Dutczyński "aeronef", 1889- 1902

Projekt sterowca pionierskiego. Polska / Austro-Węgry.
Schemat śmigła wielołopatowego konstrukcji Władysława i Alfreda Dutczyńskich. Śmigła o tej konstrukcji miały stanowić napęd ”aeronefu”. (Źródło: Januszewski S. ”Wynalazki lotnicze Polaków 1836- 1918”).
W 1889 r. Władysław Dutczyński opracował projekt sterowca, przedstawiony następnie władzom wojsko­wym Austro- Węgier i Niemiec. Austriackie Minister­stwo Wojny nie było zainteresowane projektem sterowca.

Prace projektowe nad sterowcem kontynuował jego syn Alfred Dutczyński. W dniu 4.05.1902 r. złożył Ministerstwu Wojny Rosji, za pośrednictwem attache woj­skowego Rosji w Wiedniu, ofertę zakupu projektu sterowca, przydatnego do zadań militarnych. Za­pewniał, że projekt jest oparty na studiach naukowych i pracach eksperymentalnych, a jego autorzy nie czerpali z hipotez czy utopii. Mówi, że w trakcie prac analizowano doświadczenia poprzedników- dobre i złe. Podczas opracowywania urządzenia napędu i ciągu sterowca prowadzono studia nad lotem owadów, których wyniki znalazły zastosowanie w ich sterowcu. Dutczyński podkreśla przy tym, że ustalenia stu­diów ojca i swoich nad lotem owadów wprowadził do współczesnej nauki, na dowód załącza swój artykuł Der Insektenflug.

Statek powietrzny Dutczyńskich można określić mianem "aeronefu"- statodyny, której siła wyporu ledwie równoważy ciężary, wzlot zawdzięcza się pracy wirnika nośnego, zaś prędkość postępową lotu pracy urządzeń wytwarzających ciąg. Miał to być "aeronef" dla 4- osobowej załogi, dźwigający ładunek 100 kg bomb, zaopatrzony w silnik spalinowy o mocy 23 kW (31 KM) i zbiornik z paliwem wystarczającym na 36 h lotu z prędkością ok. 40 km/h. Prędkość wznoszenia statku powietrznego w górę, dzięki działaniu wirnika nośnego, sięgać będzie 1,17 m/s, co pozwoli mu na osiągnięcie pułapu 1000 m po 15 minutach. Według Dutczyńskiego sterowanie lotem prowadzone jest przez odwracanie i zmianę kie­runku ciągu śmigieł i wirników, wielołopatowych umieszczanych w różnych płaszczyznach, wzdłuż w poprzek statku, w liniach poziomych i pionowych, których pracą można sterować indywidualnie. Oryginalne kształty łopat śmigieł i wirników oraz różnych powierzchni nośno-napędowych i sterowych zarazem oparto na wynikach prac badawczych i eksperymentalnych Dutczyńskich nad lotem owadów.

Dutczyński proponuje budowę pierwszego egzemplarza "aeronefu" w cenie 30 000- 35 000 rubli, koszt kolejnych można by ograniczyć do 25 000 rubli. Stosowane w działaniach wojennych mogłyby służyć nie tylko do obrony, lecz także do ataku, bombardowania celów żywych i fortyfikacji nieprzyjaciela. Podkreśla, że plany "aeronefu" przygotowane są znakomicie, obejmują również rysunki robocze poszczególnych detali, także metalowych, wykonanych z brązu, stali i żeliwa. Mówi, że "aeronefu" tego dotychczas nie prezentowano- by lepiej chronić tajemnicą wojskową, że studia, eksperymenty i prace projektowe również prowadzone były w sekrecie . Proponował, aby budowa "aeronefu" prowadzona była w warsztatach wojskowych Cesarstwa i na koszt rządu.

Oferta Dutczyńskiego była oceniana w Komitecie Elektrotechnicznym, dla którego opinię wstępną -przygotował inżynier wojskowy płk Ewgenij Stepanowicz Fedorow, składając ją Komitetowi 17.05.1902 r. Podniósł, że propozycja Dutczyńskiego zawiera wiele luk - nie wyjaśnia jaka jest siła wzlotu "aeronefu", nie prezentuje jego wymiarów, nie podaje liczby i mocy silników. Fedorow uważał, że nie ma żadnych gwarancji, że zbudowany statek będzie posiadał te zalety, o jakich pisze wynalaz­ca Gdyby dostarczono nam szczegółowy projekt, to można by określić granice ryzyka. Jednak Dutczyński trzymać chce w sekrecie konstrukcję i projektu nie przedstawia. Mówi jedynie, że jest to "aeronef" (...). Z teoretycznego punktu widzenia statki takie są o wiele gorsze od sterowców. Fredorow nie bardzo rozumiał co Dutczyński chciał powiedzieć, gdy mówił, że jego statek powietrzny na zasadach lotu owadów i zwracał uwagę, że owad niewiele ma wspólnego z aerostatem. Domyślał się, że Dutczyński liczył wymiary swego statku wg wzorów, jakie przyjął do określenia pracy owadów, niezbędne do realizacji lotu, zarówno w zakresie ciężarów statku, jak i powierzchni nośno- napędowych. Wgłębiając się w artykuł Dutczyńskiego o locie owadów zwrócił uwagę, że jeśli tak było, to wyniki obliczeń Dutczyńskiego są błędne- w artykule bowiem przyjmuje dość dowolne współczynniki siły noś­nej i oporu, co może dać różnice mocy niezbędnych do realizacji lotu "aeronefu" rzędu 50% i więcej. Na tej podstawie Fedorow wysuwa poprawny wniosek, że projekt Dutczyńskiego był gotów już w czasie, gdy publikował swój artykuł. Przypomina przy tym, że sprawozdanie z jego studiów nad lotem owadów przy­jęto w 1893 r. dość sceptycznie. Fedorow zamyka swój raport konkluzją, że aby w pełni ocenić ofertę Dutczyńskiego, należy skłonie go do przedstawienia szczegółowego projektu wynalazku. Przypomniał, że Dutczyński deklarował wolę osobistego przedstawienia projektu Komisji Ministerstwa Wojny i proponował by tę propozycję przyjąć, pod warunkiem, że Dutczyński wygłosi wykład bezpłatnie lub za umiarkowanym wynagrodzeniem.

Zgodnie z tą sugestią inż. płk. Fedorowa, Komitet Elektrotechniczny GIU zwrócił się 18.06.1902 r. do Sztabu Generalnego, by ten poprosił Dutczyńskiego o dostarczenie pełnego projektu "aeronefu"- opisów, rysunków, obliczeń, które potwierdzałyby, że proponowane przezeń rozwiązania są prawidłowe i praktycznie użyteczne. Pozytywna ocena projektu stanowi warunek sine qua non podjęcia z wynalazcą rozmów na temat umowy. Do tego czasu Minister­stwo Wojny nie może podjąć żadnych zobowiązań wobec wynalazcy, oprócz tego, że wszystkie doku­menty, rysunki i wyjaśnienia Dutczyńskiego będą trzymane w tajemnicy.

24.07.1902 r. Sztab Generalny informował Główny Zarząd Inżynierii, że przez attache wojsko­wego Rosji w Wiedniu płk. Roppa otrzymał dokład­ną i krótką notatkę Dutczyńskiego oraz schematyczny rysunek jego aparatu latającego /.../ co zaś dotyczy rysunków detali i obliczeń, to wynalazca może je dostarczyć tylko wówczas, gdy Ministerstwo Wojny przyjmie jego projekt do realizacji.

13.11.1902 r. zebrał się wreszcie Oddział Żeglugi Powietrznej Komitetu Elektrotechnicznego Głównego Zarządu Inżynierii, by ocenić ofertę Dut­czyńskiego i projekt jego "aeronefu". Sprawozdawcą był płk Fedorow, który powtórzył i rozwinął uwagi zawarte w jego przywoływanej już tutaj opinii. Dodał, że gdy mowa o powierzchniach nośno- napędowych "aeronefu", Dutczyński wzoruje ich konstrukcję i zasadę działania na oscylujących płatach owada. Wielu tak czyniło i czyni- bez efektów. Dut­czyński, sięgając do starych rozwiązań chce osiągnąć nowe wyniki. Fedorow przypomniał, że zbiornik gazu "aeronefu" (wypełniony wodorem albo gazem świetl­nym) składa się z dwu części, położonych jedna za drugą, a między nimi- w wolnej przestrzeni- Dut­czyński umieszcza silniki, śmigła i wirniki nośne. To rozwiązanie jest racjonalne z geometrycznego punktu widzenia (siła unosząca wirników pokonuje opór powietrza w pobliżu środka ciężkości aparatu), ale niewłaściwe z aerodynamicznego - urządzenia ciągu i napędu pracować bowiem będą w przestrzeni osło­niętej, co osłabi efekt ich działania. Długość każdego ze zbiorników wynosi 15,0 m, przy średnicy 10,0 m, a siła ich wyporu 3315 daN (przy wypełnieniu wodo­rem). Masa całkowita "aeronefu" z załogą i uzbrojeniem wyniesie 3341 kg, co sprawi, że siła wyporu "aeronefu" wyniesie ledwie 26 daN, niewystarczające do wzlotu, który Dutczyński zamierza realizować przez zastosowanie wirnika nośnego. Jest to pomysł błędny- mówił Fedorow- bowiem siła wyporu aerostatu jest zmienna i zależna od wielu czynników, zwykle niezależnych od woli aeronauty. Zależy od rodzaju gazu wypełniającego zbiorniki, od jakości materiału z jakiego jest produkowany, od jakości i szczelności powłok gazowych, od siły dyfuzji gazu, a w końcu i od warunków atmosferycznych, które mogą się znacznie zmieniać i to w krótkich przedziałach czasu. Dutczyński, obliczając siłę wyporu "aeronefu", rezer­wuje na straty gazu równowartość 400 daN siły wypo­ru. Fedorow zwraca uwagę, że wartości tej nie można precyzyjnie obliczyć i w każdej chwili błąd obliczeń może przekroczyć 20 daN w jedną łub drugą stronę.

Fedorow przytacza te dane, by wykazać, że przyję­ta przez Dutczyńskiego regulacja siły wyporu aerosta­tu drogą mechaniczną przy użyciu wirnika nośnego jest nieracjonalna, skoro ten sam efekt osiągnąć moż­na prościej - używając balastu, a przy tym rozwiąza­niu można by jeszcze uprościć konstrukcję aerostatu Dutczyńskiego i zmniejszyć jej masę. Fedorow zwraca uwagę, że opór powietrza Dutczyński obliczał, posłu­gując się wzorem Friedricha Lössla, który daje wyniki niższe aniżeli prostsza formuła stosowana przez Otto Lilienthala (W = 13sv2). Trudno go jednak z tego powodu krytykować, skoro współczesna teoria oporu powietrza stosuje różne wzory i nie ma dostatecznych podstaw określających wybór tej czy innej metody obliczeń. Inną jednak kwestią jest wybór współczyn­nika oporu w zależności od formy powierzchni aero­statu. Dutczyński przyjmuje jego wartość na 0,1, gdy powszechnie uważa się, że współczynnik 0,5 jest bliż­szy prawdy. Ma to swoje konsekwencje, bowiem - jak pisze Fedorow - gdyby przyjąć ten ostatni, obliczenia Dutczyńskiego odnoszące się do mocy silnika należa­łoby zwiększyć 5- krotnie. Skorygować należałoby również inne dane, dotyczące np. siły ciągu śmigieł i wirników, tym bardziej, że Dutczyński przyjmuje wysoki współczynnik ich sprawności- 70%. Wyja­śnia to szczególną ich budową. Obliczeń tych Fedo­row nie był jednak w stanie sprawdzić, bowiem Dut­czyński nie ujawniał konstrukcji śmigieł i nie poda­wał danych, które rzetelność jego szacunków mogły­by potwierdzić. Mówiąc o śmigłach Dutczyńskiego, Fedorow zwraca uwagę, że mają one postać śruby z kilkoma łopatami o formie parabolicznej, np. śmi­gła ciągnące są 8- łopatowe. Dutczyński zyskuje przez to dużą powierzchnię śmigieł, ale z drugiej strony ich sprawność, z uwagi na pracę łopat w strefie turbulentnej, będzie wielokrotnie niższa od zakładanej. Według Fedorowa ani szczegółowy rysunek, ani obli­czenia nie będą mogły uzasadnić przyjętego typu śmigła. Dokonać można tego jedynie na drodze eks­perymentalnej. Jeśli doświadczenia potwierdziłyby twierdzenia Dutczyńskiego, to wówczas jego śmigła należałoby uznać za najlepsze w świecie. Fedorow zauważa dalej, że Dutczyński zupełnie nie uwzględnił zależności wartości współczynnika oporu od prędko­ści lotu i liczby obrotów śmigła. Gdyby do jego obli­czeń wprowadzić współczynnik oporu 0,6, wówczas, aby śmigło osiągnęło zamierzone efekty, liczbę jego obrotów należałoby zwiększyć dwukrotnie. Krytykuje również układ śmigieł i wirników na "aeronefie", zdwajanych i rozmieszczanych symetrycznie, co pociąga za sobą konieczność stosowania co najmniej 4 silników i komplikację systemu transmisji napędu od silników do śmigieł czy wirników. Nie wiadomo przy tym jak Dutczyński zadanie to rozwiązuje- nie ujawnia tego bowiem ani opis, ani rysunek.

W lipcowej notatce Dutczyński podaje ciężary po­szczególnych części "aeronefu". Jak je obliczono, tego Fedorow nie mógł dociec, podobnie jak i ich rozmia­rów. Dutczyński szacował masę aerostatu na 1008 kg, a składać się na nią miały masy szkieletu, powłoki, sieci. Fedorow zwracał uwagę, że wartość to niereal­na, jeżeli powierzchnia powłoki sięga 1800 m2. Masę gondoli Dutczyński szacował na 1134 kg- zbyt nisko według Fedorowa, nawet jeśli wykonana będzie z bambusa i stali. W końcu przywołuje błąd, jego zdaniem, kardynalny. Spalinowe silniki rozmieszczo­no między cienkimi powłokami wypełnionymi wodo­rem, co w każdej chwili grozi eksplozją.

W czasie posiedzenia Oddziału Żeglugi Powietrz­nej Fedorow, rekapitulując swe uwagi, stwierdził, że:
- aparat jest pozbawiony jakiegokolwiek zabezpie­czenia przeciwpożarowego,
- w obliczeniach przyjęto zbyt niskie współczynniki oporu, wskutek czego obliczenia mocy silnika są za małe; aby to skorygować, należy przeprojektować cały statek powietrzny,
- przyjęcie dowolnych współczynników do obli­czeń siły ciągu śmigieł sprawia, że w rzeczywistości będzie ona za mała; aby to skorygować, również nale­ży przeprojektować statek powietrzny,
- zdecydowanie za nisko szacowane są masy czę­ści składowych statku powietrznego, co prowadzi do analogicznej konkluzji,
- pomysł przeciążenia aerostatu i realizacji wzlotu dzięki pracy wirników nośnych Fedorow uznaje za irracjonalny.

Jego poglądy i oceny podzielił Oddział Żeglugi Powietrznej. Uznał, że ofertę Dutczyńskiego należy oddalić, wątpiąc w racjonalność jego twierdzeń, a także w praktyczną przydatność jego statku po­wietrznego. Konstrukcja aparatu zdaje się posiadać wiele błędów odnośnie określenia wartości siły wypo­ru i sprawności elementów ciągu.

"Aeronef" Dutczyńskich powrócił po latach na scenę. W 1909 r. projekt, wraz z dużym modelem, był eksponowany na Wystawie Lotniczej w Linzu- zyskał tam wiele pozytywnych opinii. Wyszły one m.in. ze strony profesora Politechniki Wiedeńskiej Arthura Budau, znakomitego znawcy problematyki lotniczej. W tym czasie miał on już walor nie tyle techniczny, ile historyczny, dokumentują­cy wkład Austrii w poszukiwanie optymalnych modeli statku powietrznego i w tym też kontekście należa­łoby postrzegać formułowane wówczas pochwały. Rzecz dotyczyła już bowiem nie dzieła techniki, lecz dobra kultury.

Źródło:

[1] Januszewski S. "Pionierzy. Polscy pionierzy lotnictwa 1647- 1918. Tom 1". Fundacja Otwartego Muzeum Techniki. Wrocław 2017.
[2] Januszewski S. "Tajne wynalazki lotnicze Polaków: Rosja 1870-1917". Wydawnictwo: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej. Wrocław 1998.
[3] Januszewski S. "Wynalazki lotnicze Polaków 1836- 1918". Fundacja Otwartego Muzeum Techniki. Wrocław 2013.

blog comments powered by Disqus