Drobky (hlavně o dmychadlech – zase)

Diskuzní fóra jsou nekonečným zdrojem poučení a inspirace. Akorát některé věci se na fóru vysvětlit nedají.

K čemu jsou dmychadla
Dmychadla se používají na motorech velkých dopravních letadel, proto se mnoho lidí domnívá, že vrtule je vhodná jen do určité rychlost letu a pro větší rychlost se musí použít dmychadlo. To je omyl, ale hluboce zakořeněný.


(Všechny obrázky jsou převzaté z Wikipedie)

Proudový motor, turbofan, který kombinuje jádro (tj. „horkou část; kompresor, spalovací komory, turbíny) a dmychadlo, je tak úspěšný proto, že dmychadlo je vlastně činné jako první stupeň kompresoru a tak významně napomáhá účinnosti jádra. S obyčejnou vrtulí by to samozřejmě nešlo.


Použití vrtule namísto dmychadla ale dovoluje dosáhnou ještě větší účinnosti pohonu, viz třeba tzv. „propfany“ (čili proudové motory s bezplášťovými dmychadly), které jsou ještě účinnější (mají menší spotřebu paliva) než „turbofany“ dnešních proudových dopravních letadel. Propfany ovšem dělají značný kravál, zatím 😉 .


Dále, třeba transportní Airbus A-400 s klasickými turbovrtulovými motory létá cestovní rychlostí 0.7 Mach (781 km/h), pro srovnání proudový Boeing 737 má cestovní rychlost 0.785 Mach (838 km/h). Vrtule jsou speciální.


Ostatně ona hranice mezi „turbopropem“ a „propfanem“ je hodně tenká, toto je AN-70 s propfany.

Vrtule v prstenci poháněná „normálním“ (pístovým, elektrickým) motorem je výhodná jen tam, kde je potřeba získat velký tah při malém výkonu a malé rychlosti. Třeba u vznášedel, vzducholodí, dronů a třeba i remorkérů.


Elektrická dmychadla používá třeba Airbus E-fan. S normálními vrtulemi by na tom byl líp, ale třeba chtěli konstruktéři mít volnou příď nebo potřebovali vzhled velkých airbusů, nevím. K použití dmychadel tedy mohou vést i jiné okolnosti, ne jen účinnost (což děláme třeba my, modeláři; za vzhled platíme větší baterkou a kratší dobou letu).

Přelet kanálu La Manche na elektřinu.
Už je to déle než 3 roky, ale všiml jsme si až teď. E-fan chtěl být první, komu se přelet podaří, a to doslova za každou cenu. Favorizovaný slovinský Pipistrel vyřadili tím, že jim výrobce motoru Siemens zakázal letět nad vodou (vyjádření Pipistrelu) – ostatně na motorových gondolách Airbusu je velké logo Siemensu. Nakonec jim ale vypálil rybník „soukromník“ Hugues Duval na Cri-Cri. Údajně se mu úřady také pokoušely let zakázat, ale nestihly to.

Dobře jim tak, Airbusům, že by boží mlýny 😉 ?

Kolik žere turbína
V posledním FMT je test modelářské turbíny KingTech 80. Při tahu 87 N má spotřebu 260 g/min. Kdyby to bylo auto a jelo rychlostí 100 km/h, tak by za hodinu spotřebovalo 0.26*60 = 15.6 kg, tj. asi 20 litrů na sto kilometrů. To je jako Ferrari, ne 🙂 ? Ještě že my modeláři na účinnost nehledíme. Měrná spotřeba vychází na 50 g/kN/s.

Pro dnešní civilní proudové motory se uvádí spodní hranice spotřeby paliva asi 10 g/kN/s (pro vojenské je to asi 2-3 násobek) při startovním tahu.

Teď si trochu započítám (žiju čísly a nedokáži svou vášeň udržet na uzdě 🙂 ). Boeing 737 má dva motory o tahu 100 kN, takže při startu spotřebovává každý motor asi 1 kg paliva za sekundu. Maximální zásoba paliva je asi 28000 litrů, tj. asi 20 tun. Při plném výkonu obou motorů by tak měl palivo na asi 10000 sekund, tj. asi 2.5 hodiny. Za letu ve výšce je potřebný tah o hodně menší. Při hmotnosti 80 tun a klouzavosti 1:17 je potřebný tah pro vodorovný let T = m*g/eps, takže asi 80000*9.81/17 = 46 kN. Celkem tedy letadlo spaluje asi 0.5 kg/s (každý motor 0.25 kg/s). Výhřevnost paliva je 46 MJ/kg, takže výkon uvolňovaný hořením je asi 0.5*46 = 23 MW. Pokud je rychlost 838 km/h, je výkon potřebný pro P = T*V, tj. 46*838/3.6 = 11 MW. Účinnost by potom byla 11/23 = 48%.

Našel jsem ovšem, že B737 má při letu na vzdálenost necelých 1000 km spotřebu 3.2 kg/km, při dvojnásobné vzdálenost 2.8 kg/km (při startu „žere“ o hodně více). Při průměrné rychlosti 720 km/h urazí kilometr za 5 sekund, takže průměrně spotřebuje 3/5 = 0.67 kg/s. Když tedy uvážím, že při startu spaluje 2 kg/s a při letu 0.5 kg/s, trval by startovní výkon asi 12% letové doby, což mi přijde přijatelné. I tak, tyto výpočty nejspíše neplatí 🙂 .

Maketová rychlost
Otázka, jak rychle má model letět, aby připomínal předlohu, je věčná. Hezký článek v angličtině je zde. Jsou dva přístupy.

První vychází z fyziky a tudíž ho nazývám maketovou rychlostí z hlediska modelu. Podle tohoto přístupu by rychlost modelu měla být rovna rychlosti předlohy dělené odmocninou z měřítka. Hmotnost modelu je hmotnost předlohy dělená měřítkem na třetí.

Druhý přístup vychází z vnímání pilota (či přihlížejícího). Podle tohoto názoru by rychlost modelu měla být rovna rychlosti předlohy dělené měřítkem. Hmotnost modelu je hmotnost předlohy dělená měřítkem na čtvrtou.

Samozřejmě, že hodně záleží na předloze.

Když vezmu dvojplošnou předlohu, která měla rozpětí 10 m, vážila 1 tunu a létala rychlostí 200 km/h (myslel jsem na Bristol Fighter, ale přesná data jsem nehledal), tak podle prvního přístupu by v měřítku 1:10 maketa měla mít rozpětí 1 m, měla by vážit 1000/10^3 = 1 kg a maximální rychlost by měla mít 200/10^0.5 = 63 km/h. Pokud by měl model letět jako předloha z hlediska pilota, musel by vážit jen 100 g a létat maximálně 20 km/h.

Na druhé straně, pokud měl tryskáč rozpětí 10 m, vážil 5 tun a létal rychlostí 1000 km/h (Mig-15 🙂 ), tak maketa v měřítku 1:10 bude mít rozpětí 1 m, hmotnost 5000/10^3 = 5 kg a maximální rychlost 1000/10^0.5 = 316 km/h; nebo hmotnost ještě 10x menší, tj. 0.5 kg, a rychlost 100 km/h.

Tyto příklady ukazují, že to my modeláři vůbec nemáme jednoduché. Postavit metrový dvouplošník s hmotností pod 1 kg může být oříšek, přesto i tak letový projev makety může být nerealisticky rychlý. Na druhé straně maketa proudové stíhačky se může vždy zdát pomalá.

Podle mě hodně záleží na způsobu pilotáže. Velké předlohy většinou vídáme, jak se majestátně „šinou“ oblohou ve značné vzdálenosti od nás. S modely většinou provádíme divoké manévry okolo hlavy. To je, domnívám se, důvod, proč většina maketářů hodnotí modely jako příliš rychlé.

Závěr je stavět lehce a létat klidně 🙂 .

Čínské firmy
Nejen Huawei, ale i DJI je v podezření. Mě osobně by překvapilo, kdyby Číňané při každé příležitosti nešpehovali, ale i tak jsme si vzpomněl na vtip: „Lékař mi řekl, že jsem paranoidní. Tedy, on mi to neřekl, ale určitě si to myslel.“

Start na katapultu


Dmychadlové (ale i jiné) modely se často startují na katapultu. Po vypuštění modely někdy předvádějí dost divoké kreace. Příčinou bývá většinou nesprávná poloha háčku. Obvykle se doporučuje, aby háček byl ve 1/2 až 2/3 vzdálenosti od nosu modelu k těžišti, což je ovšem rada hraběcí, protože každý model má jiné tvary. Lepší doporučení je, že model zavěšený na háčku by měl mít odchylku od kolmice asi 15 stupňů. Počáteční tah gumy by měl být asi pětinásobkem hmotnosti modelu.

Hlavním problémem při startu na katapultu je to, že model zpočátku neletí, o jeho pohybu rozhodují setrvačné, nikoliv aerodynamické síly. Když je start dostatečně razantní, pohybuje se model po balistické křivce, proudnice také potřebují nějaký čas, aby se mohly vyvinout 🙂 , ostatně stejné je to i při startu velkých letadel z letadlové lodi. Je proto velmi důležité, aby model odstartoval ve správné poloze. Když bude model v okamžiku, v němž má začít letět, v poloze nevhodné, mohou se dít věci. Pokud například odstartuje v příliš natažené poloze, spadne hned po startu do vývrtky.

Důležité je i správné přidávání plynu. Dmychadlo má samozřejmě reakční moment, který se snaží drak modelu roztočit. Pokud se to odehraje v okamžiku, kdy model ještě „neletí“, je zaděláno na malér.

Takže i na katapultu opatrně a hezký den.

Honza
3. února 2019

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Přidejte obrázek (JPEG only)