Home » Aerodynamika a mechanika » Nevítaný škodlivý odpor letadel

Nevítaný škodlivý odpor letadel

Print Friendly, PDF & Email

Součinitel škodlivého odporu vrtuleTo je ten, o němž si mnozí myslí, pokud o něm vědí, že není zase až tak škodlivý pro létání. Ti co si to myslí se hrubě mýlí a tak ani často nevědí o tom po jak nesprávné cestě jdou, když před tím věnovali nemalé úsilí  návrhu letounu, ať již malého nebo většího, skutečného či jeho modelu a vložili do jeho stvoření  i nezanedbatelné finanční prostředky. Při tom se  často nechali  zahltit všelikými informacemi o profilech, kterým mnohdy nerozuměli, také o motorech, ale už ne tolik o vrtulích a mnozí z nich ještě věnovali přehnané úsilí k barevnému vyjádření svých pocitů na povrchu letounu, atd.

Na následky působení škodlivého odporu na výkony a letové vlastnosti pak již v jejich úvahách nezbylo příliš mnoho místa.

To co následuje nebude povídání o škodlivosti odporu na létání, což jsme si ujasnili již  dříve, ale jen o jeho jedné části, zvané škodlivý odpor, provázející létající stroje bez výjimky. Jak je opravdu škodlivý se pokusíme také prokázat na několika příkladech.

Jak to řekl kdysi legendární Saint Exupery, když se zmínil o dokonalosti letadel. „Dokonalosti letadla není dosaženo tehdy, kdy již není možné cokoliv přidat, ale právě v tom okamžiku, kdy již není co ubrat“. A nemínil tím jenom to co ovlivňuje hmotnost tohoto lidského výtvoru.

To je skvělá charakteristika užitných vlastností letadla a dala by se  použít i v mnoha jiných oborech lidského počínání. Jiní věhlasní tvůrci letadel zastávali ještě další názor –  letadlo je tím lepší a dokonalejší, čím je krásnější, nejenom barevně. Týkalo se to nejenom základních tvarů, ale i všelikých výstupků a přídavků, nevyužití zaoblených  průřezů, hladkosti povrchů, minima mezer a šterbin, atd. Barevná povrchová úprava je sice také neopomenutelná, ale nemá, pokud není nevhodně navržena, zásadní význam.

Při vyhledávání výkonů a letových vlastností letounu sledujeme především poměr mezi vztlakem a odporem. Je to tak zvaná aerodynamická jemnost letounu, jinak též zvaná klouzavost. Co do tohoto vztahu vložit pokud se týče vztlaku je poměrně jasné z výkonových charekteristik nosné plochy.

Co ale do toho dosadit za součinitele odporu? Zopakujme co jsme již vyložili dříve.

Výsledný součinitel odporu letounu je součtem součinitelů odporu :  profilu + tvaru a velikosti nosné plochy + ostatních částí letounu( trup, ocasní plochy, podvozek, výztuhy a vzpěry,….) a jejich vzájemného ovlivnění.

Odpor ostatních částí letounu včetně nepřesností výroby je zahrnován v evropské metodice výpočtu letounů do rubriky škodlivý odpor. Škodlivý proto, že nepřináší žádné výhody, ale jen potíže a těžkosti. Protože se ale bez všech částí letounu zajišťujících jeho funkci neobejdeme, tak jsme nuceni  z toho vyplývající  nepříznivou technickou  zátěží počítat. A není to překážka nicotná jestliže chceme létat daleko, rychle a s malou spotřebou paliva (nebo potřebnou výškou nad terénem).

Pokusíme se nyní podat populární formou psaná vysvětlení co všechno  může být příčinou škodlivých odporů letounu,  jak ho případně zmenšit na nejnutnější minimum a při tom nezhoršit letové vlastnosti a bezpečnost provozu a tím i posádky.

Začněme připomínkou toho jaké součinitele odporu mohou mít souměrná třírozměrná tělesa v rozsahu Reynoldsových čísel od 100 000 do cca 1 500 000.

Součinitele odporu některých těles

Z tohoto obrázku je patrné jak velké hodnoty odporu můžeme očekávat u ploché desky postavené napříč proudu vzduchu a porovnat to s poměry na kouli. Čelní plocha desky by se měla rovnat meridiánovému řezu u koule.

Pak jsou tu tři vhodně tvarovaná tělesa proudnicového tvaru s proměnnou poměrnou maximální tloušťkou, zde označenou třeba jako d/l ( d je největší průměr a l délka tělesa).

Průběhy součinitelů odporu všech těles jsou znázorněny různými čarami a mění se s narůstající hodnotou Re čísla. U desky je  tato hodnota přibližně stálá a snadno zapamatovatelná.

Jedna čára, úplně dole v diagramu, ohraničuje pásmo kde se může při vhodných podmínkách zachovat laminární proudění.       Vidíte, že zasahuje do oblasti kolem Re = 1 mil. Při dalším zvětšování Re se však toto nízkoodporové obtékání hladkých těles mění ve vířivé, tzv. turbulentní. To má sice větší odpor, ale zároveň větší snahu neodtrhávat se od obtékaných stěn. Takže je mnohdy výhodnější než méně stabilní proudění laminární. Toho využívají zejména modely letadel.

V dalším obrázku je přibližně 70 let stará tabulka s přehledem součinitelů odporu mnoha tvarů a těles vyskytujících se i dnes v letectví.

Hodnoty součinitele odporu vybraných částí, Sekanina 1944

Údaje byly získány sice v tunelech s vyšší turbulencí, takže v porovnání s pozdějšími výsledky u týchž těles mohou být některé hodnoty poněkud rozdílné, ale pokládal jsem je za velmi zajímavou kompilaci, se kterou se často nesetkáte. Proto jsem je zde uvedl.

Z prve uvedených hodnot součinitelů odporu těles je možné přistoupit již k tomu, jak je možné získat výslednou hodnotu součinitele škodlivého odporu celého letounu. Postup je zachycen v následující tabulce ze stejného zdroje jako prve.

Výpočet součinitele škodlivého odporu letounu

Prohlédnete-li si celou tabulku pozorně, pochopíte jak byla získána výsledná hodnota součinitele škodlivého odporu celého letounu  Cxš =0,0157. Doplnil jsem do ní proto chybějící údaje uvedené v textu knihy, z níž jsem čerpal. V zásadě se jedná o metodiku používanou dodnes.

Upozorním však přece jenom na něco dalšího. Je to vzájemné ovlivnění jednotlivých částí letounu, které celkový škodlivý odpor poněkud zvyšuje. Zde je to zahrnuto v hodnotě + 10% interakce = 0,0228.

Pak si ještě neodpustím jinou poznámku. Postrádám zde nepříznivě působící vliv otáčející se vrtule, která ma přirozeně také nezanedbatelný odpor, který v tomto výpočtu zahrnut není. 10%-ní interakce ho asi neobsahuje.

Teď se pokusím vysvětlit, jak by se mohly posuzovat jednotlivé části letounu, mimo jeho nosnou plochu a jejich vliv na škodlivý odpor.

Začněme s trupem. Pro jednoduchost  s trupem větroně.

K čemu je na letounu trup?! Ten jednak spojuje nosnou plochu s plochami ocasními( pokud to není bezocasý stroj – „samokřídlo“) a jednak umožňuje umístit posádku, náklad, pohonnou jednotku, podvozek a pod.

Je to tedy jakési nutné zlo, protože to všechno by mohlo zastat dostatečně mohutné křídlo. Jenže to vždycky není možné. Takže tu máme co činit s trupy.

A ty způsobují za letu přídavný odpor. Záleží proto velmi na jeho tvaru a velikosti průřezů a úhlu náběhu.

V dalším obrázku je takovéto mudrování podepřeno několika náčrty.

Příklady konstrukce trupu

Co přirozeně zvolíme za tvar? Je to ten, který má pro daný účel co nejmenší odpor. Horní část obrázku s tělesem nejmenšího odporu.

Pak následuje jeho tvarování za účelem odstranění přebytečného povrchu. Těleso trupu by nemělo být upravováno tak, aby se jeho odpor při tom zvyšoval. Právě naopak. Je to ten druhý náčrt.

A pak, protože trup má vykazovat nejmenší odpor s úhlem náběhu při němž je dosahováno největší klouzavosti, upravíme ještě tvar a sklon jeho přední části. Tak jak ukazuje třetí náčrt.

To byly úpravy trupu při pohledu z boku.

Nyní je třeba ještě posoudit tvar a velikost jeho průřezů. Připustíme-li, že trup větroně je obtékán při tomto tvaru optimálně podél jeho délky, zbývá vyřešit ještě jeho průřezy. Ve spodní části obrázku jsou čtyři tvary průřezu, jež mají stejnou výšku i šířku, ale jiný tvar. A tím i povrch, který je obtékán proudícím vzduchem. Je třeba, aby tento povrch byl co nejmenší a nepodněcoval k vytváření zbytečného odporu. Když toho dosáhneme, tak jsme zároveň snížili celkovou hotnost trupu, což je rovněž příznivé. Zakže volíme, pokud k tomu nejsou ještě jiné významnější důvody, tvary trupu při nejmenším zaoblené. Nejlépe však eliptického nebo vejcovitého tvaru. Je však třeba, aby se tam umístila i posádka s dostatečným komfortem.

Je třeba zde upozornit na to, že při větších změnách úhlů náběhu letounu za letu se zhorší i původní optimální obtékání trupu a tedy i jeho odpor.

V dalším obrázku  je stručný přehled vývoje trupů větroňů v období 1955 až asi 1990. Tendence ke zmenšování povrchu trupů a jejich větším štíhlostem je jasně patrná.

Příklady vývoje tvaru trupu

A teď se ještě vrátíme k období předcházejícícmu, abychom připomněli vývoj v trupech a přistávacích zařízeních, mezi lety 1912 až 1955. Tentokrát se jedná jen o české motorové stroje.

Podvozky

Rozdíl v koncepcích poznáte okamžitě a skoro se zavřenýma očima. Byla to slavná éra českého letectví.

Nyní věnujme pozornost přistávacím zařízením zvaným obvykle podvozky letounů.  Slouží k přistáním i startům na Zemi s pevným či zasněženým povrchem a také na vodních hladinách. Příklady jsou uvedeny v následujícím obrázku.

Podvozky

Podvozky opatřené koly mají buď ostruhu, obvykle pod ocasními plochami nebo příďové kolo umístěné v přední části trupu. Hlavní podvozkové nohy mohou být pevné nebo zatahovací. Stejně tak jako příďová či ostruhová kola.

Všechny pevné podvozky mají značný odpor. Tím spíše, že se nacházejí ve vrtulovém proudu, kde je rychlost mnohem vyšší než je rychlost letu. Podívejte se ještě jednou na předchozí obrázek z dřívějších dob.

Jednodušší, lehčí a levnější je podvozek pevný než podvozek zatahovací, jehož nespornou předností je významné snížení škodlivého odporu. To se projeví zlepšením výkonů a mnohdy i letových vlastností. Takže ty nejlepší stroje jsou vybaveny převážně podvozky zatahovacími.

Přesto je mezi letouny menších rozměrů ještě dnes převaha podvozků pevných, jichž existuje řada konstrukčních řešení.

A teď přichází na řadu ocasní plochy, jejichž „příspěvek“ k velikosti škodlivého odporu je neopomenutelný. U nich záleží hlavně na ploše a vzájemném umístění VOP a SOP. Následující obrázek, i když  přináší neúplný přehled možných řešení ocasních ploch, tak je dostatečně instruktivní pro pochopení s nimi souvisejících okolností.

Příklady řešení ocasních ploch

Z uvedených příkladů je nejlepší z hlediska aerodynamické čistoty, tj. nejmenšího zvýšení škodlivého odporu, uspořádání ocasních do tvaru písmene „T“. To jest umístění VOP na SOP.

Dalším, avšak již méně účinným řešením vzhledem k odporu letounu jsou sdružené ocasní plochy ( „motýl“). A pak zřejmě tandémové uspořádání VOP a SOP. VOP je před nebo za SOP na trupu. Vznikne tak málo „koutů“, kde dochází k místním víření nebo zbrždění proudění kolem trupu.

Všechna  ostatní uvedená řešení jsou již méně výhodná.

Obecně lze konstatovat, že čím větší ocasní plochy, tím sice lepší předpoklady pro zajištění podélné a směrové stability, ale zároveň nemalé zvýšení odporu letounu.

Z důležitých částí letounů nemůžeme zapomenout na vrtule. Ty jsou nezbytnou součástí nesčíslného počtu pohonných jednotek. Jakpak to tedy asi vypadá se škodlivým odporem u vrtulí?!?! A je tam vůbec nějaký?!?!

Část příkonu vrtule (výkon odnímaný na hřídeli motoru nebo reduktoru) se beznadějně ztrácí v průběhu urychlováním proudu vzduchu, který tak vytváří tah pohonné jednotky. Tato ztráta je vyjadřována účinností vrtule. Hodnoty účinností dobrých vrtulí se pohybují nad hranicí 80%. Takové působí okolnosti související s vrtulovými pohonnými jednotkami ať se nám to líbí nebo ne.

Určitý díl této ztráty jde na vrub odporu listů vrtule a také na to, že v jejím středu, v rozmezí 20 až 25% plochy kruhu opsaného  průměrem, není proud vzduchu urychlován tak jako v jiných jejich řezech. Navíc zde působí nepříznivě průřez trupu, který musí mít takové rozměry, aby skryl motor.

Zde dochází často ke zpětnému proudění proti směru letu a tím ke vzniku dalšího odporu. I když se tomu zabraňuje například zvětšováním průměrů krytů  středů vrtulí, dochází k tomu zřejmě často.  Listy vrtulí jsou na těchto malých průměrem obtékány pod jinými úhly náběhu a tak vzniká přídavný odpor těchto částí. Je to daň technologickým a materiálovým řešením těchto částí, protože jejich možnosti jsou omezeny. Zkuste zhotovit vrtuli s listem, který bude mít ve středu rotace úhel nastavení listu 90 stupňů. Ten by tam měl správně být!!! Takovou vrtuli dnes nenajdete. Takto se vyráběly vrtule v pionýrských dobách letectví a leteckého modelářství. Jednu takovou, pevnou dvoulistou, ještě mám.

S vrtulemi to není jednoduché, protože kolem nich dochází ke složitým aerodynamickým jevům. Připomeňme pouze, že vrtule s pevnými listy za letu pracuje optimálně jen ve velmi úzkém rozmezí úhlů náběhu. Jsou to jen asi 2  stupně.  Ve všech ostatních režimech letu, to jest například při změně otáček, zrychlení nebo zpomalení letu, při protivětru, při průletu turbulencemi a podobně, maří vrtule větší a větší část drahocenné energie. O případné námraze  se raději ani zmiňovat nebudeme.

Zkušenější piloti i letečtí modeláři již dávno vědí, že pomocí vrtule je například také možno brzdit. Stačí snížit otáčky a rychlost letu se  sniží, protože vrtule  začne mít větší odpor. Podívejte se na následující obrázek, kde jsou tři z mnoha možných případů situací, jež mohou nastat. Teď se zajímáme pouze o otáčky a stoupání vrtule. Ne o její průměr.

Součinitel škodlivého odporu vrtule

Nahoře je schema optimálního obtékání listů vrtule, kdy je v souladu rychlost letu a stoupání vrtule. Výsledný proud přicházející k listům je geometrickým součtem jejich obvodové rychlosti a rychlosti letu. Výsledný úhel náběhu, v tomto případě asi 2,5 stupňů, odpovídá nejvyšší účinnosti s jakou tato vrtule vytvoří tah z dodaného výkonu motorem.

Zdálo by se, že je všechno v pořádku. Ale není, protože i v tomto optimálním případě vytváří vrtule škodlivý odpor, který přispívá k celkovému odporu letounu. Jeho hodnota je však ze všech možných v úvahu přicházejících letových situací, nejmenší. Není však nulová. A to je to, co postrádám v předchozí tabulce s uvedením výpočtu škodlivého odporu letounu.

V prostředku obrázku je případ kdy jsou otáčky náhle sníženy na polovinu původních hodnot. V tom okamžiku se změní radikálně směr vzduchu přicházející k listům vrtule. Ty jsou obtékány nyní pod velkým záporným úhlem. Z toho může vyplynout pouze jediné, že se sice trochu odlehčí motoru, ale proud vzduchu procházející vrtulí se zbrzdí a klesne její tah. V následujících okamžicích klesne i rychlost letu a klesá tak dlouho, až se dosáhne víceméně rovnovážného  letu při nižší rychlosti. Škodlivý odpor přičiněním změněných poměrů na vrtuli zase narostl a výkonu letounu se tak zhoršily. Zkušení letci i letečtí modeláři znají ten pocit, kdy se za těchto okolností výrazně zvýší klesavost a sníží klouzavost letícího stroje.

Pak je tu další příklad ve spodní části obrázku, kdy se letoun prodírá kupředu za protivětru, například 10 m/s. Listy  začnou být při stejných otáčkách vrtule, vlivem relativního zvýšení příchozí rychlosti vzduchu, obtékány při menších úhlech náběhu. To má za následek zase zvýšení odporu vrtule a navíc i snížení tahu, přestože otáčky neklesly. Škodlivý odpor vrtule opět narostl a zase změnil aerodynamické charakteristiky letounu k horším hodnotám.

Takhle to tedy může být a bývá s podílem pevných vrtulí na zhoršování výkonů letounů. Vrtule stavitelné, zejména za letu, jsou na tom podstatně lépe.

A na co se podíváme nyní?!?! Pro někoho může jít o nepodstatné věci, pokud se sám nepřesvědčí o opaku. O co půjde a čemu bychom měli zabránit seč můžeme? Což je skoro vždy možné.

Jsou to různé nechtěné mezery, škvíry a štěrbiny, které přidávají jakémukoliv letounu zbytečný škodlivý odpor. Věřte nevěřte, je tomu tak, ať se vyskytují kdekoliv a jsou jakékoliv. Mohou se vyskytovat mezi pevnými částmi letounu nebo mezi pevnými a pohyblivými částmi, nejčastěji u kormidel.

Podívejte se na následující tři obrázky, kde je několik příkladů nesprávných řešení.

Utěsnění mezer Mezery kormidel Škvíry a mezery

Kdo si myslí, že to nemá valného významu, nemá obvykle tušení o čem neví. Když ponecháte vzduchu, s nímž se potýká každý létající stroj, volnost v tom jakým způsobem ho může „oběhnout“nebo „proběhnout“, najde si vždy cestu nejkratší a tam kde je pro něj nejmenší odpor. To je celkem přirozené chování veškeré hmoty ve Vesmíru, kde probíhají děje s nejmenšími možnými ztrátami.

Neutěsníte-li ty štěrbiny, které nemají být pro vzduch průchozí, nabízíte mu možnost toho využít a cestu letícího stroje zbrzdit. Vzduch pronikne jako meluzina do všech mezer, i když se zdají být nepatrné a začne v nich vířit a třít se o všechny okolní plochy. Vzniká tak zbytečný škodlivý odpor a nejen to! Zhoršují se projektované poměry při proudění letounu a tím i jeho výkony.

Snad je povědomí o škodlivosti neutěsněných mezerách, a k tomu jsem se snažil tímto odstavcem a obrázky přispět, již lepší než v nedávné minulosti a u někoho i v současnosti.

Jednou, to bylo v době kdy ULL u nás začaly vznikat pololegálně, jsem měl možnost být u jednoho takového stroje. Tehdy bylo „módní“ používat hojně trubek i ke stavbě nosných ploch. Pak to naštěstí přestalo.  Zřejmě to bylo způsobeno podněty ze zahraničí, kde nebylo iniciativám při stavbě amatérských letounů bráněno tak, jak se to povedlo tomu předchozímu ničemnému režimu u nás.

U tohoto stroje byly křidélka i pohyblivé části ocasních ploch, jejichž nosné části byly z trubek o průměru kolem 45 mm, spojeny kloubovými závěsy tak, že mezi nimi byly mezera o velikosti cca 50 mm. Ptal jsem se toho nadšence, jehož odvahu a úsilí jsem obdivoval, zdali to tak má být. A dostal jsem poměrně přesvědčivou odpověď, že to tak být může. Pak už jsem se neptal. Letoun jsem za letu  neviděl. Ale dobré to být nemohlo.

To, že nechtěné nebo škvíry vzniklé coby „z nouze cnost“, nemají na létajících strojích co pohledávat, začínají dnes chápat nejen piloti skutečných letounů, ale i letečtí modeláři. Chtěl jsem jenom důležitost tohoto „nežádoucího prvku“ v životě   letadel připomenout.

Pokud utěsníte všechny nežádoucí mezery, aniž byste ohrozili funkci souvisejících elementů letounu, pak poznáte jak se zlepší jeho výkony a letové vlastnosti. Jednou z prvních příznivých zjištěných skutečností je možnost zvolit přiměřený posun těžiště dále od náběžné hrany. A tomu také odpovídající změnu seřízení stroje ( nosná plocha  x VOP).  Pohyb letounu je v ovzduší znatelně elegentnější a proto také účinnější.

Na co bychom ještě poukázali v souvislosti s probíraným tématem?

Ale ano, zajisté, jsou to přece všechny možné výstupky a prohlubně na površích letounu, vzpěry, výztuhy, lana, vyčnívající antény, páky kormidel, nevhodné kryty podvozkových kol, kryty náhonů klapek a křidélek, fletnery(vyvažovací plošky), otvory pro chlazení a větrání, různá čidla, okna kabin atd, atd.

To všechno zhoršuje aerodynamickou čistotu stroje, brzdí ho za letu a kazí letové vlastnosti. Bez některých těchto prohřešků se mnohdy neobejdeme, ale je otázkou zda neslevit trochu tady, abychom získali více jinde. To záleží na kumštu projektanta a konstuktéra. Povrch letounu je třeba dodržet „nezjizvený“. Všechno co je možné je třeba ukrýt dovnitř stroje. Přinejmenším tak, aby to bylo možno zakrýt co nejlépe řešeným aerodynamickým krytem. Ale i tak je již celková plocha zvětšena a třecí odpor tohoto místa vzroste.

Stále ještě existují názory, čerpané zřejmě z dřívějších leteckých pramenů nebo od stoupenců letectví jistých si svým subjektivním názorem, že například hrubší povrch na spodních stranách nosných ploch není tak velkým přečinem. Že tam snad prý není žádné laminární proudění, tak proč se s tím „babrat“. Je to snad  výklad vybraný z některých instruktorských příruček s datem vydání předválečným. Když se snažíte tyto lidi přesvědčit, že tomu tak již dávno není, můžete sledovat jejich upřímně pobavenou a nesouhlasnou grimasu. Zde je pak každá rada zbytečná, což je škoda, neboť je mezi nimi mnoho obětavých a nadšených stoupenců letectví, ale s poněkud archaickým nazíráním na věc. Je to velmi podobné tomu, jak stále ještě mnozí zastávají názor, že čím je profil tlustší, tím je pomalejší, protože má větší odpor. A nechtějí si to nechat vymluvit, neboť proniknout jen trochu hlouběji do úžasných dobrodružství aerodynamiky je mimo jejich zájem, protože to je pouhá teorie a podle nich létá úplně  všechno co má motor.

Pokud jde o odpor způsobený třecími sílami, rád bych zdůraznil, že u většiny létajících strojů není co nejhladšího povrchu všech jeho částí, nikdy dost. Jakmile je připuštěna scestná myšlenka, že trocha drsnosti příliš nevadí, je to cesta zpátky.

Před cca 70 lety bylo v NACA laboratořích mimo jiné prokázáno, že je výhodné vytvořit povrchy zejména nosných ploch co nejhladší, i když by se mohlo zdát, že k rozsáhlému laminárnímu proudění nedochází. Měření sice probíhala při velkých Reynoldsových číslech, ale určitá ponaučení z nich je možno použít i dnes.

Bylo také dokázáno v aerodynamických tunelech i při měřeních za letu, že všechny povrchy, než ty s výčnělky drsností menšími než  asi 0,05mm, vykazovaly výrazně větší nejen odpor, ale i menší  maximálně dosažitelný vztlak. Čím blíže byly tyto drsnosti náběžné hraně, tím byly výsledky ještě méně příznivé pro odpor i vztlak.

Při Reynoldsových číslech menších než asi 250 000 jsou již poměry proudění kolem nosných ploch poněkud jiné. To jsou případy skoro všech modelů letadel a dnes i UAV. Přesto je ale  výhodnější uplatnit na nosných i ocasních plochách, o trupu nemluvě, jako poslední technologickou operaci broušení povrchu jemným  brusným papírem min. č. 400, spíše č. 600.

Jestliže má míra drsnosti, v těchto případech, přiměřenou hodnotu projeví se to sice na nárůstu odporu, ale zároveň i na zvýšení vztlaku. Takže se může stát, že v příznivých případech, které je vhodné systematicky prověřit, mohou být výkony modelu vyšší a letové vlastnosti spolehlivější. Nemalý vliv zde má však i tvar použitého profilu s vhodně umístěnou maximální tloušťkou vzhledem k náběžné hraně profilu.

Není  však dobré dosahovat hladkosti povrchu za každou cenu, tj. například neúměrným zvyšováním hmotnosti letounu vlivem nadměrných tlouštěk  materiálů vyrovnávajících nedostatky stavby (kytování a broušení) a nadměrného používání barev.  To se nezřídka vymstí.

Ještě malá zmínka o zvlnění povrchů nosných ploch. To má někdy horší vliv než drsný povrch. Nepatrné prohlubně a vyvýšeniny s určitými délkami vln poničí správný obraz proudění spolehlivě. Na to je třeba dát pozor, protože jenom kytování, přebroušení a leštění to mnohdy nespraví.

Bylo také zjištěno, že horší vliv mají vyvýšeniny než prohlubně, pokud jejich okraje nepřevyšují původní povrch. Mohly by být  tedy některé takové škrábance vzaty na   milost.

A co se může stát, jestliže tvar profilu není dodržen s takovou přesností pro jakou byl navržen?!?! Nepřesnostmi míníme nyní toleranční pole cca 0,25 mm, tj. plus minus 0, 125 mm u skutečných letounů.

Jak to asi dopadne s profilem při Re= 2 000 000 pro nosnou plochu menšího sportovního stroje je ukázáno v následujícím obrázku.

Cxš -klesavost a příkon motoru

Pokusil jsem se to simulovat ve zjednodušeném X-foil programu, když jsem zcela nahodile deformoval souřadnice původního profilu tak, aby reálné odchylky od tvaru byly v rozmezí plus-minus 0,2 mm, t.j.absolutně 0,4 mm. To jsou odchylky již dost značné. Není však možné o nich tvrdit, že by se takové  hodnoty  při výrobě letounů nevyskytovaly.

V horní části obrázku jsou to poláry obou profilů. Polára profilu s nedodrženým tvarem má velmi deformovaný průběh, podstatně horší v celém rozsahu využitelných součinitelů vztlaku.

Ve spodní části vlevo jsou pak uvedeny napočítané výsledky klouzavostí. Zde činí rozdíl ve výkonech až 50%, což je deprimující. Snad jsem nevolil příliš velké deformace tvaru?! Naproti tomu učinky zhoršeného tvaru profilu(nosné plochy) nejsou u klopných momentů nijak významné.

Jenže, jak již to tak bývá, může to někdy být i trochu jinak. Nedělejte však ukvapené závěry z následujících dvou obrázků.

Jedná se o výsledky statických testů tahů modelářských vrtulí zakoupených v obchodě. Zaprvé bez jakýchkoliv dalších úprav a pak s odstraněním nerovností a hran a zeslabením zadních částí listů. Přibližné tvary profilů před úpravami a po nich jsou na jednom obrázku a na druhém pak výsledky testů. Zdržím se jakéhokoliv komentáře, protože by to nemuselo pro mě dobře dopadnout. Byl jsem těmi výsledky dost překvapen, i když se jednalo jen o statické testy tahů.

Správně a hrubě opracovaná vrtule Statický tah upravených a neupravených vrtulí

A protože bychom se měli dobrat nějakého alespoň hypotetického závěru, uvádím další dva obrázky na nichž jsou uvedeny průběhy rychlostních polár a příkonů potřebných pro vodorovný let v závislosti na rychlostech letu a hodnotách součinitele škodlivého odporu. Jeden je pro rychle létající model a druhý pro jakýsi experimentální letoun.

Cxš -klesavost a příkon motoru Cxš -kles. a příkony u exper. letounu

                       Charakteristiky obou strojů jsou uvedeny vždy v záhlaví grafů. Na první pohled je patrné, což se ví již od pionýrských dob letectví, že se zvyšujícími se rychlostmi letu se nežádoucí účinek škodlivého odporu uplatňuje čím dál víc.

Takže by se zdálo, že škodlivý odpor  při pomalejších letech nemá tak velký nepříznivý vliv. To ať si ale každý posoudí sám. Protože existuje snad nějaký pilot nebo modelář, který by nechtěl létat rychleji než ti ostatní????

Domnívám se, že čtenáři, kteří to dočetli až sem, by již asi přivítali ukončení zpopularizovaných povídek o škodlivém odporu, v tomto magazínu uvedených. Takže končím s tímto tématem, prozatím.

11.7.2011 © Jaroslav Lněnička


4 komentáře

Leave a comment

Tato stránka používá Akismet k omezení spamu. Podívejte se, jak vaše data z komentářů zpracováváme..

Archivy