Samolot do bush flying

Samolot typu bush plane musi mieć obowiązkowo własności STOL (short take off and landing) czyli krótkiego startu i lądowania.

W kategorii „normal” właściwie jednym z niewielu modeli, który jest do takich operacji fabrycznie przystosowany to dobrze znany An-2.
Ten samolot nie wymaga praktycznie żadnego tunningu. Na jednej z anglojęzycznych stron o bush flying znajduje się takie stwierdzenie na temat An-2 cytuję „perfect bush plane”.

Można oczywiście dyskutować na temat mocy silnika, ale ten problem już został rozwiązany i nazywa się AN-3 lub TVS-2 DT.

Innym przykładem świetnego samolotu jest Pilatus PC-6 Turbo Porter do którego też wystarczy założyć większe opony gdyby ktoś chciał lądować na naprawdę dużych nierównościach.

Jeśli chodzi o mniejsze samoloty i ultralekkie to tutaj praktycznie nie ma „gotowych” rozwiązań, choć z pozoru może się wydawać, że jest inaczej.
Trzeba je zmodyfikować zlecając to profesjonalistom lub kupić już zmodyfikowany.

Producenci samolotów UL mają często opcje dostosowania do lotów typu bush-flying. Niestety jest to zbyt często tylko zabieg marketingowy.

Należy bardzo ostrożnie do tego podchodzić ponieważ nie wiadomo czy dany producent w ogóle “wiec co robi”, a konsekwencje będą bardzo poważne.
Niestety posługując się analogią do motoryzacji przypomina to tandetne quady czy bulwarowe terenówki.
Ideą producenta proponującego dodatki bush-flying jest często podniesienie atrakcyjności wizualnej samolotu.

Najbezpieczniej będzie skorzystać z doradztwa osoby, która zajmuje się lotami typu bush flying. Niektóre opcje oferowane za dopłatą dyskwalifikuje już sam wygląd czy zastosowane rozwiązania techniczne.

Istotne elementy konstrukcji i rozwiązań technicznych w samolotach bush plane

Wymienię kilka istotnych elementów, które będą charakteryzowały samoloty typu bush plane zarówno w kategorii normalnej jak i ultralekkiej

• duży nadmiar mocy silnika
• śmigło przestawialne w locie, najlepiej stałoobrotowe
• możliwość uzyskiwania dużych kątów natarcia
• mechanizacja płata – ideałem są sloty automatyczne i klapy szczelinowe lub klapy Fowlera
• klapy wychylane o duży kąt i działające częściowo jako hamulec aerodynamiczny
• mocna konstrukcja kadłuba dobrze znosząca obciążenia powstające od szybkiego poruszania się samolotu po nierównej powierzchni lądowiska
• podwozie główne o dużym skoku wyposażone w system tłumienia drgań np. amortyzatory olejowo-gazowe
• podwozie przednie lub tylne obowiązkowo typu “wleczonego” to znaczy koło zamocowane na wahaczu podobnie jak tylne koło w motocyklu, a nie wprost na rurze amortyzatora w samolotach Cessna z przednim kółkiem
• dość duże niskociśnieniowe opony
• skuteczne hamulce
• skuteczne oświetlenie dalekosiężne i szerokokątne

Podwozie samolotu – krytyczny podzespół samolotu typu bush plane

Znów należy się posłużyć analogią do motoryzacji. Podwozie samochodu terenowego czy motocykla crossowego w bardzo istotny sposób różni się od podwozia pojazdów poruszających się po asfalcie. Tak samo jest w przypadku samolotów.
Niektóre samoloty mają tak filigranowe podwozie, że już samo operowanie z równych pasów trawiastych stanowi problem. Dotyczy to szczególnie samolotów ultralekkich z chowanym podwoziem.

Podwozie główne samolotu typu bush plane obojętnie czy będzie to układ z kółkiem ogonowym czy przednim muszą charakteryzować 2 cechy. Musi być mocne to znaczy przenosić duże siły i momenty oraz posiadać duży skok analogicznie jak podwozie motocykli cross’owych. Pod tym linkiem znajduje się film, który pokazuje powinno pracować zawieszenie samolotu bush plane kliknij tutaj
Na filmie widzimy skuteczną pracę elementów tłumiących drgania zawieszenia i koło jest cały czas “przylepione” do nawierzchni.

Na poniższym zdjęciu znajduje się przykład podwozia samolotu An-2, które jest wręcz wzorcowe. Jest mocne, posiada duży skok oraz tłumienie oparte na hybrydzie sprężyny gazowej i amortyzatora olejowego. Zastrzały wykonane są z rury o przekroju aerodynamicznym, a nie okrągłym. Amortyzatory posiadają blaszane owiewki chroniące jednocześnie tłoczysko przed wodą, błotem, śniegiem, lodem.
Ogumienie jest bieżnikowane co ułatwia zapobiega poślizgowi na boki.
Dodatkowo samolot An-2 posiada bardzo silne, wydajne hamulce pneumatyczne.

Tylne kółko samolotu An-2 jest także resorowane i amortyzowane w analogiczny sposób jak podwozie główne. Posiada duży skok, a amortyzator ukryto w kadłubie dla zminimalizowania oporów powietrza.
Zawieszenie tylnego kółka jest typu wleczonego czyli najlepsze z możliwych – na nierównościach “ucieka do tyłu”, a nie do góry jak w większość konstrukcji.
Podobne, choć nie nieco gorsze rozwiązanie zastosowano w ultralajcie Shock Cub.

Dodatkowo tylne kółko samolotu An-2 posiada genialną funkcję – jest blokowane w pozycji “na wprost” za pomocą układu elektro-pneumatycznego. Obsługiwane jest to z wyłącznika w kabinie.
Wydatnie pomaga zarówno przy lądowaniu z silnym bocznym wiatrem jak i podczas kołowania.
W ten prosty i zarazem niezwykle skuteczny sposób rozwiązano problem niesterowanego tylnego kółka i utrzymania prostoliniowego toru toczenia się samolotu przy starcie i lądowania z silnym bocznym wiatrem.

Poniżej mamy amerykańskie rozwiązanie resorowania i tłumienia drgań przeznaczone do samolotów ultralekkich bez potrzeby przekonstruowania belki ogonowej.

Brak tłumienia drgań tylnego kółka powoduje utratę kontaktu z podłożem (podskakiwanie koła), a na dużych nierównościach “podbijanie” całego ogona.
Jest to bardzo niekorzystne zjawisko ponieważ łatwiej utracić kontrolę nad samolotem przy starcie i lądowaniu.
Tutaj znajduje się film, na którym w 6:25 minucie widać jak na idealnie równym asfalcie zachowuje się tylne kółko pozbawione tłumienia drgań.
Natomiast na tym filmie doskonale pokazuje jak pracuje tylna goleń wyposażona w amortyzatory drgań.
Jak widać różnica jest kolosalna.

Brak amortyzatorów drgań w układzie podwozia samolotu przenosi zupełnie niepotrzebnie obciążenia na konstrukcję o czym nie wolno zapominać.

Układ podwozia – z tylnym czy przednim kółkiem ?

Panuje powszechne przekonanie, że prawdziwy bush plane musi mieć koniecznie kółko ogonowe (taildragger).
Jest to dość daleko idące uproszczenie powstałe w dawnych czasach gdzie konstrukcje podwozia były dość prymitywne i układ z tylnym kołem był w zasadzie jedynym dostępnym rozwiązaniem.
Zaletą jest przede wszystkim uzyskiwanie dość dużej odległości końcówki łopaty śmigła od ziemi oraz prostota wykonania tylnego zawieszenia bez konieczności stosowania nowoczesnych materiałów i rozwiązań.

Drugą ważną zaletą jest łatwość zastosowania większych opon podwozia głównego. W pewnym zakresie średnic możemy sobie je dowolnie zmieniać bez konieczności zmiany tylnego kółka.

Jednak poważną wadą układu z tylnym kółkiem jest brak możliwości ostrego hamowania i wykorzystania w 100% przyczepności opon do nawierzchni ponieważ ogon samolotu podnosi się i przy nieumiejętnym operowaniu hamulcami możemy zniszczyć śmigło, “stanąć na nosie” lub przewrócić samolot do góry kołami.

Poniższe zdjęcie przedstawia zastosowanie dużych opon w samolocie, który na pierwszy rzut oka w ogóle do bush flying się nie nadaje.

Taka modyfikacja musi pociągać także powiększenie średnicy tylnego kółka ponieważ może zostać łatwo wyrwane z belki ogonowej nawet jeśli przyziemienie będzie się odbywało najpierw na podwozie główne.

Poniższe zdjęcie pokazuje porównanie wymiarów tylnej goleni i koła w wersji zwykłej i bush wheel.

Układ z przednim kołem pod warunkiem, że jest to koło wleczone daje możliwość pełnego wykorzystania bardzo ostrego hamowania aż do granicy przyczepności opon.
Poniżej mamy przykład właściwie skonstruowanej przedniej goleni typu bush plane samolotu Aeroprakt A22L2.
Jednak należy pamiętać, że samoloty UL z racji swojej bardzo małej masy mają słabe przednie podwozia i nie może być to w żaden sposób porównywalne z cięższymi samolotami.
Tylko układ wleczonego przedniego koła gwarantuje skuteczne pokonywanie nierówności i słabe przenoszenie sił i momentów na konstrukcję samolotu. Przy takiej konstrukcji goleni będziemy mieli najmniejszą tendencję do wyłamywania czy to do tyłu czy na boki.

Niektórzy stosują klasyczną niewleczoną goleń przednią zakładając do przodu większe opony tak jak na tej Cessnie 182. Taki układ jest bardziej podatny na ugięcie goleni, jej złamanie lub/i wyrwanie z kadłuba na większych nierównościach.
Można to traktować jako niewielką poprawę własności terenowych podwozia, ale z pewnością nie jako pełnowartościowe podwozie do lądowania na nierównym terenie.

Istotną zaletą układu z przednim kołem jest większa odporność na boczny wiatr w całym zakresie prędkości toczenia się samolotu po ziemi przy starcie i lądowaniu.
Ale na tym zalety się nie kończą. Opór powietrza nie tyle samej goleni przedniej co podwozia jako całości jest mniejszy w porównaniu do układu z tylnym kółkiem.
Wprawdzie przednia goleń stawia większe opory w porównaniu do tylnej goleni, ale za to podwozie główne w układzie z przednim kółkiem stawia znacznie mniejsze opory niż w układzie z tylnym kółkiem.
Po drugie całość podwozia jest lżejsza na korzyść układu z przednim kółkiem.
Dzieje się tak dlatego, że główne podwozie w układzie z tylnym kółkiem to nie dość, że 2 amortyzatory to jeszcze tak kratownica przestrzenna. Zatem i opory i waga rośną.
Natomiast podwozie główne w układzie z przednim kółkiem to dwa płaskowniki lub rurki wykonane ze stali sprężynowej, a amortyzator jest tylko jeden na przedniej goleni.

Oczywiście do wszelkiego rodzaju ekstremalnych lądowań na bardzo nierównych powierzchniach np. w korycie rzeki na kamieniach będzie lepsze układ z tylnym kółkiem ponieważ umożliwia zastosowanie kół podwozia głównego o bardzo dużej średnicy.

Jednak im większe koła tym większe opory aerodynamiczne, de facto hamulce aerodynamiczne. Zwiększenie rozmiarów opon bardzo poważnie zwiększa opór powietrza i co za tym idzie poważnie zmniejsza osiągi i zwiększa zużycie paliwa.

Wybierając samolot do bush-plane należy sobie odpowiedzieć na podstawowe pytanie – do jakiego typu lotów ma służyć i jaki będzie stopień gładkości/nierówności terenu na których chcę lądować.
Jeżeli ktoś chce daleko latać to będziemy musieli zapewnić większą prędkość i większy zasięg. Jeżeli natomiast chce lądować  prawie jak śmigłowiec to niestety, ale musi mieć bardzo duże opony i mocne, ciężkie i aerodynamicznie niedoskonałe podwozie.
Należy więc wybrać rozwiązanie kompromisowe, bo nie ma samolotów do wszystkiego.
Oczywiście nie oznacza to wcale, że przypadku pójścia w stronę dalekich i szybkich przelotów nie będzie możliwości korzystania z lądowisk.
Poniżej na zdjęciu samolot Aeroprakt z przednim kółkiem

Jednak w układzie z przednim kółkiem będziemy musieli na pewno zrezygnować z lądowania na bardzo nierównych terenie.

Rozpatrując kilka modeli samolotów odnośnie kompromisu pomiędzy prędkością, a “własnościami terenowymi” należy także brać pod uwagę następujący czynnik – jak bardzo ważna jest dla nas ta prędkość.
Może się okazać, że rezygnując ze znakomitych “własności terenowych” samolotu zyskujemy przykładowo 1h na dystansie np. 300-400km. Jednak zaoszczędzony czas zmarnujemy na oczekiwanie na taksówkę i dojazdy z gładkich lotnisk czy lądowisk.

Średnica opon, rodzaje opon i zdolność pokonywania nierówności oraz wpływ podłoża.

W tym miejscu znów posłużę się porównaniem z motoryzacji. Im większa średnica zewnętrzna koła (opony) tym większa zdolność pokonywania nierówności.

W przypadku samolotów nie ma mowy o pracy opony z małymi prędkościami i dużymi oporami ponieważ może to łatwo doprowadzić do przewrócenie samolotu lub/i uszkodzenia podwozia.

W fazie startu i lądowania opona pracuje z dużymi prędkościami. Zatem jej charakterystyka musi być dobrana przede wszystkim do rodzaju podłoża i wielkości przeszkód znajdujących się na tym podłożu takich jak koleiny, dołki czy kamienie.

Przede wszystkim należy podkreślić, że samolot, a zwłaszcza samolot UL nie może wylądować wszędzie. Choć można odnieść takie wrażenie oglądając niektóre filmiki w serwisie Youtube.
Oczywiście można zrobić ogromne podwozie z ogromnymi oponami, ale jego ciężar i opory aerodynamiczne będą tak duże, że będzie się on nadawał tylko do nakręcania “kaskaderskich” filmików i niczego więcej.

Na równe, ale miękkie, grząskie podłoża stosujemy szerokie opony, ale niekoniecznie o dużej średnicy.

Opony o dużej średnicy stosujemy wtedy gdy chcemy operować z nierównych lądowisk.
Będą to podłoża kamieniste, błotniste z koleinami. Duże koła dobrze “wybierają” dołki, rowki zrobione przez dziki i kretowiska – świetnie znamy to z naszej rzeczywistości.

Śmigło i zespół napędowy.

O osiągach danego samolotu decyduje siła ciągu wytwarzana przez zespół napędowy oraz zależność tej siły ciągu od prędkości i wysokości.
Mocy silnika nigdy nie jest za wiele. Najlepiej obrazuje to ten film

O efektywności przetwarzania energii mechanicznej na ciąg decyduje śmigło.
Większość osób zwraca uwagę tylko na katalogową moc silnika samolotu, a prawie nikt na śmigło. Jest to podstawowy błąd ponieważ nawet najlepsze śmigło, ale niewłaściwie dobrane do danego samolotu, rodzaju silnika i rodzaju lotów będzie pracowało nieefektywnie.

Śmigło samolotowe stanowiące napęd lotniczy z prawdziwego zdarzenia musi być przestawialne i od tej reguły nie ma żadnych wyjątków.
Nieprzestawialne śmigło stawia ogromne opory i nie pozwala rozpędzić samolotu. Tak zwane “śmigła przelotowe” czy nastawialne na ziemi nie są polecane do samolotów STOL.
Natomiast śmigła o małym skoku tak zwane “climb propeller” będą względnie efektywne w fazie startu i lądowania, a na przelocie silnik będzie zużywał duże ilości paliwa, a samolot leciał powoli.

Dlatego też samolot typu bush-plane musi mieć przestawialne w locie śmigło, a najlepiej stałoobrotowe. Śmigło stałoobrotowe w fazie startu czy przejścia na drugi krąg lub lądowania może dojść do przekroczenia maksymalnych dopuszczalnych obrotów silnika lub nawet jego zniszczenia w bezpośredniej bliskości ziemi.

Im większa średnica śmigła tym większy ciąg statyczny gdy samolot stoi lub porusza się z bardzo małymi prędkościami w fazie startu. Zatem do startu – im większa średnica śmigła tym mniejsza długość rozbiegu (przy tym samym silniku).
Jednak w fazie lotu z większymi prędkościami np. z prędkością przelotową duża średnica śmigła stawia większy opór czołowy i wówczas korzystniej byłoby mieć mniejszą średnicę śmigła.
Należy zastosować takie śmigło, które będzie dobre zarówno do krótkiego startu i jak i na przelocie oraz nie będzie miało zbyt dużej średnicy, żeby końcówka łopaty nie znajdowała się zbyt blisko ziemi.
Zawsze będzie to pewien kompromis pomiędzy długością rozbiegu, a prędkością przelotową.

W przypadku samolotów ultralekkich mamy do dyspozycji całą gamę śmigieł i możemy sobie dobrać indywidualnie.

Ważna jest także konkretna konfiguracja danego samolotu. Jeśli mamy duże opony to samolot będzie wolniejszy i będzie stawiał duży opór czołowy oraz będzie nico cięższy. Zatem korzystniejsze będzie śmigło o nieco większej średnicy dające większy ciąg w zakresie mniejszych prędkości.

Jeżeli mamy możliwość wyboru zespołu napędowego lub samolot miał kilka wersji silnikowych to wybieramy opcję o największej mocy.
Do samolotów ultralekkich świetną alternatywą silników Rotax są turbodoładowane silniki Limbach o mocy do 160KM

Oświetlenie

Lądując na lądowisku musimy doskonale widzieć gdzie lądujemy i na czym lądujemy.
Większość samolotów GA i UL ma oświetlenie zewnętrzne, które możemy stosować wyłącznie na lotnisku

Nowoczesne oświetlenie wnętrza samolotu powinno być zrealizowane w oparciu o diody LED typu “deep red”
Nie powoduje ono rozszerzania źrenicy oka i przez to od razu po wyłączeniu światła czerwonego np. przed podejściem do lądowania nie musimy długo czekać aż oko dostosuje się do niskiego poziomu oświetlenia.

Samolot typu bush plane musi posiadać skuteczne oświetlenie dalekosiężne (przynajmniej na 1000m), oświetlenie szerokokątne do samego przyziemienia oraz skuteczne, ale nieoślepiające oświetlenie wnętrza.
Można to zrealizować w oparciu o technologię diód świecących LED o wysokiej mocy. Takie oświetlenie można stosować nawet do samolotów ultralekkich wyposażonych w silnik Rotax 912, 914 czy 915 ze wewnętrznym generatorem bez potrzeby montowania dodatkowego alternatora zewnętrznego.

Osobną sprawą jest oświetlenie awioniki. O ile urządzenia typu glass-cockpit nie wymagają dodatkowego oświetlenia o tyle klasyczne mechaniczne przyrządy powinny być w wersji z indywidualnym oświetleniem (analogicznie jak w samochodzie). Dziś możemy sobie tak dobrać wersję awioniki, żeby spełniała wszystkie nasze oczekiwania. Dotyczy to w szczególności samolotów ultralekkich do których istnieje cała masa oświetlanych przyrządów analogowych.

Samoloty ultralekkie nadające się do operacji typu bush flying

Niżej wymienione samoloty przy odpowiedniej konfiguracji opcji dodatkowych można z powodzeniem wykorzystywać do lotów typu bush-flying.

Nie każdy klon samolotu Piper Cub będzie nadawał się do bush-flying. Głównie ze względu na wytrzymałość i skok podwozia oraz wytrzymałość płatowca, a także na pewne subtelności aerodynamiczne jak np. zbyt mało skuteczne klapy.

Ultralekkie samoloty europejskie

• Zlin Savage Cub, Cruiser i inne “ultralekkie klony” Piper Cub’a
• Aeroprakt A22 w wersji z największymi kołami i wleczoną przednią golenią, ale tylko do delikatnego bush flying
  

  Ultralekkie samoloty amerykańskie

• Samoloty SuperStol i Highlander wytwórni Wild West Aircraft z silnikiem Rotax 914 lub 915

W USA ze względu na popularność tego typu lotów jest cała masa różnych samolocików UL, ale w/w posiada odpowiednio dużą mechanizację skrzydła