Hledání

Přihlášení

Home arrow Články arrow Jak na to? arrow Aerodynamika a mechanika letu - 5. díl
Aerodynamika a mechanika letu - 5. díl PDF Tisk E-mail
Autor: Ivan Kraus, 25. 03. 2008 (11549x shlédnuto)
Součinitel vztlaku u symetrických, aerodynamicky nečistých těles souvisejících se skydivingem.

 

3.2 Součinitel vztlaku

3.2.1 Symetrická tělesa

Situace 1

Směru proudu vzduchu je rovnoběžný s osou symetrie těles, úhel náběhu α (alfa) je tedy u všech zobrazených těles nulový. Proud vzduchu je rozrážen na dvě stejné vzduchové hmoty pohybující se stejnou rychlostí a po stejných osově symetrických drahách podél každého jednotlivého tělesa. Žádné těleso negeneruje vztlak L a všechna tělesa generují pouze odpor D.

obr.1

Situace 2

Všechna tělesa jsou vůči proudu vzduchu mírně pootočena, úhel náběhu α (alfa) je tedy nenulový avšak u všech těles stejný (10°). Rozdělené vzduchové hmoty v tomto případě neobtékají obě strany těles symetricky a proto nepůsobí tlakově jenom ve směru nabíhajícího proudu vzduchu. Za této situace všechna zobrazená tělesa generují kromě síly odporové D i sílu kolmou na směr nabíhajícího proudu vzduchu: vztlakovou sílu L. Protože však každé zobrazené těleso díky svému tvaru ovlivňuje obtékání jiným způsobem, bude i charakter obtékání a tlakové poměry jiné a tím i součinitel vztlaku Cl u každého tělesa jiný a jak je zřejmé z obrázku i orientace působení vztlakové síly může být rozdílná. Poslední ze zobrazených těles je koule (nebo válec obtékaný kolmo na podélnou osu), která vztlak negeneruje, protože se její geometrie změnou úhlu náběhu nemění (koule a válec vykazují vztlak pouze při rotačním pohybu - u golfu, tenisu, fotbalu apod. se jak známo tohoto efektu velmi využívá).

 

 

Z těchto dvou situačních příkladů vyplývá, že součinitel vztlaku Cl nejvíce ovlivňuje:

  1. tvar tělesa včetně kvality jeho povrchu (včetně propustnosti tkaniny u vrchlíků)
  2. úhel náběhu tělesa α

Obecně tedy platí, že výsledný součinitel vztlaku je vztažen pouze pro konkrétní těleso (profil tělesa) při určitém konkrétním úhlu náběhu1) 

Zvětšení úhlu náběhu však neznamená vždy zvětšení součinitele vztlaku. Je třeba mít stále na paměti, že po překročení tzv. kritického úhlu náběhu αkrit , který je pro každé těleso jiný, představuje další zvětšování úhlu náběhu naopak pokles součinitele vztlaku. Tyto závislosti budou podrobněji popsány u jednotlivých typů těles.

Součinitel vztlaku je dále ovlivněn viskozitou vzduchu, zpravidla poněkud vzrůstá s vzrůstající hodnotou Re (info o Re viz Aerodynamika a Mechanika letu - 3.díl), ovšem tento vliv není u dnešních vrchlíků pro skydiving (na rozdíl od všeobecného letectví) až tak výrazný (řádově jde o jednotky procent). Stejně tak zanedbáme i vliv tzv. Machova čísla.

3.2.1.1 Symetrická aerodynamicky nečistá tělesa

U víceméně plochých těles jako jsou polokoule nebo deska vzniká vztlaková síla od přetlaku nabíhajícího proudu vzduchu vytlačovaného do opačné strany než je směr náklonu. Podtlak v úplavu ze těmito tělesy vztlakovou sílu téměř neovlivňuje (na rozdíl od profilovaných aerodyn. čistých těles).

Dutá polokoule

Dutá polokoule je zde uváděná s ohledem na tradici, protože je zastoupená klasickým kruhovým vrchlíkem. Již ze základního výcviku je obecně známo, že stažením popruhů se vrchlík nakloní a výše popsaný princip vyvolá boční posun vrchlíku - skluz. Čím více vrchlík nakloníme, tím vyšší součinitel vztlaku (tedy i rychlost skluzu) získáme, avšak přírůstky budou v porovnání s jinými tělesy poměrně malé. U pevné polokoule by se při cca 30° začaly přírůstky vztlaku blížit k nule (to znamená, že součinitel vztlaku se již nezvětšuje a vyšší rychlosti skluzu nelze dosáhnout) a po překročení cca 40° by začal součinitel vztlaku klesat.

obr.3

V praxi je možné klasický kruhový vrchlík (záložního) padáku naklonit pouze v rozsahu několika málo stupňů, protože při vyšším náklonu se okraj vrchlíku ve směru skluzu začne bortit. Prudký skluz s okrajem vrchlíku na hranici zborcení v turbulentním ovzduší může být především v blízkosti země poměrně nebezpečný, protože prudký boční poryv větru může velkou část vrchlíku dočasně zkolabovat.

Deska

Ačkoliv končetiny a tělo skydivera mají spíše charakter těles válcových, ve směru jejich podélné osy je můžeme pro vysvětlení aerodynamických sil nahradit tělesy deskovými. Případně můžeme i celé tělo skydivera nahradit pouze jedním deskovým tělesem (např. pro vysvětlení situací při trekování). Proto je popis aerodynamických vlastností deskového tělesa pro skydiving důležitý.

Je zřejmé, že deska obtékaná kolmo na směr proudu vzduchu nevykazuje žádný vztlak, obdobně jako dutá polokoule. Při malých úhlech náběhu se bude součinitel vztlaku zvyšovat úměrně s úhlem náběhu. Postupně se však přírůstky součinitele vztlaku budou zmenšovat a při úhlu náběhu cca 45° již k dalšímu navýšení nedojde a deska bude vykazovat nejvyšší možný součinitel vztlaku. Při dalším zvětšování úhlu nad 45° začne součinitel vztlaku postupně klesat až k nulové hodnotě při úhlu 90°, kdy bude deska obtékané přesně ve směru své podélné osy.

obr.4

Trojrozměrné obtékání deskového tělesa

Na výše zobrazeném obrázku je deska nakreslena v řezu a naznačená vzduchová hmota protéká podél jedné nebo druhé strany desky. V takovém případě hovoříme, že je obtékán dvourozměrný profil desky a nikoliv skutečné trojrozměrné těleso. Maximální součinitel vztlaku profilu desky by při 45° dosáhnul hodnoty cca Cl = 0,7 a součinitel odporu by byl jen o velmi málo vyšší, cca Cd = 0,75, jejich vzájemný poměr udávající klouzavost Cl/Cd by tak byl cca 0,95.

Takového proudění však nelze v letecké praxi dosáhnout, protože konkrétní deskové těleso musí mít nějaké konkrétní rozpětí (rozměr kolmý na obrázek). U trojrozměrného deskového tělesa dojde u obou bočních stran (tedy u tzv. okrajových profilů) i k částečnému stranovému pohybu vzduchové hmoty vlivem vyrovnání tlaků nad a pod deskou. Tento jev vyvolá u okrajových profilů dodatečné víření a způsobí pokles součinitele vztlaku. Tento pokles bude tím větší, čím bude rozpětí desky menší a naopak. K velmi velkému vyrovnávání a poklesu součinitele vztlaku dojde u válcového tělesa obtékaného v podélném směru, u kterého je již pouze velmi malá část vzduchové hmoty vychýlená ve směru podélné osy a může tak generovat vztlak:

obr.5

Je však třeba mít na paměti, že ačkoliv u trojrozměrných deskových těles s malým rozpětím dochází k výraznému poklesu součinitele vztlaku, stále platí, že nejvyššího součinitele vztlaku CL budou i tato tělesa dosahovat při úhlu náběhu cca 45°, avšak vzájemný poměr součinitelů vztlaku a odporu CL/CD se bude výrazně snižovat s únikem vzduchové hmoty do stran.

V praxi např. tělo dokonale trekujícího skydivera představuje takovou poměrně úzkou desku, jejíž maximální dosažitelná hodnota CL/CD činí cca 0,5 při úhlu náběhu 45°.

obr.6

Proč se tedy nepoužívá trekování bočními skluzy, když vzájemný stranový poměr stran skydivera by byl v takovém případě mnohem příznivější? Pomineme důvody biomechanické a jiné nepraktické a zůstaneme u aerodynamiky: V bočním skluzu je tělo skydivera spíše válcovým tělesem než deskou a takové těleso (jak výše uvedeno) vztlak téměř negeneruje.

Pro snížení nežádoucího úniku vzduchu do stran a s tím spojené ztráty vztlaku při trekování používají mnozí basejumpeři tzv. trekovací kalhoty, které mají navíc jinou propustnost přední a zadní tkaniny a přitom poskytují dostatečnou volnost pohybu pro ostatní fáze seskoku.

Z toho samého důvodu mají RW kombinézy přetahovací a optimálně i nafukovací botičky (booties), protože tyto:

a) zvětšují aerodynamicky účinnou plochu pro horizontální pohyb,

b) rozšiřují rozpětí plochy a tím zvětšují její účinnost snížením stranového obtékání.

Z výše uvedeného vyplývá, že pokud chceme dosáhnout co nejrychlejšího horizontálního pohybu ve volném pádu, je vhodné aby ty končetiny, které k pohybu můžeme využít byly k nabíhajícímu proudu vzduchu vždy pokud možno pod úhlem 45°. Toto platí s nadsázkou pro všechny skydiverské disciplíny s výjimkou okřídlených kombinéz, které již patří do těles aerodynamicky čistých s rozdílnou aerodynamikou.

Pokračování příště

1)Ovšem existuje velice důležitá výjimka: např. u mnoha aerodynamicky čistých těles v oblasti tzv. kritického úhlu náběhu αkrit bývá rozdíl v hodnotě Cl při stejném úhlu náběhu až 30%. Záleží, jestli se úhel náběhu zvyšuje a proud vzduchu se odtrhává nebo se naopak z velkého úhlu po úplném odtržení těleso navrací do malých úhlů podkritických. Tento jev se nazývá hystereze a bude podrobněji popsán u příslušného typu tělesa (profilu) v některém z dalších pokračování.

Ivan Kraus, Tato adresa je chráněna proti spamování, pro její zobrazení potřebujete mít Java scripty povoleny

 

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 - 4. díl

Aerodynamika a Mechanika letu - 3. díl

Aerodynamika a Mechanika letu - 2. díl

Aerodynamika a Mechanika letu - 1. díl

Přistání na sportovní padáku - 2. díl

Přistání na sportovní padáku - 1. díl




  Napište první komentář
RSS komentáře

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 >