Profily nosných a ocasních ploch, listů vrtulí a rotorů
4.část

Ještě než budeme pokračovat dál, chtěl bych upozornit na nesprávné a tím matoucí názvosloví profilů označovaných například jako: polosymetrický , s rovnou spodní stranou, pomalý apod.

Na následujícím obrázku je uvedeno pět profilů H.Quabecka, z nichž ten poslední je upravený k většímu prohnutí. Účelem této minigalerie rodiny profilů je poukázat na nedokonalost a zmatečnost při „klasifikování“ profilů podle příkladů prve uvedených.

Co by asi mohl být „polosymetrický“ profil, když jeho nulové prohnutí, protože je souměrný, „půlíme“. Je možné půlit nulu na nějaké menší nuly? Takže profil je buď symetrický nebo prohnutý a to jednoduše nebo dvojitě(jeho střední křivka má inflexní bod-jedná se o tak zvané „autostabilní“ profily).

Nebo zase zasvěceně manipulovat s výrazem „profil s rovnou spodní stranou“. To je podobné jako když byste chtěli někomu sdělit, že máte například manželku. Vyvoláte v něm mnoho všelikých představ a zřejmě ani jednu správnou. Je tolik profilů s rovnými spodními stranami, že si to stěží dokážeme představit , o jejich vlastnostech nemluvě.

Také je možné se dozvědět, s přídechem profesionality od informátora, že ten a ten profil je „pomalý“. To je asi totéž, jako když o někom prohlásíte, že je krásný. Každý má svoji vlastní představu o kráse a o takovémto „pomalém“ profilu kývá zasvěceně hlavou, že asi ví oč jde. Já se přiznám, že to nevím nikdy, pokud ten profil neuvidím a nedozvím se o jeho geometrických charakteristikách. Ale je možné, že jsem vynechal některé kapitoly z aerodynamiky při svém „samovzdělávání“.

Prve uvedený obrázek je opatřen jmény profilů, jejich geometrickými charakteristikami a doporučením, jak by se o nich mělo při obecné diskuzi mluvit, pokud se chceme dobrat nějakého kvalifikovanějšího výsledku.

Podívejte se na další obrázek, kde jsou prve uvedené profily zastoupeny svými aerodynamickými charakteristikami při Re=100 000. Je tu proto, aby dosvědčil, že proměnné prohnutí velmi příbuzných profilů, jejichž tloušťka je stejná, ovlivňuje nejen jejich tvar, ale i jejich aerodynamické charakteristiky a tím i jejich výkony a vlastnosti.

A nyní si dovolím, abych mohl poukázat na některé okolnosti s tím související, použít malý trik související s polohou maximální tloušťky profilu vzhledem k jeho náběžné hraně. Je to docela zajímavé a mohlo by to pomoci lépe pochopit to co je možné očekávat od profilu, jestliže pohybujeme s jeho maximální tloušťkou podél jeho hloubky.

Jedná se o souměrný 11,8% tlustý Žukovského profil,starý asi 90 let, vzniklý konformní transformací kružnice v době, kdy ještě o počítačích nebylo ani vidu ani slechu. Jeho maximální tloušťka leží ve 25% hloubky od náběžné hrany.

V následujícím obrázku je zachyceno to co jsem si troufl s původním profilem udělat. Je zde šest tvarů souměrných profilů o stejné tloušťce 11,8%. Ta je umístěna v : l7; 20; 30; 40; 45 a 55% hloubky profilu. Při posouvání ještě blíže odtokové hraně vznikaly již nehezké tvary.

Jak byste mohli poznat z dalších diagramů nebyly profily upravovány s velkým a rozsáhlým úsilím ve snaze dosáhnout co nejlepších výsledků. Jsou to jen demonstrační tvary pro to co lze rychle vytvořit ze symetrického profilu, posouváme-li maximální tloušťku dozadu od náběžné hrany.

Na následujících třech obrázcích jsou poláry prvních pěti z těchto profilů pro Re= 60 000; 100 000 a 1 000 000. Z nich je zjevné jakých aerodynamických charakteristik tyto profily, stejné tloušťky v různých vzdálenostech od náběžné hrany, postupně nabyly.

Porovnejte nejen velikosti součinitelů odporu a vztlaku, ale i tvary polár a jejich vzájemné polohy.

Nejprve se podívejme ještě na poláry těch pěti profilů při Re=1 000 000 a rozdíly v maximálních klouzavostech (aerodynamických jemnostech) profilů, jejichž maximální tloušťka je nejméně a nejdále vzdálena od náběžné hrany. Liší se výrazně. Podívejte se ještě na obrovské rozdíly hodnot minimálních součinitelů odporu, které činí u obou krajních z nich 50%.

Jestliže bychom spekulovali o tom jak dlouhá může být například asi laminární mezní vrstva, pak její největší délku budeme očekávat zřejmě v posledním případě. Na dalším obrázku je o tom podán jakýsi důkaz. Jedná se o zobrazení průběhů přechodů laminárních proudů v turbulentní při Re=1 000 000. Černými šipkami jsem označil příklady při nulových úhlech náběhu a to pro horní i dolní stranu profilu. Vidíte, že se jedná o stejné hodnoty. Při jiných úhlech náběhu se však křivky pro horní a dolní stranu liší. Za to, že průběhy křivek přechodu jednoho proudění v druhý nejsou souměrné podle svislé osy při různých úhlech náběhu, může zřejmě cirkulace kolem profilů. Ta se, jak nám již z dřívějška známo, podílí významným způsobem na velikostech místních rychlostí proudění na obou stranách profilu. A proto není obrazec pro horní stranu zrcadlový vůči straně dolní.

Co z toho může, podle programu Profili Pro, vyplývat pro aerodynamické výkonové charakteristiky? Nebudu zde široce rozebírat to co najdete v následujícím obrázku.

Co tomu říkáte vy čtenáři, kteří jste se dobrali až sem?

Teď našeptám takovou malinkou ďábelskou myšlenku, která vychází z toho, že : Profil s maximální tloušťkou nejdále od náběžné hrany při úhlu náběhu 1 stupeň má asi 1,6 krát větší klouzavost oproti profilu s maximální tloušťkou nejblíže náběžné hraně.

Při úhlech náběhu mezi cca 7 a 9,5 stupni má zase profil první klouzavost 1,55 krát větší oproti profilu poslednímu(body označené elipsami). T A K Ž E :

Co kdyby se podařilo správným lidem na správných místech navrhnout a vyrobit nosnou plochu, jejíž profily by byly schopny posunovat svoje maximální tloušťky dopředu a dozadu???!!!

Zní to fantasticky, to znamená z dnešního pohledu nemožně??? Ano i ne.

Připomeňte si, v jednom z našich minulých magazínů, jak komplikované jsou stávající proměny tvarů a prohnutí pevných nosných ploch létajících strojů pohybujících se v širokém rozmezí letových rychlostí. Bylo by tohle složitější?? Šípovitosti i rozpětí měnitelná za letu, se již používají.

Provokativní výzva:

Beru do holportu nějakou potentní skupinu k dosažení tohoto cíle.

Tak to byly tloušťky s nimiž jsme si na tětivách profilů trochu pohráli. A co způsobí obdobná hra s maximálními prohnutími profilů vandrujícími po jejich hloubkách sem nebo tam?

K demonstraci vzniklých účinků použijeme tentokrát 4 profily jejichž max. tloušťka je 11,6% a prohnutí 1,8%. Původní profil označený LHK 08 – 11,6/1,8 , má polohu max. prohnutí v 35% hloubky. Při jeho úpravách jsem prohnutí nejbližší náběžné hraně posunul do 29%, další do 44% a nejvzdálenější do 65%. Hodnoty max. tloušťek a max. prohnutí jsou ve všech případech stejné.

Podle situace na dalším obrázku, kde jsou poláry všech čtyř profilů při Re= 750 000 uvedeny, je možné konstatovat, že pohyb poloh maximálních prohnutí po tětivě profilu jejich aerodynamické charakteristiky příliš „nerozhodil“. Jsou si dost podobné tvarem i průběhem.

Podívejme se jak dopadly klouzavosti na dalším obrázku vlevo. Ty se liší již více a potvrzují dosavadní snahy měnit geometrii pevných křídel jak jen to je možné, aby bylo dosahováno vysokých účinností v širokém rozsahu letových rychlostí.

Hodnoty součinitelů klopných momentů se liší výrazněji.

Takže zbývá kontrolní pohled na průběh bodů přechodu laminárních mezních vrstev v turbulentní, který je v následujícím obrázku pro obě strany profilů zachycen. Ten, pokud se o to někdo pokusí, potvrzuje předchozí charakteristiky.

Když totéž, co prve, uděláme pro tyto čtyři profily při Re=4 000 000, kterážto hodnota náleží již mnoha menším letadlům, můžeme konstatovat, že aerodynamické charakteristiky jsou určitou obdobou těch při Re=750 000, až na to, že všechny profily by měly být ve svých tvarech lépe upraveny například „vyžehlením“ tvarů, vylepšením poloměrů náběžných hran a vůbec citlivějším tvarováním obrysů. To jsem nedělal. Pouze jsem posunoval polohu maximálních prohnutí.

Tak například k přechodům jednoho druhu proudění v druhý dochází blíže k náběžné hraně než při Re=750 000. Minimální součinitele odporu se sice zmenšily, maximální součinitele vztlaku se zvětšily, ale průběhy polár v jejich levých částech nejsou nic moc. Takže více než pěti násobné zvýšení Re čísla nepřineslo odpovídající očekávaná zvýšení výkonů.

Po tom jsme my ale teď netoužili. Chtěli jsme jen ukázat co se asi a jak změní, jestliže se stane poloha maximálního prohnutí pohyblivou na tětivě profilu. To se snad podařilo.

Celou tuto čtvrtou část příspěvku o profilech berte jako další nevědeckou exkurzi do tajů aerodynamiky profilů.

Pro úplnost ještě připojuji na posledním obrázku tvary probíraných čtyř profilů se stejným prohnutím v různých vzdálenostech od náběžné hrany.