Geniusz Franka Piaseckiego
Opisując historie rozwoju śmigłowca Chinook należy niewątpliwie zacząć od Franka Piaseckiego, syna polskich emigrantów, który założył firmę Piasecki Helicopters i od połowy lat 1940. prowadził prace nad śmigłowcem z dwoma wirnikami nośnymi w układzie tandem. Był to okres pionierski jeśli chodzi o rozwój lotnictwa wiropłatowego, więc trudno było wówczas określić, czy układ konstrukcyjny Franka Piaseckiego zyska popularność, czy nie – dziś wiemy, że upowszechnił się inny układ – z jednym wirnikiem nośnym i śmigłem ogonowym.
Frank Piasecki konsekwentnie rozwijał swój układ konstrukcyjny śmigłowca budując kolejne konstrukcje, w tym udany H-21 Shawnee zwany 'latającym bananem’. Śmigłowiec był wykorzystywany przez lotnictwo francuskie podczas wojny w Algierii, a przez US Army podczas działań w Wietnamie przeciwko Wietnamowi Pn.
Przełom w dziedzinie napędów lotniczych spowodowało pojawienie się silników turbowałowych – lekkie i efektywne jednostki napędowe znacząco poprawiły osiągi śmigłowców. Zaczęto je stosować powszechnie, także Frank Piasecki, którego firma przekształciła się w firmę Vertol, wykorzystał nowy napęd w śmigłowcu V-107, na podstawie którego zbudowano nieco większy V-114. Ponieważ firma Vertol borykała się z problemami finansowymi, w 1960 r. została wykupiona przez Boeinga wraz ze wspomnianym projektem V-114, który produkowany pod marką Boeing Vertol stał się pierwszą wersją znanego CH-47 Chinook.
Linia montażu końcowego śmigłowców CH-47F w zakładach Boeinga w Ridley Park
w Pensylwanii, USA / Zdjęcie: Jakub Link-Lenczowski, MILMAG
Przy okazji warto wspomnieć, że w rozwój śmigłowców dwuwirnikowych Franka Piaseckiego duży wkład wnieśli polscy inżynierowie, którzy po II wojnie światowej wyemigrowali do USA i zostali 'przygarnięci’ przez Franka Piaseckiego. Chodzi tu m.in. o prof. Wiesława Stępniewskiego, inż. Piotra Kubickiego, Bogdana Trockiego i Tadeusza Tarczyńskiego.
Z koncepcją śmigłowca dwuwirnikowego w układzie tandem mierzyło się kilku poważnych producentów lotniczych, nie tylko w USA. Żaden jednak nie zbudował konstrukcji w tym układzie udanej na tyle aby zdobyć szersze uznanie na rynku. Jedynie Frankowi Piaseckiemu ta sztuka się powiodła. Śmigłowiec w takim układzie konstrukcyjnym doskonale sprawdza się w roli maszyny transportowej. Dwuwirnikowy układ z wirnikami przeciwbieżnymi nie wymaga wytwarzania momentu reakcyjnego jak w tradycyjnym śmigłowcu, gdzie konieczne jest wytworzenie tego momentu przez śmigło ogonowe. W związku z tym cała moc wytwarzana przez zespól napędowy może być spożytkowana na wytworzenie siły nośnej. Nie ma konieczności tracenia mocy na śmigło ogonowe.
Jedyny w swoim rodzaju
Jak wspomniano, śmigłowiec Chinook ma układ dwuwirnikowy w układzie tandem. Przedni wirnik obraca się w lewo, a tylny w prawo. Tylny wirnik znajduje się nieco wyżej, aby zachodzące na siebie stożki pracujących wirników nie kolidowały ze sobą. Łopaty mają obrys prostokątny i są wykonane z kompozytów zbrojonych włóknem węglowym. Powinny one wytrzymać trafienie pociskiem kal. 23 mm.
Napęd Chinooka stanowią dwa silniki turbowałowe rodziny Lycoming/Honeywell T55. Są one umieszczone po bokach pylonu tylnego wirnika, w osobnych gondolach. Napęd z silników przekazywany jest wałami do przekładni głównej rozdzielającej napęd na każdy z wirników, która znajduje się w pylonie wirnika tylnego, pomiędzy silnikami. Z tej przekładni napęd doprowadzany jest do przekładni napędzającej wirnik przedni i podobnej przekładni napędzającej wirnik tylny. Dzięki takiemu układowi, w przypadku konieczności wyłączenia jednego silnika, pozostały pracujący silnik napędza nadal oba wirniki.
Śmigłowce CH-47F Lotnictwa Wojsk Lądowych Gwardii Narodowej Stanu Georgia podczas szkolenia w lotach w szyku przed przebazowaniem do Afganistanu w 2014 r. / Zdjęcie: Georgia Army National Guard / Maj. Will Cox/Released
Kabina Chinooka ciągnie się przez prawie całą długość kadłuba. Jej długość wynosi 9,14 m, szerokość 2,53 m, a wysokość 1,98 m. Do kabiny ładunkowej można się dostać drzwiami w przedniej części, po prawej stronie kadłuba, wyposażone w schodki ułatwiające wejście do śmigłowca, a także przez rampę załadunkową znajdującą się na końcu kabiny. Ułatwia ona umieszczenie w śmigłowcu przewożonego ładunku, a w przypadku desantu – szybkie opuszczenie śmigłowca przez żołnierzy. W kabinie znalazły się także trzy karabiny maszynowe stanowiące element samoobrony śmigłowca. To jedyne systemy uzbrojenia jakie przenosi Chinook.
Od pierwszego bojowego użycia podczas wojny w Wietnamie w latach 1960., objawił się pewien mankament Chinooka i innych śmigłowców turbinowych tamtego okresu – wrażliwość na wysokie temperatury i zmniejszoną gęstość powietrza (ang. hot and high), czyli warunki tropikalne panujące w Wietnamie. Powodowały one znaczne obniżenie osiągów śmigłowców. Od tamtego czasu Boeing dokłada wszelkich starań aby Chinooki radziły sobie dobrze nawet w tak trudnych warunkach.
Załogę Chinooka stanowi dwóch pilotów i technik pokładowy odpowiadający również za załadunek śmigłowca. W kabinie ładunkowej można przewieźć 33 żołnierzy desantu z wyposażeniem osobistym lub np. 24 rannych na noszach.
Śmigłowiec CH-47F należący do 25th Combat Aviation Brigade, 25th Infantry Division podczas przelotu wokół Hawajów / Zdjęcie: U.S. Army / Sgt. Sarah D. Sangster
Nowe głowice wirników
Od czasu wojny w Wietnamie Chinook przechodził kilkukrotnie modernizację. Powstawały nowe wersje. Najbardziej rozpowszechniona jest wersja CH-47D, która stała się punktem wyjścia do powstania obecnie rozwijanej wersji CH-47F. Dla porządku przypomnijmy, że w oparciu o wersje CH-47D powstała w międzyczasie wersja MH-47E z przeznaczeniem dla jednostek specjalnych.
W 1999 r. Boeing podpisał z US Army kontrakt na opracowanie nowych głowic wirników nośnych wykorzystujących technologie zmniejszające wymagania dotyczące obsługi technicznej. Była to pierwsza z bardzo istotnych zmian konstrukcyjnych sprawiających, że mamy do czynienia z zupełnie nowym śmigłowcem, choć wyglądającym tak samo jak protoplasta.
Stanowisko do prób wirników nośnych w zakładach Boeinga w w Ridley Park.
Na stanowisku wirnik Chinooka / Zdjęcie: Jakub Link-Lenczowski, MILMAG
Do tej pory głowica składała się z ok. 400 części, wśród których znajdowało się dziewięć łożysk mocowania łopat, które wymagały okresowych przeglądów i smarowania. W przypadku uszkodzenia uszczelek i wycieku smaru należało wykonać naprawę lub wymianę łożyska. W nowej konstrukcji głowic wykorzystano rozwiązania zastosowane wcześniej w śmigłowcu AH-64 Apache i w RAH-66 Comanche (który nie wszedł do produkcji seryjnej) – łożyska elastomerowe, które nie do pracy nie wymagają smarowania. Z doświadczenia wynikającego w eksploatacji Chinooków wynika, że wprowadzenie nowych łożysk eliminuje ok. 10 dni nieplanowanej obsługi technicznej śmigłowca w ciągu roku. Dzięki temu zwiększa się gotowość do lotu śmigłowca, a także zmniejszają się koszty jego eksploatacji.
Nowa konstrukcja głowicy pozwala wydłużyć jej żywotność do 4500 h lotu i zmniejszyć liczbę części o 75%. Dodatkowo redukuje o 70% liczbę specjalistycznych narzędzi wymaganych do prowadzenia obsługi technicznej. Co więcej, wymiana łożysk w nowej głowicy może być wykonana w warunkach polowych, wcześniej wymagała ona wykorzystania warsztatów remontowych. Według założeń US Army, w ciągu 20 lat eksploatacji śmigłowców, nowe głowice miały przynieść 200 mln USD oszczędności na kosztach eksploatacji.
Przekładnia główna śmigłowca CH-47F przekazująca napęd z silników na wirniki nośne. Obok łopaty starego typu do wersji CH-47F Block II / Zdjęcie: Jakub Link-Lenczowski, MILMAG
Najnowsza wersja
Znacznie bardziej kompleksową modernizację Chinooka zrealizowano w ramach opracowywania wspomnianej wcześniej wersji CH-47F.
Zmiany konstrukcyjne w tej wersji obejmowały np. przekonstruowanie kadłuba śmigłowca w celu uproszczenia jego budowy, w tym zmniejszenia liczby części i wzmocnienia struktury wytrzymałościowej. Miały także na celu ułatwienie procesu produkcji i montażu końcowego śmigłowca. Jak podaje Boeing, wprowadzenie do produkcji zupełnie nowego kadłuba dało oszczędności na poziomie 30%. Zastosowane zmiany w strukturze kadłuba przyniosły także zmniejszenie pracochłonności obsługi technicznej oraz wydłużenie okresu eksploatacji śmigłowca.
Zespół napędowy wersji CH-47Fstanowią dwa sterowane cyfrowym systemem FADEC silniki Lycoming T55-GA-714A o mocy 3529 kW (4777 KM) każdy, wykorzystywane również w ostatnich egzemplarzach wersji CH-47D. Pozwalają one osiągać prędkość maksymalną 310 km/h i przelotową 300 km/h. Masa ładunku przenoszonego przez śmigłowiec wynosi 10 886 kg.
Brytyjski Chinook Mk 4 przenoszący dwa quady na podwieszeniach zewnętrznych
Zdjęcie: Grzegorz Sobczak, MILMAG
Podobnie jak poprzednie wersje, również CH-47F ma możliwość przenoszenia ładunków pod kadłubem przy pomocy systemu HUSLE (Helicopter Under-Slung Load Equipment). Pozwala on na jednoczesne podwieszenie pod kadłubem trzech różnych ładunków na trzech różnych węzłach podwieszenia.
Nowa wersja została oblatana w 2001 r. W wersji CH-47F kabina załogi jak i ładownia otrzymały osłony balistyczne. To samo dotyczy silników i przekładni układu transmisji. Fotele pilotów oraz żołnierzy przewożonych w ładowni są wyposażone w urządzenia pochłaniające energie podczas zderzenia z ziemią np. podczas awaryjnego lądowania.
CH-47F otrzymał także nową awionikę. W zakresie łączności są to radiostacje łączności szyfrowanej AN/ARC-231A COMSEC (Communications Security), radiostacje łączności HF AN/ARC-220 z systemem przeciwdziałania zakłócaniu ECCM (Electronic Counter-CounterMeasures), terminal wąsko- i szerokopasmowy KY-100M COMSEC, system wymiany danych taktycznych IDM-401 (Improved Data Modem) oraz terminal wgrywania, przekazywania i przechowywania szyfrowanych danych danych AN/PYQ-10. Wyposażenie nawigacyjne obejmuje wojskowy układ nawigacji satelitarnej i bezwładnościowej PPS (Precise Positioning Service) wykorzystujący sygnał GPS z układem antyspoofingowym, radionamiernik nawigacyjny VOR/ILS AN/ARN-147, taktyczny układ nawigacji TACAN AN/ARN-153, radiowysokościomierz AN/APN-209, komputery obróbki danych aerodynamicznych oraz interrogator swój-obcy (IFF (Identification Friend or Foe) AN/APX-123A.
Wnętrze kabiny pilotów śmigłowca CH-47F należącego do 238th General Support Aviation Battalion, Lotnictwa Wojsk Lądowych Gwardii Narodowej Stanu Carolina Południowa / Zdjęcie: U.S. Army National Guard / Sgt. 1st Class Roby Di Giovine, South Carolina National Guard
Opcjonalnie Chinook może być wyposażony w radar pogodowy umieszczony w owiewce w nosie kadłuba. Zmianie ulega kształt okien kabiny pilotów umożliwiające obserwację ziemi przy lądowaniu.
Wprawdzie wyświetlacze wielofunkcyjne pojawiły się już w śmigłowcach wersji CH-47D dla lotnictwa holenderskiego, jednak tym razem zastosowano Rockwell Collins Common Avionics Architecture System (CAAS) wykorzystywaną także w śmigłowcach UH-60 Black Hawk.
Zestaw awioniki obejmuje pięć wyświetlaczy MFD-268C3A, na których wyświetlane są dane nawigacyjne, pilotażowe i parametry pracy silników oraz instalacji pokładowych śmigłowca. Wyświetlacze o wymiarach 6 x 8 cali pozwalają na wyświetlanie grafiki 3D, w tym zintegrowany obraz parametrów lotu i otoczenia śmigłowca. Do sterowania radiostacjami, wyposażeniem nawigacyjnym i łączności służą dwa pulpity CDU-7000D.
CAAS pozwala zarządzać lotem przy pomocy certyfikowanych rozwiązań w zakresie nawigacji, w tym nawigacji taktycznej, zarządzanie danymi o pracy silników i przekładni śmigłowca oraz jego instalacji paliwowej. System pozwala również na planowanie osiągów statku powietrznego, zarządzanie wyposażeniem radiowym, łączności i kryptograficznym, a także scentralizowane zarządzanie czujnikami pokładowymi. Piloci mają także do dyspozycji cyfrowy układ sterowania lotem DAFCS (Digital Advanced Flight Control System) opracowany przez BAE Systems.
Śmigłowiec wyposażono także w środki samoobrony jak: system ostrzegania o zbliżających się pociskach przeciwlotniczych AN/AAR-57 Common Missile Warning Systems (CMWS), czujniki opromieniowania wiązką lasera AN/AVR-2B Laser Detecting Sets, czujniki opromieniowania wiązką radarową AN/APR-39C(V)1 i elektrooptyczne czujniki podczerwieni (EO/IR).
CH-47F może być wyposażony w sondę do uzupełniania paliwa podczas lotu przy pomocy przewodu elastycznego (FARE – Forward Area Refueling Equipment). Jest ona umieszczona w przedniej części kadłuba po prawej stronie. Instalację paliwową rozbudować można także o zbiorniki wydłużające zasięg, montowane w ładowni śmigłowca ERFS (Extended Range Fuel System) o pojemności 1900 dm³ lub 3000 dm³.
CH-47F Lotnictwa Wojsk Lądowych Gwardii Narodowej Stanu Georgia podczas przygotowań do przebazowania do Afganistanu w 2014 r. / Zdjęcie: Georgia Army
National Guard / Maj. Will Cox/Released
Dalsza modernizacja
W 2019 r. oblatano wersję CH-47F Block II, która zyskała kilka ulepszeń w stosunku do pierwotnej wersji. Śmigłowiec jest wyposażony w te same silniki Honeywell (po przejęciu firmy Lycoming) T55-GA-714A jak w Block I. Przeprowadzono jednak próby w locie Chinooka, który otrzymał mocniejsze silniki Honeywell T55-GA-715 o mocy 4500 kW (6000 KM). Nowe silniki otrzymały także nowe, zdwojone układy sterowania wspomagające cyfrowy układ kontroli pracy silnika FADEC. Większa moc spowodowała konieczność wzmocnienia układu transmisji. Śmigłowiec ma również układ zapewniający lepsze wykorzystanie mocy przez każdy z wirników nośnych.
Masa startowa CH-47F Block II wzrosła do 24 494 kg, a masa ładunku do 12 565 kg.
Kolejna zmianą była przebudowa instalacji paliwowej. We wcześniejszych wersjach w każdym ze sponsonów zamontowanych po bokach kadłuba montowano trzy zbiorniki paliwa. W wersji CH-47F trzy zbiorniki połączono w jeden, dzięki czemu śmigłowiec zabiera więcej paliwa. Ze względu na uproszczenie konstrukcji i usunięcie instalacji paliwowej (w tym pomp) do przetaczania paliwa między zbiornikami zaoszczędzono ok 90 kg masy konstrukcji śmigłowca. Podobnie jak w poprzedniej wersji, zbiorniki paliwa mają okładziny samouszczelniające po przestrzeleniu.
Razem z zespołem napędowym o większej mocy, konstruktorzy Boeinga zastosowali także nowe łopaty wirników nośnych ACRB (Advanced Chinook Rotor Blades). Przy ich opracowaniu korzystano z rozwiązań zastosowanych w śmigłowcach AH-64 Apache i RAH-66 Comanche (który nie wszedł do produkcji seryjnej). Chodziło głównie o nowe końcówki łopat, które mają zmniejszać opór aerodynamiczny, a przez to zwiększać efektywność wytwarzania siły nośnej.
Dzięki nowym łopatom poprawiono udźwig śmigłowca, zwłaszcza w tropikalnych warunkach wysokogórskich (hot and high). Może on unieść 10 000 kg ładunku na wysokości 1200 m przy temperaturze 35°C.
CH-47F Lotnictwa Wojsk Lądowych Gwardii Narodowej Stanu Connecticut nad Północnym Atlantykiem / Zdjęcie: U.S. Army / Sgt. Matthew Lucibello
Okazało się jednak, że w śmigłowcach z nowymi łopatami występują drgania silniejsze niż w starszej wersji. Dodatkowo, na łopatach w ruchu wstecznym wirnika tylnego występowały rozległe obszary oderwania opływu (przeciągnięcia). Te dwa elementy spowodowały, że US Army postanowiła odłożyć decyzję o wyposażeniu swoich CH-47F Block II w łopaty ACRB.
Kolejnym etapem rozwoju Chinooka jest wersja CH-47F Block III. Nowy śmigłowiec otrzyma dłuższy kadłub i nowe silniki opracowywane w ramach programu FATE (Future Affordable Turbine Engine). Mają one zapewnić moc startową co najmniej 4500 kW (6000 KM). Możliwe, że będą to silniki Honeywell T55-GA-714C. Dają one 25% większą moc niż wersja T55-GA-714A, przy jednoczesnej redukcji zużycia paliwa o 10%.
Warto także wspomnieć o egzemplarzu doświadczalnym NCH-47D wyposażonym w silniki General Electric T408-GE-400 o mocy 5600 kW (7500 KM) stosowanych na śmigłowcach CH-53K King Stallion. Oblatano go w 2019 r. Ze względu na znacznie większą moc zespołu napędowego konieczne było przekonstruowanie pylonów mocujących silniki, a także wzmocnienie struktury kadłuba. Konieczne było także przekonstruowanie układu transmisji, który musi przenieść większą moc na wirniki.
Wadą nowego rozwiązania są dość istotne zmiany konstrukcyjne płatowca, ponieważ silniki rodziny T408 różnią się znacznie od silników T55. Zastosowanie nowej wersji tego ostatniego wiąże się z nieznacznymi zmianami konstrukcyjnymi.
Użytkownicy
Pierwsze cztery seryjne CH-47F Block II (Lot 1) zostały zamówione we wrześniu 2020 za 136 mln USD z rozpoczęciem produkcji komponentów do nich w kwietniu 2022. Kolejne dwa (Lot 2) zamówiono we wrześniu 2022 za 63 mln USD. Kongres autoryzował również środki w wysokości 177 mln USD na śmigłowce partii Lot 3 i 23 mln USD na pokrycie części zakupu partii Lot 4. 30 czerwca 2023 podpisano kolejną umowę produkcyjną o wartości 793,4 mln USD z dostawami do końca 2027. Większość CH-47F Block II dla US Army ma powstać poprzez przebudowę produkowanych od 2006 CH-47F Block I.
Przygotowania do transportu zabytkowego myśliwca F-80 przez śmigłowiec CH-47F Lotnictwa Wojsk Lądowych Gwardii Narodowej Stanu Iowa
Zdjęcie: U.S. Air National Guard / Senior Master Sgt. Vincent De Groot
Jak powiedział Chuck Dabundo, wiceprezes Boeing Cargo Helicopters i szef programu H-47, dzięki zmianom wprowadzonym w wersji CH-47F Block II, śmigłowce ten pozostanie w służbie w US Army do lat 2060. Oznaczałoby to, że Chinooki pozostawałyby nieprzerwanie w służbie przez 100 lat!
Pierwszymi użytkownikami eksportowymi najnowszej wersji Chinooka będą Wielka Brytania (14 egzemplarzy), Egipt (12 zamówionych egzemplarzy z możliwością zwiększenia do 23), prawdopodobnie Korea Południowa (18 egzemplarzy) i Niemcy (60 egzemplarzy).
W kontekście klientów zagranicznych warto zwrócić szczególna uwagę właśnie na Niemcy. Walka o kontrakt na śmigłowce transportowe trwała tam dobrych kilka lat. Luftwaffe była przez ponad 50 lat użytkownikiem śmigłowców Sikorsky CH-53GA/GS. Naturalnym wyborem wydawało się, że na następcę Sea Stallionów wybrany będzie CH-53K King Stallion. Po zaciętej walce Sikorsky’ego/Lockheeda Martina z Boeingiem Niemcy wybrali jednak śmigłowce CH-47F, choć ich możliwości transportu są nieco mniejsze niż śmigłowca Sikorsky’ego. Co ciekawe, gdy w 1966 r. Niemcy podejmowały decyzje o wyborze ciężkiego śmigłowca transportowego prowadziły próby CH-53 i CH-47 w wersjach dostępnych w tamtym czasie. Wówczas wybór padł na konstrukcję Sikorsky’ego. Co więcej 60 CH-47 ma zastąpić w służbie 66 CH-53.
Wkrótce do grona nowych użytkowników CH-47F może dołączyć Belgia, która jest nimi zainteresowana. 3 czerwca 2024 r. pojawiła się też informacja, że wiropłatami Boeinga jest zainteresowana Polska.