söndagen den 22:e maj 2011

Gemensam anfader

Jag har i ett par tidigare inlägg (här och här) tagit upp likheterna mellan J 29, Mig-15 och F-86. Jag har även varit inne på konsekvenserna av att använda sig av teknik som man inte riktigt förstår, där J29 var ett avskräckande exempel innan man lärde sig effekten av pilvingen.

I mitt förra inlägg om de första jetdrivna jaktflygplanen, så lovad jag att jag skulle återkomma till dessa halvbröders gemensamma pappa, d.v.s. Focke Wulf Ta 183 "Huckebein".

Jag tänkt i detta inlägg slå två flugor i en smäll, d.v.s. ett inlägg om Ta 183 samt historien bakom framtagningen av Saab J 29 Tunnan.

Svept vinge
De tyska aerodynamikerna hade tidigat börjat inse nackdelarna med en rak vinge när farten började närma sig ljudvallen och vågmotståndet byggs upp. När luften tvingas över och under vingen så uppstår strömning som lokalt når ljudhastigheten, Mach 1. Detta skapar shockvågor längs med vingens framkant som kraftigt ökar motståndet och skapade på 40-talet begreppet "ljudvallen". Redan på 30-talet experimenterade Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt (DVL) med svepta vingar. Men det var först när flygplanen i början på 40-talet nådde tillräckligt höga hastigheter som man insåg att detta var lösningen på problemen.

This can also be used to reduce the speed of the air as seen by the wing, using the shocks generated by the nose of the aircraft. As long as the wing lies behind the cone-shaped shock wave, it will "see" subsonic airflow and work as normal. The angle needed to lie behind the cone increases with increasing speed, at Mach 1.3 the angle is about 45 degrees, at Mach 2.0 it is 60 degrees.[1] For instance, at Mach 1.3 the angle of the Mach cone formed off the body of the aircraft will be at about sinμ = 1/M (μ is the sweep angle of the Mach cone).

Under kriget experimenterade tyskarna med variabel vinggeometri för att se vilket som var den optimala vinkeln. På försöksflygplanet Messerschmitt P.1101 så monterades en vinge som kunde ändras mellan 35-45 grades svepning. Den flög aldrig, men skeppades över till USA efter kriget och låg som grund för Bell X-5.

Som kuriosa är Drakens dubbeldeltadesign en lösning som fungerar bra i både låg och hög fart, då vingens ytterdels deltaform drastiskt ändrar vinkel jämfört med den inre deltaformen som skapas av själva skrovet och luftintagen. Även Viggens huvudvinge är formad på samma sätt med en "knäck" mitt på vingen. Tittar man dessutom på välvningen på Viggens huvudvinge så ser man skillnad mellan lågfart och högfartsanpassning.

Nödjaktflygplan
1944 började Luftwaffes ledning inse att de allierade började vinna luftkriget. Hitler hade tidigare gett order om att utvecklingen av bombflyg skulle prioriteras, vilket ledde att till att bl.a. Me 262 omdesignades för att bli ett bombflygplan, trots att det helt saknade sikten för att släppa en bomb! Men i och med att B-29 började dyka upp med en operativ maxhöjd på 11.000 meter och Gloster Meteor hade motsvarande prestanda som Me 262 så behövdes något nytt. Varken Me 262 eller He 162 var lösningen. I stället så tog man fram en specifikation för ett nytt jaktflygplan som de olika konstruktörerna fick utveckla egna lösningar för att klara kraven i det s.k. "Jägernotprogram".

- Maxhöjd 14.000 m
- Maxfart 1000 km/h på 7000 m höjd
- Beväpning 4 x 30 mm MK 108 kanoner

Messerschmitt kom in med tre förslag (P. 1101, P. 1110 och P. 1111), Focke-Wulf med två (Projekt TI och Projekt TII), övriga tillverkare med ett vardera (Blohm & Voss P. 212, Junkers P. 128 och Heinkel P. 1078C).

De bägge alternativen från Focke-Wulf var från Kurt Tanks konstruktionsavdelning och var designade av Hans Multhopp som ansågs som en av Tysklands främsta aerodynamiker.

In 1944, the Reichsluftfahrtministerium (German Air Ministry) decided that new fighter aircraft designations must include the chief designer's name. Kurt Tank's new designs were therefore given the prefix Ta.

Ta 183 vann utvärderingen delvis tack vare att Focke-Wulf hade bättre politiska kontakter, men kanske mest för att varje flygplansindivid gick att tillverka på endast 2500 timmar. Att jämföra med t.ex. en Gripen som tar 54.000 timmar! (Enligt Ny Teknik Automation nr 20, 2011). Messerschmitts P. 1101 levde dock kvar som experimentflygplan, men kom aldrig upp i luften.

"Inte en enda Ta 183 byggdes. Focke-Wulfs fabriker erövrades sent i april, men det hävdas att den sovjetiska armén kom över de kompletta ritningarna och att konstruktörsteamet på Mikoyan och Gurevich skall ha använt dem som bas för Mig-15, som var försedd med en rysk kopia på brittiska Rolls-Royce "Nene" turbojetmotorn."

Vilka efterkrigsflygplan som var rena kopior på Ta 183 är svårt att avgöra, men många konstruktörer har bevisligen hämtat inspiration från den tyska flygplansutvecklingen under VK2. Förutom Mig-15, J 29 och F-86 anses Lavochkin La-15, F-84 Thunderstreak, Dassault Oragan och Dassault Mystère hämtat många av sina idéer från Tyskland. Kurt Tank flydde efter kriget till Argentina där han utvecklade FMA IAe 33 Pulqui II som har stora likheter med Ta 183. Pulqui I har för övrigt stora likheter med Heinkel He 178.

Mer om Ta 183 här och här.

Mer finns att läsa i bl.a. "Tysklands hemliga vapen under andra världskriget" av Roger Ford, "Focke Wulf Ta 183 - X-planes of the third Reich series" och "Luftwaffe Secret project vol 1 Fighters 1939-45" av Walter Schick, Ingolf Meyer.

Utvecklingen av J 29
1945 lades projekt J 27 ned och Sverige tog det principiella beslutet att satsa på jetdrivna stridsflygplan. Projektet kallades initialt för JxR och kraven var maxfart M0.85-0.86, hög topphöjd, fyra 20 kanoner och designad för att kuna operera i svensk miljö. I samband med anskaffningen av J 28 Vampire som levererades 1946 så förhandlade Flygförvaltningen om anskaffning av en jetmotor till J 29 (eller projekt R 1001). För att öka erfarenheterna om jetmotorer så beslöts det att anskaffa Goblinmotorer (samma typ som i Vampire) och licenstillverka dem hos SFA/Volvo Aero under beteckningen RM1 för att använda i J 21R. Ett av få flygplan som byggts om från propellerdrift till jet. Initialt blev man erbjuden Goblinmotorn, men detta erbjudande byttes senare mot den nyutvecklade Ghostmotorn som i Flygvapnets tjänst kom att heta RM2 och även den licenstillverkades av Volvo Aero. Motorns stora diameter bestämde utseendet på flygplanet och gav den dess smeknamn "Tunnan". Saab tittade även på en alternativ design som liknade P-80 "Shooting Star", som gick under arbetsnamnet "Cigarren".

Initialt så projekterades J 29 med rak vinge. Men i slutet av november 1945 så kom Frid Wänström hem från Schweiz där han hade fått tag på kopior av tyska forskningsrapporter som hade kopierats av en privatperson (vissa anser att denna privatperson var Jakob Ackeret) från underlag som de allierade fått tag på i slutet av VK2. Detta var vindtunnelprov med bakåtsvepta pilformade vingar. Hur mycket av detta underlag som var direkta ritningar på Ta 183 eller Me P. 1101 är oklart, men helt klart har Saab kommit fram till ungefär samma tekniska lösningar som dessa projekt.

De tyska rapporterna visade på motståndssänkningar i hastigheter närmare ljudets, men även på vissa stabilitetsproblem. Man hade i Tyskland projekterat med krigsflygplan med upp till 45 graders pilvinge (P. 1101?), men i Sverige beslöt man att nöja sig med 25 grader.

För att testa den nya pilvingen byggdes en vinge i skala 1:2 som monterades på en Saab 91 Safir. Detta flygplan fick Saab-beteckningen 201. Man testade på detta flygplan fram framkantsslotsen och skevklaffen. Då skevrodren skulle vara servostyrda för att klara krafterna i höga farter så innebar det att föraren inte skulle få en direkt känsla av skevrodrens manövermotstånd och man kunde då kombinera skevroder och landningsklaff.

Den första provflygningen i luften av J 29 skedde 1 september 1948 med den engelske provflygaren Bob Moore vid spakarna. Man var missnöjd med accelerationen, men det visade sig bero på att landställsluckorna inte hade gått igen helt och hållet. Detta kan kanske förklaras med att Bob Moore passet innan hade gjort en höghastighetstaxning på startbanan med ett litet hopp upp i luften som resulterat i att han tvingades att bromsa kraftigt och flygplanet slingrade kraftigt. "Eventually we came to rest without damage thanks to an extremely strong undercarriage. I am sure that the observers in the control tower - Swedish Air Force, SAAB engineers etc - where even more apprehensive than I was. After a quick inspection of the undercarriage, I took the 29001 off for the first time. It was love at first flight. On the ground an ugly duckling - in the air a swift."

29001 havererad senare under utprovning den 25 januari 1951 och föraren Howard Jacobsson omkom.

Under utprovningen dök ett antal utmaningar upp.

- Snaking och Dutch-Roll. Till slut fann man efter systematisk utprovning att störningen påverkades av hur snabbt man gjorde motoravdrag vid höga farter. En strömningsavlösning uppstod i vecket mellan motorkåpa och bakkropp. Avlösningen var instabil och pulserade så att girsvängningen underhölls. Efter upptäckten av detta kunde problemet lösas genom att fylla igen vecket med en plåt på vardera sidan.

- 29002 införde vanliga klaffar och skevroder vilket gav mindre risk för osymmetrisk vingspetsstall. Skevstyrningen vid låg fart med utfällda vingluftbromsar blev dock oacceptabel och man införde en spalt mellan vingen och den utfällda bromsen.

- Det uppstod oacceptabla skakningar då de vingplacerade luftbromsarna fälldes ut och man övergick i serieproduktionen till kroppsplacerad luftbroms.

- Då man närmade sig ljudhastigheten uppstod ett nos-ned moment då lyftkraften flyttades bakåt, vilket försvårade upptagning i höga farter samt minskade manöverförmågan i svängar. För att höja det kritiska Mach-talet så införde man en sågtand genom att förlänga profilen på ytterdelen av vingen och på så sätt minska på den relativa tjockleken. Detta innebar också att man tog bort den rörliga spaltvingen på vingens framkant. Sågtanden delade upp virveln på vingens framkant i två delar och skapade en mer stabil strömning. (Jämför liknande lösningar på 37 och 39!). Det kritiska Mach-talet höjdes från M0.86 till M0.89.

- "Slingerbultar". Vid leveransprov i maxfart girade flygplanet ibland åt höger eller vänster. Ingen kunde förstå varför, men problemet löstes genom att montera en liten plåtbit i bakkant på ena klaffen. Denna plåtbit böjdes uppåt eller nedåt beroende på vilket håll flygplanet tenderade att gira.

Då man saknade matematiska medel att beräkna hur flygplanskonstruktionen skulle bete sig och de vindtunnlar som fanns tillgängliga inte fungerade särskilt väl i det transoniska området så var det flygtest som gällde. Bob Moore och hans kollegor fick ibland ta till udda tekniker.

"In 1948-49 the phenomenom of "flutter" was appreciated. Probably fatal if it occurred. The mathematical calculations based on the records of a test flight could not be worked out sufficiently rapid - in the absence of computers- before the next flight. When the systems and handling characteristics of the J 29 has been thoroughly tested up to a Mach number of circa 0.75, most flights were based on an extremely careful increase of speed to note any signs of flutter or compressability.

From Mach=0.75, the testing of the J 29 advanced circa Mach=0.01 per flight util we reached circa Mach=0.8. At this point a directional snake started which, due to the swept wings, induced a Dutch Roll which could not be controlled. The design requirements for the J 29 was Mach=0.85 and therefore this problem had to be solved. We tried avery then known modification.

This period of testing was certainly the most interesting for me. During the Dutch Roll the rudder pedals oscillated and I was required to hold an instrument against them which reproduced on a strip of paper the periods of the oscillation. This meant ustrapping, bending down in the cockpit, holding the instrument against the rudder-pedals, without being able to look outside to fly the aircraft."


Mer finns att läsa i "Flygande Tunnan, en antologi" av Lennart Berns samt "Saab Aircraft since 1937", av Hans G Andersson.

Haverier med J 29
En svaghet hos pilvingen var den starka gir-roll återkopplingen. Oren flygning i samband med nedfälld klaff gav upphov till en rollstörning. Instinktivtförsökte många piloter häva denna störning med ett skevrodersutslag, vilket gav upphov till spinroder och haveri. Den rätta manövern var i stället att med sidoroder häva rollrörelsen. F-86 hade samma problem, vilket bland piloterna gav upphov till den cyniska benämningen "Sabredance".

Redan Bob Moore upptäckte denna svaghet i pilvingen.

"Cross-wind landing, however was a problem. It was rather easy to have crossed-controls, ie: right rudder and control column to the left, or vice versa, which could lead to disaster and, I am sorry to say, I believe did later in service use. My recomendation for this manoeuvre was to approach on a continious turn offsetting drift by the radious of the turn."

Tyvärr så kom denna kunskap inte ut på förband tillräckligt snabbt.

Landningsklaffen gick att fälla ut till 80 grader, vilket gav möjlighet till mycket branta landningar. Senare infördes en plåt vid reglaget som begränsade klaffen till 30 grader, då det innebar att flygplanet var mer kursstabilt. Vid behov kunde plåten böjas ut för att medge full klaff.

190 st J 29 havererade eller var inblandade i allvarliga tillbud. Detta av 661 tillverkade "Tunnan". 99 piloter omkom. "Tunnan" var i tjänst i 25 år och totalt flögs den i ca 700.000 timmar. Haverierna berodde dock inte enbart på konstruktionen. Då Kalla Kriget var mycket nära Sverige så flög Flygvapnet på ett mycket aggressivt sätt. Många haverier inträffade därför oftast under lågflygning eller luftstrid.

Trots detta så ansåg de som flög J 29 att det var ett av världens bästa flygplan på sin tid. Den 6 maj 1954 satte "Tunnan" världsrekord på distansen 500 km med Kapten Anders Westerlud vid spaken. Flygplanet hade preparerats med vaxad yta och försets med strömlinjeformade balsapluggar i kanonmynningarna för att förbättra aerodynamiken. Medelfarten blev 977 km/h och rekordet stod sig i ett år. En F-86H tog tillbaka rekordet, men havererade på mållinjen! Den 23 mars 1955 satte två S 29 med Hans Neij och Birger Eriksson vid spakarna nytt världsrekord på 1000 km bana. Rekordet blev 900,6 km/h men bägge flygplanen landade med mycket lite bränsle kvar i tankarna (med stor sannolikhet på att fälltankarna saknade mätare och dessa fälldes över vatten när de bedömdes som tomma). Som Bob Moore sade "The J 29 was a pilot´s aircraft. I´m so glad I played a part in its development."

Spekulation
Vad hade hänt om Tyskland hade lyckats få fram sitt jetjaktflyg ett år tidigare? Ja, med stor sannolikhet hade kriget förlängts en smula, men hade då nog resulterat i att USA använt atombomben mot Tyskland i stället för Japan. De allierade var överens om "Europa först"-strategin. Utvecklingen av den amerikanska atombomben hade också dragits igång tack vare att president Rosevelt var oroad av Albert Einstens brev där han beskrev Tysklands möjligheter att utveckla en egen atombomb.

On 2nd August, 1939, three Jewish scientists who had fled to the United States from Europe, Albert Einstein, Leo Szilard and Eugene Wigner, wrote a joint letter to President Franklin D. Roosevelt, about the developments that had been taking place in nuclear physics. They warned Roosevelt that scientists in Germany were working on the possibility of using uranium to produce nuclear weapons.

Vilka tyska städer som hade blivit mål är oklart, men världen hade kunnat se mycket annorlunda ut idag...

Slutsats
Tiden efter andra världskriget var den gyllene åldern för utveckling av stridsflyg. Kunskapen var stor efter VK2 och det Kalla Kriget gav teknikerna obegränsat med pengar. Att besöka US Air Force Museum i Dayton, Ohio är en intressant upplevelse när man går in i hangarrna som innehåller flygplan från denna tidsperiod. Det vimlar av projekt som fått sin början på de tyska ingenjörernas ritbord under slutet av VK2. Krig må ha sina nackdelar, men det är bra för ingenjörernas kreativitet och det innebär också att det finns pengar att se till att denna kreativitet leder till resultat. Hur skulle teknikutvecklingen se idag ut om företag på samma sätt kunde samarbeta i stället för att konkurrera?







P.S: Jag kunde bara inte låta bli att ta med dessa två videos som visar Me 262 och Me 163 (dock ingen motor, vilket inte är helt orealistiskt då Me 163 oftast hade förbrukat allt bränsle i starten och därför glidflög genom anfall och tillbaka till landning!) åter i luften!



8 kommentarer:

  1. Jag vill inte vara sådan men det finns fler exempel än J 21 på flygplan som funnits med både propeller och jet.

    Percival Provost blev Jet Provost.
    X/YB-35 blev YB-49 och YRB-49.
    B-36 var från början enbart propeller, sedan med jet som hjälp och två blev YB-60 med enbart jet.
    Me 262 hade kolvmotor och propeller på de första prototyperna.

    Sedan finns det modernare exempel som Adam A500 och A700 eller BD-5 och BD-5J. Tror till och med jag sett Cri-cri med jetmotorer.

    / 2.718

    SvaraRadera
  2. Nu är kanske inte stridsflygsimulatorer på PC något för någon som spakat riktigt stridsflyg. Å andra sidan, om CI kan slita sig från PS-3:an kan jag inte låta bli att pusha lite för Oleg Maddox IL-2 1946, en what-if add-on till annars utmärkta IL-2/Forgotten Battles serien. Där kan man bl.a. flyga Ta-183 men även en hel del sovjetiska ritbordsskapelser och/eller flygplan som faktiskt kom strax efter krigsslutet.
    Man kan även flyga lite YP-80 vs. Me-262 om man vill hålla sig lite mer "verklighetsnära".

    Mest exotisk i flygplansfreakshowen är nog förmodligen Heinkel Lerche, där utvecklarna fick öka motorstyrkan minst fyrfalt i sin simuleringsmodell jämfört med vad tyskarna studerade för att den skulle kunna flyga.

    SvaraRadera
  3. @2.718: Jag erkänner mig besegrad! :-)

    SvaraRadera
  4. Det ska du inte göra. Det blir så mycket roligare diskussioner ifall du hugger tillbaka. ;-)

    Av de uppräknade skulle man kunna anse att Jet Provost var en mycket större ombyggnad än J21R och varken YB-49 eller YB-60 blev operativa. Att Me 262 hade kolvmotor var snarare en konvertering åt andra hållet i väntan på lämpliga jetmotorer.

    De modernare flygplanen är kanske inte så intressanta i sammanhanget, då man bör se bedriften i dess historiska sammanhang, dvs vid den tidpunkten fanns inga andra kolvmotorflygplan som konverterats till jet operativa.

    Fasen, nu verkar jag ju argumentera emot mig själv.

    Det är förövrigt kul med de här flyghistoriska blogginläggen. Synd bara att så få av de som var med är med oss idag och kan dela med sig av sina erfarenheter och åsikter.

    / 2.718

    SvaraRadera
  5. J 21R var för övrigt ett riktigt uselt flygplan, beroende på den mycket begränsade aktionstiden. Bob Moore flög vilse med en sådan vid ett tillfälle och fick nödlanda på en åker någonstans i Västmanland när bränslet började tryta.

    J 21R gav säkert Saab mycket bra erfarenhet om utveckling av jetflygplan, men det var kanske inte det bästa beslutet att ta den i förbandstjänst.

    SvaraRadera
  6. Jag undrar en sak: varför lät man en engelsman genomföra den första flygningen? Att han var en skicklig flygare begriper jag, men fanns det inga svenska sådana? Var detta inte alls kontroversiellt med tanke på Sveriges neutralitet? Någon som vet hur man resonerade?

    SvaraRadera
  7. Det fanns skickliga svenska piloter vid den tiden, men från Saabs sida så ansåg man tydligen att de svenska piloterna inte hade tillräcklig erfarenhet av jetflygplan. Jag tycker att man visade en aning brist på självförtroende.

    Jag är övertygad om att Bengt Olow, som senare var den förste att flyga både Lansen och Draken, hade klarat att göra första flygningen med Tunnan utan problem.

    SvaraRadera
  8. Blogger har tydligen nya problem. Jag kan inte ens kommentera mitt eget inlägg...

    MFI: Jag håller med dig.

    Enligt Bob Moore själv i "Tunan, en antologi"

    "Both Saab and Flygförvaltningen had first-class test pilots, but they had no opportunity of flying jets. Not once during my stay in Sweden did anyone - Bengt Olow, Åke Sunén etc - indicate the dissappointment they must have felt that a foreigner was given the job of testing the first Swedish jet fighter (forgettin the 21R).

    /CI

    SvaraRadera