Otázky a odpovědi

Dotazy od V.R.:

a)proč nemůže dosáhnout samokřídlo takových letových vlastností jako model s ocasními plochami?

b)jaké jsou vhodné winglety pro výkonný kluzák? Jak mají být natočeny vůči směru letu?

c)od čeho je odvozeno slovo winglet?

Naše odpovědi:

a) Dotaz se zřejmě více týká výkonů než vlastností. Ve vlastnostech, totiž, může být samokřídlo srovnatelné nebo dokonce i lepší(v podélné obratnosti) než letadlo s ocasními plochami.

Nižší letové výkony bezocasých létajících strojů jsou například způsobeny zvýšením odporů při vyrovnávání momentů působících na kratším rameni. Podstatnější vliv má zřejmě profil. Tzv. autostabilní nebo nízkomomentové profily mají totiž horší aerodynamickou jemnost(klouzavost-poměr vztlaku ku odporu). To doložíme na následujících třech obrázcích.

Na předchozím obrázku jsou uvedeny tři druhy profilů lišící se tvarem prohnutí střední křivky. První z nich je souměrný NACA 0014 a jeho střední křivka má tvar přímky-prohnutí je nulové. Druhý je upravený Gő 420-m s jednoduchým prohnutím. Zbývající dva jsou M.Hepperleho profily s dvojím prohnutím střední křivky-autostabilní. Všechny profily mají srovnatelné tloušťky a tři z nich i stejná prohnutí (proto byly původní Gő420 a MH 46 upraveny na stejné geometrické charakteristiky). Ty jsou u všech profilů na tomto obrázku uvedeny.

Další obrázek obsahuje poláry všech čtyřech profilů pro Re=350 000, což je hodnota odpovídající, i při těchto tloušťkách profilů, nadkritickému obtékání.

K polárám profilů jsou vedeny tečny z počátku souřadnic, které udávají poměry mezi jejich úhly klouzání. Čím větší je odklon tečny k poláře od svislé osy, tím horší jsou výkony profilu. Nejlepší je gőttingenský profil. Velmi se mu blíží upravený “MH 46-mod“, ale je přece jenom horší. Podstatně větší úhly klouzání, t.zn. rychlejší klesání k Zemi, vykazují zbývající dva profily. Zde jsou jejich hodnoty prakticky totožné, což je ale pouze náhodná shoda.

V předchozím obrázku jsou v levém diagramu klouzavosti všech čtyřech profilů. Vidíte, že gőttingenský je na tom výrazně nejlépe v rozsahu úhlů náběhu mezi nulou a osmi stupni. Při vyšších úhlech klasifikuje použitý program jako nepatrně lepší Hepperleho upravený profil v rozmezí asi dvou stupňů. Oba zbývající jsou podstatně horší.

V pravém diagramu jsou ještě uvedeny klopné momenty všech profilů. Zde je na tom zase „nejhůře“ Gő 420-mod, protože má největší součinitele klopného momentu a proto se sice neobejde bez ocasních ploch, ale umožní dosáhnout i s nimi lepších výkonů než bezocasý MH 43-mod. Těžiště letadla s tímto profilem může však být více vzadu než u všech třech ostatních. Souměrný NACA má prakticky nulový klopný moment. Naproti tomu oba Hepperleho profily vykazují kladný klopný moment a těžiště letadel s takovýmito profily leží vpředu, před „čtvrtinovým“ bodem střední aerodynamické tětivy. To již jsme ale někdy dříve připomínali.

b) Otázka použití či nepoužití wingletů zdá se být, podle nás, ještě ne zcela jednoznačně rozhodnuta, ač jsou nezřídka používány.

Nejprve připomeneme anglický výraz, když již se bez nich neobejdeme, a tím je „washout“. To je případ kdy se snažíme upravit tvary a tím i vlastnosti křídla jestliže opatrně a rozvážně působíme na rozložení vztlaku podél jeho rozpětí. Vztlak je obvykle největší uprostřed křídla a směrem ke koncům klesá až na nulu. Zde, bez dalšího vysvětlování, upozorníme na metodu Multhopovu, Schrenkovu či Prandtlovu, které nezbytně provázejí designéry nosných ploch již po mnoho desetiletí. Jedná se mimo jiné o to, aby nedocházelo k prvotnímu odtrhávání proudu vzduchu od křídla v oblasti křidélek. To je velmi nežádoucí. Zmíněné metody spojené s úpravami tvarů křídel tomu pomáhají zabránit. Celkový dosažitelný vztlak křídla však poněkud klesne.

Winglety, což jsou nástavby pevných křídel letadel, mají právě opačnou úlohu než „washout“, podporují efektivnější využití vztlaku vyvozovaného na koncích křídla. Používá se pro to i výraz „aerodynamic wash-in“. Winglety by tedy měly působit podobně příznivě jako zvýšení štíhlosti křídla, aniž by se muselo zvětšovat jeho rozpětí. Tím zlepšují využití vztlaku na okrajích křídel a také zmenšují indukovaný odpor způsobený okrajovými víry křídla.

To znamená, že se příznivě uplatní při letech s většími úhly náběhu. Při létání s menšími součiniteli vztlaku, tj. při přeskocích kluzáků z jednoho místa na druhé, ač se u některých větroňů používají, mohou být při nesprávném návrhu spíše brzdou. Zejména v případech nevhodně volených a vůči okrajovým vírům nesprávně nastavených profilů.

Winglety však také vytvářejí větší kroutící moment na křídle a to vede přes jeho zpevnění v kroucení k jeho vyšším hmotnostem. Mohou také vyvolat zvýšený požadavek na washout kvůli citlivosti na spirální nestabilitu a tím i ke zhoršení optimálního rozložení vztlaku u daného tvaru křídla. Více se o wingletech zatím neosmělujeme napsat.

Jako jeden z prvních použil winglety Rutan na své „Vari Eze“ v roce 1975.

Na následujícím obrázku je ukázka wingletu na křídle velkého dopravního letadla.

Další obrázek přibližuje schema proudění na spodní a horní straně jedné poloviny křídla . Zaznamenejte jak je obrazec proudění na horní straně „vyboulen“ směrem ke středu křídla a proudění na spodní straně zase k jeho okrajům. Tomu mají částečně zabránit winglety.

A na dalším obrázku je diagram předpokládaných průběhů klouzavostí u větroně Discus 2 , jednou se zatížením nosné plochy a podruhé bez něj, jestliže jsou či nejsou použity winglety. Jaké, to se neuvádí.

Poslední dva obrázky jsou převzaty z článku Marka D. Maughmera-„About Winglets“ otištěného v „Soaring Magazinu“ v červnu 2002.

c) Od čeho je odvozeno slovo winglet přesně nevíme.

Mohlo by to však být spojeno s tím, že Angličan Fr.W.Lanchester v roce 1897 patentoval, kvůli ovlivnění vírů vznikajících na koncích křídel konečných rozpětí, „wing-end-plates“. Z toho mohl název winglet vzniknout. Je to však pouze naše domněnka.