..............Zanonia Cup...................

KRÁTKÉ  POVÍDÁNÍ  O  LÉTAJÍCÍCH  STROJÍCH  BEZ  OCASNÍCH  PLOCH

            Jsou stále ještě příznivci bezocasých létajících strojů, zejména modelů, mezi námi, což je  dobře. Asi velmi dobře. Myslím, že jsem se hned v úvodu prozradil se svým postojem k nim. Nebudu však nezdravě zaujatý.

     Tak se zkusím zeptat obecně – proč samokřídla? Ale proč by zase měl mít letoun za každou cenu ocasní plochy, když to nemusí být  vždy bezpodmínečně nutné? Má to ale smysl vyřadit ocasní plochy nebo je to jen jakési bláznivé počínání těch co „mají roupy“?Když se tvrdí, že hlavně nebo dokonce, jen nosná plocha rozhoduje o výkonech letadla a trup i ocasní plochy vytvářejí pouze  odpor, který se snažíme, vedle tíhy, potlačit co nejvíce, proč se nestaví více „samokřídel“? Měly by mít přece lepší výkony(pozor- nezaměňujte výkony za vlastnosti)! To jsem slýchával i já před mnoha desítkami let od jiných modelářů, když jsem se snažil se svými bezocasými modely jim konkurovat, což se mi jen zřídka zdařilo a nedokázal jsem jim dát gramotnou odpověď.

     Mohli bychom se ptát ještě dále, ale snad to pro tento krátký článek stačí.Samokřídla létala, když se povedla, docela dobře a jejich letové vlastnosti, jestliže se vědělo jak model koncipovat a postavit, byly také docela dobré. Například podélná stabilita byla u nich vždy, při správné poloze těžiště, úchvatná. To platilo nejen dříve, ale i dnes. Mluvím teď o neřízených, volně létajících, modelech. Pokud nebylo použito příliš velkého vzepětí nosné plochy pak i vlastní let byl krásný, hlavně tím, že byl neobvyklý. Na připojeném obrázku je několik ukázek samokřídel z období 1975 až 1985. Jsou již ovládané dálkově – radiem.

obr. 01

      Teď se pokusím naznačit co by mělo být splněno, aby každý létající stroj byl schopen letu. Stroje s pevnými křídly jsou schopny vyvozovat vztlak, nezbytný pro překonávání zemské tíže a setrvačných sil při některých letových obratech, jedině když se pohybují rychlostí vhodnou pro zvolený manévr-vodorovný let, zatáčka, stoupání,… . Tak vzniknou kolem  nosných ploch tlaková pole, která mají nižší tlak nad  a větší tlak pod nimi, ve srovnání s okolním prostředím. Součtem těchto tlakových rozdílů je síla zvaná vztlak. Připomeňme ještě, že je třeba, aby nosná plocha byla opatřena vhodně tvarovanými profily, které ji vybavují odpovídajícími výkony a konečně i letovými vlastnostmi.

     Jestliže vztlak má vyrovnávat, teď budeme posuzovat pouze vodorovný nebo klouzavý let pod malým úhlem, tíhu letadla, měl by být při rovnoměrném přímočarém pohybu stejně velký jako jeho tíha. To by se dalo nějak zařídit. Ale kde ten vztlak na nosné ploše působí již není tak jednoduché zajistit. Tíha by při tom měla být na stejné svislici jako výsledná aerodynamická síla, jež jak víme je výslednicí vztlaku a odporu.To ale není všechno.  Když to velmi zkrátím, tak vezměte na vědomí, že vedle vztlaku a odporu vzniká u prohnutých profilů ještě moment, který se je snaží překlopit přední částí dolů. Takže již předpoklad v poslední větě předchozího odstavec nepostačuje.U dvojitě prohnutých profilů, tzv.autostabilních, je tomu naopak. U nich je moment překlápí přední částí vzhůru.A pak jsou tu ještě profily symetrické, u nichž je klopný moment nulový nebo se nule velmi blížící, takže nosné plochy s těmito profily by neměly mít snahu se překlápět ani dolů ani nahoru. Což bychom si přáli, ale ve skutečnosti tomu tak úplně není, protože působiště výsledné aerodynamické síly nosné plochy(profilu) se i tady, sice málo, ale přece jenom, pohybuje po její hloubce.Na dalších dvou obrázcích, kdy se jedná o vodorovný let, jsou tyto tři možnosti zachyceny.obr. 120 a 121

            U plochy se souměrným profilem bychom teoreticky mohli dosáhnout letu, kdyby těžiště letadla bylo na stejné svislici jako vztlak. To však nastává jen ojediněle. Působiště aerodynamických sil se trochu pohybuje, dopředu nebo dozadu, v závislosti na změněných úhlech náběhu. K nim dojde vždy, kdy stroj vletí do jakéhokoliv větrného poryvu. A rovnováha sil je okamžitě porušena. A není zde zatím nic co by pomohlo obnovit. Chybí tu například VOP, kterou my ale nechceme, která by vzniklá porušení rovnováhy napravila. Nebo třeba pohonná jednotka v tlačném uspořádání schopná měnit vektor tahu. Nebo uspořádání nosné plochy do kladného šípu s mírným geometrickým zkroucením jejich konců.

          Samotná plocha s prohnutým profilem není schopna bez dalších, někdy dost značných úprav závislých hlavně na velikosti prohnutí jejich profilů, nebo bez VOP, pohybovat se rovnovážným letem. Dvojice sil – vztlak a tíha, vždy porušení rovnováhy vlivem náhodného zvětšení úhlu náběhu nejen nesrovná, ale dokonce zvětší. Aby vůbec byla schopna letu vyžaduje úpravu do kladného šípu, alespoň 17⁰, velké geometrické zkroucení a často i aerodynamické zkroucení do profilů symetrických na svých okrajích. Pak jsme ale nemuseli používat prohnutý profil, protože jsme takto jeho výkony výrazně zhoršili. 

            Jiná situace je u ploch vybavených dvojitě prohnutými, t.zv autostabilními, profily. V těchto případech, kdy je těžiště stroje vždy v první třetině hloubky profilu, působí dvojice sil-vztlak, tíha, příznivě na obnovení rovnováhy původního letu. Takže je to skvělé a sem s takovýmito profily.

            Ale !!!

            Jakpak to je s výkony těchto profilů? Vyrovnají se jednoduše prohnutým a souměrným nebo je dokonce předčí? Pak by byla absolutní výhoda na straně samokřídel oproti strojům s nosnými a ocasními plochami.

            Jenže tak to ale není, což můžete poznat z následujících obrázků, kde jsou souměrný, prohnutý a dvojitě prohnutý profil se svými výkony představeny. Vybral jsem profily H.Quabecka tak, aby měly stejnou tloušťku. První z nich je souměrný a jeho prohnutí je proto nulové. Další dva mají prohnutí velmi blízká, v průměru 2.15%.  (viz obr. 126, 127 a 128)

             A teď se konečně podívejme jak to je s výkony těchto profilů. Pro první porovnání jsem vybral poláry při Re=500000, kdy je již proudění dostatečně vyvinuté.

            Další obrázek ukazuje jak jsou na tom s maximálními klouzavostmi. To předvádějí tečny k polárám, vedené z počátku polárního diagramu. Nejlépe je na tom prohnutý profil. Horší klouzavost vykazuje dvojitě prohnutý profil a nehůře je na tom profil souměrný. Úhly klouzání sevřené mezi tečnami k polárám a svislou osou (součinitel vztlaku vlevo) naznačují jak rychle se letadla s těmito profily budou blížit k Zemi. Čím větší úhel, tím horší klouzavost. obr.č. 122

             To potvrzuje i další obrázek na němž jsou vlevo hodnoty klouzavostí pro jednotlivé úhly náběhu zachyceny. Nejlépe je na tom HQ 2,1-9,5, výrazně horší je HQN 2,2-10 (autostabilní) a nejhůře dopadl profil souměrný. obr.č.123

             Teď ale pozor na pravý diagram v tomtéž obrázku vpravo. Tady jsou hodnoty klopných momentů, jejichž účinky vyrovnáváme obvykle vodorovnými ocasními plochami,velmi odlišné. Největší hodnoty zaznamenal prohnutý profil. To jednoznačně signalizuje, že se nosná plocha s tímto profilem bez VOP neobejde. Kdežto oba další se svými hodnotami oscilují kolem nulových hodnot klopného momentu. Takže let by byl možný s určitými menšími úpravami bez VOP možný.

            Následující dva obrázky ukazují na průběhy stejných hodnot jako oba předešlé, ale při Re=100000, které již odpovídá mnoha modelům letadel. A tak se podívejte co se se všemi hodnotami stalo. obr.č.124 a 125

             Vzájemný poměr maximálních klouzavostí mezi nimi zůstal zachován, změnily se jen jejich hodnoty. Jsou mnohem horší než prve u většího Re čísla. To je všeobecná bolest malých a středních modelů letadel. 

           Když se podíváte na kolísavé průběhy klopných momentů, tak zesmutníte ještě více. Zejména nás to rmoutí u „autostabilního“ profilu, protože jsme již začali nabývat dojmu, že by geometricky i aerodynamicky nezkroucené křídlo mohlo mít s ním značný úspěch. Hodnoty klopného momentu se však natolik vzdálily od nulových hodnot například v rozmezí úhlů náběhu -2 …0…5^o, že bychom stabilní let bez jejich pomoci, v těchto režimech letu, zajistit nemohli. 

            U symetrického profilu bychom se bez VOP, ale obešli při úhlech náběhu -5 , pak 0 a ještě při 5^o. Ale co ostatní úhly náběhu?

            Vypadá to tak, že nosná plocha do kladného šípu se souměrným profilem vyžaduje malé záporné geometrické zkroucení svých konců, aby úspěšně stabilně klouzala vzduchem.

            A u dvojitě prohnutého profilu tomu bude při těchto a podobných Re číslech obdobné.

            Čili, neboli, chceme-li se přiblížit s výkony samokřídel modelům s ocasními plochami, musíme najít u profilu kompromis mezi maximálním prohnutím a tloušťkou a jeho tvarem. Když to bude autostabilní profil s velkým prohnutím bude mít větší klopný moment v nepříznivém smyslu, tj. destabnilizující. Tím větší geometrické nebo aerodynamické zkroucení budeme muset použít, abychom zachovali jeho přijatelné letové vlastnosti. Tak jsme se ale zbavili části vztlaku, kterého jsme chtěli dosáhnout použitím prohnutějšího profilu. Je to tedy řešení protismyslné.

            Nebudu to zde dále rozvádět, protože bych snadno zabředl do podrobných a rozsáhlých vysvětlování a zdůvodňování, což by zřejmě zhatilo původní účel takovéhoto článku.

            Pokusím se stručně podat jakési „résumé“, tj. souhrnné doporučení.

            Se souměrným profilem, nosnou plochou do přijatelného kladného šípu a malým negativním zkroucením(po případě žádným) jsme schopni sestrojit samokřídla různých tvarů, která budou přijatelně výkonná, zejména budou-li opatřena pohonnými jednotkami. Těžiště těchto strojů se budou nacházet v těsném sousedství aerodynamického středu nosné plochy.

            K prohnutému profilu ve středu   nosné plochy samokřídla je nutné obvykle přiřadit profil s malým nebo nulovým prohnutím na obou jeho okrajích, které budou ještě geometricky zkrouceny do záporných úhlů, jež mohou dosáhnout na koncích hodnot minus 5 až 7^o.  Těžiště těchto strojů se budou nacházet v malé vzdálenosti za aerodynamickým středem nosné plochy v závislosti na velikosti aerodynamického a geometrického zkroucení. Rozmezí těchto hodnot může být cca 26 až 29% hloubky střední aerodynamické tětivy.

            Nosné plochy s dvojitě prohnutými profily mohou být aerodynamicky i geometricky zkroucené, ale není to bezpodmínečné. S odkazem na využití samokřídla, například jako kluzáku, bude účelné zvolit jen takové prohnutí profilu jehož nepříznivý klopivý moment bude možné kompenzovat nepatrným geometrickým zkroucením konců nosné plochy. Těžiště těchto kluzáků se budou nacházet v přední čtvrtině hloubky střední aerodynamické tětivy plochy. Pokud to budou volně létající modely, pak budou jejich těžiště více vpředu než u modelů řízených.

            Podívejte se na obrysy několika vybraných profilů využitelných u bezocasých modelů letadel, v následujících obrázcích. (obr. č. 129,130,131,132 a 133)

       A tady skončím, aby toho nebylo příliš i pro nadšené stoupence samokřídel.

       Jen ještě připojím několik obrázků legendárních skutečných bezocasých létajících strojů na závěr. obr. 02,03,04 a 05

27.9.2008                                        Jaroslav Lněnička

 Slovy autora: "přikládám moje slohové cvičení o samokřídlech, jak jsem slíbil. Sestavoval jsem to několik desítek hodin a stejně se mi to moc nepovedlo. Je to poměrně dlouhé, a to jsem se ještě držel na uzdě, tak to snad neodradí všechny případné zájemce."

Obrázky obsažené v článku najdete v připojené galerii s možností jejich zvětšení.

Případné dotazy napište do komentářů, nebo přímo na autora (akademie@airspace.cz ,  jaroslav.lnenicka@tiscali.cz ). Lepší varianta je zvolit tyto stránky, neboť se ptáte veřejně i za ostatní.

:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::

K dotazu: >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>