„Chcesz mieć pokój, szykuj się na wojnę” – tą starożytną zasadą kierowali się w dwudziestoleciu międzywojennym nie tylko politycy i dyplomaci. Zastosowano ją też w sferze techniki.

A-8 (BT-7M), A-20, T-34 Model 1940 i Model 1941

A-8 (BT-7M), A-20, T-34 Model 1940 i Model 1941

Silnik spalinowy

W pierwszej wojnie światowej na polu walki zadebiutowały dwa nowe rodzaje broni: samolot i czołg. Ich pojawienie się wymuszało opracowanie doktryn użycia. I takie doktryny zaczęły się mnożyć jedna po drugiej, ale miały wspólną cechę: do ich wcielenia w życie konieczne było udoskonalenie sprzętu.

Zdecydowanie największy postęp dokonał się w lotnictwie – tu były największe wymagania. Pod koniec pierwszej wojny dominowały chłodzone wodą silniki w układzie V rozwijające moce rzędu 300–350 KM, takie jak Hispano-Suiza 8F czy amerykański Liberty L-12. Typowe obciążenie mocy wynosiło wówczas ok. 1–1,2 kg/KM, prędkość tłoka ok. 5 m/s, średnie ciśnienie użyteczne ok. 8 atm, a okres międzyremontowy ok. 50 godz. To wystarczało dla stosunkowo niewielkich i lekkich tzw. szmatopłatów.

Niezbędne zmniejszenie masy silników osiągnięto, wprowadzając stopy aluminium. Odlewany z nich blok cylindrów miał już silnik Hispano-Suizy, ale stalowa głowica wciąż sprawiała problemy z chłodzeniem i wypalaniem zaworów. Całkowicie aluminiowy silnik, D-12, zbudował amerykański Curtiss w 1922 r. Sukcesy napędzanych nim samolotów spowodowały, że szybko znalazł naśladowców. Dzięki wysokiej przewodności cieplnej nowy materiał przyczynił się także do poprawy chłodzenia silnika. W silnikach widlastych, studzonych wodą, uszczelniono tzw. koszulki wodne na styku bloku i głowicy. Znaczącym udoskonaleniem było zastąpienie wody glikolem etylenowym o znacznie większej pojemności cieplnej. Natomiast w chłodzonych powietrzem silnikach gwiazdowych, które w tym czasie wróciły do łask, można było zastosować większe, gęściej rozstawione żebra. Sprawność chłodzenia rosła tu wraz z opanowywaniem nowych technik odlewniczych i pojawieniem się doskonalszych obrabiarek.

Kolejnym udoskonaleniem była sprężarka, dzięki której silnik rozwijał znacznie większą moc i utrzymywał ją na dużo większych wysokościach. Wprawdzie już w 1914 r. Rateau we Francji proponował wprowadzenie prostej turbosprężarki, jednak nie udało się rozwiązać problemów konstrukcyjnych. Dopiero w 1925 r. brytyjski Armstrong-Siddeley zbudował silnik Jaguar IVS z dobrze działającą sprężarką mechaniczną. Potem skonstruowano dwustopniową dwubiegową sprężarkę o dużej wydajności. Amerykanie w tym czasie rozwijali turbosprężarki, które od połowy lat 30. zaczęły dominować w ich konstrukcjach.

Inną drogą zwiększania mocy silnika było zastosowanie wysokooktanowego paliwa. O ile ok. 1920 r. stosowano benzynę 50-oktanową, to w 10 lat później typowa była benzyna 70-oktanowa, a pod koniec lat 30. Amerykanie wprowadzili benzyny 100-oktanowe. Pracowano także nad ulepszeniem gaźników, ale prawdziwym przełomem był bezpośredni wtrysk paliwa zastosowany w niemieckim silniku Daimler-Benz DB 601 seryjnie produkowanym od 1937 r. Inne, mniej widoczne, ale nie mniej ważne udoskonalenia obejmowały np. ulepszenie rozrządu, wprowadzenie chłodzonych zaworów czy wreszcie rozwiązanie problemu drgań.

W efekcie, o ile na początku lat 30. przeciętny silnik rozwijał moc ok. 600 KM, to już pięć lat później przekroczono granicę 1 tys. KM, a ok. 1940 r. pojawiły się silniki o mocach rzędu 2 tys. KM. Typowe obciążenie mocy spadło poniżej 1 kg/KM, prędkość tłoka wzrosła do ok. 15 m/s, średnie ciśnienie użyteczne do ok. 20 atm. Standardem stało się dopuszczenie silnika do eksploatacji po 100-godzinnej bezawaryjnej pracy na hamowni.

Jednak nie tylko moc silnika decyduje o osiągach samolotu. Ważna jest sprawność całego układu napędowego, a ta zależy od śmigła. Najpierw wprowadzono śmigła o skoku nastawianym ręcznie, a później automatyczne, płynnie dostosowujące skok do warunków lotu. Standardem stały się śmigła trójłopatowe.

Konstrukcja samolotu

W 1920 r. typowy samolot był dwupłatem o cienkich profilach, z krytą płótnem drewnianą konstrukcją (choć bywały metalowe) i stałym podwoziu. Komora płatów wzmocniona była rozpórkami i linkami. Konstrukcja taka była zwarta, lekka i dość sztywna, stawiała jednak duży opór, a dla większych prędkości i obciążeń jej wytrzymałość była niewystarczająca. To się miało w ciągu następnych dziesięciu lat zmienić. Prace nad udoskonaleniem samolotu szły dwiema drogami: zwiększenia wytrzymałości konstrukcji i udoskonalenia aerodynamiki (zwiększenie siły nośnej przy jednoczesnym zmniejszeniu oporu).

Decydowała aerodynamika. Dla zrozumienia sił i obciążeń, jakim podlega samolot, prowadzono liczne prace. Rozwijano zaplecza badawcze, powstawały coraz większe tunele aerodynamiczne. Tam, gdzie decydowała dotychczas intuicja konstruktorów, wkraczała nauka: zajęto się badaniem i opracowywaniem profili skrzydeł, rozwiązywano kwestie związane z drganiami, aeroelastycznością itd.

Dzięki stopom aluminium, które ma bardzo wysoki współczynnik wytrzymałości do masy własnej, można było, przy tej samej masie, zbudować wytrzymalszy i większy płatowiec lub przy tej samej wytrzymałości – dużo lżejszy. Rezygnacja z układu dwupłata wymuszała budowę skrzydeł o większej grubości: nowe profile aerodynamiczne pozwalały na uzyskanie odpowiedniej siły nośnej, a aluminium na skonstruowanie odpowiednio wytrzymałego dźwigara – początkowo belkowego, a później tzw. kesonu. Powstało skrzydło wolnonośne, niepodparte zastrzałami czy podtrzymywane linkami.

Zmiany kadłuba doprowadziły do zastosowania konstrukcji półskorupowej, w której pokrycie przenosi znaczną część obciążeń. Z punktu widzenia masy była to dużo wydajniejsza metoda budowy. Co więcej, pokrycie z blachy (choć bywały też płatowce o takiej konstrukcji budowane z drewna) nie deformowało się w locie, zachowana więc była czystość aerodynamiczna.

Kolejnym elementem była mechanizacja płata. Wobec zmniejszenia powierzchni nośnej jednopłata należało tę stratę jakoś zrekompensować. Nie bez znaczenia było też utrzymanie możliwie niskiej prędkości startu i lądowania (lotniska ówczesne były z reguły niewielkie i trawiaste). Tu z pomocą przyszły sloty na krawędzi natarcia i różnego typu klapy na krawędzi spływu. Podczas startu i lądowania wysklepiały one dodatkowo profil, zwiększając siłę nośną. W samolotach bojowych przydawały się także do zwiększenia manewrowości.

Dążenie do redukcji oporu wymusiło też stosowanie zamkniętych kabin pilotów, co z kolei wymagało poszukania odpowiednich materiałów na okna kabiny. Opór redukowało też wciągane podwozie. Opracowano odpowiednie mechanizmy, początkowo napędzane korbą przez pilota, później pneumatyczne lub – częściej – hydrauliczne. Były to urządzenia dość skomplikowane – w kadłubie czy w skrzydłach mało jest zbędnego miejsca.

Następny problem powiązany był z chłodzeniem silnika. Dla silników rzędowych należało opracować wydajne chłodnice o małych gabarytach i oporze. Z kolei cylindry silników gwiaździstych należało schować pod odpowiednią osłoną zmniejszającą ich opór i polepszającą warunki chłodzenia. A było jeszcze uzbrojenie, różne instalacje (np. tlenowa), wyposażenie elektryczne, radiowe itd.

Wszystkie te klocki wskoczyły na miejsce w 1933 r. – w konstrukcji cywilnej. 8 maja tego roku do pierwszego lotu wystartował amerykański Boeing 247. Tym samym ustalił się nowy wzorzec samolotu: wolnonośny metalowy dolnopłat o konstrukcji półskorupowej z wciąganym podwoziem. W ciągu kilku lat dwupłaty – z nielicznymi wyjątkami – zniknęły z lotnictwa wojskowego.

Czołg

Debiut czołgów w I wojnie światowej był udany. Wykształciły się wówczas dwie klasy tych maszyn: ciężkie, ze stosunkowo silnym uzbrojeniem artyleryjskim (dziś nazwalibyśmy je raczej działami samobieżnymi), i lekkie – uzbrojone w karabiny maszynowe lub działa o kalibrze 37 mm. Wszystkie były dość powolne (ok. 15 km/h), miały cienki pancerz i bardzo słabe właściwości trakcyjne. Napędzane były silnikami o mocy ok. 40–50 KM (lekkie) lub ok. 150–200 KM (ciężkie). Bez wyjątku były to czołgi wsparcia piechoty. Do zadań, jakie stawiali przed nimi teoretycy broni pancernej, zupełnie się nie nadawały.

Jeden z nich, francuski Renault FT 17, ustalił za to kanoniczną kompozycję czołgu: z przodu przedział kierowania, pośrodku przedział bojowy z wieżą, z tyłu – przedział napędowy. W tej kwestii – poza aberracją w postaci czołgów wielowieżowych – w zasadzie nic się nie zmieniło do dziś.

W dwudziestoleciu międzywojennym konstruktorzy starali się poprawić podstawowe parametry. Zdolność do pokonywania terenu, a także komfort pracy załogi zależały w dużej mierze od podwozia i układu przeniesienia napędu. Wczesne czołgi miały koła nośne łączone w dwukołowe wózki lub koła nośne też łączone parami, podwieszane na amortyzowanej belce. Oba typy łatwo ulegały awariom, a swej roli nie spełniały zbyt dobrze. Przełomem było tzw. zawieszenie typu Christie, wykoncypowane przez amerykańskiego konstruktora o tym nazwisku, w którym duże koła były osobno zawieszone na spiralnych sprężynach amortyzujących. Miało ono wiele zalet, ale jedną zasadniczą wadę: zajmowało bardzo dużo miejsca w kadłubie. Przyjęło się w dwóch właściwie krajach: Wielkiej Brytanii i ZSRS, za to na ogromną skalę (np. słynny T-34). Drugim przełomowym rozwiązaniem byłydrążki skrętne; jednym końcem mocowano je na sztywno do kadłuba, a na drugim zawieszano koło na wahaczu (czołgi niemieckie i sowiecki KW).

Pracowano także nad gąsienicami. Wczesne czołgi miały gąsienice wzorowane na ciągnikach, nie były więc przystosowane do rozwijania dużych prędkości. Próbą obejścia tego problemu były czołgi kołowo-gąsienicowe (pojazd wspomnianego już Christiego). To jednak też był ślepy zaułek – komplikacja układu jezdnego, wzrost masy, czas potrzebny na zdejmowanie i zakładanie gąsienic oraz ich częste zsuwanie się były nie do przyjęcia. Sowieckie BT, będące licencyjnym rozwinięciem czołgu Christiego, zaczęły więc jeździć z gąsienicami zamontowanymi na stałe. Faktem jest, że gąsienica z jednym grzebieniem prowadzącym o dość dużej podziałce ogniw opracowana przez Christiego stała się wzorcem dla wielu producentów. Drugim powszechnie przyjętym rozwiązaniem był wynalazek Brytyjczyków, Cardena i Lloyda – gąsienica z ogniwami o małej podziałce i dwoma grzebieniami.

Innym ważnym parametrem czołgu był nacisk jednostkowy na grunt. Decyduje on o właściwościach terenowych pojazdu. Tu dużą rolę odgrywa szerokość gąsienic – jedną z niezaprzeczalnych zalet T-34 w pierwszych latach wojny była właśnie zdolność do pokonywania miękkiego podłoża, co zawdzięczał m.in. szerokim gąsienicom.

Do napędu czołgów powszechnie stosowano starsze silniki lotnicze lub ich uczołgowione wersje. Przykładem wspomniany wyżej amerykański Liberty czy brytyjski Meteor, będący czołgową wersją Merlina. Do rzadkości należały silniki specjalnie projektowane z myślą o wozach bojowych. Można tu wymienić rodzinę niemieckich Maybachów i sowiecki W-2, rzadki w tym towarzystwie diesel. Na początku lat 40. moc silników czołgowych sięgała nawet 500–600 KM (T-34 i KW).

Na pancerze czołgów używano stali o wysokiej twardości. Stosunkowo cienkie (8–14 mm) pancerze czołgów z I wojny miały twardość sięgającą nawet 650 w skali Brinella (BHN). Wraz z rozwojem techniki pancernej, a szczególnie wprowadzenia na szeroką skalę spawania kadłubów i wież, używano stali o niższej twardości, rzędu 390 BNH dla cienkich płyt, a dla grubych – 280 BHN. Spawanie miało tę zaletę, że można było budować samonośne kadłuby i wieże – odpadał ciężar szkieletu, do którego montowano nitami lub śrubami płyty pancerne. Innym sposobem redukcji masy było odlewanie wielkich elementów i późniejsze ich łączenie za pomocą spawania lub – jak w wielu czołgach francuskich – śrubami. Ta technologia miała jeszcze tę zaletę, że unikano nieprzyjemnej i groźnej właściwości nitów, które przy bezpośrednim trafieniu mogły się urwać i razić załogę. W drugiej połowie lat 30. grubość pancerza zaczęła rosnąć, jednak gwałtowny wzrost nastąpił po wybuchu wojny. Warto też pamiętać o ukształtowaniu pancerza – ustawienie płyt pod kątem zmniejszało możliwość jego przebicia. Faktem jest, że skrajne podejście (jak we francuskim FCM 36 lub T-34) miało tę wadę, że znacznie zmniejszało objętość kadłuba, co utrudniało pracę załogi.

Co do uzbrojenia czołgów, to szukano rozwiązania sprzecznych wymagań. Z jednej strony czołg miał wspierać piechotę, czyli musiał być wyposażony w uzbrojenie do zwalczania celów „miękkich” – tę rolę spełniała krótkolufowa armata i karabiny maszynowe. Z drugiej – musiał walczyć z innymi czołgami, więc potrzebne było wyspecjalizowane uzbrojenie przeciwpancerne. Jednym ze sposobów były wspomniane czołgi wielowieżowe. Innym – umieszczenie w kadłubie armaty dużego kalibru, a w wieży – armaty przeciwpancernej. Ostatecznie przyjęły się armaty uniwersalne o dużym kalibrze rzędu 75, a potem 85 mm, choć w trakcie wojny Niemcy, zmuszeni sytuacją, kładli większy nacisk na właściwości przeciwpancerne głównego uzbrojenia.

Radio

Skuteczne dowodzenie dużymi i ruchliwymi formacjami wymagało łączności. Czołgiści pierwszej wojny byli w tym zakresie głusi i ślepi, piloci dawali sobie znaki machając skrzydłami samolotów. Żaden środek łączności nie zapewniał skutecznego przekazywania rozkazów i odbierania meldunków – poza radiem. Ale nim doszło do jego wykorzystania, należało rozwiązać liczne problemy. Przede wszystkim zmniejszyć stacje nadawczo-odbiorcze do rozmiarów umożliwiających ich umieszczenie w ciasnych wnętrzach maszyn. Po drugie, należało stworzyć radiostacje proste w obsłudze, umożliwiające porozumiewanie się na fonii – nikt nie miał czasu i możliwości nadawania kluczem Morse’a. Tu z pomocą przyszedł postęp w technologii produkcji lamp elektronowych. Triodę wynaleziono wprawdzie przed 1914 r., ale nie miała ona dostatecznie dobrych parametrów. Dopiero wynalezienie pentody (1926 r.) i lampy sterującej wzmocnieniem (1930 r.) przy jednoczesnej miniaturyzacji pozwoliło na konstruowanie stosunkowo małych stacji o dużej mocy. Kolejnym udoskonaleniem było wprowadzenie modulacji amplitudowej (Armstrong, 1933 r.).

 

Autorem tekstu jest Tadeusz Zawadzki  – POLITYKA

Pomocnik Historyczny POLITYKI Operacja Barbarossa – Wojna między Hitlerem a Stalinem  na 124 stronach opowiada m. in. o korzeniach konfliktu i przebiegu działań wojennych. Zawiera przydatne kalendarium i liczne mapy. Autorami opracowań są wybitni historycy oraz dziennikarze tygodnika POLITYKA. Dostępny na http://sklep.polityka.pl/catalog/partdetail.aspx?partno=W1106000

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 10.0/10 (5 votes cast)