Hledání

Přihlášení

Home arrow Články arrow Technika arrow Design wingsuitu – základy aerodynamiky 2
Design wingsuitu – základy aerodynamiky 2 PDF Tisk E-mail
Autor: Hanka, 24. 02. 2006 (8260x shlédnuto)

WingsuitV tomto článku se chci rozepsat o základních aerodynamických principech, o kterých jsem pojednal v prvním článku (létání s wingsuit a základy aerodynamiky) a vysvětlím výzvy, kterým čelíme při návrhu a létání wingsuitů.

Wingsuit, stejně jako každé křídlo, vytváří vztlak a odpor. Vztlak a odpor jsou aerodynamické síly, které závisí na tvaru a velikosti létajícího tělesa (těla), okolních podmínkách a na rychlosti, kterou letí. Vztlak je zaměřen kolmo k letu a odpor podél letu.

Každé létající těleso vyžaduje rychlost, aby mohlo vytvářet vztlak na křídlech, trupu, ocasu atd. Existuje také určitá minimální rychlost, při které bude stále vytvářen dostatek vztlaku an to, aby těleso mohlo letět. Tuto rychlost nazýváme stall speed. Pod touto rychlostí ztratí těleso vztlak, cili těleso spadne. To samé platí pro wingsuit. Potřebuje rychlost, aby mohl letět.

Jeden ze snadných způsobů, jak ve zkratce popsat charakteristiky letícího tělesa je přes poměr klouzavosti. Klouzavost je poměr mezi koeficienty vztlaku a odporu (CL/CR). Protože jsou vztlak a odpor aerodynamické síly, indikuje poměr vztlaku a odporu aerodynamickou výkonnost letícího tělesa. Zjednodušeně řečeno nám udává, jak dobře těleso létá.

Poměr klouzavosti se mění s rychlostí. Existuje rychlost, při které je tento poměr nejlepší a tato rychlost je obvykle o 30–40% vyšší než pádová rychlost (zeptejte se kteréhokoliv pilota kluzáku na nejlepší klouzavou rychlost, 90% odpovědí bude 55-65 km/h minimální rychlost a 80-90 km/hod nejlepší klouzavá rychlost). Při letu za nejlepšího klouzání překoná letící těleso největší vzdálenost při dané výšce. Let pod nebo nad touto rychlostí znamená pro letící objekt překonání menší vzdálenosti.

Existuje také rychlost, při které má letící těleso minimální pádovou rychlost a tato rychlost je nižší než při nejlepším klouzavém letu. Při této rychlosti má tedy těleso podstatně nižší poměr klouzavosti. Výsledkem bude delší čas letu (v našem případě skákání s wingsuitem více volného pádu), ale kratší horizontální překonaná vzdálenost.

Když budeme udržovat rychlost nad optimální, bude menší jak let (volný pád), tak překonaná vzdálenost.

Charakteristiky zmíněné výše mohou být popsány grafem, který ukazuje vztah mezi horizontální a vertikální rychlostí (je obvykle používán piloty větroňů a rogal). Zde je jeden příklad:

 

 

popisky os: vh - dopředná rychlost (km/h), vv - pádová rychlost (m/s) (tento graf je pro L-13 Blanik)...


V grafu vidíme černou křivku A, která ukazuje, jaká bude pádová rychlost (v metrech za sekundu) pro jednotlivé dopředné rychlosti (v kilometrech za hodinu) během letu.

Zakreslíme vodorovnou osu B (modrá) tečující vrchol křivky A. Ta ji protne v modrém bodě, který odpovídá hodnotám x=68 km/h a y=0,82 m/s. Tato linka představuje minimální pádovou rychlost 0,82 m/s, která je dosažena při 68 km/h. Všimněte si, že pokud se budete pohybovat po křivce doprava nebo doleva, bude se se změnou rychlosti zvyšovat pádová rychlost.

Ale když zakreslíme tečnu C (červenou) vedoucí od bodu (0,0), dotkne se křivky v červeném bodě, který odpovídá x=75 km/h a y=0,95 m/s. Toto je bod maximálního aerodynamického výkonu a pokud letící těleso dosáhne této rychlosti, pokryuje největší vzdálenost pro danou výšku. Při této dopředné rychlosti má v daném případě letící těleso poměr klouzání 1:28. To znamená, že uletí 28 metrů dopředu na ztrátu jednoho metru výšky.

Je důležité poznamenat, že rozdíl ve váze (pro to samé těleso) neovlivní poměr klouzání. Těžší těleso bude klesat rychleji a bude mít vyšší rychlost, ale poměr klouzání zůstane stejný a obě tělesa uletí stejnou vzdálenost ze stejné výšky. Toto je hlavní důvod proč si myslíme, že poměr klouzání je jediný faktor, na kterém záleží výkonnost wingsuitu.
Pojďme se tedy podívat na to, co očekáváme od wingsuitu.

Pokud chceme jenom prodloužit čas volného pádu, jsou k tomu dva způsoby. Jedním z nich je nahlížet na parašutistu ve wingsuitu jako na běžného skokana a jenom zvýšit celkovou plochu kombinézy tak, aby vypadala spíš jako padák. Tento typ kombinézy především sníží pádovou rychlost, ale bude mít špatné letové vlastnosti a bude “pomalou” kobminézou. Tento typ kombinézy je dobrý pro ty, kteří chtějí delší volné časy.

WingsuitAle pokud chceme nahlížet na parašutistu ve wingsuitu jako na letící těleso, je jedinou logickou volbou zvýšit poměr klouzání wingsuitu. Aby výrobce tohoto dosáhl, musí vybrat mezi množstvím řešení, které musí být dobře zváženy, protože v aerodynamice je nemožné změnit jeden parametr, aniž byste ovlivnili další.

Při pokusech o zvýšení poměru klouzání se nabízí možnost zkusit zvýšit vztlak. Zvýšení vztlaku pro stejné křídlo a váhu sníží klesání a tím zlepší poměr klouzání.

Obecně platí, že množství vztlaku závisí na ploše, rozpětí a tvaru křídel a dalších ploch. Dále závisí na rychlosti, která jak již bylo zmíněno, záleží na fyzikálních vlastnostech letícího tělesa. Jelikož má lidské tělo již daný tvar a nelze ho příliš přizpůsobovoat co do velikosti a proporcí, mnoho již v tomto ohledu udělat nelze. Je třeba mít na paměti, že lidské tělo není vhodné pro létání, alespoň co se proporcí a síly týče.

Tvar pažních křídel je určován kompromisem mezi silou nutnou k udržení křídla roztaženého a aerodynamickým výkonem křídla. Aby bylo dosaženo maximální plochy křídla, je potřeba zcela napnout křídlo, ale to by bylo poměrně obtížné, protože by k tomu byla potřeba síla olympijského šampióna v gymnastice, abys udržel napnuté paže po dobu dvou minut. Nalézt optimální úhel pro křídlo byl jeden z nejtěžších úkolů v počátcích návrhu wingsuitů. Samozřejmě by bylo možné zvětšit plochu přidáním nějakých pevných částí do křídel a paží, ale to už nebyl wingsuit. Pokud chceš přidat nějaká mechanická křídla nebo něco podobného, pak Ti doporučuji spíše rogalo.

Pokud bychom se pokusili zvětšit plochu křídel po jejich kraji až dolů k nohám, plocha křídel by se téměř zdvojnásobila, ale opět by byla nutná velká síla k udržení paží roztažených. Tento tvar křídel by navíc mohl vést ke snížení vztlaku (v některých případech k jeho ztrátě). Jediná možnost pro zlepšení tedy spočívá v použití různých profilů a úhlování křídla.

Prakticky ty samé principy platí pro nožní křídlo. Není zde moc prostoru pro zvětšení plochy křídla, protože když budou nohy více na široko, vede to jen k malému zvětšení plochy, ale může způsobit velké obtíže při získávání odpovídající pozice těla. I zde by mohlo dojít ke ztrátě vztlaku.

Další možnost pro zlepšení nabízí minimalizace odporu, která by rovněž vedla k lepšímu poměru klouzání. Odpor lze minimalizovat zaujetím lepší letové pozice, ale toto je záležitostí každého jednotlivého pilota. Z pohledu výrobce či návrháře wingsuitu lze snížit odpor lepším, aerodynamickým designem (tzn. odstranění jakýchkoliv nerovností či volně plápolajících části, použití hladkých materiálů s co nejmenším třením atd) a zlepšením kvality výroby (konečné dokončení wingsuitu).

Výzkum se zaměřil na pružné či polopružné náběžné hrany křídel za účelem zlepšení profilu křídla. Obojí vede ke zvýšení vztlaku a snížení odporu, ale toto musí být přesně na míru pro každého pilota wingsuitu. Nepružné náběžné hrany jsou mnojem citlivější na nesprávnou polohu paží a změnu úhlu náběhu.

Wingsuit

V praxi se snahy ubírají oběma směry - jak ke zvýšení vztlaku, tak ke snížení odporu. Nelze ale zapomínat na to, že wingusity jsou navrhovány pro parašutisty tak, by mohli snadno otevřít padák, v případě potřeby dosáhli na kliky odhozu a záložního padáku a aby byly pohodlné pro nošení a let.Testování wingsuitů je kapitolou samu pro sebe. Není to exaktní věda, především proto, že výkon kombinézy záleží ve velké míře na pilotovi. Co je nejlepší pro jednoho pilota nemusí být nejlepší pro jiného.Phoenix-fly používá počítačové simulace pro návrh křídel do wingsuitů. Ovšem používá jen technologii s dvourozměrným obtékáním vzduchu. Modely s třírozeměrným obtékáním představují úlohy, které vyžadují extrémně výkonné počítače a tyto se používají leda tak ve velkých leteckých společnostech. A i tak musí být tyto výpočty ověřeny testováním ve větrném tunelu a v reálném prostředí. A je třeba upozornit na to, že i malá změna v pozici těla (nohou, paží, hlavy, hrudníku…) během letu bude mít za následek značnou změnu letových charakteristik.

Nabízí se otázka, zda už někdo zkusil testovat wingsuit ve větrném tunelu (neplést si ho prosím s větrným tunelem sloužícím k nácviku volného pádu), aby získal data ohledně chování wingsuitu za různých podmínek. Samozřejmě, toto by bylo jistě užitečné, ale (překvapivě pro některé lidi) větrný tunel vyžaduje pečlivé a zdlouhavé přípravy (co a jak měřit) a jedná se skutečně o dlouhý, složitý a nákladný proces, obvykle tak rok na to, aby bylo možno získat užitečné informace. Tento proces je zbytečný bez detailního plánování a dobře stanovených cílů a pokud není testování ve větrném tunelu takto pečlivě naplánováno, budou jediným výsledkem pěkné obrázky wingsuitu, kterak plápolá uvnitř tunelu. V současné době jsou náklady na testování ve větrném tunelu příliš vysoké.

Aerodynamika je fascinující směs vědy a umění. Znalost teorie sama o sobě nestačí, úspěšný design vyžaduje představivost, zkušenost a cit pro to, co funguje a co ne.




  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 >