Krúženie Holighausovým spôsobom

Jozef Pavlinský - 15.12.2015
 

Aerodynamika krúženia v termickom prúde

Je potrebné udržiavať guličku v strede? Tak napríklad počas priamočiareho letu áno, pretože tým minimalizujeme odpor a maximalizujeme tak výkony vetroňa. Počas krúženia nie, ak chceme využiť potenciál daného vetroňa a zbytočne nezvyšovať odpor. Udržiavaním mierneho sklzu pri krúžení minimalizujeme škodlivý odpor vetroňa a znížime pravdepodobnosť pádu do vývrtky. A ako je to počas zatáčok?

Teóriu krúženia v miernom sklze vypracoval a prakticky potvrdil známy nemecký aerodynamik, inžinier, konštruktér, pilot a majiteľ továrne Schempp-Hirth pán Klaus Holighaus, podľa ktorého sa aj toto krúženie nazýva Holighausovo krúženie alebo krúženie Holighausovým spôsobom. Reálne to využil na niekoľkých plachtárskych pretekoch, kde vystúpal rýchlejšie než súperi a tak mohol skôr napredovať. Potvrdzujú to aj jeho výsledky a rekordy. Klaus Holighaus navrhol väčšinu typov továrne Schempp-Hirth a to konkrétne Cirrus, Std. Cirrus, Janus, Discus, Duo Discus, Ventus a Nimbus. Tragicky zahynul počas lietania vo Švajčiarskych alpách (Rheinwaldhorn) 9.8.1994 na Nimbuse, kedy sa mu nepodarilo preletieť hrebeň vplyvom zhoršujúceho sa počasia. Bol ženatý a jeho syn Tilo po ňom prebral firmu Schempp-Hirth. Zahynul vo veku 54 rokov a v zápisníku mal zapísaných 8.168 hodín nalietaných na vetroňoch !

Prečo udržiavať mierny sklz počas krúženia?

Všeobecne väčšina lietadiel je konštruovaná s kladným vzopätím krídla a zvlášť vetrone (až na akrobatické). Pri sklze to spôsobuje na krídle vnútri zatáčky väčší uhol nábehu a tým väčší vztlak ako na krídle na vonkajšej strane zatáčky. Dá sa to veľmi ľahko overiť. Počas priamočiareho letu držte pevne ručné riadenie, zošliapnite jeden z pedálov a uvidíte, že lietadlo nielen zatáča, ale taktiež vzniká zatáčavo-klonivý moment, ktorý spôsobí aj nakláňanie na stranu zošliapnutého pedálu. Efekt zatáčavo-klonivého momentu nie je tak výrazný počas krúženia, ale je stále viditeľný. Krídlo vnútri zatáčky má menšiu rýchlosť a tým pádom aj menší vztlak ako krídlo na vonkajšej strane zatáčky. Pre kompenzáciu tohto vplyvu, ak držíte priečny relatívny sklonomer – guličku v strede, musíte vychýliť krídelká zo zatáčky, aby bol vztlak na pravom a ľavom krídle rovnaký. Ak by ste nevychýlili krídelká, vetroň by postupne zvyšoval náklon, až by prešiel do špirály.

Ak je krídelko na vnútornom krídle vychýlene dole, nezvýši to len vztlak krídla, ale aj odpor a to môže vytvoriť výklzovú zatáčku. Táto výklzová zatáčka môže byť ľahko opravená miernym vyšliapnutím vonkajšieho pedálu, aby bola gulička udržaná v strede. Tu vzniká nebezpečenstvo, pretože krídelko vychýlené dole je náchylnejšie na odtrhnutie prúdenia. Ak pilot včas nevykoná správny zásah do riadenia, môže dôjsť k pádu po krídle alebo do vývrtky.

Obrázok 1 zobrazuje porovnanie typických profilov krídel vetroňov a ich prúdnic. Horný profil reprezentuje podmienky krúženia pri relatívne vysokom uhle nábehu s odporom a poklesom vztlaku. Ak pilot zväčší výchylku krídelka smerom dole v snahe kompenzovať stratu vztlaku (odkláňať zo zatáčky), situáciu ešte zhorší. Pokiaľ nie je výchylka krídeliek zrovnaná a uhol nábehu podstatne znížený, hrozí pád do vývrtky.

Jednoduchým udržiavaním mierneho sklzu počas krúženia dosiahneme odstránenie nežiaducej výchylky krídeliek, ktoré zvyšujú odpor a vďaka kladnému vzopätiu sa zvýši vztlak na krídle vnútri zatáčky. U nás často lietaný typ je VSO-10 a je dobre známe, že príliš časté zásahy do riadenia znižujú jej výkon. VSO-10 má s plne vychýlenými krídelkami kĺzavosť 8,3, takže čím ostrejšia zatáčka bez využitia Holighausovho spôsobu krúženia, tým väčší odpor -->  tým menší výkon -->  tým menší zisk výšky --->  tým menej bodov atď.

Obrázok 2 znázorňuje ako vzopätie krídel spolu s miernym sklzom zvyšuje vztlak na krídle vnútri zatáčky a znižuje vztlak na vonkajšej strane zatáčky. Klaus odporúčal udržiavať mierny sklz počas krúženia. Optimálny uhol sklzu závisí na rozpätí a vzopätí vetroňa. Najlepšie výkony pri krúžení sú dosiahnuté, keď šnúrka na kabíne je vychýlená približne 10° von zo zatáčky (mierny sklz), pretože polohová chyba šnúrky vytvorí polovicu z tých desiatich stupňov.

Priečny relatívny sklonomer

Priečny relatívny sklonomer je zakrivená sklenená trubica, naplnená tlmiacou kvapalinou, v ktorej sa voľne pohybuje gulička z jednej strany na druhú stranu. Je namontovaná priečne na prístrojovej doske a je navrhnutá snímať a indikovať priečne zrýchlenie vetroňa (neukazuje náklon vetroňa). Na priečnom relatívnom sklonomere vidíme, že gulička nie je v strede medzi ryskami, ale približne o polovicu priemeru guličky vychýlená do vnútra zatáčky ako to je na obrázku 3, ktorý zobrazuje hypotetickú kabínu vetroňa počas krúženia v termickom stúpavom prúde pri miernom sklze. Na prístrojovej doske je umiestnený priečny relatívny sklonomer a na prekryte kabíny je nalepená šnúrka, ktorá je vychýlená približne o 10° von zo zatáčky.

hypotetická kabína vetroňa  pri stúpaní v termickom prúde v miernom sklze

S wingletmi to nejde...

Winglety sú počas sklzu alebo výklzu náchylné na odtrhnutie prúdenia. Vetrone s wingletmi potrebujú udržiavať guličku v strede medzi ryskami aby nedochádzalo k odtrhávaniu prúdenia. Nalepením bavlniek na vnútornú stranu wingletov a časti krídla je možné prakticky overiť povahu prúdenia okolo wingletov počas sklzu a výklzu.

Polohová chyba šnúrky

Obrázok 2 znázorňuje príkladný náčrt vetroňa počas krúženia. Krúženie so šnúrkou uprostred sa prejavý v miernom výklze vetroňa, pretože šnúrka je umiestnená podľa typu vetroňa približne 2 metre pred ťažiskom vetroňa. V tom mieste prúd vzduchu nabieha na kabínu mierne zo strany zatáčky. Ďalší spôsob, ako vysvetliť túto situáciu, je uvažovať, že vetroň je nehybný v priestore a termický stúpavý prúd rotuje proti klzáku povedzme rýchlosťou 80 km/h. Takto si ľahšie vieme predstaviť, že nabiehajúci prúd vzduchu sa pohybuje po kruhovej dráhe a to znamená, že šnúrka je ofukovaná zboku pod určitým uhlom. Polohová chyba šnúrky môže byť dobre viditeľná počas zatáčky porovnaním s priečnym relatívnym sklonomerom. Na typoch, kde priečny relatívny sklonomer nie je môžeme prebrať skúsenosť z iného podobného typu (napr. Std. Cirrus/VSO-10 a DG-100). Polohovú chybu šnúrky si môžeme dobre všimnúť počas lietania na dvojsedadlovom vetroni zo zadného sedadla ak sú na kabíne nalepené dve šnúrky pre pilota vpredu a vzadu. Predná šnúrka bude vychýlená viac zo zatáčky ako zadná pretože sa nachádza na väčšom ramene od ťažiska.

Ak by šnúrka mohla byť nejako umiestnená priamo v ťažisku a použiteľná pilotom, pri guličke držanej v strede medzi ryskami by neukazovala žiadnu odchýlku. Ale pretože je šnúrka umiestnená pred ťažiskom, bude ukazovať odchýlku aj v prípade, že gulička vychýlená nie je. Môžeme konštatovať, že gulička presnejšie znázorňuje skutočné podmienky letu vetroňa.

prístrojová doska DG-100  a pohľad na kryt kabíny počas zatáčky pri rýchlosti 80 km / hod., šnúrka je vychýlená probližne 20 stupňov von zo zatáčky, porovnaním s typom vybaveným priečnym relatívnym sklonomerom sa uhol odchýlky šnúrky pohybuje medzi 10 - 20 stupňami pri vychýlení gulôčky o polovicu svojho priemeru do zatáčky

Efekt prekrytu kabíny pri bočnom ofukovaní

Počas točenia zatáčky s guličkou v strede, aj s guličkou, mierne vychýlenou do zatáčky, prekryt kabíny ovplyvňuje obklopujúce prúdenie tak, že ho urýchľuje. Skutočné uhly sklzov alebo výklzov vetroňa sú v skutočnosti polovica z uhla, indikujúceho šnúrkou.

Zhrnutie

1. Pretože šnúrka je umiestnená na prekryte kabíny výrazne pred ťažiskom lietadla, ukazuje mierny sklz aj v prípade, že vetroň nie je v sklze.

2. Lepšie a bezpečnejšie krúženie môže byť dosiahnuté udržiavaním sklzu, a to približne na 1/2  priemeru guličky. Ak krúžime takouto zatáčkou, šnúrka je vychýlená približne 10° von zo zatáčky.

3. Na vetroni s wingletmi môže dôjsť k odtrhnutiu prúdenia na vnútornej strane wingletu, ak pilot točí mierne sklzovú zatáčku s guličkou vychýlenou o približne polovicu priemeru guličky do zatáčky. V prípade použitia wingletov budú najlepšie výkony dosiahnuté s guličkou držanou v strede. Šnúrka bude v tom prípade držaná približne 5° von zo zatáčky.

4. Z bezpečnostných dôvodov nikdy nelietajte výklzovou zatáčkou. Nikdy nelietajte so šnúrkou vychýlenou dovnútra zatáčky, pretože je to nebezpečný letový režim, ktorý vyžaduje veľkú výchylku krídeliek, aby vetroň neprešiel do špirály a to prináša rapídne zvýšenie odporu. Výklz znamená použitie príliš veľkej výchylky smerového kormidla a hlavne pri malých rýchlostiach to môže znamenať prechod do vývrtky.

5. Je veľmi dôležité mať na kabíne prilepenú šnúrku a taktiež je výhodou mať aj priečny relatívny sklonomer, ktorý ukazuje skutočný sklz alebo výklz. Hneď po rýchlomere je šnúrka druhý najdôležitejší bezpečnostný prístroj, hoci ukazovanie sklzu a výklzu je jej jediná schopnosť. Je lacná, jednoduchá a jej najväčšou výhodou je, že je umiestnená v zornom poli pilota.

Jozef Pavlinský



comments powered by Disqus