Hledání

Přihlášení

Home arrow Články arrow Jak na to? arrow Aerodynamika a mechanika letu - 7. díl
Aerodynamika a mechanika letu - 7. díl PDF Tisk E-mail
Autor: Ivan Kraus, 21. 05. 2009 (8715x shlédnuto)

V tomto díle je popsána závislost součinitele vztlaku na úhlu náběhu, dále je popsán maximální součinitel vztlaku a úhel náběhu a princip vzniku zaklopení náběžné hrany vrchlíku.

Zvyšování součinitele vztlaku s úhlem náběhu.

Na konci předchozího dílu byl zobrazen asymetrický profil a bylo vysvětleno, že už  při nulovém úhlu náběhu bude takový profil vykazovat vztlak. Zvětšením úhlu náběhu se vztlaková síla bude zvětšovat.

 

 

Na obrázku je zobrazen asymetrický profil přibližně s úhlem náběhu vypuštěného vrchlíku při klouzavém letu. Zvětšením úhlu náběhu se úměrně zvětší podtlakové pole, a to především v oblasti náběžné hrany, a tím se zvětší i součinitel vztlaku.

Pro lepší představu lze velmi zjednodušeně říci, že je vrchlík za běžného klouzavého letu ke vzduchu přisát svojí horní přední hranou. Proto jsou i síly při stahování přeních popruhů výrazně vyšší než při stahování řídiček, které stahují odtokovou hranu, na kterou působí podtlak v daleko menší míře.

Součinitel vztlaku takového profilu se přímo úměrně zvětšuje s úhlem náběhu, přičemž naprostá většina profilů (symetrických i asymetrických) vykazuje přírůstek součinitele vztlaku cca 0.1 na 1˚ úhlu náběhu.

Výše uvedené přímo úměrné (lineární) zvyšování vztlaku ovšem končí v okamžiku, kdy se úhel náběhu zvětší natolik, že se proud vzduchu od zadní horní hrany začne odtrhávat.

 

7-2

Jak je vidět na obrázku, podtlak na horní přední straně profilu dosahuje maxima (v leteckém slangu dle tvaru podtlakové křivky hovoříme o tzv. sací špičce) a na horní straně odtokové hrany se již proud vzduchu začíná odtrhávat a podtlakové pole v této části profilu mizí.

Se zvyšujícím se úhlem náběhu se oblast odtrhávání na horní straně odtokové hrany zvětšuje - posouvá se k náběžné hraně, součinitel vztlaku se nezvětšuje, při dalším zvyšování úhlu náběhu začne naopak klesat a po úplném odtržení proudu vzduchu na horní straně profilu skokově poklesne na zhruba 1/3 maximální hodnoty.

 

Maximální součinitel vztlaku

Maximálně dosažený součinitel vztlaku profilu před odtržením proudu vzduchu na sací straně profilu se nazývá Cl max .

U symetrických profilů bývá obvykle cca Cl max  1,0. U asymetrických profilů používaných na nosné plochy v letectví bývá Cl max cca 1, 3 až 1,8 .

Velikost Cl max je jedním ze základních kriterií při výběru profilu pro konkrétní letecké zařízení (motorový letoun, kluzák, klouzavý padák atd.). Pokud například máme pro konstrukci nového vrchlíku k dispozici dva profily přibližně stejných vlastností, avšak rozdíl v jejich Cl max  bude 30% (tento rozdíl může být teoreticky i prakticky mnohem vyšší) a vybrali bychom profil s nižším Cl max , museli bychom tuto volbu pro zachování stejné pádové a přistávací rychlosti kompenzovat o 30% větší plochou vrchlíku.

V praxi se u stejně zaměřených vrchlíků s tak velkými rozdíly v Cl max  profilů asi nesetkáme. Důvodů může být mnoho, jedním z nich bude patrně skutečnost,  že oproti „velkému" letectví se mohou výrobci vrchlíků  vzájemně daleko více „inspirovat".

Je však třeba mít na paměti, že během provozu vrchlíku dochází k postupnému snižování maximálně dosažitelného součinitele vztlaku vrchlíku  CLmax a zvyšování součinitele odporu CD , čímž se postupně mění k horšímu základní letové charakteristiky.

Ke snižování dosažitelného CLmax dochází postupně se zvětšující se propustností tkaniny, čímž se snižuje dosažitelný podtlak na sací straně vrchlíku a zároveň druhotně ovlivňuje tvar vrchlíku včetně jeho profilu.

Ačkoli se tato postupná změna týká především relativně malých velmi zatížených vrchlíků z nepropustných tkanin, ani pomalejší a školní vrchlíky jí nejsou ušetřeny1).

 

Kritický úhel náběhu

Úhel náběhu, při kterém dojde k výraznému odtržení a při kterém součinitel vztlaku výrazně poklesne, označujeme jako tzv. kritický úhel náběhu αkrit. Po překročení αkrit navíc dojde k významnému nárůstu součinitele odporu (viz předchozí díly) a ke změně klopivého momentu (o klopivém momentu a jeho vlivu na bezpečnost bude pojednáno v některém z dalších dílů).

 

Proces odtrhávání proudu vzduchu od profilu

Odtrhávání proudu vzduchu nastane u různých profilů při různém úhlu náběhu. Zde mohou být (a často bývají) mezi konkrétními profily značné rozdíly. Teoretický rozbor, proč k odtržení dojde, ponecháme stranou a budeme se soustředit na to, při jakém úhlu náběhu a jaký průběh má odtrhávání proudu vzduchu u konkrétních skupin profilů používaných v letectví.

Obecně pro všechny profily (souměrné i nesouměrné) platí:

Proud vzduchu se od profilu začne odtrhávat vždy na jeho sací straně, tedy na té, kde vzniká větší podtlak (u vrchlíků vždy na horní straně), v blízkosti odtokové hrany. Odtrhávání se postupně rozšiřuje k hraně náběžné, až k úplnému odtržení. 

Rychlost odtržení a rozsah úhlů náběhu při odtržení je pro každý profil velmi individuální.

K velmi prudkému a téměř okamžitému odtržení dochází zpravidla u tenkých profilů vrchlíků z nepropustných tkanin, ve všeobecném  letectví k němu často dochází u starších profilů, často pocházejících z období 2. sv. války. 

K pozvolnějšímu a tedy z hlediska letové bezpečnosti výrazně příznivějšímu odtrhávání dochází u tlustých profilů2) a ve skydivingu u vrchlíků z propustných tkanin, kde dochází k efektu vyfukování a následnému „vyhlazování" mezní vrstvy a tím i k oddálení nástupu zpětného víru doprovázejícího odtrhávání proudu vzduchu a tím i pozvolnému poklesu Cl max, viz např. letitá konstrukce vrchlíků pro přesnost přistání Parafoil 252 a 282. 

 

Hystereze při odtrhávání

Je důležité mít na paměti, že u mnohých profilů dochází při návratu z velkého úhlu náběhu po částečném nebo úplném odtržení proudu vzduchu k situaci, ve které opětovné „přisátí" profilu nastane až po dosažení výrazně nižšího úhlu náběhu než při jakém došlo k odtržení. Tento jev se nazývá hystereze.

Pro lepší představu lze tuto situaci demonstrovat na příkladu letadla, u kterého dojde k přetažení z normálního letového režimu řekněme při úhlu náběhu cca 14˚, ovšem k návratu do normálního  letového režimu dojde až při návratu k úhlu náběhu cca 10˚. Aby byl obnoven letový režim, musí pilot výrazněji potlačit (stejné jako kdyby pilot vrchlíku povolil řídičky), než kdyby tento jev neexistoval.

Hlavní příčinou tohoto jevu je zpětný vír v zadní části sací strany profilu, který vznikne v průběhu odtrhávání a který při návratu z režimu přetažení musí nabíhající vzduch nejdříve „odfouknout".

Ve skydivingu se tento jev bude vyskytovat spíše u tenkých profilů vrchlíků z nepropustných tkanin. Naopak výše zmíněné vrchlíky s tlustými profily z propustných tkanin jsou vůči tomuto jevu téměř imunní.  

 

Nulový součinitel vztlaku u asymetrického profilu a zaklopení náběžné hrany

Profil bude vykazovat nulový vztlak, jestliže (pod)tlakové síly po jeho obvodě se navzájem vyruší. U symetrického profilu je to jednoduché, taková situace nastane při nulovém úhlu náběhu, kdy je tlakové pole kolem profilu osově souměrné - viz předchozí díl seriálu.

 

 

U asymetrického profilu, jak je zřejmé z obrázku, se budou podtlakové síly ve směru kolmém k proudění navzájem vyrovnávat při mírně záporném úhlu náběhu. V takovém případě se podtlakové pole na horní straně profilu posune dozadu blíže k odtokové hraně a na spodní straně profilu se u náběžné hrany vytvoří podtlaková špička, která nasává přední část profilu směrem dolů. V takovéto situaci dojde u vrchlíku nevyhnutelně k zaklopení náběžné hrany směrem dolů a dojde k částečné až úplné letuschopnosti vrchlíku. Zaklopení ovšem začíná při součiniteli vztlaku vyšším než nulovém, a to vždy, jakmile se vytvoří dostatečně velká podtlaková špička na spodní straně profilu.

Jinými slovy, s trochou nadsázky lze tvrdit, že každý vrchlík s asymetrickým profilem musí vykazovat určitý (pro každý vrchlík jinak velký) minimální součinitel vztlaku, jinak dojde k zaklopení náběžné hrany.

Zaklopení náběžné hrany se vyskytuje především u vrchlíků pro paragliding (zde existují postupy jak s tímto jevem nakládat), ovšem objevuje se i ve skydivingu, především u starších modelů vrchlíků z nepropustných tkanin a nejvíce hrozí při letu v turbulenci. Je velmi důležité mít na paměti, že tendence k zaklopení přední hrany bude u každého vrchlíku jiná, velmi záleží na konkrétních vlastnostech vrchlíku, především použitého profilu a jeho tvarování v oblasti náběžné hrany. Největší tendenci k zaklopení mají vrchlíky s profilem pro vysokou klouzavost a s velkou štíhlostí křídla (velkým poměrem mezi rozpětím a hloubkou), tedy především vrchlíky pro paragliding. Nejmenší tendenci budou mít vrchlíky s profily jejich přední část se tvarově blíží symetrickým profilům. 

Profily používané v letecké praxi jsou navrhované tak, aby co nejlépe vyhověly mnoha, často velmi protichůdným, požadavkům. Ve skydivingu tedy kromě dvou základních hodnotících kritérií, maximálně dosaženého součinitele vztlaku, minimálního součinitele odporu (který by měl být v pracovním režimu padáku co nejmenší - viz  4. díl seriálu), hraje velkou roli tendence k zaklopení náběžné hrany, která má přímý vliv na tvarovou stabilitu vrchlíku a tím i bezpečnost.

 

Pokračování příště

 

 1)U některých vrchlíků, po absolvování mnoha set seskoků, může být pokles CLmax opravdu extrémní. Odhaduji, že pokles o 30% a více je u některých „povedených kousků" reálně dosažitelný - původní vrchlík o ploše 200sqft by v takovém případě po opotřebení vykazovat vztlak L jako stočtyřicítka a odpor D asi jako dvěstětřicítka. V takovém případě již může dojít k situaci, kdy výsledný poměr L a D bude tak žalostný, že se vrchlík i při plném vypuštění řídiček bude nacházet na hranici permanentního přetažení. O bezpečnosti seskoku na takovém vrchlíku (i při nižším plošném zatížení) lze s úspěchem pochybovat. Jak by asi vypadal seskok na podobně opotřebovaném vrchlíku o ploše např. 100sqft raději nedomýšlet.

Z uvedených důvodů proto doporučuji při nákupu vrchlíku z druhé ruky, kromě obvykle  prováděné prohlídky a kontroly, věnovat velkou pozornost kvalitě propustnosti tkaniny, a to i u vrchlíků z propustných tkanin (paraglididsté mají na měření nepropustnosti příslušné měřidlo) a případně (především pokud je ve sportu někdo nováčkem a nebojí si to přiznat) si nechat vrchlík zkontrolovat i v tomto ohledu svým instruktorem, ještě lépe padákovým technikem (riggerem). Prodávající, pokud soustavně skáče pouze na tomto vrchlíku a nepohybuje se na hranici max. zatížení, si ani nemusí postupně se zhoršujících letových vlastností povšimnout. V případě jakýchkoliv pochybností raději od koupě ustoupit, nemluvě o neprovádění „zkušebního" seskoku.

 

 2)Jako příklad pomalého odtrhávání ze všeobecného letectví lze uvést např. některý z profilů prof. Wortmanna ze 60. let min. stol. určených pro výkonné větroně, u kterých začíná odtrhávání při úhlu náběhu cca 6˚, což je sice poměrně malý úhel, ovšem úplné odtržení nastane až při úhlu přes 20˚ a k poklesu Cl max dochází velmi pozvolně (např. kluzák VSO-10).

 

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 - 6. díl

Aerodynamika a Mechanika letu - 5. 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

 
Další >