Łączyński sterowiec, 1833

W 1833 r. Kajetan Joachim Łączyński zaprojektował sterowiec. Jego opis opublikował w tym samym roku w wydawnictwie C. L. Rautenberga w Mrągowie, po niemiecku i francusku w pracy Theorie der Aëronautik oder mathematische Abhandlung über die Leitung der Aërostaten durch Ruder, Segel und comprimirte Luft.
Łączyński rozpoczyna wykład od stwierdzenia, że opory aerostatu w locie poważnie zmaleją, gdy sterowiec będzie miał kształt wydłużonego wrzeciona o przekroju kołowym. Kreśląc prowizoryczny układ sferoidalnego sterowca, złożonego ze zbiornika gazu, gondoli oraz śmigieł, żagla i dwóch sterów rufowych, wiele uwagi poświęcił omówieniu budowy i zasad projektowania mechanizmów służących do kierowania lotem w płaszczyznach pionowej i poziomej. Przeprowadził dokładną analizę kształtu aerostatu (wrzecionowatego), wyprowadził wiele wzorów do obliczania wytrzymałości powłoki balonu, jej powierzchni, pojemności, siły wyporu oraz równania ruchu aerostatu i inne obliczenia dotyczące wielkości żagla, sterów oraz śmigieł. Wyprowadzone zależności, sformułowanej w postaci prostych wzorów matematycznych, zastosował do szczegółowego obliczania wymiarów, masy i osiągów sterowca swego pomysłu.
Miał to być sterowiec systemu miękkiego. Powłoka wydłużona w kształcie wrzeciona, o stosunku największej średnicy do długości jak 1:10, wykonana z tafty, impregnowana, pokryta siatką, wypełniona miała być wodorem. Metody otrzymywania tego ostatniego były wówczas doskonale znane. Wykorzystywano tutaj efekt reakcji opiłków żelaza lub cynku z rozwodnionym kwasem siarkowym lub solnym. Wodór otrzymywano też przepuszczając kwas przez rozgrzaną rurę żelazną wypełnioną opiłkami (Fe + H2S04 = FeS04 + H2).
Gondola o wymiarach 4,2 x 3,0 m i głębokości 2 m, wykonana z wikliny i w całości - wraz z zaostrzonymi nasadkami z przodu i z tyłu skonstruowanymi z lekkiego drewna- pokryta z zewnątrz lakierowaną skórą, miała być połączona z balonem systemem lin oraz sztywnym szkieletem o konstrukcji drewnianej, w swej środkowej części miała mieścić załogę. Wewnątrz gondoli znajdować się miał specjalny stół nawigacyjny wraz ze stałym wyposażeniem: lunetą i kompasem.
Sterowiec miał dwa stery. Pierwszy ster umieszczony na górnej powierzchni aerostatu, w jego przedniej partii, miał utrzymywać statek powietrzny w łożu wiatru. Miał on, formę trójkąta prostokątnego o konstrukcji drewnianej obciągniętej płótnem i utrzymywanego przez podporę i przeprzeciwciężar. Wymiary steru: wysokość- ok. 1,6 m, długość- ok. 9,7 m, powierzchnia- ok. 7,76 m2. Drugi ster- umieszczony między zbiornikiem gazu a gondolą- miał pełnić funkcję steru kierunku, połączony z gondolą i sterownicą liną- miał kształt trójkąta równobocznego. Wymiary steru: wysokość- ok. 1,3 m, długość- ok. 1,3 m, powierzchnia- ok. 0,84 m2.
Cztery czterołopatowe śmigła były połączone w zespół na wspólnej osi. Miały być one wprawiane w ruch z gondoli siłą mięśni ludzkich korbą i przekładnią linową (średnica śmigła ok. 4,5 m, powierzchnia zespołu śmigieł ok. 14,4 m2).
Lądowanie statku powietrznego miało odbywać się przez wypuszczanie gazu nośnego. Łączyński brał pod uwagę możliwość zamocowania nad gondolą poziomego śmigła (pojedyncze czterołopatowe lub zespół) dzięki któremu, w zależności od kierunku obrotu i ciągu, uzyskiwać byłoby można efekt wznoszenia lub opadania.
Bardzo interesująco rozwiązuje Łączyński problem kierowania lotem sterowca przez zastosowanie zespołu śmigieł. Śmigło o osi poziomej przez obrót poziomego koła może zmieniać kierunek ciągu w górę i w dół i w ten sposób sterować lotem wznoszącym. Małe śmigiełka w efekcie swej siły ciągu (jej kierunek działania zależy od kierunku obrotu śmigiełka) może zmieniać kierunek działania siły ciągu dużego śmigła w płaszczyźnie poziomej. Dzięki zespołowi śmigieł o zmiennym kierunku ciągu w różnych płaszczyznach- śmigła pełnić miały funkcję sterów kierunku i wysokości obok swej funkcji zasadniczej- zespołu napędowego.
Łączyński obliczał, że maksymalna prędkość lotu sterowca będzie wynosiła ok. 22 km/h. Sądził, że w poważnej mierze uniezależni to statek powietrzny od warunków atmosferycznych (wiatrów) i umożliwi kierowanie jego lotem. Wielkość ta była optymistyczna i wynikała z przyjętych przez Łączyńskiego założeń dotyczących wartości oporu powietrza na sterowiec w locie. W rzeczywistości prędkość lotu nie przekroczyłaby zapewne kilku km/h.
Łączyński rozważał także możliwość zastąpienia zespołu śmigieł aerostatu lub ich uzupełnienia działaniem maszyny pneumatycznej i kierowania lotem wyrzutem powietrza w określonym kierunku. Powietrze sprężone za pomocą pompy w zbiornikach uchodziłoby przez dysze, a siłę wypływu strumienia można by regulować z gondoli przez sterowanie zaworami dysz. Kierunek odrzutu powietrza regulowany byłby za pomocą rozwiązania analogicznego do rozwiązania konstrukcji kół obrotowych zmieniających kierunek ciągu śmigieł. Efektywność pracy tego urządzenia, podobnie jak i żagla, z czego nie zdawał sobie sprawy Łączyński, byłaby w rzeczywistości bliska zeru. Konstruktor uległ stereotypom i schematom myślowym epoki w jakiej działał. Uważano wówczas, że można rozwiązać problem kierowania lotem statku powietrznego tak jak w żegludze morskiej. Balony zaopatrywano w urządzenia właściwe statkom: wiosła, żagle itd. Stosowanie żagli w balonach kulistych Łączyński słusznie uważał za nieskuteczne.
Projekt Łączyńskiego zawierał nowe, oryginalne elementy: racjonalny aerodynamicznie układ sterowca, konstrukcja zespołu śmigłowego umożliwiająca zarówno nadanie aerostatowi prędkości postępowej lotu, jak i kierowanie nim przez zmianę kierunku ciągu śmigieł, stosowanie silnika odrzutowego zamiast śmigieł, kierowanie lotem przez zmianę kierunku działania wyrzucanego strumienia powietrza.
Zasadniczy mankament koncepcji Łączyńskiego polegał na tym, że nie rozwiązywał on właściwie żadnego z istotnych problemów (nadanie aerostatowi odpowiedniej, większej od wiatru, prędkości lotu i kierowanie nim). Wynika to zarówno z przyjęcia błędnych założeń odnośnie do wielkości oporu powietrza, jak i braku odpowiedniej siły pociągowej sterowca.
Propozycja Łączyńskiego stanowi pierwszą i racjonalną w kształcie wizję sterowca wysuniętą przez Polaka. Wiele jej elementów wyrastało ponad epokę, wiele z nich wskazuje równocześnie jak mocno była w niej osadzona. Nic nie wskazuje na to, aby Łączyński kiedykolwiek zamierzał zrealizować swój projekt. Był teoretykiem, obce mu były eksperymenty techniczne, ale znał doskonale problemy, z jakimi borykało się lotnictwo pierwszej połowy XIX wieku, problemy rozwiązane połowicznie dopiero na przełomie wieków XIX i XX. Charakterystyczne jest to, że projekt powstał w wyniku rozwinięcia matematycznych formuł dotyczących zasad budowy i projektowania optymalnych układów aerostatów wyprowadzonych przez Łączyńskiego, a taki typ myślenia inżynierskiego długo jeszcze należeć będzie do rzadkości. Pod tym względem dzieło jego prezentuje na wskroś nowoczesny tok myślenia.
Dane techniczne sterowiec Łączyńskiego (wg [1]): Długość balonu- ok. 52 m, średnica max balonu- ok. 5,2 m, powierzchnia balonu- ok. 1747 m2, pojemność balonu- ok. 5380 m3, masa powłoki- 118 kg, siła wyporu balonu- 375 daN.
Długość całkowita gondoli- ok. 21,0 m, szerokość gondoli- ok. 3,0 m, głębokość gondoli- ok. 2,0 m.
Prędkość max (przewidywana)- ok. 22 km/h.
Galeria
Źródło:
[1] Januszewski S. "Sterowiec Kajetana Łączyńskiego z 1833 r". Technika Lotnicza i Astronautyczna nr 8/1979.[2] Januszewski S. "Pionierzy. Polscy pionierzy lotnictwa 1647- 1918. Tom 1". Fundacja Otwartego Muzeum Techniki. Wrocław 2017.