Hledání

Přihlášení

Home arrow Články arrow Jak na to? arrow Aerodynamika a mechanika letu - 2. díl
Aerodynamika a mechanika letu - 2. díl PDF Tisk E-mail
Autor: Ivan Kraus, 03. 07. 2007 (10270x shlédnuto)

V prvním díle byl rozebrán vliv dynamického tlaku na velikost aerodynamických sil, v tomto díle budou popsány vlivy spojené s velikostí, typem a vzájemnou proporcí jednotlivých ploch sportovního padáku.

2.2 Velikost a typ aerodynamických ploch

Obecně platí: Velikost (výměra) aerodynamické plochy S ovlivňuje velikost aerodynamické síly přímo úměrně.

Zvětší-li se např. příslušná plocha padáku (např. plocha vrchlíku) 2x, zvětší se příslušná aerodynamická síla (např. vztlak) taky 2x (pokud všechny ostatní veličiny zůstanou zachované).

V rámci padáku se vyskytují různé typy aerodynamických ploch, které mají různý vliv na vznik aerodynamických sil:

  • plocha vrchlíku (půdorysný průmět) Sv [m2]1)
  • plocha nosných šňůr (čelní průmět) Sš [m2]1)
  • plocha pilota (čelní průmět) Sp [m2] 1)
  • plochy výtažného padáčku, slideru, kontejneru apod.

2.2.1 Plocha vrchlíku

Plocha vrchlíku Sv má jako jediná vliv na vztlakovou sílu L, odporovou sílu D i na vznik momentu M.

 

Změnou plochy vrchlíku můžeme např.:

a) Kompenzovat změnu vzletové hmotnosti padáku a to přímo úměrně. Zmenší-li se vzletová hmotnost např. o 30 % (ze 100 kg na 70 kg) a plocha vrchlíku také o 30 % (z 200 ft2 na 140 ft2) bude v obou případech dosaženo přibližně stejné pádové rychlosti. Mluvíme o tom, že oba vrchlíky mají stejné plošné zatížení, které je definované jako vzletová hmotnost padáku (s ohledem na tradici v librách, 1 lb = 0,4536 kg) podělená plochou vrchlíku (ve čtverečních stopách, 1 ft = 0,305 m). V tomto případě činí plošné zatížení 1,1.

Poznámka: Je velice nezbytné mít na paměti, že některé další významné letové vlastnosti u obou zmíněných padáků již zdaleka stejné nebudou. Menší padák bude mít výrazně větší obratnost (vlivem menšího momentu setrvačnosti), která způsobí, že pilot menšího vrchlíku bude mít subjektivní pocit vyšší pádové rychlosti. Tuto skutečnost je potřeba při výběru vrchlíku zohlednit.

b) Měnit pádovou rychlost ve stejné nadmořské výšce.

Jak již bylo uvedeno v poznámce u článku „Přistání na sportovním padáku – 1. díl“, při stejných ostatních parametrech, tj. aerodyn. vlastnostech, hmotnosti, nadmořské výšce atd. platí:

pro snížení pádové rychlosti o 10 % je potřeba zvýšit plochu vrchlíku o 19 %

(například vyměnit vrchlík o ploše 130 ft2 za vrchlík 160 ft2 stejného typu při stejné vzletové hmotnosti)

pro snížení pád. rychlosti o 20 % však již znamená zvětšit plochu vrchlíku o výrazných 36 %

(rozdíl mezi 130 ft2 a 200 ft2 u vrchlíků stejného typu)

c) Kompenzovat měnu nadmořské výšky pro zachování stejné pádové rychlosti. Jak bylo uvedeno v prvním díle s nadmořskou výškou (teplotou i vlhkostí vzduchu) se snižuje objemová hmotnost vzduchu.

Pokud by někdo chtěl přistávat v různých nadmořských výškách stejnou rychlostí jako na svém vrchlíku např. o velikosti 150 ft2 na běžné české dropzóně v cca 300 m.n.m., musel by kompenzovat snížení hmotnosti vzduchu (a tím odpovídající snížení dynamického tlaku) vzduchu zvětšením plochy vrchlíku následovně:

  • 1800 m.n.m (např. letiště ve Sv. Mořici) - snížení hmotnosti vzduchu (o cca 16 %) odpovídá zvýšení plochy vrchlíku o 19 %, tedy téměř na velikost 180 ft2
  • 3000 m.n.m (horní stanice lanovek v Alpách) - snížení hmotnosti vzduchu (o 26 %) odpovídá zvýšení plochy vrchlíku o 35 %, tedy na velikost 200 ft2
  • 6000 m.n.m (patrně někde v Himalájích) - snížení hmotnosti vzduchu (o 46 %) odpovídá zvýšení plochy vrchlíku o 85 %, tedy na velikost 280 ft2
  • cca 8848 m.n.m (Mt. Everest) - snížení hmotnosti vzduchu (o 62 %) odpovídá zvýšení plochy vrchlíku o 163 %, tedy téměř na velikost vrchlíku 400 ft2

 

2.2.2 Plocha nosných šňůr

Plocha nosných šňůr Sš má vliv výhradně na aerodynamickou odporovou sílu D. Vzhledem k tomu, že je žádoucí odporovou sílu D co nejvíce snížit, je snaha co nejvíce snížit i průmětnou plochu šňůr. Existují zhruba následující možnosti jak toho dosáhnout:

  • délku nosných šňůr co nejvíce zkrátit – toto opatření má však svou stinnou stránku, nadměrné zkrácení způsobuje určitou příčnou nestabilitu tj. kývání pilota pod vrchlíkem ze strany na stranu (povolení prsního popruhu po otevření zvyšuje příčnou stabilitu) .
  • zmenšit průměr nosných šňůr – zde je limitní pevnost použitého materiálu
  • snížit počet nosných šňůr – užitím diagonálních výztuh v konstrukci vrchlíku se vkládají šňůry namísto mezi dvě komory, ale mezi tři komory a nově i mezi čtyři komory. (z hlediska aerodynamiky, s ohledem na viskozitu vzduchu je výhodnější použít méně šňůr o ekvivalentně větším průměru pro zachování stejné pevnosti)

Poznámka: Jedná se často o technologie a technické inovace převzaté z vrchlíků pro paragliding, kde existuje mnohý optimalizační software pro získání co nejlepších výkonů. Šňůry výkonných padákových kluzáků (pro paragliding) jsou extrémně tenké, v běžném provozu náchylné na poškození, a vyměňují se i několikrát ročně. U klouzavých padáků (pro skydiving) není vliv šňůr na výkonové parametry až tak zásadní, navíc šňůry musí být dimenzovány na dynamický náraz při otvírání.

2.2.3 Plocha pilota

Plocha pilota Sp má u klouzavého padáku obdobně jako u šňůr vliv výhradně na aerodynamickou odporovou sílu D.

Plochu pilota nemůže v praxi výrobce na rozdíl od ostatních ploch přesně určit, nicméně může (musí) předpokládat s určitou tolerancí, že určité tělesné hmotnosti pilota odpovídá i jeho příslušná čelní plocha pilota2). Samozřejmě tato proporce nemusí být úplně přesná (např. vytáhlý hubený pilot v porovnání s menším podsaditým pilotem) nicméně jedná se o odchylky sice v jednotkách procent, se kterými se ale při určování hmotnostních limitů musí počítat.

Uvádí-li výrobce pro konkrétní vrchlík určitý rozsah vzletové hmotnosti, znamená to také, že je vrchlík navržen a otestován i na určitý rozsah odporové síly od pilota odpovídající jeho čelní ploše při běžném skydiverském oděvu (RW kombinéza, oděv na FreeFly).

Zvětšování vzletové hmotnosti při stejné ploše vrchlíku jde ruku v ruce se zvětšováním plochy pilota oproti ploše vrchlíku a má za následek zvětšení odporové síly D oproti vztlakové síle L, což vždy znamená zvětšení úhlu klouzání (zhoršení klouzavosti) a zároveň zvětšení úhlu náběhu vrchlíku, které navíc jako zpětná vazba generuje zvýšení odporu vrchlíku3) (bude vysvětleno v některém z dalších pokračování).

V praxi se tento jev začíná projevovat u vrchlíků o ploše cca 200 ft2 a u vrchlíků o ploše cca 150 ft2 se již projevuje poměrně výrazně. U vrchlíků od cca 120 ft2 a méně se projevuje naprosto zásadním způsobem4) – v této velikostní kategorii může i poměrně nevýrazné překročení maximální doporučené hmotnosti spojené se zvětšením plochy pilota vyvolat značné zvětšení úhlu náběhu vrchlíku i při jeho plném vypuštění. Tím se výrazně omezí rozsah mezi rychlostí plně vypuštěného vrchlíku a pádovou rychlostí. V extrémním případě může dojít i k situaci, že výsledný úhel náběhu se i při plném vypuštění zvětší natolik, že dosáhne kritického úhlu náběhu (stav přetažení) a padák nebude vůbec schopen letu.

Obdobná situace může nastat i u větších vrchlíků při maximálním plošném zatížení při užití např. okřídlené kombinézy (wingsuit) nebo při seskoku s taženým transparentem apod. Okřídlená kombinéza výrazně zvyšuje čelní plochu a tím i odpor pilota a z toho důvodu je potřeba použít vrchlík o větší ploše a pohybovat se spíše na spodní hranici plošného zatížení určeného výrobcem (nemluvě o požadavku na stabilní bezproblémové otevírání s ohledem na omezenou volnost pohybu v kombinéze).

Plochu a odpor pilota můžeme v praxi částečně zmenšit zaujmutím vhodné polohy v postroji (pokrčením nohou, nakročením, zapažením, maximálním předklonem v postroji apod. – paraglidisté používají polohu v leže a aerodynamickou sedačku).

2.2.4 Plocha výtažného padáčku, slideru apod.

Tyto plochy nezbytné pro otevření padáku vytváří na otevřeném padáku výhradně škodlivý odpor a nabývají na vlivu se zmenšováním plochy vrchlíku. Použití kolabovacích padáčků a sliderů má z hlediska aerodynamických vlastností padáku výraznější vliv od plochy vrchlíku cca 200 ft2 a méně. Od cca 150 ft2 se již natolik zhoršují aerodynamické vlastnosti, že se užití kolabovacích systémů stává nezbytností.

Poznámka: V demonstrativních aerodynamických výpočtech v dalších pokračováních budeme předpokládat užití naprosto dokonale zkolabovaného padáčku i slideru, že si budeme moci dovolit jejich vliv pro zjednodušení výpočtů zanedbat.

(pokračování příště)


1)V obecných aerodynamických výpočtech budeme uvažovat plochu v m2 (a obecně metrickou soustavu) neboť je to v našich evropských zvyklostech jednodušší, než v letectví obecně používané čtvereční stopy.

2)Platnost tohoto tvrzení lze demonstrovat na situaci při formačním skydivingu (RW), kde je běžné, že i malý diver o nízké hmotnosti je většinou schopen se ve volném pádu vyvážit s vysokým diverem o hmotnosti výrazně vyšší.

3)Samotné zvětšování plošného zatížení bez zvětšování plochy pilota (např. při použití zátěžové vesty) aerodynamické vlastnosti padáku nemění (např. úhel klouzání zůstává stejný), mění se však mechanika letu - zvyšuje se rychlost klouzání při plném vypuštění, rychlost pádová, zvětšují se poloměry zatáčení a především se zvětšuje poloměr přechodového oblouku při přistání s narychlením.

4)Je to právě plocha pilota, která je jednou ze zásadních omezujících veličin pro praktické zmenšování vrchlíků (bez ohledu na přistávací rychlost, která nemusí být např. pro přistání do vody až tak rozhodující).

 

Další články autora:

Aerodynamika a Mechanika letu - MANTA nebo BOX?

Aerodynamika a Mechanika letu - Trekování

Aerodynamika a Mechanika letu - 7. díl

Aerodynamika a Mechanika letu - 6. díl

Aerodynamika a Mechanika letu - 5. díl

Aerodynamika a Mechanika letu - 4. díl

Aerodynamika a Mechanika letu - 3. díl

Aerodynamika a Mechanika letu - 1. díl

Přistání na sportovní padáku - 2. díl

Přistání na sportovní padáku - 1. díl

 




  Komentáře (6)
RSS komentáře
 1 Nejak tomu nerozumim...
Přidal Goldik27, 09. 07. 2007 10:52
... když: "Plocha vrchlíku Sv má jako jediná vliv na vztlakovou sílu L, odporovou sílu D i na vznik momentu M."  
....potom jak je možné že: "Plocha nosných šňůr Sš má vliv výhradně na aerodynamickou odporovou sílu D. + Plocha pilota Sp má u klouzavého padáku obdobně jako u šňůr vliv výhradně na aerodynamickou odporovou sílu D."
 2 Přidal Ivan Kraus \n Tato adresa je chráněna proti spamování, pro její zobrazení potřebujete mít Java scripty povoleny ' target='_blank'>website, 09. 07. 2007 12:20
Zatímco vztlaková síla a moment jsou ovlivněny pouze plochou vrchlíku, tak odporová síla je ovlivněna plochami všemi a její velikost je se rovná součtu dílčích odporů od všech jednotlivých ploch (vrchlík, šňůry, pilot, padáček, slider).  
 
Nabízím výstižnější znění citovaných vět: 
 
"Plocha vrchlíku Sv má vliv na odporovou sílu D a jako jediná plocha má vliv na vztlakovou sílu L a na vznik momentu M." 
 
"Plocha nosných šňůr Sš má vliv na aerodynamickou odporovou sílu D (vztlakovou sílu a moment neovlivňuje)." 
 
"Plocha pilota Sp má u klouzavého padáku obdobně jako u šňůr vliv pouze na aerodynamickou odporovou sílu D (vztlakovou sílu a moment také neovlivňuje)."
 3 Přidal Goldik27, 09. 07. 2007 14:10
OK, nechtěl jsem být hnidopich, ta věta je špatně formulovaná, protože z ní jasně vyplýva nesmysl, že Sv má jako jediná vliv i na D (což nemá). Jinak hezký článek, těším se na pokračování. Aspoň vidíš, že to někdo čte -)
 4 Přidal MarcuS, 06. 10. 2007 10:42
Je to moje začátečnická neznalost, ale jaké je tedy "ideální" plošné zatížení padáku? Díky.
 5 Přidal Ivan Kraus, 08. 10. 2007 11:41
Na otázku, jaké je „ideální“ plošné ztížení, neexistuje jednoznačná odpověď.  
 
Jednotlivé díly seriálu (hlavně ty pozdější, kde budou určité zákonitosti zevrubně vysvětleny) by postupně měly dávat dílčí informace jaké konkrétní vlastnosti od toho či onoho konkrétního vrchlíku lze očekávat již na základě jeho technických dat (typ tkaniny, plocha, půdorysný tvar, štíhlost, délka šňůr, počet komor/počet šňůr atd.) při určitém plošném zatížení a navíc, že často nejde jen o otázku „ideálního“ plošného zatížení. 
 
Obecně platí, že čím nižší plošné zatížení tím menší přistávací rychlost a menší riziko úrazu při přistání. Neplatí to však vždy a všude. V praxi si „ideální“ plošné zatížení volí každý skydiver sám podle svých osobních preferencí (v rozsahu kategorií Ž-B případně C mu ho často k nevoli skydivera „zvolí“ jeho instruktor) a podle toho si vybírá příslušný typ vrchlíku. Často je to i obráceně: Podle vybraného typu vrchlíku (například s polopropustným spodním potahem) je potřeba zvolit plošné zatížení tak, aby se pohybovalo v rozsahu doporučených plošných zatížení. 
 
Obecně lze vysledovat zhruba následující preference běžných skydiverů při volbě zatížení. 
 
1. Preference co nejmenší a nejlehčí padákové soupravy z důvodu pohodlného pohybu ve volném pádu (pro tuto volbu u mnohých existují samozřejmě i jiné důvody – avšak často podstatně méně racionální).  
 
Mnozí skydiveři se ještě nedávno řídili heslem „skáči nejvyšší možné plošné zatížení, jaké jsem již (ne)schopen zvládnout“ a často bylo vidět zatížení 2,0 a vyšší. Toto rozhodnutí však nese mnohá úskalí – nízká klouzavost (spojená s obtížným doletem na dropzónu při špatném vysazení), vysoká pádová rychlost, vysoké opadání ve středních a ostrých zatáčkách, vyšší závadovost (např. téměř nezbytný odhoz při závitech) atd. Z toho důvodu (po několika vážných i smrtelných zraněních) mnoho skokanů (a to i velmi zkušených) přezbrojilo na nižší, (kompromisní) plošná zatížení. 
Platí totiž: 
„Pro přežití skydivera není důležité jaké bude jeho nejlépe povedené přistání, ale jaké bude to nejhorší za celou jeho skydiverskou kariéru.“ 
(to by možná mohl dát Gondo do myšlenek dne :)
 
2. Preference optimálních letových vlastností při disciplínách spojených s letem na padáku a jeho přistáním – např. přesnost přistání a pilotáž vrchlíků. Toto jsou však specializované sportovní disciplíny pro pilotu s mnoha stovkami (tisícovkami) seskoků, zde již žádná jednoduchá pravidla neplatí a je potřeba konkrétní plošné zatížení stanovit experimentálně.  
 
3. Preference stabilního otvírání a nízké závadovosti např. pro seskoky s okřídlenými kombinézami zpravidla vedou k volbě spíše nižších plošných zatížení než pro běžné skákání. Extrémně musí (zcela samozřejmě) tomuto požadavku vyhovovat vrchlíky pro BASE jumping.  
 
4. Preference maximální klouzavosti a minimálního opadání se uplatňují především v paraglidingu, kde jsou z toho důvodu plošná zatížení velmi nízká – ve skydivingu jsou tyto vlastnosti spíše doplňkové. 
 
5. Jiné, o kterých nevím nebo na které jsem zapomněl.
 6 Přidal Gondo website, 08. 10. 2007 12:09
Ivane, už to tam je. S touhle myšlenkou se naprosto ztotožňuji.

Pouze registrovaní uživatelé mohou přidat komentář.
Prosím přihlašte se nebo se zaregistrujte..

Powered by AkoComment Tweaked Special Edition v.1.4.6
AkoComment © Copyright 2004 by Arthur Konze - www.mamboportal.com
All right reserved

 
< Předch.   Další >