Snahy o nalezení zázračných profilů
stále ještě nezanikají

A to je dobře, protože život žádá změnu, i když ta změna nemusí být zrovna teď ta pravá. O jednom takovém úsilí je tento příspěvek, který bych si nedovolil sestavit, pokud by mě o to autor sám nepožádal. Protože jsem již nějakou dobu skeptický k tomu, že by mohlo být nalezeno „profilové Eldorádo“. Třeba se mýlím, což bych byl rád.

Snad se neprohřeším zákonu, který neznám nebo neporuším společenské pravidlo související s osobností každého člověka, když uvedu jméno původce tohoto nápadu, který si ho nechal patentovat. Jedná se o pana ing. Josefa Sattlera a číslo jeho patentu 295 938 uděleného 17.10.2005 Úřadem průmyslového vlastnictví v Praze.

Nebudu zde kopírovat obsah ani předmět patentního spisu. Ten si může každý zájemce nalézt na úřadě. Použiji pouze anotace z tohoto spisu.

Úprava profilu nosných ploch létajících prostředků zajišťující vyšší vztlak při různých režimech letu

Řešení se týká úpravy profilu nosné plochy létajících prostředků transformací profilů nebo úpravou vlastního profilu, zajišťující vyšší vztlak, rovnoměrnější rozložení vztlaku podél hloubky profilu a oddaluje odtržení mezní vrstvy od profilu při různých režimech letu. Podstata spočívá v tom, že horní stranu profilu upravíme ve vymezené části tak, aby měla kromě původní části se zrychlujícím tlakovým spádem další část se zrychlujícím tlakovým spádem. Tím se zamezí dřívějšímu odtržení mezní vrstvy od profilu při různých režimech letu, vznikne rovnoměrnější rozložení vztlaku po hloubce profilu a zvýší se vztlak nosné plochy. Tato úprava se provede jednostupňovou nebo vícestupňovou transformací tj. vzájemným posunutím dvou nebo více profilů. Další způsob úpravy je ten, že vlastní profil upravíme tak, aby měl kromě náběžné části také před odtokovou hranou ve vymezené délce horní strany profilu další část se zrychlujícím tlakovým spádem. U laminárního profilu úpravu provedeme v upraveném obrysu horní strany přední části laminárního profilu. Upravené profily je možné použít pro nosné plochy letadel, rotorových listů vrtulníků nebo vírníků, u listů větrných motorů a jiných zařízení, kde se využívá vztlaku při obtékání ploch různými medii.

Na dalších obrázcích je idea předmětu patentu zachycena.

V prvních třech obrázcích je zřejmě zachycen předpokládaný průběh součinitele tlaku horních stran profilu původního a profilu upraveného. Ve čtvrtém obrázku jsou uvedeny dvě základní úpravy-varianta 1 a 2, společně se srovnávaným profilem CLARK Y.

Podle těchto návrhů popsaných autorem souřadnicemi byly vyrobeny obdélníkové modely : první dva měly rozpětí 240mm a hloubku 120mm třetí pak rozpětí 400mm a hloubku 200mm.

Pro měření v otevřeném aerodynamickém tunelu VZLÚ v Praze o průměru 1,8 m byly všechny testované modely opatřeny okrajovými kruhovými deskami, takže jejich efektivní štíhlosti vzrostly na 4. Modely byly umístěny na tenzometrické váze snímající působící aerodynamické síly a do výpočtu všech součinitelů byly zahrnuty všechny standardní tunelové korekce.

Měření byla uskutečněna pro 4 hodnoty Reynoldsových čísel – 40 000, 80 000, 120 000 a 160 000. Získané hodnoty jsou v následujících čtyřech diagramech.

Z těchto grafů vyplývá, že se úpravami nepodařilo dosáhnout cíle – zvýšení vztlaku profilu, naopak došlo k poklesu maximálního součinitele vztlaku a současně k nárůstu součinitele odporu.

Až potud je použit výtah z obsahu příslušných částí protokolu VZLÚ o měření, která proběhla v květnu roku 2010.

Tak tohle všechno a ještě trochu víc papírů jsem dostal od ing Sattlera počátkem března 2011 s doprovodným textem a žádostí, zda bych pomocí programu X-foil prošel výsledky z tunelu VZLÚ a zkusil zkombinovat nové profily při využití jedno i vícestupňové transformace podle patentu.

Pan Sattler ještě poslal svoje stručné výsledky se dvěma modely:

• -první o rozpětí 540 mm a hloubkou 240 mm mohl létat při zatížení nosné plochy 19,6 N/m2 rychlostí kolem 6m/s a při Re čísle kolem 100 000. Štíhlost jeho nosné plochy byla cca 2,3.
• -druhý s rozpětím 930 mm a hloubkou 150 mm mohl létat při zatížení nosné plochy 27,2 N/m2 rychlostí kolem 7 m/s a při Re čísle kolem 70 000. Štíhlost nosné plochy zde byla cca 6,2.

Oba modely při vypouštění z ruky za bezvětří dosahovaly v klouzavém letu vzdáleností 12 až 15 m.

Posuzovat výkony takových různých modelů (štíhlost, zatížení) a ještě k tomu při dost rozdílných Re číslech ( 72 000 a 100 000), jež musely výrazně ovlivnit výsledky při nerozvinutých prouděních kolem jejich ploch, je na pováženou. Podmínky obtékání obou křídel se dozajista musely nacházet nepatrně nad kritickými, kde při i poměrně malých změnách Re čísel dochází k výrazným změnám. O tom bych mohl vyprávět velmi dlouho, i o tom jak mě to nezřídka v minulosti dost vytrestalo.

Takže jsem měl před sebou na stole prve uvedené podklady. A teď co s nimi?!

Výsledky měření ve VZLÚ mi nepřísluší komentovat. Pouze poznamenám, že jsem u nich postrádal výraznější vliv hysterezních jevů, zejména u obou menších hodnot Re čísel, které obtékání v oblasti kolem kritických podmínek provázejí. Pravděpodobně zde zapůsobila turbulence proudu v tunelu. My jsme neopomenutelné zkušenosti v tomto směru například získali s Ing B. Hořením z měření v aerodynamickém tunelu tehdejší VTA v Brně na počátku 70.let minulého století. Hysterezní jevy překvapily nejen nás dva. Turbulátory je pak poměrně snadno „umravnily“.

Jak již uvedeno ve výše citované zprávě VZLÚ vztlak byl ve všech případech nižší a odpor zase vyšší ve srovnání se zvoleným „etalonem“ CLARK Y. Rozdíly nebyly vysoké, nicméně nalézaly se, pro původce návrhu, na nepříznivé straně.

Co mně tedy zbývalo než se pokusit stvořit, jak jsem tak trochu slíbil autorovi patentu, podobné tvary profilů a podrobit je prověrce v programu Profili 2.20. Nebylo to zase až tak úplně jednoduché. Durantiho program se několikrát vzpouzel a nechtěl poskytnout žádné výsledky. Trvalo to několik dní než jsme se domluvili.

Výsledky jednoho z mých prvních návrhů jsou v dalším diagramu. Jsou to poláry profilu o tloušťce cca 10,5% a prohnutí asi 3,2%, což může připomínat původní variantu 1, v poměrně širokém rozsahu Re čísel. Maximální tloušťka i prohnutí byly zhruba srovnatelné s hodnotami CLARK Y.

Součinitlé vztlaku jsou vyšší a součinitele odporu maličko menší ve srovnání s měřeními původní varianty 1 ve VZLÚ. To by mohlo původce patentové přihlášky potěšit. Tento můj návrh je samozřejmě výrazně odlišný od varianty 1. Byl použit pouze princip úpravy zadní poloviny horní části profilu. I jeho zadní čtvrtina je upravena. Tím bylo dosaženo menších hodnot klopného momentu.

Při sledování průběhů součinitelů tlaku, během počítání polár, jsem s napětím očekával jak tohle dopadne. Ale nakonec se potvrdily víceméně přepoklady z dřívějších poznatků, kdy jsem testoval profily se stupňovitými tvary jejich horních částí v rozmezí Re čísel 30 000 až 80 000 ve volné přírodě.

Pokoušel jsem pak možnosti a okolnosti související s prouděním okolo takovýchto nepříliš obvyklých tvarů profilů dál. A sestrojil jsem profil vzdáleně se podobající variantě 2. Maličko jsem zvětšil maximální tloušťku, na cca 12,3% a také trochu maximální prohnutí, na cca 4,4%. Výsledky jsou v dalším diagramu.

Hned na první pohled je patrné, že se změnilo dost hodnot při stejných Re číslech jako prve. Výrazně vzrostl vztlak. Ale také stoupl, při třech menších Re číslech, odpor. Průběh polár u malých hodnot součinitelů vztlaku se rovněž zhoršil. To je však logický důsledek zvětšeného prohnutí.

Oba tyto diagramy však nemají samy o sobě nijakou zvláštní vypovídací schopnost, pokud neporovnáme jejich výsledky, za stejných podmínek, s profily jinými. Vybral jsem k tomu znovu CLARK Y a jeden z mých dřívějších profilů o trochu větším prohnutí LHK 11-15.1/3.5-M-1-M. Výsledky porovnání jsou v následujícím diagramu pro hodnotu Re = 750 000. Posuďte je sami.

Pak jsem totéž vyhotovil pomocí Profili 2.20 pro Re = 2 000 000. Výsledky jsou v dalším diagramu a uvádím je bez komentáře.

I sestrojil jsem jinou „profilovou příšerku“, o maximální tloušťce 16,4% a s maximálním prohnutím cca 7,8% a potrápil ji při třech Re číslech, což je předvedeno v dalším diagramu.

Výsledky „nic moc“, i když hodnota prohnutí profilu je nezvykle veliká. A protože jsem byl docela pěkně zaujatý svým konáním, tak jsem stvořil ještě jednu „nestvůrku“ s dvojí úpravou horní strany profilu. Má maximální tloušťku 16,1% a maximální prohnutí 8% a výsledky jejího snažení v proudu vzduchu v rozmezí Re čísel 500 000 až 3 000 000 jsou v dalším diagramu.

Zase nic moc překvapivého, přestože prohnutí profilu je obrovské. Za pozornost snad stojí neustále stoupající hodnoty součinitele vztlaku při úhlech náběhu přesahujících cca 15 stupňů, kdy by měly již dávno klesat.

Tak a tady již raději skončím, i když konec tohoto konání zdá se být otevřený.