Zatáčení

Když jsem kdysi dávno ještě nabíral rozum tak jsem byl, mimo jiné, poučen při plachtařském výcviku o tom jak se má s letadlem zatáčet. Aniž bych chtěl kohokoliv poučovat, tak bych chtěl tuto činnost ve vzduchu stručně zopakovat a trochu ji doplnit, protože jsem tenkrát ještě neznal všeliké souvislosti.

Zatáčet s letadlem je možné všelijak. I když jsme se o tom již rozepsali v minulém roce nebude snad ke škodě připomenout zatáčku, jakožto jeden ze základních manévrů létání, trochu jinými slovy a obrázky. Je stále dost příznivců letectví, kterým jsou způsoby zatáčení poněkud vzdáleny.

První možností zatáčení je využívání pouze směrového kormidla-směrovky. Tu vychýlíme na tu stranu kam chceme zatáčet. Trvání této výchylky nemusí být delší než asi 3-4 s. Někdy i podstatně méně. Pokud takováto plná výchylka trvá déle vystavujeme se nebezpečí, že při nedostatečné příčné stabilitě přejde poměrně rychle letoun do sestupného spirálního letu při neustále se zvyšující rychlosti. Tento letový, nijak zvlášť bezpečný stav, může být podporován i malou těžištní zásobou. Předejít se tomu dá takto: zkroucením křídla, vhodným vzepětím křídla, posunutím těžiště kupředu a vhodnou volbou velikostí výchylek směrovky. Nejlepším řešením je kombinace všech uvedených možností.

Jak můžeme zatáčet pomocí směrovky a křidélek zároveň, což je způsob většinou nejvhodnější(nejsprávnější)? V přímém letu přiměřenou rychlostí, když se horizont nenakloní na žádnou stranu, vychýlíme směrovku na tu stranu kam hodláme zatáčet. V následujícím okamžiku, po prodlevě dejme tomu 1 až 2 sekundy, vychýlíme na tutéž stranu křidélka. V ustáleném letu, který by měl nastat při zvolené velikosti výchylek směrovky i křidélek v závislosti na rychlosti letu, výchylku směrovky po několika sekundách zrušíme. Směrové kormidlo je nyní v neutrále a vychýlena jsou pouze křidélka. Ustálený let, tj. ten kdy nezrychlujeme a ani nezpomalujeme při správném náklonu, což se snadno pozná podle změn v klesání, udržujeme malými korekcemi výchylek křidélek tak dlouho, jak potřebujeme.

Když zatáčku chceme ukončit, vrátíme vychýlená křidélka nejen do neutrálu, ale ještě zčásti na opačnou stranu a to s takovou výchylkou a po takovou dobu, dokud letadlo nezaujme opět přímý směr letu v němž chceme pokračovat. Rychlosti a velikosti změn výchylek směrovky i křidélek závisí na tom jak razantně a rychle chceme zatáčku uskutečnit.

To byl stručný pokyn k tomu, jak by se asi mělo zatáčet s letadlem ve vzduchu. Tak nějak je to prezentováno i při výcviku létání.

Jestliže se budete snažit zatáčet pouze křidélky, což je také možné, zatáčka se nepovede tak jak by se povést měla. Letoun zatočí, ale s větší ztrátou výšky. Při pouhém vychýlení křidélek, zejména při nevhodné velikosti jejich ploch nebo při nepřiměřených a nesprávně diferencovaných výchylkách, letoun nejprve dost rychle vybočí na opačnou stranu a pak se teprve nakloní na tu stranu správnou a bude zatáčet. Takže to je třetí možnost jak zatáčet s letadly opatřenými pevnými křídly. V dávných dobách letectví, měli to i Wrightové, se po vzoru ptáků nakrucovaly konce křídel nahoru a dolů.

Jinou možností je zatáčení pomocí spoileru. Ten na rozdíl od křidélek pouze vztlak snižuje a odpor zvyšuje na té polovině křídla kde je vychýlen nahoru. Je to strana na kterou má zatočit. Tento letový manévr je spojený s větší ztrátou energie, než by bylo třeba. Ale někdy se tomuto způsobu nedá vyhnout.

U závěsných letounů je k zatáčení využíváno změny těžiště posádky. Při stranových posunech pilotova těla, pomocí hrazdy jež je součástí letadla, vznikne dvojice sil z tíhy piloty a složky vztlaku nosné plochy. Ta nakloní letadlo na stejnou stranu a to následně začne zatáčet.

V letecké praxi probíhá značná část všech letů s menším či větším vybočením, zejména při větru. Tvary a povrchy letounů nejsou obtékány pod původně zamýšlenými a kalkulovanými směry a proto jsou jeho výkony horší a energie vynakládaná na jeho pohyb v ovzduší je větší.

Může však také dojít záměrně k letu s větším vybočením, kdy jsou křidélka vychýlena pro zatáčku na jednu stranu a směrovka současně zase pro zatáčku na stranu druhou, které je možno využít pro zvětšení klesání v případě nutnosti například při přistávání do omezeného prostoru. Tento manévr je nazýván „glizádou“, jinak řečeno letem ve skluzu s poměrně velkým klesáním. Blízko zemského povrchu je nutné před přistáním všechna kormidla vrátit do neutrálních poloh. K tomu je však vhodné mít dostatečnou průpravu.

Správné zatáčce při dané rychlosti odpovídá také správný náklon na stranu zatáčení.

Jestliže je náklon příliš velký letoun se pohybuje se značným vybočením a velkou ztrátou výšky. Velmi snadno se může dostat do situace, kdy vztlak jeho nosné plochy nestačí překonat současně působící tíhu a odstředivou sílu a dojde k pádu. 0 tom jsem ale již psali dříve.

Jestliže je náklon příliš malý dochází rovněž k letu s vybočením.

Oba tyto případy nesprávných zatáček jsou na předchozím obrázku zachyceny. Zde je vhodné připomenout nesčíslněkrát opakovanou instrukci „o kuličce a ručičce“, což není dobré si vykládat jako začátek nějaké pohádky.

Správný náklon také určuje, společně s rychlostí letu(její druhou mocninou) velikost násobku namáhajícího letadlo i jeho posádku. O tom jsme se zmínili například v jednom minulém magazínu v článku o dynamickém plachtění.

A teď jak to bývá u modelů letadel. Mělo by to v podstatě probíhat jak prve uvedeno. Ale protože to jsou jen modely letadel tak se s nimi zachází i jinak.

Pojednáme o dvojím způsobu zatáčení používaným u modelů letadel.

Buď jen pomocí směrovky nebo jen pomocí křidélek. Popíšeme to ještě jednou trochu jinak.

Principiální rozdíl působících sil a momentů na zatáčení mezi křidélky a směrovkou tkví v tom, že pomocí křidélek měníme rozložení sil na každé polovině nosné plochy, čímž vzniká dvojice značných sil opačného smyslu, působících na velkém rameni-viz následující obrázek. Tím se dosahuje výrazného momentu, který otáčí letoun podle podélné osy, naklání jej a tím vyvolává zatáčení. Náklony na jednu či druhou stranu jsou výrazné a rychlé.

Při potřebě pomalejších zatáček s nepříliš velkým náklonem, který souvisí s poloměrem zatáčky, postačí obvykle směrové kormidlo. Jeho výchylka však nesmí být příliš veliká a mít delší trvání.

Výchylky směrovky mění také síly a tím i momenty, které působí, ale vodorovně a kolem svislé osy letounu.

Tyto síly a z nich vznikající momenty jsou nepoměrně menší než v prve uvedeném případu. A proto mají menší účinky. Při nevhodně volených poměrech mezi jejich pevnými a pohyblivými částmi svislé ocasní plochy a při používání velkých výchylek směrových kormidel značně narůstá odpor letounu.

Teď jednu faktickou připomínku: snahu zatočit má každý létající stroj jakmile se začne naklánět na některou stranu. K tomu dochází běžně, vedle letů s vybočením, v turbulentním prostředí, kdy nastávají prudší změny proudění v atmosféře, ať již ve vodorovném(vítr) či svislém(termika) směru. Zde je funkce křidélek stěží zastupitelná třeba jen směrovkou, aniž by došlo po porušení předchozí rovnováhy letu k velké ztrátě výšky a jejímu nesnadnému znovu nabytí. K tomu je zapotřebí vybavit model dostatečným vzepětím křídla a případně i jeho zkroucením. A především značnou zásobou podélné stability, což znamená dostatečnou vzdáleností mezi těžištěm modelu a jeho aerodynamickým středem. K tomu je ještě nutné přidat správnou hodnotu seřízení nosné a vodorovné ocasní plochy.

Připomeňme ještě jak by to správně mělo být, což se vždy neděje, s ustáleným režimem v zatáčce, kdy nás zajímá například hodnota klouzání a také rychlost klesání.

Za ustálenou zatáčku považujeme rovnoměrně probíhající křivočarý let ve vodorovné rovině nebo v jakékoliv stoupající nebo klesající dráze( například šroubovici). Jestliže úhel příčného sklonu(náklonu) odpovídá rychlosti letu a poloměru zatáčky, letoun by měl letět bez vybočení. A takovou zatáčku pokládáme za správnou. Viz také jeden z předchozích obrázků o nesprávných zatáčkách.

Jestliže nezměníme nebo nemůžeme v zatáčce zvětšit součinitel vztlaku tak vzroste nejen rychlost letu, ale zvětší se i úhel klouzání a vzroste klesavost letounu. Výsledné výkony jsou pak při zatáčení horší než v přímém letu.

V praxi je žádoucí vědět jaký poloměr zatáčky zvolit při daném úhlu příčného sklonu, aby bylo dosaženo co nejnižší klesací rychlosti. To je možné pomocí přiměřeně obtížného výpočtu určit. Z něj pak vyplyne jak si bude letoun počínat v zatáčkách.

Snad nebude na škodu znovu připomenout, že velmi nebezpečné situace nastávají při rychlostech letu, kdy jsou úhly náběhu nosné plochy blízké jejím maximálně dosažitelným, součinitelům vztlaku. Pokoušet se uskutečňovat v těchto fázích zatáčky s větším náklonem je neprozřetelné, protože při tom vzniklá odstředivá síla pohltí část vztlaku, jehož se pak nedostává k překonání tíže a letoun spadne. Těch případů bylo již bohužel nemálo.

Určitou pojistkou může být v těchto případech ještě případně nějaká využitelná výkonnost pohonné jednotky, která pomůže zvýšit rychlost letu, ale s okamžitým zmenšením náklonu. Je však třeba myslet na to, že jak zvýšení vztlaku tak i velikost odstředivé síly jsou úměrné druhé mocnině rychlosti letu a mohou se proto snadno eliminovat.

Zde sehrává také nemalou roli vhodný profil v nosné ploše, který má dostatečně plochou horní část poláry, takže vztlaku, po překročení kritického úhlu náběhu, neubývá skokem, jak to je vlastní mnoha profilům jiným. A konečně není možné opomenout ani vliv půdorysného tvaru nosné plochy a jejího případného geometrického a aerodynamického zkroucení.

A nakonec ještě malou praktickou připomínku jak lze snadno nabýt nechtěného zatáčení, jestliže nosná a vodorovná ocasní plocha jsou vůči sobě naklopené. To je znázorněno na dalším obrázku.