Śmigło

To jest ten wiatraczek, co się kręci i go wtedy prawie nie widać, a jak się nie kręci i go widać to wtedy się nie jedzie. Śmigło może być z przodu (śmigło ciągnące) lub z tyłu (śmigło pchające, czyli marzenie każdego pilota który musi awaryjnie opuścić samolot w powietrzu). Może też być tak że samolot będzie miał śmigło i z przodu i z tyłu jednocześnie. Śmigło przekazuje moc generowaną przez silnik na otoczenie, w którym porusza się samolot, nadając mu pęd. Śmigło skład się z piasty, osadzonej na wale podającym moc z silnika, oraz łopat zamocowanych do piasty. Śmigło o stałym skoku (gdzie nie ma mechanizmu zmiany kąta zaklinowania łopat) posiada zazwyczaj dwie łopaty, rzadziej cztery, i najczęściej są one z drewna. Śmigło o zmiennym skoku, wyposażone w reduktor, posiada zazwyczaj trzy, cztery lub pięć łopat. W jednostkowych przypadkach były to dwie lub sześć łopat, i zazwyczaj są one metalowe. Jeśli łopat byłoby więcej niż sześć na jednej piaście, to wtedy jest to już wentylator (napęd wentylatorowy). Liczba łopat zależy od konstruktora samolotu- samoloty małe zazwyczaj mają śmigła dwułopatowe, tanie i wydajne przy niewielkich prędkościach. Przez dłuższy czas większość samolotów miała śmigła trójłopatowe, potem wraz ze wzrostem mocy silników pojawiły się śmigła czterołopatowe, a nawet pięciołopatowe. Śmigło sześciołopatowe podobnie jak wentylator wykracza poza technikę samolotów z okresu Drugiej Wojny, więc pomijam. Osobną kwestią są śmigła przeciwbieżne, obracające się w przeciwnych kierunkach i osadzone na wałach biegnących jeden w drugim; ten rodzaj napędu miał jednak marginalne znaczenie w czasie wojny, będąc ciągle raczej poligonem doświadczalnym dla późniejszych technologii.

Kształt łopat śmigła to bardzo precyzyjnie dobrana krzywa, zmienna na długości łopaty. O ile u nasady, przy piaście, śmigło kręci się jeszcze stosunkowo powoli, to końcówki śmigła ocierają się już o prędkości okołodźwiękowe, i kształt łopat trzeba dobrać tak, by na całej długości ich oddziaływanie na powietrze było takie samo. Inaczej naprężenia szybko zniszczyłyby śmigło. Niemniej istotna jest precyzja wyważenia łopat, która przy tak dużych prędkościach obrotowych i siłach odśrodkowych ma znaczenie pierwszorzędne.

Śmigła mogą być wykonane z metalu lub drewna (obecnie ten materiał zastępują nowsze technologicznie włókna szklane, węglowe, żywice i inne „przyjazne środowisku” świństwa). Jedne i drugie mają swoje wady i zalety- w warunkach amerykańskich śmigło metalowe jest lepsze, bo z jednej formy można uzyskać takich łopat setki, łatwo i szybko. W warunkach kiedy bomby sypią się na głowę (czyli innych niż amerykańskie) śmigło drewniane można wykonywać poza wielkimi fabrykami (których już najczęściej nie ma), z niedeficytowych materiałów w małych fabryczkach ukrytych np. w lesie. Śmigło drewniane w czasie przymusowego lądowania łamie się, nie niszcząc cennego silnika. Śmigło metalowe wygina się w czasie lądowania bez podwozia, ale demoluje przy tym (poprzez wał) całkowicie silnik, a nie zawsze w czasie wojny można sobie pozwolić na taką rozrzutność. Ponadto śmigło metalowe nie jest tak elastyczne i gorzej tłumi samowzbudne drgania, co również nie jest bez znaczenia. W pewnych warunkach, szczególnie w locie nurkowym przy bardzo dużej prędkości, końcówki łopat śmigła mogą oprzeć się o barierę dźwięku, co jest potencjalnie niebezpieczne z uwagi na nierównomierny rozkład oporów na tarczy śmigła.

Śmigło od strony pilota zazwyczaj malowane jest matowoczarno, tak by pilot nie widział pracującej tarczy śmigła która mogłaby go rozpraszać. Ze względów bezpieczeństwa końcówki łopat śmigła często maluje się na żółto, coby było widać żółty krąg pracujących łopat i nie pchać się tam. Osobnym zagadnieniem jest moment skrętny generowany przez obracające się śmigło. W niektórych przypadkach może być to poważny problem (zdarzył się kiedyś wypadek, kiedy manewrujący silnikami olbrzymi Heinkel He-177 kołując przewrócił się z tego powodu; jego dwa czterołopatowe śmigła miały ponad 4,5m średnicy; było też dużo wypadków z tej samej przyczyny na samolotach Vought F-4 Corsair), ponieważ dodając lub ujmując mocy samolotem potrafi nieprzyjemnie zarzucić, co w walce powietrznej nie pomaga w celowaniu.


Skok śmigła

Większość śmigieł ma regulowany kąt nachylenia łopat, poprzez tzw. reduktor umieszczony w piaście. Funkcja tego urządzenia odpowiada dokładnie funkcji skrzyni biegów w samochodzie i jego rola jest identyczna. Wyobraźmy sobie śrubę mielącą wodę. Teraz wyobraźmy sobie, że ta woda robi się coraz gęstsza -śruba obraca się coraz trudniej, albo zmienimy jej nachylenie łopat na łagodniejsze, albo musimy użyć większej siły by obracać nią z taką samą prędkością. Tak samo jest ze śmigłem pracującym w powietrzu. Zależnie od prędkości z jaką się ono obraca, od prędkości postępowej samolotu, od gęstości powietrza na różnych wysokościach, od temperatury na zewnątrz i wielu innych czynników śmigło musi pokonywać różne opory. Dlatego steruje się jego skokiem, czyli kątem nachylenia łopat, a nie tylko samymi obrotami silnika. Dla odpowiednich parametrów lotu odpowiednio nastawione śmigło przy maksymalnej mocy silnika osiągnie swoją największą sprawność i najmocniej pociągnie nasz samolot. Reduktor może być sterowany ręcznie przez pilota, może też być automatyczny, sterowany hydraulicznie, gdzie sterownik skoku wykorzystuje parcie pokonywanego powietrza jako zmienną regulującą kąt ustawienia łopat. Obecnie stosuje się zazwyczaj reduktory sterowane elektrycznie, ale tutaj obracamy się w technice lotniczej z okresu wojny więc pomijam to.

Śmigło o zmiennym skoku to największy atut samolotu tłokowego wobec odrzutowca, i zarazem jedyny poza własnymi umiejętnościami oczywiście. Śmigło ma bowiem nieporównanie szybszą reakcję na przepustnicę niż rozpędzona turbina, i dlatego samolot tłokowy jest w stanie prowadzić walkę energetyczną na poziomie nieosiągalnym dla żadnego odrzutowca. W zakresie małych i średnich prędkości samolot śmigłowy może osiągać olbrzymie przyspieszenia, nieosiągalne dla odrzutowca. W jeszcze większym stopniu dotyczy to zwalniania. Śmigło jest najlepszym hamulcem aerodynamicznym, o skuteczności porównywalnej chyba tylko ze spadochronem hamującym. Jeśli w czasie lotu z dość dużą prędkością przestawić skok na pełny, to samolot stanie niemal dęba. Jeśli przy tym nie zdjąć obrotów z silnika, to niemal na pewno dojdzie do ukręcenia wału korbowego i ”przekręcenia” silnika. Oczywiście oznacza to koniec wycieczki.
Skok zerowy oznacza nie tylko najmniejszy ciąg, ale także najmniejszy możliwy opór aerodynamiczny jaki generuje niepracujące śmigło, na przykład kiedy samolot nurkuje z maksymalną możliwą prędkością. Samolot rozpędzi się wtedy szybciej i osiągnie większą prędkość, ograniczoną tylko wytrzymałością konstrukcji i jej oporem aerodynamicznym. W tej konkurencji najlepszy był ciężki Republic P-47 Thunderbolt, któremu w nurkowaniu nic nie mogło uciec. Przy nurkowaniu zbyt duży skok śmigła mający w zamierzeniu pilota ograniczyć prędkość może także doprowadzić do „przekręcenia” silnika, bo śmigło nie będąc w stanie wyhamować masy spadającego samolotu przekaże nadmiar otrzymanej energii poprzez wał na silnik, który wskutek tego przekroczy dopuszczalną prędkość obrotową i ulegnie zniszczeniu („przekręci się”).

Osobną sprawą jest ustawienie śmigła w chorągiewkę. Polega to na zupełnym odłączeniu śmigła od układu napędowego i ustawieniu na skok całkowicie neutralny względem opływającego powietrza. Ma to bardzo istotne znaczenie jeśli silnik w samolocie ulegnie awarii. Może to na pierwszy rzut oka nie być oczywiste, ale generowany przez niepracujące śmigło opór może być bardzo duży, co nie cieszy pilota samolotu który stał się szybowcem, i to kiepskim. O tym jak ważna była możliwość ustawienia śmigła w tzw. chorągiewkę, czyli śmigło swobodnie obracane przez wiatr, mogą najlepiej powiedzieć załogi amerykańskich bombowców wracających setki kilometrów postrzelanymi maszynami znad Niemiec, często na trzech albo i dwóch silnikach, kiedy wyrzucano za burtę wszystko co tylko dało się wyrzucić aby odciążyć samolot. Niepracujące silniki musiały mieć śmigła ustawione w chorągiewkę, inaczej taki powrót z pewnością nie byłby możliwy. Niestety, nie wszystkie samoloty mają taką możliwość, a może mieć to kolosalne znaczenie przy powrocie lotem ślizgowym na własne pozycje, choćby po to żeby wyskoczyć na własnym terenem i uniknąć niewoli. W takiej sytuacji każdy kilometr się liczy, a opór niepracującego śmigła może tych kilometrów nieco zabrać.