Je to malý příběh o tom jak to může, ale také nemusí být. Je to z života aviatického. Bajka nebo skazka, jak kdo chce, je podána zpopularizovaným způsobem, aby na ni snad všichni kdo ji budou číst, dosáhli.

Je třeba začít trochu obšírněji. Nějak tak, jako……… bylo nebylo… nebo tenkrát, když ještě bylo dobře……….a tak všelijak podobně.

Takže vyprávění začíná:

Letouny vyskytující se v aviatice mají obvykle něco jako nosné plochy, které mají vytvářet dostatečně velký vztlak a pokud možno co nejmenší odpor. Ty nosné plochy mohou být pevné, a u těch pro dnešek zůstaneme nebo pohyblivé a případně i jiné.

Nosná plocha má mít vhodný tvar a velikost, aby se ji podařilo uvést předmětný létající stroj do vzduchu, přemístit se s ním na jiné místo a bezpečně přistát.

Něco jako základní tvary nosných i ocasních ploch je uvedeno v následujícím obrázku.

 

 

O tom jaké tvary, jaké velikosti, z čeho,kde umístit a tak podobně existuje nekonečné množství diskuzí, polemik, učených hádání, pivních debat, divokých snů a podobně. A asi to tak má být.

Jedním z podstatných prvků, jež jsou součástí nejednoduchého rozumování při vzniku nosné plochy je její profil, respektive profily.

Je tu jakési všeobecně rozšířené povědomí, že tenké profily jsou rychlejší a tlustší zase obdobně pomalejší. Takže kdo chce létat rychle, a takových aviatických nadšenců je asi většina, touží po tom mít k dispozici tenký profil pro křídlo(křídla) svého létajícího stroje. Pokud si ho případně chce sám postavit nebo někde nechat zhotovit.

Už ale je mnohem méně známo, že tenčí profily, pokud nejsou vybaveny vhodnými nástroji, například klapkami, k proměnám tvarů a velikostí nosných ploch během letu,nejsou schopny dosahovat potřebně velkých součinitelů vztlaků a tak mohou vzniknout obtíže.

Ty se projeví nejčastěji v letových vlastnostech, jež mnohdy znehodnotí celkovou užitnou hodnotu stroje. Například při startech a přistáních, při zatáčení a podobně.

Takovýmito méně příznivými vlastnostmi zase obvykle tlustší profily neoplývají. Pokud jsou vhodně navrženy, což nebývá pro dostatečně zkušené profesionály zase tak velká obtíž.

Mimo to použití tlustších profilů umožňuje snazší dosažení menších hmotností nosných i ocasních ploch, využití vyšších štíhlostí křídel, možnost vynechat například vzpěry křídel, uspořádat snadněji potřebné součástí v nich a podobně.

Našel bych zřejmě ještě i jiné přednosti křídel s tlustšími profily, ale zůstaňme zatím u toho co jsem prve uvedl.

Co se stane, když amatérští stavitelé vlastních strojů, naštěstí ještě nějací jsou, začnou rozumovat o tom, který profil použít. Slýchávali například o tom, že legendární CLARK Y nebo neméně známá NACA 4412 případně NACA 4415 nebo i jiné profily jsou to co by měli použít.

A teď pokračují kratším rozumováním jak o tom rozhodnout. I snaží se někteří z nich dozvědět něco o aerodynamických charakteristikách, jejichž pro ně jakýmsi šamanským zaklínadlem je polára. 

V dalším obrázku jsou poláry, to jest závislosti součinitelů odporu a vztlaku, uvedeny pro 4 vybrané profily-mohou být i jiné, pro určité Reynoldsovo číslo.

Jejich tloušťky, těch profilů, jsou v rozmezí cca 12 až 16 % jejich hloubek.

Je evidentní, že ten nejtlustší má v rozmezí součinitelů vztlaku 0 až 1,25 větší odpor. Jsou to podmínky kdy menší letouny jimi opatřené většinou létají. Takže zde je jejich výhoda neopomenutelná.

Zároveň je však také patrné, že tento „tlusťoch“ má nad touto hranicí vyšší vztlak. Což ho zvýhodňuje například při startech a přistáních. Také průběh křivky jeho klopivého momentu je výrazně lepší.

Když někdo bude chtít zjistit jaká je aerodynamická jemnost těchto profilů nechť zavede tečnu z počátku souřadnic k jednotlivým polárním čarám. Úhel mezi těmito tečnami a svislou osou diagramu udává úhel klouzání profilu. Čím větší je jeho hodnota tím horší je aerodynamická účinnost profilu.

Samozřejmě, že se klouzavosti profilů mění s rychlostmi letu, pro něž jsou rozhodující součinitele vztlaku. V těchto případech jsou rozdíly poměrně malé a sice v rozmezí cca 0,7 a 1,5 součinitelů vztlaku.  A to při daných podmínkách  letu, které charakterizuje Reynoldsovo číslo, které zde je 2 000 000.

Při jiných Re číslech se obrazec polár změní. To už je ale zase trochu jiná zkazka.

Takže jak již dříve uvedeno mají poláry tenčích profilů znatelnou výhodu ve většině letových situací oproti tomu tlouštíkovi. A tím pádem není co řešit, řekne hodně posluchačů.

JENŽE!!!!…. My jsme zde dosud posuzovali pouze profily nosných ploch.

A už vůbec ne nosné plochy jako takové a ani zdaleka ne kompletní letouny!!!!

Pak  by bylo možno poměrně snadno dokázat, že  dojde k nezanedbatelným změnám ve výkonech a letových vlastnostech letounů, jež by mohly mít ve svých nosných plochách na příklad zde uvedené profily -LHK, CLARK a NACA.

A teď teprve může začít gramotná diskuze, kterou jsme v našem magazínu naznačili v průběhu více let již několikrát.

 

 

 

 

Zkusme to proto trochu jinak, pro uspokojení nebo zneklidnění aviatických nadšenců. Tak jak se obvykle v aviatice používá.

Začněme diagramem následujícím.

Jako první profil je zde uveden jeden z mých pokusů o použití profilu s 20% -ní tloušťkou.

Pak jsem ještě vtělil mezi CLARK a NACA rovněž známý a často používaný profil SM 701. Jedním z příkladů může být třeba Urbanova „Lambáda“.

Co může nějaký poznáníchtivý avitický nadšenec z něj například získat.

Je to čárkovaně zvýrazněná oblast u nízkých součinitelů vztlaku, kde je evidentní, že se součinitele odporu všech 4 profilů prakticky ztotožňují. A kde je nyní výhoda tenčích profilů????? Nechť se nad tím teď aspoň trochu zamyslí kdokoliv.

V oblasti nejvyšších součinitelů vztlak nemá profil LHK nikdy nižší hodnotu oproti ostatní třem.

A pak je tu znovu ještě tečna vedená z počátku souřadnic, která svírá úhel mezi svislou a vodorovnou osou a ten úhel je úhlem klouzání profilu. Čím je ten úhel větší, tím je účinnost profilu horší neboť se přibližuje Zemi rychleji, což se nám nelíbí. Jak uvedeno o několik řádků dříve.

A kde je teď výhoda tenčích profilů???????

 

 

Protože by to stále ještě nemuselo být pro ledaskoho průkazné dovolím si uvést několik číselných údajů jak to asi může dopadnout s malým letounem o hmotnosti 300 kg, rozpětím 8,1 m, nosnou plochou 8,7 m² s profilem LHK 13,5% tlustým v nosné ploše. A to pokud se týká součinitelů odporu – profilu, nosné plochy, škodlivého odporu a odporu celkového.

Zvolme součinitele vztlaku

Cy         0,18        0,5         0,8          1,2           1,5          1,75

Těm odpovídají rychlosti letu

V          202        121         96          78              70            65  km/h

Součinitele odporu profilu jsou pro ně pak :

Cxp   0,0077    0,0088    0,0099    0,0148      0,024        0,058

Součinitele indukovaného odporu :

Cxi    0,001     0,008       0,022       0,049       0,076       0,104

Při odhadnutém součinitele škodlivého odporu Cxš = 0,0165 bude pak výsledný součinitel odporu letounu pro jednotlivé rychlostní fáze letu :

 

Cx    0,026     0,035        0,049       0,082       0,12         0,183

A teď, když to ještě několik okamžiků vydržíte, zkuste porovnat podíly součinitelů odporu profilu na celkovém odporu letounu?!?!

A podíváte-li se ještě do první poláry s tenčími profily dojdete bez obtíží k úvaze, že mnohdy zoufalá snaha po využití tenčích profilů u menších letounů kvůli zvýšení jejich rychlostí, je poněkud naivní. A nese s sebou zbytečné komplikace.

Je třeba postupovat případ od případu a posuzovat oč vlastně navrhovateli letounu jde.

 

 

14. 7. 2017 © Jaroslav Lněnička

 

 

P.S.

A pak již postačí uvážit stejný letoun s tlustším profilem, dejme s tloušťkou tomu kolem 17% a posoudit jaké poskytuje možnosti pro létání.

Poměrně snadno se dá zjistit, že rozdíly jsou nepatrné až zanedbatelné!!!

Anebo zvolit profil s tloušťkou kolem 10%  se stejně velkým prohnutím. Tam budou již rozdíly patrnější. Je však obtížné odpovědět jak podstatné výhody vzniknou nejen ve výkonech, ale také v letových vlastnostech. O komplikacích při stavbě nebo při koupi nemluvě.

Uvedu do tabulky některé očekávané charakteristiky s maximálním využitím výkonu pohonné jednotky 15 kW:

maxim.     minim.           maxim.       minim.

rychlost    rychlost       klouzavost   klesavost

km/h         km/h               –              m/sec

120           60                 18.2            1,2          tloušťka    17%

125           61                 18.4            1,2          tloušťka   13,5%

128           69                 19                1,2         tloušťka    10%

V žádné nosné ploše nejsou vztlakové klapky.

 

 

 

 

P.S.II

A ještě snad pro ty, kdo se chtějí inspirovat trochu více.

Může to být  například návrh na jednomístný kluzák o hmotnosti 300 kg o rozpětí 10,5 metrů. 

Ten by mohl mít ve středu křídla profil o tloušťce třeba 16,5% s prohnutím asi 3% a na obou jeho okrajích profil o tloušťce asi 10% (to už není zase ale příliš mnoho). Takže někde v okolí střední aerodynamické tětivy by to mohlo být cca 14%.

Když bychom se pokusili předpovědět jaké asi výkony je možné od takového stroje očekávat, můžeme posuzovat  dvě verze.

První z nich je bezmotorová.

U ní budou očekávané výkony následující- max. dosažitelná rychlost 250 km/h ; minimální rychlost letu 64 km/h, největší klouzavost 28 při rychlosti 92 km/h a nejmenší opadání cca 0,9 m/sec při 75 km/h.

Druhá verze je s pohonnou jednotkou 20 kW.

U ní jsou očekávané výkony – maximální dosažitelná rychlost 155 km/h; minimální rychlost letu 65 km/h; největší klouzavost 20,5 při 93 km/h a nejmenší opadání cca 1,1 m/sec při 76 km/h.

Může to například vypadat následovně:

 

 

Ať se daří nejen ve snění, ale i ve stavbě.

 

19. 7. 2017 © Jaroslav Lněnička