Rychlostní polára

A co je zase tohle?

Nestačila by docela obyčejná polára neboli aerodynamická charakteristika letadla? Stačila, ale přidat ještě jednu, pro zvídavé trochu jinak spodobněnou, se vyplatí. To poznáme v průběhu tohoto příspěvku.

Jak ji stvoříme a k čemu může být?

Připomeňme ještě „lilienthalovskou“ poláru, kdy jsme v souřadnicích součinitelů vztlaku a odporu, k nimž jsme přidali vztlakovou čáru jakožto závislost týchž součinitelů vztlaku na úhlech náběhu, hledali proměny aerodynamických charakteristik při různých postaveních létajícího stroje v ovzduší. To jsme zvládli již dříve a snad z toho povstala potřebná poučení pro všechny zájemce, dosud málo nebo vůbec ne dotčené takovýmito informacemi.

O co se chceme pokusit? Chceme vědět jak si bude počínat letadlo s pevným křídlem, když bude měnit rychlosti letu. Jak rychle bude klesat směrem k zemi, kdy to bude nejpomaleji a jak daleko dokáže klouzat, jestliže bude rychlost měnit. Pro zvolenou rychlost letu bychom chtěli znát obě hodnoty, tj. rychlost klesání a také vzdálenost kam při tomto postavení z dané výšky dokáže letadlo doletět(jeho klouzavost). To všechno, stejně jako před tím, budeme zjišťovat pro bezmotorový let, který znovu na následujícím obrázku připomeneme.

V tomto obrázku jsou některé podstatné informace související s klouzavým letem, takže je zde dále nebudeme rozvádět. Snad jen připomeneme, že nejmenšímu úhlu klouzání odpovídá největší klouzavost. Takže čím větší úhel klouzání tím horší klouzavost. Příčinou tohoto stavu je často neúměrně velký odpor letounu v poměru k dosahovanému vztlaku. Zvlhlé, zatíženími deformované nebo námrazou postižené nosné plochy apod., toho mohou být nezřídkou příčinou.

Rychlostní poláru letounu sestrojíme tak, že pro jednotlivé fáze jeho letu spočítáme pomocí jeho aerodynamické charakteristiky(poláry),jíž jsme již porozuměli, z celkové rychlosti rychlost vodorovnou V_x a rychlost svislou V_y.

Vodorovná rychlost popisuje pohyb letounu podél zemského povrchu a svislá rychlost zase pohyb směrem k němu(klesání) nebo od něho(stoupání). Předpokládá se nehybná okolní atmosféra, což se v praxi takřka nestává, jak jsme již naznačili v některých dřívějších článcích.

Obě prve spočítané rychlosti vyneseme do grafu, jehož příklad je v následujícím obrázku.

Silně vytažená čára je rychlostní polára letounu s několika vyznačenými body na ní.

Vedeme-li z počátku souřadnic tečnu k této křivce získáme v bodě dotyku A údaj pro rychlost letu při níž je dosahováno nejlepší klouzavosti. Ve všech ostatních případech je klouzavost horší.

Vedeme-li k poláře tečnu vodorovnou dospějeme v bodě B k rychlosti letu při níž je dosahováno nejmenší klesavosti.

Postupujeme-li po poláře dále vlevo dostáváme se k bodu G, který označuje nejmenší možnou, ještě bezpečnou rychlost letu. Pokusy o její další zmenšování vedou k odtržení proudu od nosné plochy letounu a k jeho pádu.

Pak jsou tu ještě body 1 a 2 na poláře. Jejich spojnice ukazuje příklad jak je možné při stejné klouzavosti letět dvěma různými rychlostmi.

Čím je sestupná pravá část poláry strmější tím horší je pronikavost letounu v povětří v němž se nachází.

V následujícím obrázku je opět rychlostní polára letounu s vyznačením jeho důležitých poloh vůči směru letu.

V bodě A se jedná opět o stav kdy je dosahováno maximální klouzavosti a tomu odpovídajícímu minimálnímu úhlu klouzání φ_min. Vpravo od něj je v bodě B zachycen letový stav s minimální klesavostí V_ymin. Povšimněte si, že úhel klouzání je větší než v bodě A.

V bodě G je situace při níž se letoun dokáže pohybovat nejmenší možnou rychlostí ze všech možných, aniž by byly významněji ohroženy jeho letové vlastnosti. Úhel klouzání se dále zvětšil, klouzavost zmenšila a klesavost zvýšila.

Jestliže pilot zvětší úhel náběhu nosné plochy ještě více stává se letoun neovladatelným a dochází k jeho pádu.

Všimněte si opět, že bodu G, označeném zde ještě 1, přísluší stejně velký klouzavý úhel jako bodu 2, kdy se letoun ale pohybuje již značnou rychlostí ve strmém letu. Změna je dána rozdílem úhlů náběhu v těchto dvou situacích.

Když poláře letounu opíšeme ve spodní její části kružnici, v bodě dotyku zde označeném písmenem E, je stav s největší možnou rychlostí letu Vmax.

Vpravo od něj, na ose pořadnic V_y je pak stav ve střemhlavém letu, kdy vztlak se rovná nule. Toto místo platí pro nosné plochy s kladně prohnutými profily.

Postupujeme-li dále doprava dostává se letoun do polohy letu na zádech, zde označeném příkladem pod písmenem F.

Nejnižší možnou rychlost v letu na zádech získáme vedením tečny z počátku souřadnic k pravé části polární křivky. Pak již zase následuje pád není-li k dispozici dostatečně výkonná pohonná jednotka. To byly některé smrtelné případy odvážlivců, kteří se snažili uskutečnit obrácený přemet s nepříliš výkonnými jednotkami a nosnými plochami s profily o velkém prohnutí.

Velmi pravděpodobně by bylo vhodné, aby se všichni amatérští piloti skutečných letadel seznámili podrobně s rychlostní polárou svého letounu a pochopili tak jeho vlastnosti a možnosti. Svoje pilotní umění, aby tomu pak přizpůsobili. Totéž platí o všech létajících strojích s pevnými křídly, ať jsou to jen modely nebo bezpilotní prostředky.

I když jsme se o tom, jak působí pohyblivé prostředí atmosféry, ať ve vertikálním či horizontálním směru, na výkony a vlastnosti letounů zmínili již v loňském ročníku AL, přinášíme ještě následující obrázek s některými účinky změn prostředí i aerodynamických a geometrických charakteristik letounu na podoby rychlostní poláry.

Z něj je například patrné, že při zkoumání účinků povětří působícího na letoun, zpředu šikmo a shora dolů, posuneme původní počátek souřadnic O proti směru působícího proudu do bodu O´. Odtud pak zjišťujeme výkony pozměněné nepříznivým účinkem povětří. Chce-li letoun a pilot v něm překonat tyto nástrahy musí být poloha letounu nastavena do menších úhlů náběhu, čímž vzroste klesání, ale rychlost vůči Zemi se mnoho nezmění. Bod 1´ nyní udávající nejlepší klouzavost ve změněných podmínkách atmosféry je již daleko na sestupné části poláry a signalizuje nepříliš skvělou pronikavost s podstatně zvýšenou klesavostí. Což mohlo být způsobeno použitým profilem a tvarem nosné plochy. Kdyby pilot nesprávně ohodnotil působící podmínky a snažil se zvýšenému klesání zabránit snížením rychlosti letu dostal by se jistě do ještě větších potíží. Z takovéto situace je možné uniknout nebo zmenšit nepříznivé účinky okolního prostředí jedině rychlým únikem z oblasti, ať se zdá být klesání zpočátku jakkoliv výhružné.

Z příkladů ve spodní části obrázku můžete získat představu o tom jak se změní některé aerodynamické parametry letounu, když zvýšíte zatížení nosné plochy, zmenšíte odpor , zvýšíte štíhlost křídla nebo použijete profil s jiným prohnutím.