Panta rei, což by mělo znamenat v češtině vše plyne je průvodním znakem atmosféry Země, která je prakticky v neustálem pohybu. Někdy prudším, jindy pomalejším. Všemu živému i neživému, co se v atmosféře nalézá vyhovuje obvykle její nepříliš prudký pohyb, ať již to je ve směru horizontálním či vertikálním. Letadlům těžším vzduchu a vzducholodím pohyby vzduchových mas příliš nevadí, pokud nepřekročí určitou mez. Bezmotorová letadla lehčí vzduchu dávají přednost rychlostem vzduchu do cca 50 km/h, jindy moc nelétají.

Létající stroje však jsou určeny k tomu, aby se v atmosféře Země pohybovaly nejen za bezvětří (které sice prakticky neexistuje), ale  i za větrných podmínek, které jim kladou nemalé překážky a nezřídka je i ohrožují existenčně a s nimi i zdraví a životy jejich posádek.

Tento příspěvek se snaží přiblížit, jak jinak než populárně naučnou formou, na několika případech to, k čemu dochází ve vzájemném působení atmosférického prostředí a létajících strojů.

Následující obrázek napovídá o tom k čemu dochází v klouzavém letu, když působí aerodynamické síly (vztlak, odpor a jejich výslednice) a síla zemské tíže na letoun. Větší složka tíže – G.cosθ   je vyvážena vztlakem  a menší – G.sinθ,  zase jeho odporem. Úhel θ označuje směr jakým se takovýto letoun přibližuje zemskému povrchu. Když je vztlak velký a odpor malý je také tento úhel malý a naopak. Z dané výšky klouže letoun tím dále, čím je tento úhel menší. A to platí jak pro malé, tak i pro velké letounu a také pro jejich modely. K velikosti tohoto úhlu klouzání nebo jeho převrácené hodnotě, zvané klouavost, se ještě přiřazuje rychlost klesání v dané poloze letounu. K tomu je třeba ještě vědět jak velká tíha připadá na jednotku nosné plochy. Jestliže je zvolen správný profil a jsou známy jeho aerodynamické charakteristiky – součinitelé vztlaku, odporu a klopivého momentu, pak je možné určit jeho výkonové parametry v předpokládaném rozsahu letových situací. Ty zastupuje polára letounu. Posouzení letových vlastností následuje současně s tím. Jedná se především o stabilitu, řiditelnost, vyvažitelnost atd.

To všechno se určuje pro zvolené parametry atmosféry Země a může být vyžadováno pro její různé výšky, kdy se mění její hustota, teplota, tlak a viskozita.

U takovéto atmosféry se vychází z toho, že je v podstatě nehybná. Což je předpoklad v praxi téměř nesplnitelný, jak jsme uvedli již na začátku.

A co když se masy vzduchu v plynném obalu Země pohybují – nahoru, dolů, dopředu, dozadu??? Což je situace jíž jsme svědky denně. Tak co s tím?

Je to důležité a má to nějaký vliv? To se nyní pokusím vysvětlit.

Létání pomocí pevných, ale nakonec i pohyblivých nosných ploch , nespočívá jen v dodržování zvoleného přímkového letového kurzu. Je třeba, a někdy dost často, také zatáčet.

V dalším obrázku je tato situace pro letoun s pevným křídlem zjednodušeně graficky zachycena. Předpokládejme, že se snažíme o kruhovou zatáčku 360°, když fouká například západní vítr.

Ponechme nyní stranou rovnováhu výsledných sil působících na letoun v zatáčce a všimněme si jen toho jaký vliv má vítr.

Když by atmosféra byla nehybná, tak by se mělo podařit uskutečnit zatáčku přibližně ve tvaru kružnice o zvoleném náklonu s výsledným poloměrem kroužení. Letoun by se při tom mohl udržet ve stejné výšce (což se nestává vždy). Při započetí zatáčky působí vítr z boku a letoun se setkává se šikmo nabíhajícím proudem vzduchu- viz jeden z dalších obrázků.

Následně se dostává do situace s větrem v zádech. Jeho rychlost se vůči okolnímu prostředí i Zemi mění mnohem více než na počátku zatáčky. Hned teď napovím, že pokud nedojde ke změně seřízení letounu (vychýlení výškového kormidla) změní se jeho výkony i letové vlastnosti a to tím více, čím si budou hodnoty rychlosti větru a letu bližší.

Pak následuje let opět s bočním větrem, tentokrát působícím na letoun z druhé strany (když to před tím bylo zprava nyní je to zleva). Výkony i letové vlastnosti se zase změní, čímž chci naznačit, že nebudou lepší.

Když při dokončování zatáčky se letoun dostane do polohy kdy proniká proti větru, jsou výsledné aerodynamické síly i moment zase jiné. Změna seřízení pro tuto fázi letu je opět vhodným zásahem do řízení. Výrazně se změnila rychlost letounu vůči okolnímu prostředí – vzrostla o rychlost větru. Změnila se i rychlost vůči Zemi – ta zase bez zásahu do seřízení letounu, klesla.

Celý průběh zatáčky má pak odlišný tvar od původně zamýšlené kružnice a je zdeformovám ve směru větru.

Letoun při zachování původního seřízení během zatáčení ve větru mění výšku letu nahoru (proti větru)   i dolů (po větru).  Jeho výkony se tím zhoršily, protože pilot nedodržel původní polohu na rychlostní poláře potřebnou pro tento manévr. Nezřídka to na nezkušené piloty působí nepříznivě, protože ty vlnovité pohyby vnímají zřetelně.

V dalším obrázku je schema vektorů rychlostí větru- Vv, rychlosti letu – V_L, rychlosti letounu vůči okolnímu prostředí – W a rychlosti vůči Zemi- Vz´.

V levé části obrázku je situace s bočním větrem. Je to celkem srozumitelné. Upozorním však na to, když by měla být zachována původní dráha letu letoun musí letět s vybočením o úhel θ. Od tohoto okamžiku se všechny plochy letounu nachází v jiném stavu obtékání, které přinejmenším zvětší jeho aerodynamický odpor. Výkony tedy klesnou. Připomenu ještě, což si valná část stoupenců letectví neuvědomuje, že podobně nepříznivě je ovlivněna i rotující vrtule.

V pravé části předchozího obrázku je situace s větrem v zádech. V tomto případě upozorňuji na nemalé nebezpečí ztráty vztlaku jestliže se pilot či modelář snaží snížit rychlost vůči Zemi změnou seřízení letounu tak, že „přitáhne“ výškové kormidlo. Mohou nastat situace, a taky se to již nesčíslněkrát stalo, že původní rychlost letu zmenšená o rychlost větru má za následek snížení rychlosti vůči okolnímu prostředí. Vztlak klesne výrazně a má při náklonu vyrovnávat ještě vliv odstředivé síly. A jestliže při tom je ještě snaha zvětšit úhel náběhu nosné plochy je na velmi nepříznivopu situaci „zaděláno“. A pokud se tak stane v malé výšce a  silnějším větru při finální 180º zatáčce před přistáním je katastrofa velmi blízko. Takto zničených modelů a lidských životů bylo již nepočítaně.

Takže pozor na nesprávnou změnu úhlu seřízení při letu s větrem v zádech. Určitá odpozorovaná zkušenost, těch co mají za sebou dostatečnou praxi, doporučuje při větrném počasí trvale nastavit vyšší rychlost letu o číselnou hodnotu odpovídající zhruba rychlosti větru. Takže například pro ULL, při rychlosti větru 8m/s trimovat na trvalou rychlost letu o cca 10km/h vyšší. Zhorší se tím samozřejmě poněkud výkony, ale zvětší se jistota neklesnutí rychlosti letu pod kritickou hodnotu – pádu letounu. V zatáčce je to o to horší, že je třeba kompenzovat dosažitelným vztlakem působení odstředivé síly. O tom jsme již ale psali v některém našem dřívějším příspěvku.

V následujícím obrázku je schema vektorů rychlostí při letu proti větru.

K delšímu letu proti větru stojí za to si vzít k ruce rychlostní poláru letounu a posoudit výhodnost zvolené úpravy seřízení. Vždy je několik možností a souvisí to nejen se zkušenostmi pilota, ale také ještě bytostně se spotřebou paliva a tím i doletem. Někdy je účelné smířit se s menší rychlostí vůči Zemi a doletět do cíle poněkud později, když jsme již rozhodli prodírat se proti větru. Těm co snad čtou tyto řádky poprvé napovím, že létající stroje s nosnými plochami opatřenými profily se značnými prohnutími ( nad asi 4-5%) budou mít s protivětrem značné potíže.

A teď jak by na tom asi mohly být třeba kluzáky????

  

Jak to obvykle „funguje“ při vlétnutí do svislého vzestupného proudu, což je přáním všech plachtařů, je v prvním ze dvou předchozích obrázků. Původní rychlost letu V₁ se součtem s rychlostí vzestupného proudu V_v zvětší na W, což je výsledná rychlost proudu vzduchu nabíhajícího k letounu. Zvětší se zároveň i úhel náběhu α . Vzroste i výsledný vztlak nosné plochy a  samozřejmě i odpor, ale konečné účinky na letoun jsou příznivé. Letoun stoupá, jestliže jeho rychlost klesání je nyní menší než rychlost vzestupného proudu. A všichni v kabině letounu se obvykle radují, přestože násobek letu vzroste nad hodnotu 1 tím více, čím je rychlost vzestupného proudu větší.

Jestliže však nastane situace opačná, to jest kdy letoun vlétne do sestupného proudu, což je v druhém z předchozích obrázků, nejen že násobek přejde dost rychle do záporných hodnot působících méně příznivě na lidský organizmus, ale klesne i vztlak a zvětší se i odpor. Výsledný vektor rychlosti proudu nabíhajícího k nosné ploše se změní.  Rychlost W sice vzroste, ale původní úhel náběhu α nosné plochy se nyní zmenší a to často do záporných hodnot. Výsledkem je pak zvýšené klesání letounu i menší klouzavost. A to, až na výjimky, nikdo nechce. Z takové oblasti je nejlepší „uprchnout“ co nejrychleji, pokud je k tomu dostatečná výška nad Zemí nebo dostatek výkonu pohonné jednotky.

Dovolím si uvést jeden z více případů, které jsem měl možnost pozorovat. Model kluzáku o rozpětí cca 2,5m s velmi dobrou klouzavostí byl sražen sestupným proudem z výška cca 8m až na zem. Nebyl to povznášející pohled a ani zvuk provázející náraz. Jsou také známy případy náhlých prudkých poklesů o několik stovek metrů u velkých dopravních letadel, provázených poraněními cestujících. K tomu nezřídka dochází v případech, kdy mají rychlosti sestupných proudů v atmosféře hodnoty kolem desítek metrů za sekundu. Kapitán letounu to obvykle komentuje vyděšeným a někdy i zbytky jídla znečištěným  a záporným přetížením zasaženým cestujícím uklidňujícím hlášením, že jste právě prolétali turbulencí.  Pak následuje zase náraz zespodu a skok do přetížení kladného, když se letoun z tohoto sestupného proudění dostal ven. V těchto okamžicích není příliš povzbudivé dívat se  například na průhyb křídla. To však je na podobná zatížení dimenzováno, což se však mnohým cestujícím obtížně vysvětluje.

Snad by to mohlo pro tentokrát stačit neboť létání je nejen nádherné, ale i bezpečnější než zbrklá jízda na bicyklu či jízda autem.

27. 5. 2013 © Jaroslav Lněnička