S pohonem strojů toulajících se zemským povětřím, a nejenom s ním, bývají určité potíže. Ne každý je z toho, když na to dojde, nadšený. S tím je ale nutno se v zájmu věci vyrovnat. Takže, aby toho nadšení bylo občas dostatek, je tu následující dodatek k předchozímu článku.

Pokusím se jakýmsi slovním doprovodem uvést to co by se asi mělo dodržovat.

Zůstaneme-li u vrtulových pohonů, pak je vhodné zvolit nebo dokonce navrhnout a vyrobit vzdušný šroub potřebných vlastností, to jest zejména jeho průměr, stoupání, přenášený výkon a tomu odpovídající rozměry a tvary. Při tom obvykle narazíme na první obtíž, kterou je účinnost vrtule. Účinností vrtule míním, ostatně jako i jinde, poměr jejího výkonu ku jejímu příkonu. Příkonem je  výkon přiváděný na hřídel vrtule. Účinnost žádného stroje a v podstatě i jiných činností není nikdy a to ani ve vesmíru 100%.

Když se spokojíme s účinností vrtule a také třeba reduktoru otáček v rozmezí 70 až 80%, tak je třeba uvažovat využitelný výkon motoru ve stejném poměru zmenšený. Anebo potřebný výkon podávaný vrtulí s prve uvedeným rozmezí účinností  na hřídel motoru zvětšený.

Jestliže bychom uvažovali o koncepci jednomístného ULL, jehož jeden z možných příkladů je v následujícím obrázku, pak by mohl být použit následující postup.

 

Bude se jednat o posouzení předpokládaných možností tohoto letounu při rozjezdu, rozletu a začátku stoupání. A to za bezvětří( i když takový atmosférický stav prakticky neexistuje) a při využití pevnějšího travnatého povrchu pro start.

Oč se může jednat v této zjednodušené úvaze?

Půjde o to pokusit se určit potřebný výkon motoru v okamžiku počátku stoupání po předchozím rozjezdu a rozletu stroje.

V těchto fázích působí nepříznivě na dosažení takovéhoto stavu – setrvačnost stroje, valivý odpor jeho podvozku a také jeho aerodynamický odpor.

Zatímco setrvačnost stroje bude podmíněna především zrychlením jeho pohybu, které zde uvažujeme lineární, bude jeho valivý odpor největší zpočátku pohybu. Ten se vzrůstající rychlostí letu bude klesat až k nule, kdy se dosažený vztlak při zhruba maximálních úhlech náběhu bude rovnat jeho tíze. Což je celkem příznivé.

Takže tlak na povrch startovací plochy bude nulový (ve skutečnosti budou tomu předcházet jakési dlouhé skoky) až dotyk s ni nebude žádný. A valivý odpor zmizí a motor bude této předchozí složky potřebného výkonu zbaven.

Ale celou tuto dobu rozjezdu a rozletu bude  současně narůstat  aerodynamický odpor letounu až k hodnotám odpovídajícím součinitelům vztlaku při minimální rychlosti letu. To zase příznivé není, ale není to zase fatální.

Tato rychlost se pozvolna začne měnit k vyšším hodnotám, což ovlivní především pilot  a letoun začne stoupat. Pokud je ovšem k dispozici ještě nějaký využitelný tah pohonné jednotky, což je však nutný předpoklad k tomu, aby letoun větší výšky   vůbec dosahoval.

Jak tedy začít?!?!

Například následovně:

1. z technických charakteristik letounu-jeho rozměrů, tíhy, použitých profilů v nosné ploše, průběhů vztlaku a odporu v závislostech na úhlech náběhu a podobně zjistíme hodnotu minimální rychlosti letu při níž dojde k rozjezdu a rozletu a  tomu odpovídající součinitel vztlaku a odporu. U letounu z předchozího náčrtu to může být asi následovně: max. součinitel aerod. vztlaku 1,5 ; max. součinitel aerod. odporu letounu  0,18 ; tomu odpovídající min. rychlost letu 16,5 m/sec = 60 km/h ; účinnost pohonné jednotky  80% ; měrná hustota vzduchu  1,22 kg/m³.
2. odhadneme součinitel valivého tření povrchu startovací dráhy, což je tak trochu sázka do loterie, ale není jiného vyhnutí – takže součinitel valivého tření…. 0,08.
3. budeme chtít posoudit na jak dlouhé dráze se za těchto podmínek letoun odlepí od Země. To jest jaký bude asi rozjezd. pokusíme se posoudit následující hodnoty délek rozjezdu- 50 m; 100 m; 150 m; 200 m a 250 m.
4. K nim pak spočítáme potřebné výkony pohonné jednotky s motorem 20kW.

Jak to asi dopadne, když rychlost na konci rozletu bude na příklad 17,5 m/sec = 63 km/h  a letoun má snahu začít stoupat, je zachyceno v následující tabulce:

délka rozjezdu           50 m      100 m      150 m       180 m      200 m       250 m

potřebný příkon

na vrtuli                     38,4        22,3       16,9         1,51         14,2        12,6      kW.

Tento stav udržuje pilot obvykle ještě několik sekund během rozletu a letoun v podstatě letí ustáleným letem touto rychlostí.

Pak je možné výkon motoru zvyšovat, tím rychlost zvětšovat a začít stoupat. Jestliže zvolíme rychlost stoupání například 3 m/sec, tak by to mohlo probíhat následovně:

rychlost letu              60          63          77,5         100          122,4        173        km/h

potřebný výkon

motoru je pak             16,6       15,1       14,1         15,5           18,5         32          kW

Z tabulky je patrné, že nejvyšší rychlost letu při stoupání 3 m/sec může být maximálně cca 125 km/h.

A co následuje obvykle potom? Je to vodorovný let, pro nějž je zapotřebí, při stejných  rychlostech jako prve, následujících výkonů motoru:

6,7         5,8          4,8          6,2              9,1         22,5       kW                    Takže maximální rychlost letu za bezvětří nebude vyšší než asi 170 km/h a minimální ještě bezpečná rychlost cca 58 -60 km/h.

A to je pro takovýto letoun, přibližně posouzeno, asi všechno pro to, aby byla dána představa jak výkonný motor může tomuto stroji poskytnout energii potřebnou pro délku startu, přijatelnou rychlost stoupání a v přiměřené výšce následný vodorovný let.

Zkusme nyní podobně ještě jiný ULL a sice dvoumístný.

Ten je uveden v následující skice.

 

 

Nyní je brán v potaz :

maximální součinitel vztlaku v hodnotě 1,6  a pro něj součinitel odporu letounu  0,253 ; minimální rychlost letu 18 m/sec ≅ 65 km/h ; účinnost pohonné jednotky  0,77 a součinitel valivého tření na trávě   0,03.

Pro délky rozjezdu              50       100       150      180       200      250          m

jsou potřebné výkony

na hřídeli vrtule                80,7       47,2      36,1     32,4      30,5     27,1        kW.

Na konci rozletu je rychlost letu o něco vyšší s malou rezervou vůči její minimální hodnotě.

Když nyní zavedeme předpoklad ustáleného stoupání v hodnotě 3,5 m/sec může být stav následující:

rychlost letu                       65          67,3         82,5       106,5         130,4         184,4        km/h

potřebný výkon

vrtule                                37,7         33,9         32          33              39             65              kW

Pro vodorovný let stejnými rychlostmi jak uvedeno prve bude třeba následujících výkonů motoru:

17,3        13,5        11             13             18,5          44,3           kW.

Takže maximální rychlost letounu ve vodorovném letu by mohla být i kolem 210 km/h. Když by bylo i dostatek paliva, tedy i déle.

V tomto velmi zjednodušeném pojednání bylo naznačeno jak to asi může probíhat během letu nějakého ULL, jestliže bereme v potaz použitelný výkon jeho pohonné jednotky.

Teď už jenom trochu peněz k jejímu zakoupení.

19. 4. 2017 © Jaroslav Lněnička

P.S.

V předchozích úvahách není uvažován očekávaný přiměřeně příznivý účinek přízemního efektu, zejména při startu. Příliš se na to však nespoléhejte.

26. 4. 2017 © Jaroslav Lněnička