Iako je gotovo u potpunosti zaboravljen YC-14 i danas je jedan od najboljih transportnih aviona svih vremena

Pitanje zamjene taktičkog transportnog aviona C-130 Hercules prvi je put spomenuto 1963. unutar projekta Forecast. Forecast je predvidio razvoj velikog transportnog aviona CX Heavy Logistics Support Aircraft iz kojeg je naknadno razvijen i danas najveći američki transportni avion C-5A Galaxy. Zaključak jedne od studija unutar Forecast programa tražio je razvoj taktičkog transportnog aviona s mogućnošću okomitog/kratkog polijetanja i slijetanja (Vertical-Short-TakeOff-and-Landing – VSTOL) kojim bi se zamijenio C-130 Hercules. Iako se VSTOL projekt vrlo brzo pokazao preambicioznim jer je zahtijevao razvoj tehničkih rješenja koja su, doduše, bila teoretski izvediva, no njihov bi razvoj zahtijevao prevelika novčana ulaganja. Tijekom 1970. zamjenik ministra obrane David Packard kritizirao je nemogućnost da C-5A postigne zadane perfomanse, zbog čega je američko ratno zrakoplovstvo smanjilo očekivanja i prema VSTOL programu. Istodobno je smanjenje očekivanja od VSTOL transportnog aviona omogućilo nastavak njegovog razvoja. Tako je tijekom 1970. Tactical Air Command podnio žuran zahtjev za razvojem taktičkog transportnog aviona s kratkom stazom polijetanja i slijetanja (Short-TakeOff-and-Landing – STOL) koji bi imao znatno veću nosivost nego tadašnje inačice C-130.

U skladu s politikom Davida Packarda kojom se tražila izrada ispitnih prototipova prije odluke o kupnji, kako bi se smanjili troškovi razvoja, Air Force Systems Commnad pripremio je zahtjeve za novi Advanced Medioum STOL Transport (AMST) avion. Tijekom 1972. američko je ratno zrakoplovstvo podnijelo zahtjev za ponude (request for proposals – RFP) za AMST-a kojim je namjeravalo definitivno zamijeniti C-130. U zahtjevu se tražila primjena najnovije tehnologije kako bi se ostvarile STOL mogućnosti, prije svega djelovanje sa staza od samo 665 metara dužine. Kako su u ono vrijeme Sjedinjene Američke Države imale znatno više proizvođača aviona nego danas na RFP za AMST javilo se čak pet tvrtki. Ugovor za gradnju po dva prototipa dobile su tvrtke Boeing i McDonnell Douglas. Boeingov prijedlog dobio je oznaku YC-14 a McDonnell Douglasov YC-15. Oba su aviona imala sličnu veličinu i nosivost te su rabili tada najsuvremenije turboventilacijske motore kako bi postigli “Coanda efekt” kojim se znatno povećava uzgon krila. Zbog toga su i YC-14 i YC-15 zadovoljili sve zahtjeve AMST programa, ali niti jedan nije ušao u serijsku proizvodnju jer je cijeli program prerano otkazan.

Počeci razvoja
Za svoj je YC-14 Boeing odabrao revolucionarno rješenje kombinacije motora i krila koji nikad prije nije isproban. Smještajem velikih turboventilacijskih motora General Electric F103/F1A na prednji rub krila, na njihovom spoju s trupom, dobili su prisilno opstrujavanje gornje površine (upper surface blowing – USB) krila mlazom motora te su time dobili pojačani “Coanda efekt”. Da bi dodatno pojačali opstrujavanje središnjeg dijela krila projektanti su ugradili spljoštene mlaznice motora. Time su ostvarili znatno povećanje uzgona pri malim brzinama, osobito prilikom polijetanja. USB koncept intenzivno je istraživan u NASA-i i zrakoplovnoj industriji od sredine pedesetih pa sve do kraja osamdesetih godina prošlog stoljeća. Zbog smanjenja troškova najveći dio ispitivanja obavljen je u zračnim tunelima ili poligonima za testiranje na zemlji. Prava prilika za testiranje USB koncepta pojavila se tek s YC-14.

Još sredinom pedesetih godina prošlog stoljeća projektanti su primijetili da turbomlazni motori izbacuju velike količine ispušnih plinova te su počeli potragu za rješenjem kako bi te plinove najbolje iskoristili. Najlakši način bio je kanalizirati ispušne plinove tako da povećaju uzgon krila. Prvi su izračuni pokazali da bi na taj način opstrujavana krila davala dramatično veći uzgon za faktor tri do četiri, osobito pri malim brzinama kad je on najpotrebniji. U praksi to bi značilo da bi avioni trebali znatno manju brzinu polijetanja i slijetanja te bitno kraće poletno-sletne staze. Ti su izračuni potaknuli dotad rijetko viđene istraživačke i razvojne napore jer je svaki proizvođač aviona vjerovao da će mu baš ta tehnologija donijeti odlučujuću prednost. Dodatna primamljivost ležala je u činjenici što se cijela ideja činila lako ostvarljivom jer nije zahtijevala revolucionarna rješenja, barem su tako vjerovali u početku.
Jedan od mnogih koncepata koji su nastali u to vrijeme, a koji je najviše obećavao, bio je prisilno opstrujavanje gornjeg dijela krila (USB) koji su htjeli kombinirati s posebnim zakrilcima velikog otklona. U tom rješenju ispušni plinovi turbomlaznog motora puštaju se preko gornje strane krila da bi se usmjerili preko zakrilaca kako bi se stvorio “Coanda efekt” i znatno povećao uzgon. To je rješenje proizvodilo aerodinamičke i akustičke učinke koji su bili nezamislivi za avione s klasičnim krilom. I dok je povećanje aerodinamičke učinkovitosti bilo prihvatljivo, znatno povećanje buke bio je problem koji se morao riješiti raznim mjerama. U to vrijeme ratna zrakoplovstva nisu marila za propise o zaštiti okoliša i smanjenju buke. Veći je bio problem što je “Coanda efekt” stvarao preveliku buku u pilotskoj kabini koja se samo djelomično mogla ukloniti pojačanom akustičkom izolacijom.

Ubrzo je postalo jasno da će se pravi napredak u razvoju USB koncepcije postići samo izgradnjom više različitih prototipova. Zbog toga je u srpnju 1969. Defense Science Board zatražio da se odobre sredstva za razvoj i izgradnju više različitih oružanih sustava, između ostalog i bar jednog prototipa USB aviona. Prije spomenuti David Packard odmah je podržao tu ideju tako da je 1971. američko ratno zrakoplovstvo predložilo šest različitih sustava, između ostalog i naprednog lakog lovca (iz kojeg je kasnije razvijen F-16) i AMST taktičkog transportnog aviona. Iste godine tvrtka Boeing je krenula s pripremama za mogući RFP američkog ratnog zrakoplovstva koji bi doveo do projektiranja, izgradnje i letnih ispitivanja demonstratora tehnologija iz AMST programa. Ubrzo je postalo jasno da će upravo Boeing predložiti najnaprednije rješenje cijelog AMST programa. Uspješnost cijele koncepcije dodatno je potvrđena 1978. kad je glavni projektant YC-14 ? John K. (Jack) Wimpress dobio AIAA Desing Award za najuspješnije zrakoplovno rješenje. Wimpress je jedini zaposlenik Boeinga koji je radio na YC-14 programu od njegovog početka do kraja.

Boeing je još prije stekao veliko iskustvo kod aviona sa skraćenom stazom polijetanja i slijetanja radeći na prijedlogu svog CX Heavy Logistics Support Aircarafta koji je kasnije izgubio u utrci s C-5. Zbog CX programa Boeing je u suradnji s NASA-om preuredio jedan civilni Boeing 707 avion u prototip 367-80 na kojem su zajednički ispitivana nova rješenja zakrilaca s jednostrukim, dvostrukim i trostrukim procjepom, a potom i razne kombinacije predkrilca i zakrilca. Zbog toga je upravo Boeing u odnosu na sve ostale američke proizvođače aviona imao najviše koristi od NASA-inog ispitnog programa razvoja krila vrlo velikog uzgona. U svojim pripremama za RFP Boeing je razmotrio više različitih koncepcija krila povećanog uzgona s pretkrilcima i zakrilcima. Odabrana je i konfiguracija s dva motora kako bi se dobio najbolji odnos između sigurnosti i smanjenja troškova nabave i održavanja. Toj je odluci pridonijela i činjenica da je zbog povećanog uzgona krila trebala manja snaga motora za polijetanje. Na odluku o broju motora utjecala je i odluka da se uporabi USB sustav opstrujavanja krila zbog kojih su se motori morali postaviti na sami napadni rub krila. Nesmetan dotok zraka u motore tijekom polijetanja i slijetanja osiguran je konfiguracijom visokokrilca čime je ujedno i otklonjena mogućnost njihovog oštećenja dok se avion nalazi na zemlji. Maksimalno približavanje motora trupu smanjilo je moguću nestabilnost koja bi se u letu mogla javiti zbog mase motora koji su postavljeni gotovo pa iznad središnjeg trupa.

Unatoč svim istraživanjima i testiranjima uporaba USB sustava i dalje je bila rizična te se Boeing još jednom za pomoć obratio NASA-i kako bi dodatno potvrdio sva aerodinamična rješenja. Glavna USB ispitivanja obavljena su u NASA-inom zračnom tunelu u Langleyu dužine četiri metra. Već su početna ispitivanja pokazala da će povećanje uzgona biti najveće ikada zabilježeno u povijesti zrakoplovstva. Zbog toga će podaci dobiveni u Langleyu postati osnova za daljnje projektiranje Boeingovog dvomotornog STOL transportnog aviona. Osobito je bila važna potvrda da pozicija motora prislonjenih uz trup neće uzrokovati aerodinamičke probleme. Nakon toga Boeing je odmah počeo s izradom modela za ispitivanja u zračnom tunelu kojim je htio još jednom potvrditi sve podatke dobivene od NASA-e, samo što je novi model bio znatno preciznije izrađen i po svojem obliku bliži avionu, krajnjem proizvodu. Do kraja 1971. Boeingovi su stručnjaci naporno radili na više različitih dvomotornih modela koje su neprekidno testirali u zračnim tunelima.

Zbog toga je Boeing u trenutku raspisivanja RFP-a za AMST program, koji je objavljen u siječnju 1972., već imao vrlo napredne studije taktičkog transportnog aviona sposobnog da djelovanje s poletno-sletnih staza dužine samo 665 metara. Uz to proračuni su pokazivali da će novi transportni avion moći prenijeti 12 150 kilograma tereta na gotovo 2000 kilometara. Za usporedbu Herculesi su trebali gotovo dvostruko dužu poletno-sletnu stazu da bi ponijeli istu količinu tereta. Nakon što je američkom ratnom zrakoplovstvu predočilo u ožujku 1972. svoje idejne nacrte Boeingov je tim nastavio s intenzivnim testiranjima u zračnim tunelima. Ispitivanja u zračnim tunelima i dalje su bila fokusirana na testiranje izvedivosti projekta i otkrivanje mogućih problema vezanih uz položaj motora i konfiguraciju krila. U studenom iste godine Wimpressov je tim ponovno posjetio Langley kako bi se upoznao s najnovijim NASA-inim rezultatima u istraživanju USB konfiguracije. Joe Johnson i Dudley Hammond istaknuli su da su najnovija istraživanja još jednom potvrdila znatno povećanje uzgona koje je Boeing predvidio na samom početku projekta.

Već 10. studenog 1972. američko je ratno zrakoplovstvo objavilo da su za drugi krug AMST programa odabrane tvrtke Boeing i McDonnell Douglas te da će im dodijeliti ugovore za izradu prototipova. Nakon dobivanja tog ugovora, unatoč brojnim testiranjima u zračnim tunelima, Boeing je morao krenuti s pravom operacijom projektiranja novog aviona jer je cijeli projekt bio u fazi idejnih rješenja. Kad se krenulo s konkretnim projektiranjem Boeingovi su se stručnjaci morali pozabaviti pitanjem konstrukcije mlaznice motora koja je trebala usmjeravati ispušne plinove preko krila. Uz to morali su konstruirati zakrilca koja će biti dovoljno snažna da izdrže naprezanja uzrokovana brzim strujanjem vrućih plinova. Upitno je bilo hoće li strujanje plinova ostati kontinuirano preko zakrilaca i pri vrlo malim brzinama ili će se raspršiti i time bitno umanjiti koeficijent uzgona. Ispitivanja su pokazala da će strujanje ostati pravilno bez obzira na brzinu aviona. Za svaki slučaj Boeing je na krila YC-14 postavio vortex generatore kako bi dodatno pojačao strujanja na krilima tijekom slijetanja na vrlo kratke staze. Vortex generatori su se izvlačili samo kod su se zakrilca spuštala za više od 30 stupnjeva. Dodatno povećanje uzgona postignuto je superkritičnim profilom krila koje je Boeing razvio za svoj civilni avion 747. Dodatna ispitivanja superkritičnog profila krila obavila je NASA na mornaričkom avionu T-2C u Langleyu. Ispitivanja je vodio Richard T. Whitcomb sa zadaćom da u letnim testiranjima potvrdi sve podatke dobivene ispitivanjima u zračnim tunelima. Nakon što je NASA potvrdila uporabljivost superkritičnog profila krila Boeing je nastavio s projektiranjem krila za YC-14, ali i za njihov tada najmoderniji putnički avion 777. Zahvaljujući letnim ispitivanjima YC-14, ali i McDonnell Douglasovog YC-15, tehnologija superkritičnog profila krila mogla se sigurno uporabiti na širokom rasponu proizvoda, što je Boeing posebno iskoristio na svojim putničkim avionima. U praksi je uporaba superkritičkog profila donijela isti (ili veći) koeficijent uzgona uz manji otpor što je aviokompanijama donosilo uštede u potrošnji goriva.

Postavilo se i pitanje osiguranja upravljivosti avionom pri vrlo malim brzinama slijetanja, to jest do koje će brzine pretkrilca i zakrilca, posebno eleroni, i dale djelovati. U sklopu tih problema javio se i problem konfiguracije repnih stabilizatora. Prvobitni je plan, a sve zbog uštede u masi vertikalnog stabilizatora, predviđao postavljanje horizontalnih stabilizatora na repni dio trupa, odvojenih od vertikalnog stabilizatora. Kako je relativno brzo bilo jasno da horizonatalni stabilizatori neće moći djelovati u toj poziciji prebačeni su na vrh vertikalnog stabilizatora, daleko od vrućih ispušnih plinova motora. Na toj su poziciji vertikalni stabilizatori ostajali u “nedirnutoj” struji zraka bez obzira na položaj zakrilaca na krilima.
Do prosinca 1975. Boeing i Langley Research Center uglavnom su završili sva ispitivanja u zračnim tunelima te su zaključili da je potrebno napraviti daljnji korak – zemaljska ispitivanja prototipa. Za tu je namjenu Boeing u Tulalip testnom središtu napravio vjernu kopiju dijela središnjeg trupa, krila sa zakrilcima i motora kako bi u što realnijim uvjetima ispitao djelotvornost cijelog USB sustava, ali i razinu buke. Na osnovu prikupljenih podataka Langley je nastavio sa svojim testnim programom kako bi se razvio teoretski model potreban za projektiranje krila prvog prototipa. Daljnji je korak bila izrada vjerne makete YC-14 u omjeru 1/25 koju su izgradili neposredno pokraj Boeingovog Full-Scale Tunnel središta. Umjesto motora CF6-500D maketu su opremili znatno manjim JT-15D. Osim što su još jednom izmjerili postignut uzgon primjenom USB sustava na toj su maketi izmjerena i statička opterećenja krila te njihovo zagrijavanje zbog strujanja vrućih ispušnih plinova.

Letna ispitivanja

Boeing je dobio ugovor za gradnju dva prototipa označenih kao YC-14. Prvi je prototip poletio 9. kolovoza 1976. Zajedno s konkurentskim YC-15 u studenom iste godine prebačen je u Edwards Air Force Base. Do travnja 1977. YC-14 je uspješno prošao sva letna ispitivanja. Tijekom letnih ispitivanja YC-14 je poslan i u Europu kako bi se novo dostignuće američke industrije pokazalo američkim saveznicima. U lipnju 1977. prikazan je i na pariškoj zrakoplovnoj izložbi. Tom je prilikom posada YC-14 zadivila publiku pokazavši letne mogućnosti koje se dotad nisu vezale za transportni avion te veličine. Nakon “europske turneje” YC-14 je 18. lipnja 1977. prebačen u Langley Air Force Base kako bi se ispitale njegove STOL mogućnosti.
Iako je YC-14 pokazao do tada nedosegnute letne mogućnosti, i to ne samo kratku stazu polijetanja i slijetanja, letna su ispitivanja prekinuta 8. kolovoza 1977., točno godinu dana nakon prvog leta. Službeno je obrazloženje bilo da američko ratno zrakoplovstvo nema dovoljno novaca za razvoj AMST programa te da se postojeća moraju prebaciti na važnije programe, kao što je B-1B. Činjenica je da je već 1981. američko ratno zrakoplovstvo krenulo s novim projektom razvoja nešto većeg transportnog aviona koji će uspješno završiti s C-17, a koji je razvijen na osnovama YC-15.

Opis aviona
Kao što je već spomenuto kod YC-14 inženjeri tvrtke Boeing su se opredijelili za potpuno novi, dotad neispitan način ostvarenja velikog uzgona putem opstrujavanja gornje površine krila ispušnim plinovima motora. Zbog toga su dva velike turboventilacijska motora General Electric CF6-50D potiska 227 kN postavili tako da njihovi ispušni plinovi struje preko gornje površine centralnog dijela krila. Istodobno, u režimu najvećeg uzgona krila obarala su se unutrašnja zakrilca s trostrukim procjepom. Zakrilca su se obarala pod kutom od čak 85 stupnjeva. Pravilno opstrujavanje gornje površine postignuto je zahvaljujući izvlačivim vortex generatorima i velikim pregradama-vođicama ispod krila. Tako je postignuto da ispušni plinovi motora struje preko gornje strane krila i skreću naniže preko zakrilaca stvarajući silu izgona gotovo jednaku potisku motora. Vanjska zakrilca su velika dvostrukog procjepa. Duž čitavog napadnog ruba krila protežu se pretkrilca promjenjive zakrivljenosti. Da bi se dodatno povećala učinkovitost pretkrilca ugrađen je sustav za njihovo opstrujavanje zrakom iz motora. Britanska tvrtka Marconi-Ellliott proizvela je za YC-14 izvanredno zahtjevan elektronički sustav upravljanja zapovjednim površinama aviona s trokanalnim sustavom prijenosa podataka putem svjetlosnih vlakana (fly-by-wire). Zbog povećanja sigurnosti leta svaki je kanal dobio svoje letno računalo. Zapovjedne površine pokretale su se pomoću servouređaja.

U skladu s ultramodernom konstrukcijom aviona bila je i oprema pilotske kabine u koje su ugradili EADI (Elactronic Attitude Display Indicators) uređaje koji su se razni simboli koji su označavali razne elemente upravljanja avionom pojavljivali preko televizijske slike terena nad kojim je YC-14 letio. Kako bi cijena aviona bila što niža dobio je vrlo jednostavan zmaj. Na taj je način Boeing namjeravao postići zadanu cijenu od samo pet milijuna američkih dolara po avionu (po vrijednosti dolara iz 1972.) za seriju od 300 aviona. Najočitije prednosti konfiguracije visokokrilca s motorima postavljenim u razini napadnog ruba krila bile su slobodno krilo za nošenje vanjskih tereta, visoko postavljeni motori koje vozila na zemlji nisu mogla zahvatiti i oštetiti i koji su mogli raditi dok se utovarivao/istovarivao teret, vrlo nizak nivo buke i minimalan infracrveni potpis. Da bi se avion mogao zaustaviti na vrlo kratkoj sletnoj stazi ugrađen mu je sustav za skretanje potiska motora u smjeru leta koji je tijekom uporabe dodatno potiskivao avion prema dolje te tako povećavao učinkovitost kočnica na kotačima.
Letne odlike aviona bile su izvrsne. Između ostalog veliki uzgon krila omogućavao mu je strmo polijetanje s vrlo kratkih staza i izvlačenje preko prepreka. Mogao je prevesti 150 vojnika s opremom, uzletjeti sa staze dugačke samo 610 metara i sigurno letjeti brzinom od samo 157 km/h.

Zaključak

Iako je danas gotovo u potpunosti zaboravljen, pa tako čak ni na službenim stranicama tvrtke Boeing o YC-14 naći ćete samo jednu rečenicu, YC-14 je i danas najbolji avion koje je ta tvrtka ikad napravila i jedan od najboljih transportnih aviona svih vremena. Zašto je projekt njegovog razvoja obustavljen još i danas nije u potpunosti jasno. Činjenica je da je u vrijeme njegovog razvoja Boeing proizvodio jako malo vojnih aviona. Zbog toga se često tvrdi da je Lockheed Martin iskoristio sav svoj utjecaj da bi “uništio” YC-14 i tako osigurao opstanak svog C-130 Herculesa koji se i danas u proizvodi. Drugi tvrde da je specifična konfiguracija koja je omogućavala uporabu samo dva motora ograničavala razvoj YC-14 te da je američko ratno zrakoplovstvo radije odabralo YC-15 da bi na njegovim osnovama razvilo C-17. Činjenica je da je ukrajinski Antonov razvio svoj An-72 sa vrlo sličnom USB konfiguracijom. An-72 prvi je put poletio 22. listopada 1977. Iako tehnološki manje napredan od YC-14 An-72 se pokazao izvrsnim transportnim avionom koji je još i danas u operativnoj uporabi.

Usporedna tablica YC-14 i An-72
	YC-14	An-72
Raspon krila	39,32 m	31,89 m
Dužina	40,15 m	28,07 m
Visina	14,71 m	8,65 m
Motori	Dva General Electric CF6-50D	Dva ZMKB Progres/Ivčenko D-36
Potisak	228 kN	63,74 kN
Posada	tri člana	tri člana
Operativna masa	53 297 kg	32 000 kg
Maksimalna masa pri polijetanju (STOL)	77 111 kg	27 500 kg
Maksimalna masa pri polijetanju (normalna)	113 852 kg	33 000 kg
Maksimalna nosivost (STOL)	12 247 kg	?
Maksimalna nosivost (normalna)	36 742 kg	7 500 kg
Brzina krstarenja	723 km/h	660 km/h
Maksimalna brzina	811 km/h	700 km/h
Opracijski radijus	740 km	800 km
Dolet	5 134 km	2000 km
Brzina penjanja	1935 m/min	?
Plafon leta	13 716 m	10 700 m

 

Domagoj MIČIĆ