Air Race / wyścigi samolotów
Człowiek, maszyna i wiatr. Jak wylądować samolotem na drapaczu chmur?
Konstruktor ekstremalnych maszyn latających - Amerykanin Mike Patey wyjaśnia techniczne zawiłości lądowania Łukasza Czepieli samolotem na lądowisku dla helikopterów na hotelu Burdż Al Arab w Dubaju.
To było niesamowite! Lądowanie samolotem na lądowisku dla helikopterów o średnicy 27 metrów ponad 200 metrów nad wodą w Dubaju, którego dokonał Łukasz Czepiela, poprzedziły ponad dwa lata przygotowań. Obejmowały nie tylko trening pilota (także mentalny), ale też zbudowanie i zmodyfikowanie nowego samolotu, a także wielomiesięczne analizy - co ewentualnie mogłoby pójść nie tak i jak temu przeciwdziałać, aby było bezpiecznie. O wszystkim tym, co trzeba było wziąć pod uwagę, opowiedział nam Mike Patey. Znany z budowy ekstremalnych samolotów, inżynier lotniczy odpowiadał za modyfikację użytego w projekcie Carbon Cuba.
Powiązane
„Nigdy nie wątpiłem, że Łukasz może to zrobić. Tylko, że zawsze są okoliczności, które pozostają poza twoją kontrolą” – mówi Mike, którego głównym zadaniem było tak dostosować samolot do projektu, aby wszystkie te „okoliczności” przewidzieć i jak najwięcej z nich wyeliminować. Oprócz tego, że Patey jest konstruktorem (znanym również w Polsce za sprawą sentymentu naszych fanów awiacji do jedynej na świecie turbośmigłowej Wilgi o nazwie Draco, którą zbudował), jest także doświadczonym pilotem rywalizującym w zawodach na jak najkrótsze lądowanie z wykorzystaniem samolotów typu STOL (z ang. short take of and landing). Dodatkowo ma olbrzymie doświadczenie w wykonywaniu operacji lotniczych w bardzo trudnym terenie. Dlatego od początku świetnie rozumiał ideę, która zakiełkowała w głowie Łukasza i chętnie pomógł mu urzeczywistnić tę wizję.
To była interesująca gra
Bullseye Landing: Styczniowe testy samolotu w Utah
© Kevin Winzeler
01
Stopień trudności projektu
„To niesamowite, jak trudne dla Łukasza, czy jakiegokolwiek innego pilota jest lądowanie na czymś takim. Nos samolotu zadzierasz tak wysoko, że cały budynek znika. Możliwość widzenia peryferyjnego, obserwowania ziemi przez boczne okienko również znika, ponieważ dokoła lądowiska jest tylko powietrze” – tłumaczy Mike. Są to powody, dla których nawet zrobienie tego samolotem pionowego startu i lądowania byłoby niesłychanie trudne. „W górach, kiedy ląduję na wzniesieniach, jest to dla mnie ekstremalne wyzwanie. Luke musiał się z tym zmierzyć, nauczyć się latać zerkając na budynek, a potem jedynie sobie go wyobrażając, albo robiąc lekki uślizg (dop. na chwilę obracając samolot bokiem do kierunku lotu), żeby jeszcze raz zerknąć. Cały czas musiał mieć w głowie obraz miejsca lądowania tak małego i położonego tak wysoko nad ziemią, że ludziom, którzy nie latają, aż ciężko jest sobie wyobrazić, co się wtedy dzieje. To jakby doznać 90% utraty wzroku, a mimo to musieć lecieć dalej”.
Lądowanie na helipadzie Burdż Al Arab w Dubaju
© Mihai Stetcu / Red Bull Content Pool
Krótkie lądowanie i start nie jest niczym, czego nie znajdziesz na YouTube. Piloci robią to nawet podczas specjalnych zawodów - samolotami, które posiadają odpowiednie właściwości. W innych sytuacjach - na przykład na lotniskowcach - pomaga technika, jak specjalne liny. Ale Łukasz miał potencjalnie 10 razy mniej miejsca niż piloci marynarki, a do tego musiał trafić w określony punkt. Podczas prób, których wykonał około 650, doszedł do takiej wprawy, że gdyby dotknął głównym podwoziem krawędzi boiska do koszykówki, zatrzymałby się na jego środku… I to lądując w poprzek! Ale to nie było ani boisko, ani lotniskowiec. „W zawodach w jak najkrótszym lądowaniu, punkty odniesienia na ziemi są czymś niezwykle ważnym. To może być drzewo, albo samochód, czy nawet stanowisko sędziów. Na zawodach zaczynam od tego, że robiąc treningowe podejścia, buduję w głowie obraz miejsca lądowania i zapamiętuję go. Na tej podstawie oceniamy, czy jesteśmy za nisko, czy za wysoko. Czy przyziemimy bliżej, czy dalej wyznaczonego miejsca. Gdy stracisz punkty odniesienia, staje to się niezwykle wymagające. My kierujemy się wtedy tym, co widzimy po bokach. Łukasz nie miał tego obrazu, a jedynie to co zapamiętał. Myślę, że to był jeden z najtrudniejszych elementów całego przedsięwzięcia. Jest wielu ludzi, którzy mogą wylądować na małej powierzchni, ale nie zrobiliby tego nadlatując w 90% na ślepo. To coś, czego nie chciałbyś robić”.
02
Samolot i jego właściwości
Na co dzień Mike ma do czynienia z naprawdę zwariowanymi samolotami. Właśnie z tego powodu ekipa CubCrafters, która dostarczyła samolot do tego projektu, zgłosiła się właśnie do niego. „Takie coś zdarza się raz w życiu. Uznałem, że zrobię absolutnie wszystko co muszę, żeby to się wydarzyło, ponieważ nie mógłbym być bardziej czymś podekscytowany, niż pracą z Red Bullem, Łukaszem i CubCrafters, żeby potem polecieć do Dubaju i pomóc odpalić ten niesamowity lotniczy event. Pomyślałem, że to szalone, ale możliwe jeśli zbudujemy coś wręcz idealnego do tego celu” – opowiada o początkach projektu.
Lądowanie na helipadzie Burdż Al Arab w Dubaju
© Jorg Mitter / Red Bull Content Pool
Lądowanie na helipadzie Burdż Al Arab w Dubaju
© Jorg Mitter / Red Bull Content Pool
„Bazą był standardowy Carbon Cub, który jest najlepszym samolotem aby go kupić i od razu rywalizować nim w zawodach. Zaczęliśmy niemal od ideału, ale mimo to musieliśmy wykonać dużo modyfikacji - specjalnie do lądowania na helipadzie” – tłumaczy. „Nie mieliśmy miejsca do startu, dlatego masa jaką musieliśmy rozpędzić musiała być minimalna. Z drugiej strony, lądując trzeba ją było zatrzymać. Tak jak w przypadku każdej masy, która jest w ruchu, pęd samolotu chciał przecież przepchnąć go na drugą stronę budynku i zrzucić go stamtąd razem z Łukaszem. Dlatego musieliśmy zredukować wagę. I tutaj robi się ciekawie, ponieważ musieliśmy też dołożyć więcej koni mechanicznych, żeby odlecieć z tego budynku. A żeby to zrobić, znowu musieliśmy dorzucić nieco wagi”.
Możliwości hamowania jakimi dysponuje ten samolot nie ma żaden Carbon Cub, jakiego kiedykolwiek wyprodukowano
03
Niezbędne modyfikacje
Mike i jego ekipa skupili się na dwóch kluczowych kwestiach. Z jednej strony było to poprawienie możliwości hamowania samolotu, a z drugiej dodanie mu mocy niezbędnej do startu na tak krótkim odcinku. „To były dwa największe, osobne, duże projekty – jak zdołamy go zatrzymać, a potem jak zdołamy go rozpędzić. W obu przypadkach osiągnęliśmy ekstremum” – deklaruje Amerykanin.
Jak zmniejszyć wagę już i tak lekkiego samolotu?
W tej maszynie nawet pojedyncze śrubki wymieniono na lżejsze. „To była gra. Musiałem wyjąć z samolotu blisko 100 funtów (ok. 45 kg), co stanowi 10% jego wagi. Jeśli jesteś inżynierem, to wiesz, że to wyczyn” – mówi Mike. „Cały czas myślisz o samolocie, tu ujmiesz uncję, tam kilka gramów - z oryginalnego projektu, gdzie CubCrafters już zrobili świetną robotę. A potem musisz wpakować do niego z powrotem 70, czy 80 funtów. Nic nie jest za darmo! Musieliśmy dołożyć: zbiornik z nitro, jego mocowanie, dodatkowe pompy, regulatory, zegary, linki... Samo nitro waży 10 funtów. Trzeba było wzmocnić ramę aby wytrzymywała mocniejsze uderzenia. Założyliśmy osłonę ogona na wypadek uderzenia nim o krawędź helipadu. Waga jest krytyczna, dlatego była to interesująca gra”.
Lądowanie na helipadzie Burdż Al Arab w Dubaju
© Samo Vidic / Red Bull Content Pool
Skąd wziąć więcej mocy?
Jak wspomniał Mike, w samolocie zastosowano rozwiązanie rodem z samochodowego driftu, które dodaje silnikowi mocy na zawołanie. Maszyna Łukasza jest prawdopodobnie drugim samolotem STOL na świecie, gdzie wykorzystano tę technologię - pierwszy, "Scrappy" należy do Mike'a. „Nitro, to sposób, żeby dodać mocy jednocześnie nie dokładając zbyt wiele wagi. Nie jest ono tak ciężkie, jak na przykład turbina, która zwiększyłaby prędkość przeciągnięcia (dop. Łukasz musiałby lecieć szybciej, a więc i droga hamowania byłaby dłuższa). Dzięki niemu eksplozja w cylindrach jest większa i zachodzi szybciej, ciśnienie na tłoki jest większe, a silnik przyspiesza. Nitro równocześnie chłodzi silnik. Oczywiście musieliśmy też wykonać dużo innych rzeczy, jak na przykład zmienić timing silnika. Jeśli zrobisz to źle, może się to okazać bardzo niebezpieczne. Zachowaliśmy więc przy tym duży zapas bezpieczeństwa”.
Jak tę masę zatrzymać?
Ponieważ było to pierwsze w historii lądowanie samolotu na lądowisku dla helikopterów na szczycie budynku, i to na budowli o tak dużej wysokości, zastosowane rozwiązania również musiały być pionierskie. Nie wystarczyło zmniejszyć wagę. Należało jeszcze odpowiednio rozmieścić masę. „Modyfikacją, jakiej po raz pierwszy w historii dokonano na Carbon Cubie, było zdemontowanie zbiorników ze skrzydeł i umieszczenie nowych na podłodze oraz przesunięcie ich do tyłu. Normalnie we wszystkich samolotach zbiorniki paliwa są w skrzydłach. Jest ku temu wiele powodów, ale w tym samolocie postawiliśmy na czynnik bezpieczeństwa - najważniejszy podczas tego wydarzenia. Na pewno sposób, w jaki my to zrobiliśmy, był pierwszy na świecie”.
Musieliśmy odrobić matmę
Po co to wszystko? „Musieliśmy się upewnić, że kiedy Łukasz będzie lądował i usiądzie nieco bardziej agresywnie, z większą prędkością opadania, wzmocniona rama i podwozie będą w stanie znieść nieco mocniejsze naprężenia. Kolejnym elementem wpływającym na bezpieczeństwo są większe hamulce, dzięki którym po lądowaniu można hamować mocniej. Ale jeśli tylko uderzysz mocno po hamulcach, w standardowym samolocie dotkniesz nosem ziemi jeszcze zanim wykorzystasz ich pełną skuteczność. Jednakże, wyjęliśmy zbiorniki ze skrzydeł, zamontowaliśmy je na spodzie kadłuba i przesunęliśmy do tyłu. Zmieniliśmy położenie masy generującej moment w trakcie hamowania. Skrzydła są lżejsze i przy hamowaniu nie pchają samolotu do przodu starając się przerzucić go przez nos” – tłumaczy Mike.
Lądowanie na helipadzie Burdż Al Arab w Dubaju
© Samo Vidic / Red Bull Content Pool
04
Trudności techniczne
„Od strony inżynieryjnej nie było tutaj nic szczególnie trudnego. W większości musieliśmy po prostu odrobić matmę, a gdy już przeprowadziłem wszystkie obliczenia dalej już poszło” – zapewnia konstruktor lotniczy. „Dużo czasu trzeba było poświęcić na obliczenie każdego momentu siły generowanego przez masę, określić jego lokalizację i przesunąć różne rzeczy, żeby przy mocnym hamowaniu nie chciały przerzucić cię przez śmigło na plecy. Musieliśmy radykalnie zmienić położenie wielu komponentów. Potem trzeba było zakasać rękawy i wziąć się do roboty produkując części z carbonu, modyfikując elementy konstrukcji, wykonując osłonę ogona itd. To jest to, co kocham robić”.
05
Warunki atmosferyczne i ich bezpośredni wpływ na zachowanie samolotu
Mniejsza masa to mniejsza prędkość samolotu na podejściu do lądowania i łatwiejsze hamowanie. Jednocześnie mniejsza prędkość, to także wolniejsza reakcja na stery, ponieważ powietrze opływa powierzchnie sterowe wolniej. Dodatkowym utrudnieniem są warunki atmosferyczne, takie jak wiatr i temperatura, które jeszcze bardziej to wszystko komplikują. Mike wyjaśnia: „Normalnie mamy tutaj do czynienia ze świetną lokalizacją - nad morzem, gdzie występuje bryza, która jest w miarę stała. Jednak jeśli w tę spokojną, stabilną bryzę wstawimy wysoki budynek, to zaburzamy ten spokój. Pojawiają się dziwne prądy powietrzne opływające jego bryłę. A ponieważ musieliśmy ekstremalnie odchudzić ten samolot, żeby mógł lecieć wolniej niż jakikolwiek inny Carbon Cub, to wychylenia sterów również będą mniej efektywne. Będą wymagały obszerniejszych ruchów na drążku ponieważ będzie je opływało mniej powietrza. Ponieważ dodatkowo jest on lżejszy, ewentualne podmuchy będą nim rzucać bardziej, a Łukasz będzie miał mniej kontroli, żeby go utrzymać na podejściu. Dlatego to właśnie wiatr staje się kluczowym czynnikiem. Chcemy, aby wiał z przeciwnego kierunku zmniejszając prędkość lądowania i pomagając sprowadzić samolot, ale nie może być zbyt duży, ponieważ wtedy będzie generował dziwne, niepotrzebne dodatki. Z tego powodu jest to wyjątkowe wyzwanie”.
Lądowanie na helipadzie Burdż Al Arab w Dubaju
© Samo Vidic / Red Bull Content Pool
Aby poprawić opływ powietrza wokół samolotu przy jego małej prędkości, Łukasz z Mike'm zamontowali dodatkowe turbulizatory – ukierunkowali nimi opływ powietrza, aby lepiej „trzymało się skrzydeł”. Wszystko dlatego, że w Dubaju każdy statek powietrzny będzie reagował na stery jeszcze gorzej, niż np. w Polsce. Powodem jest wysoka temperatura, która wpływa na gęstość powietrza. „Im jest goręcej, tym bardziej cząsteczki powietrza oddalają się od siebie. Skrzydła działają wtedy mniej efektywnie, ponieważ powietrze nie jest tak gęste. Do tego jego gęstość maleje wraz z wysokością. Wysokość gęstościowa pozwala ci odnieść z jaką skutecznością skrzydło pracuje w danych warunkach i jaką siłę nośną jest w stanie wygenerować. W Dubaju jest gorąco, co zwiększa wysokość gęstościową, a do tego dochodzi wysokość budynku. Im cieplej i wyżej, tym siła nośna jest mniejsza i z tym większą prędkością trzeba podchodzić do lądowania. Dlatego liczyliśmy na miły, chłodny poranek z lekką, stabilną bryzą – to byłaby idealna sytuacja przy wysokości gęstościowej z jaką musieliśmy się mierzyć w Dubaju” – dodaje inżynier.
06
Najważniejsze było bezpieczeństwo
Ze wszystkich modyfikacji, jako tę, która najbardziej wpłynęła na bezpieczeństwo, Mike wymienia przesunięcie środka ciężkości samolotu w dół i do tyłu. Jest jednak coś jeszcze. „Kolejną rzeczą jest osłona ogona. Ma około 4 stóp (około 120 cm) długości i jest to duży komponent z włókna węglowego z prętami z włókna szklanego. Może przyjąć duże uderzenie, jeśli na przykład Luke podczas podejścia lekko chybi - bo na przykład pojawi się niespodziewany podmuch w złym momencie, a ogon uderzy o krawędź helipadu. Chcieliśmy mieć pewność, że się odbije i po prostu wskoczy na niego zamiast zniszczyć tył samolotu, co uczyniłoby go niezdatnym do lotu i nie pozwoliło stamtąd odlecieć” – opisuje.
„Do tego mieliśmy całą listę procedur bezpieczeństwa, które były wymagane. Wszystkie były uzależnione od kierunku i prędkości wiatru. Między innymi określiliśmy limity wiatru, w których mogliśmy wykonać próbę. Inną rzeczą było ustalenie pewnych standardów decydowania, w których miejscach należy przerwać i odejść na drugi krąg. Robi się to zawsze, kiedy podchodzisz i coś jest nie tak. Odejście na drugi krąg to znak rozpoznawczy dobrego pilota. Dobry pilot zawsze zdecyduje, żeby nie lądować jeśli będzie miał ku temu jakiekolwiek przesłanki. Po prostu otworzy przepustnicę, odleci i podejdzie ponownie” – zapewnia Mike. „Na tej liście jest pewnie co najmniej 50 pozycji i wszystko musi być odhaczone”.
07
No i pilot...
Łukasz Czepiela siedzi na helipadzie Burdż Al Arab
© Naim Chidiac
„Bezpieczeństwo uzależnione jest od wielu czynników – od wiatru po mindset Łukasza. Zależało nawet od tego jak on się czuł, czy miał czystą głowę, czy był zdrowy i jak mu się leciało, czy był pewny siebie” – dodaje Patey. „Przygotowaliśmy samolot specjalnie do tej misji, ale sam by jej nie wykonał. Łukasz jest doświadczony, wyszkolony i ma żyłkę rywalizacji. Drążkiem i orczykiem operuje bardzo dobrze, jeśli nie najlepiej niż ktokolwiek na całej ziemi. Fantastycznie jest na to patrzeć. Do tego ma otwarty umysł i głowę na karku”.
Zobacz zdjęcia z testów w USA:
Bullseye Landing: Styczniowe testy samolotu w Utah
© Kevin Winzeler
Bullseye Landing: Styczniowe testy samolotu w Utah
© Kevin Winzeler
Bullseye Landing: Styczniowe testy samolotu w Utah
© Kevin Winzeler
Bullseye Landing: Styczniowe testy samolotu w Utah
© Kevin Winzeler
Łukasz jest nie tylko doskonałym pilotem, ale też po prostu świetnym gościem. „Przy każdej tego rodzaju próbie występują niewiadome. To może być dziwnie zachowujący się wiatr, nietypowy podmuch, jakiś prąd powietrzny sunący po ścianie budynku. Ale wątpliwość w to, że Luke jest w stanie to zrobić, nigdy nie przeszła mi przez myśl. To niesamowity facet. Śledziłem go wcześniej i zawsze chciałem go poznać. Po raz pierwszy miałem okazję porozmawiać z nim w Utah, gdy przyleciał na pierwsze loty testowe nowego samolotu w barwach Red Bulla. Okazał się świetnym gościem - szczerze zadowoloną z życia, radosną osobą z którą można spędzać czas. Bardzo się cieszę, że mogę nazywać go moim przyjacielem. Naprawdę lubię Łukasza” – komplementuje.
Zobacz więcej: