Dynamic soaring
neboli
bezmotorové rychlostní létání na svahu

Když se před několika desítkami let objevila zpráva o ustavení světového rychlostního rekordu s modelem větroně rychlostí nad 300km/h, tak tomu každý nevěřil. Mělo se za to, že je podivuhodné postavit tehdy model s tak malým odporem, aby z výšky kolem asi 300m bylo možné přeměnit jeho potenciální energii s dostatečnou účinností v energii kinetickou odpovídající průletu 50 m báze s takovou rychlostí v oběma směrech. Vývoj v leteckém modelářství však kráčel dál.

V posledních málo letech se pak objevily zprávy o ustavení rychlostního rekordu nad 400 km/h. A v posledních několika měsících zpráva, že bylo dosaženo rychlosti blížící se 700km/h také s modelem větroně. Výsledků bylo vždy dosaženo při svahovém létání na vhodném svahu a s příhodným směrem větru.

Nejednalo se však o známý způsob létání na svahu, kdy je využíváno vzestupných proudů na jeho návětrné straně k tomu, aby byly pomocí energie větru vylepšeny aerodynamické vlastnosti letounu. Zejména snížena klesavost při přiměřené rychlosti létání, což vede k dosažení dlouhých časů. Nebo při letu na velkou vzdálenost podél velmi dlouhého horského masivu, kdy se podaří při velmi náročném letu překonat vzdálenost 1000km, jak to dokázal před časem například Paul Mc Cready.

Je to jiný druh létání, který je zatím provozován pouze modely letadel. Oč běží v těchto případech?

Vědělo se již mnohem dříve, že létání na závětrných stranách kopců je nebezpečné kvůli intenzivní turbulenci, která znemožňuje obvyklé manévrování v ovzduší. Tak tomu je stále v případech kdy je hřeben kopce oblý a vítr jej stačí, i když s velkým vířením, obeplout.

Letečtí modeláři, ale objevili možnost jak na příhodně tvarovaném svahu létat nejen před ním, ale i v těsné vzdálenosti za ním.

Jedná se o ne příliš jednoduché zrychlující se létání za silnějšího větru vanoucího příčně ke vhodnému svahu. Jeho závětrná strana má mít výrazně klesající tendenci a vytvářet tak přiměřeně hluboké údolí v němž je možné vykonat zatáčku o 180^o. V podstatě jsou to zatáčky na malém poloměru a s úhlem náklonu přes 80^o. Čím je vršek svahu ostřejší, tím jsou podmínky pro tento druh plachtění příznivější.

Vichr hrnoucí se po svahu vzhůru vytváří v jeho okolí vzestupná proudění. Pak se přehoupne přes jeho ostrý hřeb, vytvoří množství vírů a pokračuje nad údolím, kde je poměrný klid, dále směrem, který mu určuje tlakový spád v ovzduší. Takto vznikají dva prostory, kde je možno létat.

První je na návětrné straně svahu a také na jeho hřebeni, kdy je nutno letět proti větru a jak již víme je nutné při tom změnit seřízení nosné a vodorovné ocasní plochy, aby se větroň dostal kupředu. Rychlost prostředí vytvářející aerodynamické síly se zvětší a ty se mění s druhou mocninou přírůstku rychlosti. Rychlost vůči Zemi se zmenší a to v závislosti na prve uvedeném úhlu seřízení. Tak je to při prvním letu proti větru.

Druhý prostor nabízející se k využití pro plachtění je šikmo dole za svahem, v jeho údolí. Zde větroň může letět ve směru větru v celkem klidném ovzduší. Nějaká turbulence zde zajisté je, ale není příliš intenzivní, pokud vrchol svahu není příliš plochý.

No a co z toho? Může se ptát ledaskdo.

Vypadá to asi následovně. Model vypuštěný na hřebeni svahu začne stoupat vlivem vzestupného proudění na návětrné straně. Po ulétnutí určité vzdálenosti se otočí o 180^o a letí zpátky ke svahu po větru. Jeho rychlost vzrostla teoreticky o rychlost vanoucího větru. Po přelétnutí hřebene svahu se ponoří do údolí s touto zvýšenou rychlostí kde panuje celkem poklidné povětří. Pak následuje další velmi ostrá zatáčka o 180^o a let zpátky ke svahu směrem vzhůru k jeho hřebenu. Jestliže je jeho dráha letu vedena s nejmenšími ztrátami, pak je jeho původní rychlost nad hřebenem svahu vyšší skoro o rychlost větru.

A větroň s touto novou rychlostí proniká proti svahovému proudění, získává blízko hřebene svahu výšku nezbytnou pro zatáčku o 180^o a let po větru směrem ke svahu. Jeho rychlost opět vzrostla o rychlost větru, takže nyní má letoun původní rychlost zvětšenou přibližně o dvojnásobek rychlosti větru. V sestupném letu za hřebenem svahu se v údolí opět otočí prudce proti větru a po stoupavém letu s touto rychlostí se noří se znovu do přibíhajícího ovzduší na návětrné straně kopce a celý cyklus se opakuje. Viz následující obrázek.

Takto je možné zvyšovat postupně rychlosti letu, když se to umí, až do úplného zničení létajícího stroje, protože rychlosti narůstají neuvěřitelně rychle a rozlámou jeho nosnou plochu na kousky. To samozřejmě není cílem každého lovce adrenalinu, ale při podcenění podmínek létání se to přihodí ledaskomu.

S čím se létalo a s čím se létá nyní? Zprvu byly používány větroně kategorie F3B známé svými skvělými vlastnostmi jak při letu na vzdálenost tak i v disciplině kde má být dosaženo nejvyšší rychlosti na uzavřené trati se třemi zatáčkami 1800. Po nějaké době se ukázalo, že tyto, i po pevnostní stránce vypiplané stroje tomuto způsobu létání nestačí. Mnoho jich bylo zničeno a maximální rychlosti se posunuly „jen asi“ ke 400km/h.

Takže bylo přikročeno k ještě robustnějším konstrukcím, větším zatížením nosných ploch, někdy i ke zvětšení rozměrů a k využití některých jiných profilů. Neméně důležitou úlohu zde má i zkušenost a vlohy pilota ovládajícího model ze Země, což je úkol mnohem těžší než sedět v kabině skutečného letounu a ovládat svůj stroj odtud.

Pokusíme se ukázat jak drastické podmínky, namáhající všechny části draku modelu, na něj za letu působí. Některé materiály jsme převzali z www.dynamic-soaring.de. V následující tabulce zjistíte jaké násobky působí na model za letu různými rychlostmi. Tyto vztahy jsou celkem známé, ale protože nyní jsou dosahované rychlosti při dynamickém plachtění obrovské, je vhodné na ně poukázat.

Připomeňme ještě v jakých podmínkách se může pohybovat model o rozpětí cca 2m s celkovou hmotností 2kg. Ten při letu rychlostí 180km/h vyžaduje, aby jeho nosná plocha při zatáčce o poloměru 20m poskytovala součinitel vztlaku v hodnotě cca 0,47. Při téže rychlosti, avšak v zatáčce o poloměru 12m je zapotřebí součinitel vztlaku v hodnotě cca 0,61. Zatímco v přímém letu toutéž rychlostí zcela postačuje součinitel vztlaku kolem 0,06.

Pro tyto podmínky se nehodí každý profil jak by se mohlo zdát. Je nutno použít profil s dostatečnou pronikavostí proti větru při vysoké rychlosti, tj. při velmi malých úhlech náběhu a zároveň dostatečně velkým součinitelem vztlaku při mnohem větších úhlech náběhu, který nevyvolá velký přírůstek indukovaného odporu. Tady hraje roli i půdorysný tvar nosné plochy. Při tom je třeba mít k dispozici dostatečnou tloušťku profilu pro potřebné dimenzování k přenosu očekávaných namáhání. Kompozitové konstrukce se značným množstvím uhlíku ve všech částech modelu jsou nezbytností. Podívejte se na další obrázek kde je záběr „polního pevnostního“ testu jedné poloviny křídla modelu o rozpětí do 2m.

Z uvedeného pramene jsme převzali informaci o tom jaké profily mohou například přicházet v úvahu pro tento způsob létání. Jsou v následující tabulce:

Z uvedených šesti profilů jen jeden z nich má výrazněji odlišnou (menší) tloušťku.

Ještě zaznamenejte hodnoty součinitele klopného momentu(ten je u RK 40 podezřele nízký), které do určité míry určují velikosti VOP a tím i přídavné odpory letadla(modelu). Ty pak v součtu u celkového součinitele odporu mají podstatný vliv na maximálně dosažitelnou rychlost letu při daném zatížení nosné plochy.

Na dalších dvou diagramech jsou porovnány aerodynamické charakteristiky pěti z profilů při Re = 2 000 000, což je hodnota jaká popisuje let středně velkého modelu větroně rychlostí kolem 600km/h.

Když bychom porovnali vypočtené aerodynamické charakteristiky tří stejných modelů s různými profily v křídle dostali bychom v podstatě velmi podobné výsledky, protože škodlivý odpor ostatních částí modelu, mimo jeho nosné plochy, a jejich vzájemné uspořádání, zde má rozhodující účinek.

Jedná se o hypotetické příklady tří modelů se zatížením nosných ploch kolem 180N/m2; rozpětím cca 2m a štíhlostí křídla 12.

Při rychlostech nad cca 350km/h již SD 2030 nestačí oběma dalším, což je dáno jeho větším prohnutím. To jej ale zase mírně zvýhodňuje při rychlostech pod cca 80km/h. Jeho přibližně „zprůměrňovaný“klopný moment je však asi dvojnásobný oproti RG 14 a LHK 08-9/1,5. Proto by u něj měla být použita VOP s větší plochou, což jeho pozici ve srovnání s oběma dalšími ještě trochu zhorší.

Zmiňované tři profily jsou na dalším obrázku.

Jsou samozřejmě i jiné profily, které by splňovaly potřebná kriteria pro tento druh létání vysokými rychlostmi. Záleží jen na samotných zájemcích zda je vyhledají nebo sami stvoří. Pak je jen třeba vyhledat vhodný svah a počkat na příhodný, přiměřeně silný vítr a pokud teplota neklesne pod -10^oC je možné rychleji a rychleji poletovat.