Boeing C-Wing Klingon Cruiser

Neustále sa zvyšujúci počet pasažierov v leteckej doprave čoraz viac zahusťuje už aj tak preťažený letový priestor. Preto budú letecké spoločnosti v blízkej budúcnosti nútené maximalizovať počet pasažierov na jeden medzinárodný let. Prvým skutočne gigantickým dopravným lietadlom sa už čoskoro stane vyvíjaný veľkokapacitný Airbus A-380. Hoci vo svojej konštrukcii používa množstvo najnovších technológií, jeho základná koncepcia sa stále drží klasického usporiadania trupu s kruhovým prierezom a štandardnými krídlami. Navyše veľkosť lietadiel nie je možné donekonečna zväčšovať, keďže dnešné letiská sú schopné obslúžiť lietadlá s maximálnymi rozmermi 80 x 80 metrov. Konštruktéri sú preto pri vývoji nových veľkokapacitných lietadiel nútení s cieľom pokryť budúce požiadavky trhu siahnuť aj po netradičných a neštandardných návrhoch. Jedným z nich je aj koncept C-Wing, presadzovaný firmou Boeing. Pôvodne to bolo pomerne klasicky usporiadané lietadlo s valcovým trupom, ktoré dostalo nové krídla, vyvinuté konzorciom Airbus. Hneď na začiatok je potrebné povedať, že toto usporiadanie nemá za cieľ dramaticky zvyšovať výkony stroja. Jeho hlavný účel spočíva v zmenšení rozmerov lietadla pri zachovaní pôvodnej kapacity, pričom sa podarilo dosiahnuť aj čiastočnú úsporu hmotnosti. Otočením koncov krídel o 90 stupňov nahor sa zmenší rozpätie a zároveň zmenší rozmer vertikálnej chvostovej plochy. Na vrchnú časť je potom možné premiestniť horizontálne chvostové plochy, čím sa zníži celková dĺžka. Vytvorený rozdiel je najlepšie badateľný na ďalšom obrázku, kde je pokročilejší návrh C-wing (biela) položený na obrysoch klasicky riešeného lietadla (čierna).

Pôvodný koncept C-wing však prinášal v porovnaní s klasickým lietadlom iba málo výhod. Preto sa dvaja konštruktéri J. H. McMasters a I. M. Kroo rozhodli pokračovať v jeho vývoji, čo nakoniec vyústilo do veľkokapacitnej hybridnej konfigurácie. Pôvodným zámerom bolo zvýšiť počet pasažierov na minimálne 600 pri nezmenených rozmeroch. Najprv sa uvažovalo o pridaní ďalšieho trupu či jeho sploštení, ale nakoniec sa ako najschodnejšia cesta ukázalo využitie časti krídla na umiestnenie platiaceho nákladu. Z tohto dôvodu sa presunulo do zadnej časti trupu a zväčšila sa jeho hrúbka. Horizontálne chvostové plochy naopak putovali dopredu za pilotnú kabínu. V najširšej časti vznikol rozsiahly priestor, do ktorého bola umiestnená turistická trieda. Pôvodný trup bol rezervovaný pre prvú a obchodnú triedu. Pohon obstarávajú štyri turbodúchadlové motory, umiestnené na nábežnej hrane pod krídlom a na odtokovej hrane nad krídlom. Existuje aj verzia s troma motormi. Tento koncept si dala spoločnosť Boeing patentovať v roku 1995, ale po pohltení firmy McDonnell Douglas zrejme dostane prednosť konfigurácia Blended Wing Body.

Blended Wing Body

Pravdepodobne najznámejší a najdiskutovanejší je koncept BWB Blended Wing Body. Jedná sa o ďalší vývojový stupeň lietajúceho krídla, ktorý by sa dal opísať ako plochá kombinácia krídla a elipsovitého trupu. Za tvorcu konceptu sa všeobecne považuje firma McDonnell Douglas, najmä skupina okolo inžinierov R. H. Liebecka, M. A. Pagea a B. K. Rawdona. Tí si zobrali za základ klasický valcový trup, ku ktorému postupne pridávali ďalšie valcové časti, až nakoniec vznikla diskovitá centrálna časť. Potom bol v prednej časti umiestnený výčnelok pre pilotnú kabínu a po stranách krídlové výčnelky. Týmto spôsobom sa zrodil základný koncept BWB, prezentovaný zväčša v takomto usporiadaní.

Lietadlo typu BWB má mnoho výhod. Predovšetkým je to veľký vnútorný využiteľný priestor, rovnomerne rozložený okolo ťažiska. V porovnaní s klasickým lietadlom má BWB o 27 % nižšiu spotrebu paliva, 15 % menšiu hmotnosť a vyvodzuje o 20 % väčší vztlak. Vďaka tomu na jeho pohon stačia iba tri motory s o 27 % nižším ťahom, čo sa samozrejme prejaví na spotrebe paliva a úrovni hluku. Keďže krídlo je integrované s trupom, lepšie sa po ňom prenáša štrukturálne zaťaženie, čo má za následok okrem stabilnejšieho letu aj menšiu únavu materiálu. Na druhej strane pretlaková kabína s nekruhovým prierezom, navyše v dvojpodlažnom usporiadaní, sa ťažšie hermetizuje a aj jej núdzové opustenie je problematické. Komplikovaná bude aj údržba a opravy motorov, ktoré musia byť kvôli vyváženiu umiestnené v zadnej centrálnej časti trupu. Prispeje to však k vyššej bezpečnosti, keďže odletujúce časti z poškodeného motora už nemôžu poškodiť pretlakový trup alebo ostatné motory. To sa nedá povedať o umiestnení nástupných a výstupných dverí, ktoré sú priamo na čele tzv. deformačnej zóny. Dokonca samotní pasažieri môžu spôsobiť problémy s vyvážením pri svojej prechádzke po kabíne. Čo sa stane, ak sa kvôli zaujímavému výhľadu nahrnie k oknám na jednej strane len štvrtina z 800 pasažierov.....

Nízke plošné zaťaženie krídla nevyžaduje žiadne prídavné systémy na zvyšovanie vztlaku a navyše znižuje silové nároky na riadiacu sústavu. Smerová stabilita je zabezpečená wingletmi na konci krídla. Priestor pre pasažierov je na každom poschodí rozdelený do piatich častí, pričom 1. trieda sa nachádza v strede. Po stranách pasažierskej kabíny sa nachádzajú priestory pre náklad, za nimi palivové nádrže a nakoniec zakončenia krídla. Takéto usporiadanie efektívne oddelí pasažierov od nádrží s palivom, čím sa samozrejme zvýši bezpečnosť. Koniec koncov široký vztlakový trup je aj pri páde stabilnejší, než klasické valcové usporiadanie. V prednej časti pozdĺž nábežnej hrany krídla sa nachádza promenáda s výhľadovými oknami a vstupnými dverami. Za pilotnou kabínou je ešte miesto pre schodište a dva výťahy.

Koncepcia BWB sa však nemusí podobať len na návrh, vyvinutý firmou McDonnell Douglas....

Čo sa týka praktickej realizácie, firma Boeing spoločne s NASA a AFRL vytvorila výskumný program na overenie konceptu BWB, ktorý bol zaradený k americkým experimentálnym strojom s označením X-48B. Menej známym faktom je, že už McDonnell Douglas v spolupráci so Standford University vytvoril niekoľko experimentálnych modelov (aj značnej veľkosti), ktoré podstúpili v polovici deväťdesiatych rokov letové testy.

Po tom, čo sa o koncept BWB začalo seriózne zaujímať americké letectvo, bola spoločnosťou Boeing vytvorená štúdia o možnosti vytvorenia viacúčelovej platformy, ktorá by slúžila po miernych úpravách na viaceré rozdielne úlohy. Do úvahy prichádzalo spojiť v jednom konštrukčnom riešení bombardér, tanker a transportné lietadlo. Zhodnotením požiadaviek pre každé lietadlo dospeli konštruktéri k záveru, že najviac spoločných znakov sa dá nájsť medzi bombardérom a tankovacím lietadlom. Transportné lietadlo má totiž viacero špecifík, ktoré by následne vážnym spôsobom limitovali výkony ostatných verzií. Následne prišlo na rad definovanie požiadaviek na vzorovú misiu pre obidva platformy. Tou malo byť bombardovanie cieľa vo vzdialenosti 5000 námorných míľ od základne s tým, že počas letu by došlo k dvom vzdušným tankovaniam – jedno pri priblížení k cieľu a jedno pri návrate na základňu. Pri takejto vzdialenosti by bolo možné s výnimkou najjužnejších častí Južnej Ameriky pokryť celú planétu len zo štyroch základní (Scott AFB, Veľká Británia, Diego Garcia a Guam). Z hľadiska užitočného zaťaženia hrá najväčšiu úlohu množstvo neseného paliva. Cieľom je ho uniesť čo možno najviac, keďže široký trup konceptu BWB má väčšiu hmotnosť a čelný odpor v porovnaní s primerane veľkým klasicky koncipovaným strojom. V bombardovacej verzii by mali byť v strede trupu blízko ťažiska nainštalované dve bombovnice, pričom v každej z nich môžu byť dva viacúčelové rotačné zbraňové nosníky (MPRL), alebo jeden väčší pre strategické zbrane (CSRL). Aplikované rozmery dovoľujú niesť aj rozmernejšie pumy, ako napríklad MOAB (Massive Ordinance Air Blast). Šírka bombovníc bola koncipovaná aj s ohľadom na to, aby mohlo lietadlo po príslušných úpravách uniesť aj desať štandardizovaných paliet s nákladom typu 463L. Asi 80 % dielov majú mať lietadlá spoločné, zvyšok tvoria špecifické systémy. Pri bombardovacej verzii je napríklad pretlaková len predná časť trupu a tá je oddelená od nepretlakových bombovníc. V prípade tankovacej/transportnej verzie je síce pretlakový celý trup, ale kvôli bezpečnosti je priestor pre posádku oddelený od priestoru pre náklad bariérou. Základná optimalizovaná verzia má mať schopnosť ostať vo vzduchu 6 hodín s 60 000 lb ťažkým nákladom. Pri väčšej verzii BWB-12-115B je to už 11 hodín a 80 000 lb nákladu. Vďaka menšej hmotnosti a rozmerom v porovnaní s bežne prezentovaným konceptom BWB stačia na pohon dva turbodúchadlové motory. Základnou výhodou kombinovaného bombardéra/tankera však stále sú a ostanú náklady. Ak by sa podarilo dodržať hranicu 80 % spoločných dielov, potom by USAF ušetrilo 40 % na vývojových a 10 % výrobných nákladov. Lacnejšia by bola aj prevádzka s nepopierateľnými prínosmi v logistike a servise.

V roku 1996 sa objavil ďalší koncept, tentokrát z dielne Lockheed/Martin – Marietta, na pokročilé spoločné podporné lietadlo. Malo slúžiť na taktický transport pasažierov aj nákladu, ako vzdušný tanker, platforma pre J-STARS alebo elektronický boj a podobne. Neskôr dostal prednosť bizarnejší návrh „box wing“.

Lockheed Box Wing

Postupom času začína byť čoraz aktuálnejšie nahradenie beznádejne zastaraných lietadiel C-141B a KC-135. Firma Lockheed preto prišla s koncepčne novým návrhom lietadla AMA (Advanced Mobility Aircraft), ktoré využíva výhody tzv. krabicového krídla. Jedná sa o stroj s klasickým trupom, ktorý má dve šípovité nosné plochy, spojené na koncoch vertikálnym modulom. Pri pohľade zhora vytvárajú siluetu kosoštvorca. Medzi hlavné výhody koncepcie patrí väčší dolet, väčšie užitočné zaťaženie a viac prečerpávacích bodov pri funkcii vzdušného tankera. Pri medzinárodných operáciách môže niesť dve pevné rahná a dve pružné hadice, vďaka čomu môže dopĺňať palivo dvom strojom takmer súčasne. Ďalšou výhodou sú menšie rozmery a pokročilejšia aerodynamika v porovnaní s klasickým lietadlom.

Koncepcia „box wing“ je ďalším vývojovým stupňom tzv. „joint wing“. Podstatný rozdiel je v tom, že lietadlo typu joint wing má obidve nosné plochy v jednej rovine a musí mať prídavné vertikálne chvostové plochy. Spoločnosť Lockheed však v poslednom čase presadzuje konvenčnejšie riešené lietadlá, čo by mohlo znamenať, že koncepciu box wing zavrhla. Tento predpoklad potvrdzuje aj fakt, že aerodynamické testy, uskutočnené tajne vo firme Boeing, preukázali určité problémy so stabilitou.

Lockheed Flatbed

Na prelome 70. a 80. rokov navrhla firma Lockheed zaujímavé nákladné lietadlo s označením Flatbed. Hoci pri pohľade zhora sa príliš neodlišovalo od konvenčných strojov (napríklad Boeingu 707), jeho usporiadanie bolo špeciálne upravené pre transport nákladu. Vďaka motorom nad krídlom a podvozku s variabilnou výškou sa mohlo nakloniť nadol, čím sa uľahčilo nakladanie. Centrálna časť trupu bola riešená modulovo. Na spevnenú podlahu mohla byť umiestnená nadstavba pre pasažierov, alebo na internú či externú (!) prepravu nákladu v štandardizovaných kontajneroch.