„Samostřednost“

Na začátku bývá otázka – jaké uspořádání musí mít model, aby se ustředil v termice sám? Dalo by se říci samostředný model? Vím, že většina volných modelů si buď termiku sama najde, nebo se v ní alespoň udrží, zatímco s radiáky je nutno neustále pracovat, ponechány samy sobě většinou termiku spolehlivě opustí. I o samokřídlech se říká, že mají schopnost létat termiku bez zásahů do řízení.

Problém je to složitý, zdá se mi, že spočítat se nedá. Tady mě napadá bonmot Pana Fyzika Feynmana: „když to neumím spočítat, tak tomu nerozumím“, takže níže uvedené nemusí být pravda 🙂 . Tento článek navazuje na starší příspěvek „Proč je k termickému létání výhodná směrovka„, v něčem ho i vyvrací 🙂 .

Síly působící na model v zatáčce

Aby model letěl v ustálené zatáčce, musí na něj působit síly a momenty, které v přímém letu nejsou. Síla dostředivá „přitahuje“ model ke středu zatáčení (mimochodem, tato síla je úměrná čtverci rychlosti a nepřímo úměrná poloměru zatáčení). Zatáčivý moment potom způsobuje, že model doprostřed směřuje stále vnitřním křídlem. Kdyby tohoto momentu nebylo, letěl by model na protilehlé straně oblouku ocasem napřed.

Dostředivá síla „vznikne sama“ díky náklonu. Dalším závěrem je ten, že vztlak na obou křídlech musí být stejný, jinak by model náklon zvětšoval nebo zmenšoval; jinými slovy, vztlak musí působit uprostřed křídla.

A tady je první kámen úrazu. Vztlak křídla je úměrný čtverci rychlosti. Vnitřní křídlo modelu v zatáčce se ale pohybuje pomaleji než křídlo vnější. Pro názornost – když je průměr zatáčení 20 m a rozpětí modelu 2 m, pohybuje se vnitřní křídlo o asi 10% menší rychlostí, což by způsobilo asi 20% ztrátu vztlaku. Menší vztlak na vnitřním křídle je třeba kompenzovat větším úhlem náběhu vnitřního křídla. Jsou v podstatě dva způsoby, jak zajistit větší úhel náběhu vnitřního křídla.

Křidélka nebo vzepětí
První způsob používá velké letectví a většina radiáků. Je jím vychýlení křidélek proti směru zatáčení. Vnitřní křidélko je vychýlené dolů, takže má větší vztlak. Větší vztlak znamená i větší odpor, takže přirozeně vzniká i zatáčivý moment. U některých letadel tak ani není potřeba „šlapat“ na směrovku.


Při pohledu na model zezadu vypadá nastavení kormidel asi takto. Zajímavé a důležité je i to, že do této konfigurace se model musí dostat. Na začátku zatáčky mají křidélka opačnou výchylku, než je ta ukázaná. To znamená, že model bez vzepětí se musí řídit. Nejprve se křidélky do zatáčky uvede a poté se v zatáčce udržuje opačnou výchylkou křidélek.


Druhý způsob vyžaduje vzepětí křídla. Když má model vzepětí křídla a neletí „rovně“, má ubíhající křídlo menší úhel náběhu než křídlo nabíhající. Na obrázku má tedy levé křídlo menší vztlak než pravé.

Pokud má model vzepětí křídla, může v zatáčce letět trochu „nakřivo“, s nosem ven ze zatáčky. Vnitřní křídlo je tak vystaveno větru spodní plochou, má tudíž větší úhel náběhu a větší součinitel vztlaku.

Tady mám trochu problém s terminologií – když model letí v zatáčce nakřivo, říká se, že zatáčka je skluzová (nos ven ze zatáčky) nebo výkluzová (nos dovnitř zatáčky). Přijde mi, že by to mělo být naopak, takže raději budu používat „mířit ven nebo dovnitř zatáčky“.

Tedy, bezkřidélkový model se vzepětím létá zatáčku nakřivo – s nosem mířícím ven ze zatáčky. U modelu se vzepětím trochu pomáhá i to, že vnitřní křídlo má větší průmět plochy než křídlo vnější, na vyrovnání rozdílů v rychlosti obou křídel to ale nestačí.

Většina letadel nějaké vzepětí má, takže se pohybují způsobem mezi oběma popsanými možnostmi.

Trochu praxe
Teď malá odbočka (vlastně dvě).

Při zkoumání internetu jsem narazil na zajímavý článek, že velké větroně mají v zatáčce nejlepší výkony při malém skluzu asi 5°. Přišel na to pan Holighaus, majitel a konstruktér firmy Schempp-Hirth. Podle článku se neví proč, pravděpodobně kvůli proudění vzduchu podél rozpětí, prý se to nemá zkoušet s větroni opatřenými winglety.

Zajímavá diskuse se rovněž vedla na RCGroups ve skupině věnované F5J pod názvem Řekněte mi, k čemu je dobrá směrovka. Původce vlákna se zamýšlí nad tím, že lehké modely F5J se „vrtí“ na pádové rychlosti, přičemž piloti nepoužívají směrovku. Joe Wurts tvrdí, že je pro lehké F5J modely tento režim výhodnější, a že až bude mít čas, že to dokáže. Zatím se k tomu nedostal 🙁 . Jsou tam videa (i z mistrovství v Bulharsku) – je fakt, že na pohybu F5J modelů v úzké termice je cosi nepřirozeného 🙂 .

Jak „vypadá“ termika
Teď se zase přiznám, v jakém bludu jsem žil. Dlouho jsem si myslel, že termika je bublina teplého vzduchu, která stoupá vzhůru. To je ale jen jedna možná forma. Až když jsem začal přemýšlet o „samostřednosti“, rychle jsem zjistil, že stoupák musí mít i nějakou vodorovnou složku proudění. Už v roce 1962 publikoval americký aerodynamik a ornitolog Clarence Cone článek o termickém plachtění ptáků (na internetu jsem od něho našel článků více – o dynamickém plachtění albatrosů – naprosto úžasná práce, o optimalizaci větroně pro dané termické podmínky – odtud je následující obrázek).


Tedy, termiku tvoří prstenec teplého vzduchu, který pomalu stoupá vzhůru a na své cestě čerpá studený vzduch z okolí. Tento studený vzduch středem prstence stoupá a po vnější straně prstence klesá. Logiku to má, kroužky umí každý kuřák dýmky 🙂 .

Důležité je, že tento model stoupáku má vodorovné proudění. V ideálním případě by model měl být schopen sledovat proud vzduchu doprostřed prstence, poté se uprostřed udržet, a nakonec, když buď model stoupák přestoupá, nebo se stoupák rozpadne, odletět pryč.

Dovnitř nebo ven
Tedy, co udělá rovně letící křidélkový model, když se setká s mírným bočním prouděním.


Křídlo je rovné, takže od něho nelze žádné účinky očekávat. Boční vítr se ale opírá o trup a hlavně směrovku. Směrovka způsobí, že se model začne točit proti větru. Ostatně kvůli zajišťování směrové stability tam je. Pokud je ale boční vítr způsoben stoupákem, bude model účinkem směrovky otáčen do „špatného“ směru, pryč od termiky.
Pokud model již krouží, tj. má křidélka do „kontra“, je situace ještě o něco horší, ve smyslu ještě rychlejším pohybu pryč od stoupáku, protože otáčení modelu způsobí nárůst rychlosti na vnitřním křídle, kde je křidélko vychýlené dolů, které tak získá na vztaku.

U modelu se vzepětím a bez křidélek se poperou dva vlivy. Směrovka chce zatáčku otevřít, vzepětí chce zatáčku utáhnout. Oba účinky působí proti sobě, takže je možné očekávat, že se ustálí na novém poloměru zatáčení. A to je přesně to, co chceme. Tedy, zde chceme, aby byl nový poloměr menší než výchozí 😉 .

Vedle vzepětí křídla jsou ještě dva důležité parametry. Prvním je plocha trupu před těžištěm. Při bočním obtékání působí tato plocha proti účinku směrovky, tj. stranově destabilizuje. Druhý parametr je moment setrvačnosti modelu kolem svislé osy. Jak je uvedeno na začátku, při kroužení musí nějaké síly modelem neustále otáčet (zatáčivý moment). Setrvačnost způsobuje, že modelu se nechce přejít do zatáčky s jiným poloměrem. Takže nejen vzepětí a plocha trupu, ale i rozložení hmotnosti má vliv na „samostřednost“.

Možná namítnete, že to přeci každý ví. Volné větroně mají velké vzepětí, velkou plochu trupu před těžištěm a lehounké uši i výškovku. Teď už alespoň tuším proč. Navíc schopnost sledovat termiku určitě není nejdůležitější vlastností, kterou požadujeme od rádiem řízeného modelu, například je tato vlastnost v přímém protikladu ke stabilitě v přímém letu.

Ale přijde mi zajímavé, že jak se neustále odlehčují termické elektrovětroně, zvětšuje se i jejich vzepětí. Že by tomu bylo proto, že „lehouš“ nemusí umět létat rovně, nýbrž se musí umět držet termiky? A třeba už někdo vymýšlí měnitelné vzepětí 🙂 . A já pracuji na samostředném samokřídlu 😉 .

Honza
9.12.2018

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Přidejte obrázek (JPEG only)