Okres drugiej wojny światowej jest w niemieckim przemyśle lotniczym naznaczony arcydziwnymi pomysłami. Niektóre z nich próbowano nawet wdrożyć do masowej produkcji, tak jak samolot rakietowy pozbawiony podwozia i mogący latać przez 7,5 minuty – myśliwiec przechwytujący Messerschmitt Me 163 Komet. Użyty bojowo odpowiada podobno za 9-18 zestrzeleń przy stratach własnych 10 sztuk. Należy jednak zauważyć, że budowa i użytkowanie tego samolotu kosztowało dodatkowe ofiary wśród pilotów i techników obsługi, między innymi wskutek awarii, nieudanych lądowań oraz problemów z silnie toksycznym, żrącym i wybuchowym paliwem. Składało się ono z dwóch substancji nazywanych C-Stoff i T-Stoff: pierwsza była mieszaniną hydratu hydrazyny i metanolu (właściwe paliwo), a druga stanowiła silnie stężony roztwór nadtlenku wodoru (pełnił funkcję utleniacza). Wszystko to jest silnie szkodliwe dla człowieka.
Głównym projektantem tej jednostki był pochodzący z Monachium Alexander Lippisch (1894–1976), jeden z pionierów aerodynamiki i autor wielu ekstrawaganckich pomysłów, począwszy od szybowców, przez klasyczne samoloty śmigłowe i odrzutowe aż po statki powietrzne latające na zasadzie efektu przyziemienia oraz samoloty z silnikiem strumieniowym i rakietowym. Samolotami Lippisch zainteresował się, gdy w mając 14 lat był świadkiem lotu wykonanego przez Orville’a Wrighta w Berlinie. Początkowo jednak wzorem ojca rozwijał swoje zainteresowania artystyczne i dopiero I wojna światowa, którą odsłużył w niemieckim lotnictwie wojskowym jako fotograf i kartograf, sprawiła, że zmienił zamiary. Dzięki temu wniósł ważny wkład w opanowanie takich zagadnień, jak samoloty bezogonowe, skrzydła w układzie delta i efekt przyziemienia.
Samoloty bezogonowe stanowiły w ogóle idee fixe Lippischa – właściwie samoloty ze skrzydłem delta też można uznać za odmianę konstrukcji bezogonowej. Zainteresowanie Lippischa konstrukcjami bezogonowymi datuje się od samego początku jego kariery, gdy po I wojnie projektował szybowce. Już wtedy spod jego ręki wychodziły płatowce o charakterystycznym skróconym kształcie. W latach 30. przyszły szybowce o skrzydle delta, a także maszyny z napędem. Na początku 1939 roku Lippisch ze swoim zespołem został przeniesiony do fabryki Messerschmitta i tam stworzył wspomnianą „Kometę”.
Najdziwniejsze jednak miało dopiero nadejść. Już podczas II wojny światowej, w 1942 roku, zespół Lippischa opracował bezogonowy szybki bombowiec o skrzydle delta, określany zależnie od przewidywanego napędu kodem P.11 lub P.13. Wersja P.13 miała być napędzana za pomocą dwóch śmigieł: ciągnącego znajdującego się na dziobie oraz pchającego – na „ogonie”, a w każdym razie z tyłu samolotu, który konwencjonalnego ogona nie miał. Zdjęcie przedstawia makietę bez silnika, wynoszoną w powietrze na holu za innym samolotem i powracającą na ziemię lotem ślizgowym. Przeloty takie wykonywano w celu testowania właściwości aerodynamicznych deltoidalnego skrzydła, jednak projekt nie wyszedł poza tę fazę. Na podstawie konstrukcji P.13 zespół Lippischa opracował eksperymentalny projekt samolotu z podwójnym silnikiem odrzutowym.
W 1944 zespół Lippischa przeniesiono do Wiednia (w międzyczasie konstruktor zaprojektował dwa kolejne, może nieco normalniej wyglądające „samolociki”, które nigdy nie weszły w fazę budowy: bezogonowe myśliwce odrzutowe P.15 i P.20). Tam Lippisch obmyślił myśliwiec przechwytujący z silnikiem strumieniowym, ze skrzydłem w układzie delta i kadłubem wzorowanym na bombowcu P.13, oznaczony wobec tego kodem P.13a i P.13b. Samoloty te początkowo projektowano jako pozbawione uzbrojenia(!) – zamiast ostrzeliwać jednostki wroga, miały taranować je za pomocą specjalnie wzmocnionych skrzydeł. Okazało się to jednak, rzecz jasna, niepraktyczne (i mało kompatybilne z koncepcją przeżywalności pilota).
Pomysł ten wziął się z trudności zaopatrzeniowych, jakie trapiły Niemcy coraz silniej w późnej fazie wojny. Lippischowi zależało na ograniczeniu wymagań jego samolotu wobec przemysłu zbrojeniowego, stąd nie całkiem rozsądne koncepcje – choć chyba dziwne u zawodowego konstruktora (słynne betonowe lokomotywy wymyślił Hermann Göring, absolwent szkoły wojskowej i lotnik – opisuje to w swoich dziennikach zbulwersowany Albert Speer). Te same przyczyny, co w przypadku rezygnacji z uzbrojenia, zaowocowały ideą zastosowania silnika strumieniowego. Jest to bardzo proste urządzenie – w najprostszej wersji taki silnik jest po prostu otwartą na obu końcach rurą, do której od przodu wpływa powietrze (utleniacz). W środku dodawane jest paliwo, które spala się w rurze, a gorące gazy wylotowe wypływają drugim końcem, zapewniając siłę odrzutu. Problemem silnika strumieniowego jest to, że działa on skutecznie dopiero od pewnej prędkości lotu (zapewniającej odpowiednio szybki dopływ utleniacza). Czyli pojazd z takim silnikiem musi się najpierw rozpędzić i wzbić w powietrze – w tym celu planowano użycie jednorazowych rakiet.
Jako paliwo dla P.13a przewidywano – zamiast trudnej do zdobycia benzyny lotniczej czy metanolu – sproszkowany węgiel. Pierwotnie miał to nawet być węgiel brunatny, co było od razu skazane na niepowodzenie z powodu jego zbyt małej wartości opałowej i zbyt dużej zawartości zanieczyszczeń. Granulowany węgiel brunatny miał być umieszczony w wirującym koszu i spalać się w nim do tlenku węgla(II) CO, który dalej w strumieniu wylotowym spalałby się do dwutlenku węgla. Bezsens tej koncepcji wykazały już pierwsze testy i zespół zrozumiał, że niezbędne jest bardziej wydajne paliwo. Naturalnym było sięgnąć po węgiel kamienny i ten okazał się rzeczywiście odpowiedni; później sprawdzano też drewno sosnowe nasycane ropą lub parafiną. Zaletą tych paliw było wytwarzanie łatwopalnych par po ogrzaniu.
Zbudowano i przetestowano pomniejszony model, a także pełnowymiarowy kadłub pozbawiony silnika, który planowano testować jako szybowiec. Lippisch skupiał już wtedy jednak uwagę na kolejnym projekcie, P.13b, który miał być większy i bardziej opływowy, natomiast P.13a nakazał budować tylko po to, by uchronić członków swojego zespołu przed powołaniem do wojska. Pod koniec 1944 roku Niemcy nie mieli już specjalnie widoków na sukces w wojnie. Zanim prace nad kolejnym projektem Lippischa zdążyły nabrać rozpędu, do Austrii wkroczyli Rosjanie i zespół musiał uciekać.
Dalszy ciąg życiorysu konstruktora wiąże się z amerykańską operacją „Spinacz” (ang. Paperclip) – kryptonim ten oznaczał przejęcie jak największej części niemieckiego potencjału naukowo-technicznego. W ten sposób do Stanów Zjednoczonych trafiło wielu niemieckich uczonych i inżynierów oraz znaczna część archiwów i urządzeń – oczywiście ludzie i materiały, których nie zdążyli dopaść Amerykanie, padały łupem Armii Czerwonej. W ten sposób niemiecka myśl naukowa i geniusz techniczny przyczyniły się do rozwoju nauki i techniki w krajach, które hitlerowskie Niemcy chciały zniszczyć…
Najbardziej spektakularnym przykładem w przypadku USA był oczywiście Werner von Braun, który stworzył podwaliny dla sukcesu amerykańskiej misji księżycowej i późniejszej dominacji kosmosu przez Stany Zjednoczone, której wyzwanie rzuciły dopiero Chiny w bieżącym stuleciu. Ale także Alexander Lippisch okazał się dla Amerykanów interesujący. Jego zespół zainstalowano na poligonie rakietowym White Sands (na którego północnym krańcu znajdowało się miejsce pierwszego próbnego wybuchu atomowego, Trinity, tak znakomicie pokazanego przez Nolana w filmie „Oppenheimer”).
Zainteresowania Lippischa zwróciły się wtedy ku pojazdom wykorzystującym tzw. efekt przyziemienia, zwany też efektem przypowierzchniowym (a nawet – choć to już chyba w nieudolnych tłumaczeniach – efektem przyziemnym). Mówiąc w uproszczeniu, jest to efekt aerodynamiczny występujący wtedy, gdy statek powietrzny znajduje się blisko jakiejś powierzchni, np. powierzchni ziemi. Powietrze opływające jego płaty od strony tej powierzchni odbija się z powrotem w jego kierunku, co – gdy mowa o pojeździe znajdującym się względnie nisko nad ziemią – powoduje wzrost siły nośnej.
Ma to istotny wpływ na lot statku powietrznego, w szczególności śmigłowców. Zniżając lot, śmigłowiec musi odpowiednio silniej redukować moc silnika, gdyż inaczej wzrost siły nośnej zapewniany przez efekt przyziemienia z powrotem go podniesie – można powiedzieć, że śmigłowiec odbiłby się wtedy „od ziemi”. Z drugiej strony podczas wznoszenia się moc silnika śmigłowca musi być zwiększana dodatkowo, gdyż w miarę oddalania się od ziemi wpływ efekty przyziemienia będzie maleć.
W przypadku samolotów efekt przyziemienia powoduje, że do unoszenia się – czyli generowania wystarczającej siły nośnej – w pobliżu powierzchni ziemi wystarczy mniejsza prędkość lotu niż wymagana teoretycznie do uzyskania potrzebnej siły nośnej. Sprawia to również, że przy lądowaniu trzeba mocniej redukować moc silników w ostatniej fazie. Samolot (lub śmigłowiec) wytwarza bowiem w pobliżu powierzchni swoistą „poduszkę powietrzną”, zupełnie jak poduszkowiec.
Uznano, że praktyczne znaczenie może mieć budowa dużych samolotów – jednostek transportowych lub desantowych – które poruszałyby się przez cały czas w obrębie działania efektu przyziemienia. Wymagałyby zatem silników o mniejszej mocy niż zwykłe samoloty, a dzięki temu zużywałyby o wiele mniej paliwa na jednostkę przewożonego ciężaru. Mogłyby poruszać się jednak głównie nad w miarę równym terenem, optymalnie nad wodą.
Pracując w USA dla firmy Collins Lippisch zbudował dwumiejscowy samolot, a właściwie łódź latającą Collins X-112 (zdjęcie powyżej). Oblatano ją w 1963 roku: pojazd wznosił się przy prędkości 58 km/h, a osiągnięta prędkość maksymalna wynosiła 124 km/h, mimo że zastosowano silnik o mocy zaledwie 25 KM (mniej więcej tyle, co silnik „Malucha”). Właściwości lotne były całkowicie zadowalające Film z tego wydarzenia można obejrzeć na YouTube.
Później Lippisch poważnie zachorował i pozwolono mu wrócić do Niemiec. Tam jednak wykurował się na tyle, by wrócić do pracy i projektować kolejne samoloty działające w oparciu o efekt przyziemienia. W ramach eksperymentalnego programu finansowanego przez niemiecki rząd zbudowano najpierw jednoosobowy RFB X-113. Był lżejszy od X-112 i miał mocniejszy silnik, dzięki czemu mógł wznieść się i lecieć powyżej zasięgu efektu przyziemienia; oblatywano go w latach 1970-74.
Pod koniec życia Lippischa powstał dużo większy i cięższy RFB X-114. Ten już był wyposażony w poważny silnik o mocy 200 KM, który napędzał pięciopłatowe śmigło pchające umieszczone nad tylną częścią kadłuba i zaopatrzone w rurowatą osłonę (w celu zabezpieczenia przed wodą, gdyż wszystkie te konstrukcje były hydroplanami). Mógł pomieścić 6 pasażerów lub 500 kg ładunku, a jego zasięg wynosił 2000 km przy prędkości przelotowej ok. 150 km/h. Wypróbowano go w locie w 1977 roku, ale mimo udanych wyników testu nie skierowano do masowej produkcji.
Jako dodatkową ciekawostkę można podać, że efektem przyziemienia nazywa się też właściwość aerodynamiczną wykorzystywaną w motoryzacji, szczególnie w wyścigach samochodowych, takich jak F1. Kadłuby samochodów są bowiem kształtowane przeciwnie niż płaty statków powietrznych – tak, by wytwarzane siły aerodynamiczne przyciskały samochód do ziemi zamiast go unosić. Zapewnia to dodatkową siłę docisku, istotną w przypadku wyścigów, gdyż umożliwia ona pokonywanie zakrętów z większą prędkością. W rzeczywistości jest to po prostu wykorzystanie prawa Bernoullego: ciśnienie w płynie poruszającym się szybciej jest większe, a w płynie poruszającym się wolniej jest mniejsze. Jeśli spojrzymy na rysunek bolidu F1, to zauważymy, że powietrze opływające go od góry ma dłuższą drogę do pokonania (czerwona strzałka), a więc musi poruszać się szybciej i wywiera zwiększone ciśnienie. Natomiast powietrze płynące pod bolidem ma krótszą drogę (niebieska strzałka) i wywiera mniejsze ciśnienie – zatem bolid jest dopychany do nawierzchni od góry, a od dołu przysysany.
Jeśli ktoś zadaje sobie pytanie, czy można było wymyśleć w lotnictwie coś jeszcze bardziej niezwykłego niż trójkątny samolocik napędzany węglem, odpowiedź brzmi: owszem. Po powrocie do Niemiec prócz opisanych wodnosamolotów Lippisch zbudował też samolot całkowicie bez skrzydeł! Prototyp konstrukcji nazywanej Dornier Aerodyne został przetestowany z powodzeniem w 1972 roku. Zamiast skrzydeł rolę płatu pełniła odpowiednio ukształtowana rurowata obudowa otaczająca śmigło. U jej końca znajdowały się ruchome płaty sterujące, które kierowały wylotowym strumieniem powietrza, umożliwiając maszynie loty w pełnym zakresie od zawisu w miejscu po lot poziomy. Rzecz jasna był to pionowzlot. Armia niemiecka ostatecznie nie wykazała zainteresowania tą aerodyną.
(Aerodyna oznacza pojazd latający, który utrzymuje się w powietrzu dzięki sile nośnej generowanej przez jeden lub więcej płatów – skrzydeł jak w przypadku samolotów lub śmigieł jak w przypadku śmigłowców; balon w tej nomenklaturze nosi nazwę aerostatu, czyli pojazdu latającego, który utrzymuje się w powietrzu dzięki sile wyporu, gdyż ma zbiornik napełniony gazem o gęstości mniejszej od powietrza).
[Źródła: facebookowa grupa Military History; Plane Historia, https://planehistoria.com/the-lippisch-p-13-was-a-coal-powered-interceptor; https://www.nurflugel.com/Nurflugel/Lippisch_Nurflugels/lippisch_nurflugels.html; https://en.wikipedia.org/wiki/Alexander_Lippisch; https://en.wikipedia.org/wiki/Messerschmitt_Me_163_Komet; https://en.wikipedia.org/wiki/Lippisch_P.13; https://en.wikipedia.org/wiki/Lippisch_P.13a; https://en.wikipedia.org/wiki/Lippisch_P.15; https://en.wikipedia.org/wiki/Lippisch_P.20; https://en.wikipedia.org/wiki/Ground_effect_(aerodynamics); https://en.wikipedia.org/wiki/Collins_X-112; https://en.wikipedia.org/wiki/RFB_X-113; https://en.wikipedia.org/wiki/RFB_X-114; https://en.wikipedia.org/wiki/Dornier_Aerodyne]
[Źródła ilustracji: Plane Historia, https://planehistoria.com/the-lippisch-p-13-was-a-coal-powered-interceptor/; USAF – USAF photo No. 030801-F-1234P-080 [1], Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1257448; Alf van Beem – Own work, CC0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=23362391; Xavalala – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=65939738; JuergenKlueser – Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=11542076; Veeti H – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=92635144; https://rallypl.com/f1/lotus-78-pierwszy-bolid-z-efektem-przypowierzchniowym/; aerofiles.com; Dave Mangham, Air-Britain Photographic Images Collection; Ziameme – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=45580344; Baier, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=15629447;