Když se opět vrátíme k povídání o  pohybu jakýchkoliv těles v ovzduší Země, pak můžeme s jistotou připomenout existenci nejméně dvou permanentních sil, které činí například létání obtížným.

Je to tíha, která působí na všechna hmotná tělesa v okolí Země a snaží se je přitáhnout k sobě. Tím klade značnou překážku k tomu, aby se jakékoliv hmotné těleso dostalo úplně bez potíží z jednoho na více míst.

A pak je to starý známý odpor prostředí, který vzniká při pohybu těles ovzduším Země  a je fakticky nezničitelný.

Po poměrně úporných snaženích proniknout do základů létání například prostřednictvím letů ptáků nebo zjistit závislosti mezi rychlostí pohybu a změnami tlaku v bezprostředním okolí tělesa nebo umět stvořit tvar křídla, ať již pevného či pohyblivého třeba po vzoru ptáků nebo hmyzu nebo poznat vliv drsnosti povrchů a také  tvarů pohybujících se těles atd. atd. …..bylo postupně poznáno, že výsledný odpor tělesa, zůstaneme v tomto článku u letadel, je složen z několika částí. A to poměrně nezávisle na sobě, při čemž výsledný účinek působí vždy proti směru pohybu.

A to je ta druhá protivná síla –odpor, která také nedovoluje přemístit se v atmosféře Země, bez mnohdy zásadních obtíží, z jednoho místa kamkoliv jinam.

O tom, že odpor někdy uměle vyvoláme, abychom změnili nebo zastavili pohyb těles se v tomto článku nebudeme zabývat.

Odpor a jeho velikost může být zapříčiněn například  třením, nevhodným tvarem těles, jejich rotací nebo ještě jiným než přímočarým pohybem, fyzikálními vlastnostmi tekutin  a podobně.

Zůstaňme u letadel s pevnými křídly a připomeňme oč se, ve věci odporu, u nich  jedná.

Jako jeden z prvních je posuzován odpor profilu, což je vlastně odpor křídla nekonečného rozpětí při daných poměrech obtékání, které charakterizuje Reynoldsovo číslo. To je výsledný součin vlastností prostředí (v našem případě vzduchu) při dané teplotě a tlaku, charakteristické hloubky křídla a rychlosti letu.

Ale protože křídlo nekonečného rozpětí ještě nikdo nepostavil a ani k tomu zřejmě nedojde, je nutné se vypořádat (aspoň se to obvykle vřele doporučuje) u skutečného křídla s tím jak se vyrovnávají tlaky  proudění na obou jeho koncích, které jsou velmi rozdílné na spodních a horních stranách.

Viz následující obrázek.

                                                 

Tak dochází k intenzivnímu víření přibližně ve tvaru kuželu se smyslem proudění zdola nahoru, čímž vzniká indukovaný odpor u všech křídel konečných velikostí a tvarů. Je tím menší čím je štíhlost křídel větší, ale nikdy není nulový. Teoreticky je nejmenší u křídel elipsovitého tvaru. Takto vzniklý vír se táhne do velkých vzdáleností za letícím strojem a proto mají například povinnost dopravní letadla udržovat mezi sebou přiměřený odstup, jestliže se blíží k přistávací ploše ( bývá to například podstatně více než 2 km u velkých dopravních letadel).

Letadlo však nemá jen křídlo, ať již jakéhokoliv tvaru a velikostí, ale mnohem více částí – trup, podvozek, ocasní plochy, motorové gondoly, všeliké výstupky a prohlubně, pohonné jednotky, nežádoucí drsnosti povrchů a na nich nánosy, vodu, sníh a pod. Tyto okolnosti pak jsou příčinou dalších brzdných účinků ve směru letu a mohou být nazývány například odporem škodlivým. 

A aby to ještě nebylo všechno, tak je celkem přirozené, že na sebe všechny části letadel vzájemně působí a tak vznikají další potíže, které se projeví ještě jiným přírůstkem odporu. Ten bývá v některých výpočtových metodách zahrnován do prve uvedeného škodlivého odporu.

Jak to přibližně může vypadat s jednotlivými složkami odporu a jejich podíly na celkovém odporu dvou příkladů letounů je schematicky uvedeno v následujícím obrázku.

                                                    

Z těchto dvou schemat, ač zprvu vypadají nejednoduše, je možné poznat jaký vliv mají jednotlivé složky celkového odporu letounu během letu.

Je možné k tomu přistupovat například takto:

–u kluzáku, ale nejen u nich je patrné, že při vyšších rychlostech letu, to znamená, že třeba při menších úhlech náběhu má  indukovaný odpor vliv menší . Z toho je možné například vyvodit potřebu použít co možná nejvyšší štíhlost nosné plochy u bezmotorových strojů, ale především pro rychlosti letů střední a nižší, jak je patrné z průběhu této složky odporu.

Nemalý vliv má také profil nosné plochy. Zde je již  na místě nezbytné posouzení jeho aerodynamických charakteristik pokud se týče výkonů i letových vlastností. To jsou ty, u některých aviatiků, neoblíbené polární diagramy se závislostmi odporu na vztlaku při různých úhlech náběhu.

Při vyšších rychlostech narůstá, jak patrno z diagramů, i vliv škodlivého odporu.

Jestliže připustíme, že například optimální klouzavost zmíněného kluzáku s uvedeným profilem je kolem 81 km/h pak snadno posoudíte, že největší vliv zde má odpor indukovaný, značný význam i odpor škodlivý a poněkud menší odpor profilu.

Takže u kluzáků, při jeho nejlepších výkonech, má převážně největší  vliv především odpor indukovaný, pak je to vliv odporu škodlivého a srovnatelně s tím i odpor profilu. Výkonné kluzáky jsou tedy typické velkými štíhlostmi nosných ploch.

Pokusím se to ozřejmit ještě jedním obdobným následujícím schematem.

                                                             

–u strojů s vrtulovými pohonnými jednotkami je to obdobné, avšak s poněkud odlišnými vlivy jednotlivých složek odporu.

Indukovaný odpor se podílí , jak vidno, podobným průběhem na celkovém odporu letounu. Ten je zde ve srovnání s kluzákem mnohem větší, protože motorový stroj má  menší štíhlost nosné plochy. Škodlivý i profilový odpor mají obdobné vlivy jako je tomu u kluzáku, avšak vliv profilu se zvětšuje výrazněji s vyššími rychlostmi letu.

Takže ti zkušenější příznivci aviatiky tuší, že profily s nižšími součiniteli odporu při nízkých součinitelích vztlaku umožňují létajícím strojům dosahovat poněkud vyšších rychlostí.

Ještě si, prosím, všimněte, dvou poznámek v obou diagramech, které označují dva z důležitých režimů letů.

Jednodušší vysvětlení je vlevo dole a to je ten stav, kdy se jedná o let střemhlav. To je  případ letu, kdy je součinitel vztlaku nulový. V jeho okolí  se nachází  úhel náběhu při němž je dosahováno nejvyšší možné rychlosti letu. Ale mimo souměrné profily to není při letu střemhlav.

Pak je to ještě mnohem důležitější stav v horní pravé části obou diagramů, kde se odpor prudce obrací směrem k vyšším hodnotám. Je to situace při níž je letoun ještě ovladatelný, i když se  jeho rychlost blíží stavu kdy začne padat. Profil již není nejen schopen při tak velkém úhlu náběhu dále zvyšovat vztlak, ale začíná ho ztrácet. Jestliže je tato změna náhlá můžete s velkou jistotou takový profil odložit na „aerodynamický kompost“, Pokud to ovšem nebyl váš zvláštní záměr.

Tak již s tím „poučováním“ skončím, protože jsem ho již jinde několikrát vysvětlil obdobně.

Proč jsem ale tento článek vůbec sepsal???

K tomu se dostáváme nyní v dalším textu doplněném vhodnými obrázky. Neboť aerodynamika, jakožto nekončící dobrodružství aviatiky není ani trochu impotentní.

Nejprve kontrolní otázka.

Co vás napadne jestliže uvidíte následují fotografie???

Co to asi může být?! To jsem se ptal já taky, když jsem je poprvé uzřel.

K zamezení vypadávání vlasů to asi není, stejně jako třeba k surfování nebo k lyžování. Či snad k nějaké hře s míčkem?

No a je to úplně jinak a pravděpodobně to již někteří naši čtenáři znají, protože je to webová informace pod názvem „A decisive result for Aeronautic economy and safety“ z dubna roku 2003.

JE TO PROSTŘEDEK K OMEZENÍ VELIKOSTI  INDUKOVANÉHO ODPORU u letounů. Jeho název je MINIX.

Autorem je Francouz Christian Hugues a ten uplatnil svoji myšlenku u patentových úřadů ve Francii, USA, Kanadě, Izraeli, Německu, Anglii a Singapuru.

Ten nápad byl cílen na velká dopravní letadla u nichž se spalovaním 1kg vytvoří 3,1kg CO2 a při snížení indukovaného odporu, a tím i odporu celkového, by na delších tratích mohlo být ušetřeno nějaké palivo a sníženo znečištění vyšších vrstev atmosféry.

Pro ilustraci vznikne například spálením 380 000 l paliva 940 t CO2 u jednoho letounu B 747 nebo u B 757 z 95 000 l paliva 235 t kysličníku uhličitého. U dnešních motorů by to mohlo být trochu méně.

A jaká je představa, o tom co se děje na obou koncích křídla, na základě tunelových měření ukazuje další obrázek.

                                                                

A pak je tu ještě jeden obrázek MINIXu z boku.

                                                          

 V podstatě se jedná o umravnění kuželového víru v jeho snahách zvětšovat svoje  pole působnosti a vtěsnat je, alespoň zčásti do menšího prostoru a tím zmírnit jeho nepříznivé účinky. Představa tvůrců tohoto nápadu se pohybuje v rozmezí 10 až 15% snížení indukovaného odporu, jestliže je použit.

Pokusíme-li se uplatnit Minix s předpokládaným snížením indukovaného odporu o 15% na příkladu nějakého malého letounu o rozpětí cca 6,7m a nosné ploše 7,7 m², pak bychom mohli zjistit přibližně, že

při rychlostech                220                             109                          74                        km/h

budou nároky na příkon stroje:

– v přímém letu              34,6                             7,2                           6,5                        kW       ( s Minix)

                                       35                                7,7                           7,3                        kW     ( bez Minix)

-při stoupání 4 m/s        48                                20,8                         19,9                       kW      ( s Minix )

                                      48,2                              21                           20,6                       kW     ( bez Minix)

Uvedené hodnoty ponechávám bez komentáře.

Nakonec ještě připomínám, že nepříznivým vlivem indukovaného odporu na výkony letounu se zabývalo značné množství profesionálů a mnoha našim příznivcům jsou známá řešení zvaná Winglety všelikých tvarů, okrajové desky, okrajová doutníková tělesa, vhodně  tvarovaná vzepětí vnějších částí křídel,…

A to je o tomto případu prozatím všechno. Každý ať si uvedené možnosti vyhodnotí sám podle svého koncepčního pojetí a také podle toho co si myslí, že mu vyhovuje nejlépe.

11. 12. 2014 © Jaroslav Lněnička