejsza konstrukcja płatowca oraz duża pojemność wewnętrzna skrzydeł dzięki grubemu profilowi, pozwalająca na pomieszczenie dużego zapasu paliwa, uzbrojenia lub ładunku.

W październiku rozpoczęto badania tunelowe modeli samolotów bezogonowych ze skrzydłami o zbieżności 3:1, wydłużeniu 2, skosie krawędzi natarcia 50° i różnymi profilami opracowanymi przez NACA (National Advisory Committee for Aeronautics). Sporym zaskoczeniem dla inżynierów Douglasa były dobre wyniki badań skrzydeł o tak skrajnie małym wydłużeniu. Okazało się, że do osiągnięcia prędkości dźwięku konieczne będą jednak skrzydła o cienkim profilu, więc samolot w układzie latającego skrzydła nie będzie miał wystarczająco dużej pojemności wewnętrznej, aby pomieścić silniki, zbiorniki paliwa, uzbrojenie i wyposażenie. Pod koniec roku Robert G. Smith zaczął szkicować projekty wstępne myśliwca przechwytującego w układzie bezogonowym, ale ze skrzydłami skośnymi o bardzo małym wydłużeniu zamiast trójkątnych oraz z wyraźnie pogrubioną częścią środkową, tworzącą swego rodzaju szczątkowy kadłub. Rozważano jeden lub dwa silniki turboodrzutowe z dopalaczami lub bez oraz skrzydła o różnej powierzchni nośnej.

W styczniu 1947 roku BuAer wydało specyfikację SD-24-F określającą ogólne wymagania dla jednomiejscowego pokładowego myśliwca przechwytującego zdolnego do osiągnięcia wysokości 12 192 m w czasie krótszym niż pięć minut. W tym czasie za największe zagrożenie dla bezpieczeństwa Stanów Zjednoczonych uznawano bombowce z napędem odrzutowym przenoszące bombę jądrową, które mogły lecieć na wysokości 15 240 m z prędkością do 963 km/h (nad takimi bombowcami na zlecenie Sił Powietrznych pracowało wówczas kilka amerykańskich firm i podejrzewano, że Rosjanie robią to samo). Oceniono, że można je będzie wykryć z odległości najwyżej około 160 km, czyli około 10–12 minut przed dotarciem przez nie do celu. Dlatego kluczowa dla myśliwca przechwytującego była wysoka prędkość wznoszenia, którą miał zapewnić nowy silnik turboodrzutowy Westinghouse J40 z dopalaczem. Samolot miał być wyposażony w system kierowania ogniem Aero 1A z radarem AN/APS-25, aby mógł samodzielnie odnaleźć cel także w nocy. Głównym uzbrojeniem miały być niekierowane pociski rakietowe odpalane na kursie spotkaniowym, ponieważ w opisanym scenariuszu nie było czasu na to, aby myśliwiec zajął dogodną do otwarcia ognia z działek pozycję za bombowcem. Tym niemniej działka kal. 20 mm wciąż stanowiły wymagany element uzbrojenia. Duży zasięg nie był natomiast potrzebny, ponieważ samolot zaraz po wykonaniu ataku miał wrócić do bazy. Problem polegał na tym, że żaden z planowanych kluczowych elementów nowego myśliwca – ani radar, ani system kierowania ogniem, ani silnik – nie był jeszcze gotowy.

W odpowiedzi na wymagania BuAer konstruktorzy El Segundo Division pod kierunkiem głównego konstruktora Edwarda H. „Eda” Heinemanna rozpoczęli prace nad projektem wstępnym myśliwca przechwytującego D-571. Punktem wyjścia był jeden z opracowanych wcześniej przez R.G. Smitha projektów ze skrzydłami o wydłużeniu 2 i powierzchni nośnej aż 65,3 m2 oraz dwoma silnikami odrzutowymi Westinghouse 24C (oznaczenie wojskowe J34) z dopalaczami, o ciągu po 21,1 kN. Po jego modyfikacji i uszczegółowieniu samolot miał skrzydła o powierzchni nośnej 65 m2 i skosie krawędzi natarcia 50°, szczątkowy kadłub z kokpitem blisko krawędzi natarcia i czterema działkami kal. 20 mm (z łącznym zapasem amunicji 800 nabojów) po bokach oraz pojedyncze usterzenie pionowe. Rozważano podwozie z kołem ogonowym lub przednim, ale szybko zdecydowano się na to drugie. Obliczeniowa masa startowa wynosiła 6800–7321 kg, a zapas paliwa 2203 l. Początkowa prędkość wznoszenia miała wynosić aż 109,9 m/s, czas od startu do osiągnięcia wysokości 12 192 m zaledwie trzy minuty, a krytyczna liczba Macha 0,95.

Prace nabrały tempa, gdy 17 czerwca 1947 roku Douglas dostał z BuAer kontrakt na opracowanie projektu wstępnego i konstrukcyjnego oraz budowę makiety, z planowanym terminem jej inspekcji w czerwcu 1948 roku. W toku dalszych prac zastosowano jeszcze cieńszy profil skrzydeł, przód kadłuba wysunięto przed skrzydła aby poprawić widoczność z kokpitu oraz zmodyfikowano kształt krawędzi natarcia skrzydeł i wlotów powietrza do silnika. W przyjętej w marcu 1948 roku konfiguracji D-571-4 samolot miał skrzydła o powierzchni nośnej 62,8 m2, jeden silnik XJ40 o ciągu z dopalaniem 48,5 kN i obliczeniową masę startową 7122–7711 kg. Dokładniejsze badania modeli w tunelu aerodynamicznym i obliczenia konstrukcyjne spowodowały jednak konieczność jego dalszej modyfikacji. Ostateczny projekt przedłożono BuAer we wrześniu.

Tymczasem w maju 1948 roku BuAer skierowało do zainteresowanych wytwórni lotniczych specyfikację (Outline Specification) OS-113, stanowiącą rozwinięcie wcześniejszej SD-24-F. Zażądano w niej skonstruowania myśliwca przechwytującego zdolnego do osiągnięcia prędkości maksymalnej 1110 km/h (Ma = 0,905) na poziomie morza i 1014 km/h (Ma = 0,95) na wysokości 15 240 m oraz czasu wznoszenia na tę wysokość poniżej sześciu minut. Projekt D-571 miał początkowo bardziej badawczy niż praktyczny charakter, ale wpisywał się w wymagania specyfikacji OS-113. W związku z tym 16 grudnia 1948 roku Douglas dostał z BuAer zlecenie budowy dwóch latających prototypów oznaczonych jako XF4D-1 (BuNo 124586 i 124587), płatowca do naziemnych prób statycznych i modeli do badań w tunelu aerodynamicznym. Właściwy kontrakt nr NOa(s) 52-066 został zatwierdzony przez BuAer dopiero 1 lipca 1951 roku, po ukończeniu budowy obu prototypów. Dla firmy Douglas był to duży sukces, ponieważ zaledwie dwa lata wcześniej jej projekt D-565 przegrał rywalizację z projektem V-346 firmy Vought (późniejszym F7U Cutlass).

Pełna wersja artykułu w magazynie Lotnictwo 12/2023