SRY MODELLEZŐ KÖNYVTÁR

 

Eredeti megjelent:

Műszaki Könyvkiadó

Budapest 1980

52. …  62. old.

Dr. Ordódy Márton

Sárkányrepülés (III.)

 

I.

2. Mint a madár

2.1. A siklószárny mozgásai

2.2. A felhajtóerő keletkezése

II.

2.3. A siklás

III.

2.4. A forduló

2.5. Különleges repülési helyzetek

2.5.1. Átesésre visszavezethető repülési helyzetek

IV.

2.5.2. A vitorla átlobbanására visszavezethető repülési helyzetek

V.

2.6. Siklószárnyak teljesítménye

 

2.4.

A forduló

 

Az állandósult forduló viszonyait szokás a szárnyhoz kötött un. mozgó koordináta-rendszerben vizsgálni. Ebben a rendszerben nyugalom van, tehát a szerkezetre ható erők egyensúlyban vannak. A nyugalom min­den, a rendszerrel együtt mozgó testre érvényes. A szárnnyal együtt mozgó pilótát a forduló jellemzőiről a talaj forgása tájékoztatja. Látás nélkül (pl. felhőben) a pilóta nemcsak a forduló irányát, hanem gyakran még a forduló tényét sem tudja megállapítani. Jelen esetben mi is a pilóta helyzetéből vizsgáljuk a fordulót.

 

2.19.ábra.

A siklószárny fordulóban álló tengely körüli forgó mozgást végez

ωl a legyező mozgás szögsebessége;  ωb a bólintó mozgás szögsebessége

 

   Képzeljük el a fordulót a következő módon! Legyen a sárkány egy át­látszó, merev tömb része (2.19. ábra) ! Az állandósult fordulót úgy kap­juk, hogy a tömböt egy álló tengely körül ω szögsebességgel megforgat­juk. A sárkány súlypontja a forgástengelytől r távolságra van, a kereszt­tengely pedig a forgástengelyt metszi, és δ szöget zár be a vízszintessel. A mechanika törvényei szerint a szárnyhoz kötött rendszerben a külső erőkön kívül járulékos erőként az un. centrifugális erőt is figyelembe kell venni. A nyugalom tehát a G súlyerő, az R légerö és a C centrifu­gális erő egyensúlyának eredményé (2.20. ábra). Az eredő légerő siklás­ban a súlyerővel, fordulóban a súly- és a centrifugális erő

nagyságú eredőjével tart egyensúlyt. A 2.21, ábrából leolvasható, hogy enyhe, 30°-os döntésű fordulóban a terhelés csak mintegy 15%-kal na­gyobb; élesebb, 60°-os döntés mellett azonban már kétszeresére növek­szik. A döntés további növelésével a terhelés rohamosan nő, és elméle­tileg hamarosan a szárny törésére vezet. Gyakorlatilag ezt a terhelést nehéz elérni. A G súlyerőt ugyanis a légerő függőleges összetevője egyensúlyozza ki a fordulóban, ezért az egyensúly megteremtéséhez na­gyobb légerő szükséges. A légerőt növelni a szárny sebességének foko­zásával lehet. Ha ez nem történik meg, akkor a szárny átesik. Forduló­ban tehát az átesés a siklásban mért vA sebességnél nagyobb,

sebesség esetén következik be. Végül a döntés fokozásával a siklásban mért w merülősebesség

értékre növekszik. Ennek különösen a termikek kikörözésében van nagy jelentősége. Az átesési sebesség és a merülősebesség növekedésének meg­határozásakor feltétel volt, hogy a szárny geometriája a döntés során állandó maradjon. Valójában a döntéssel együtt a szárny terhelése is nő, ez pedig a felhajtóerő-tényező csökkenésével és az ellenállás-tényező növekedésével jár. Ebből következik, hogy terhelés hatására erősebben torzuló szárnyakon az ábrában feltüntetettnél jelentősebb átesési, ill. merülősebesség-növekedésre kell számítani.

   A merev tömb minden része, így a szárny is ω szögsebességgel forog. Az ω szögsebesség felbontható egy kereszttengely irányú ωb és egy függőleges tengely irányú ω l összetevőre. A szárny tehát egyidejűleg végez bólintó és legyező mozgást. Bármilyen testet forgatunk is meg, a levegőben az ellenállás a forgást előbb-utóbb lefékezi. Sárkányokon a bólintó mozgás csillapodását a pilóta a kormányrúd előretolásával kü­szöböli ki. Túl kevéssé előretolt kormányrúddal a sárkány egyre mere­dekebb pályán egyre inkább merül és gyorsul; túlságosan előretolt kor­mányrúddal pedig sebességet veszít és a megfelelő kormányhelyzet vis­szaállítása nélkül át is eshet.

 

2.20. ábra.

Erők egyensúlya fordulóban

 

2.21. ábra.

A terhelés, az átesési sebesség és a merülősebesség növekedése a döntési szög függvényében

 

   A függőleges tengely körüli forgást a légerők nem csillapítják. (2.22. ábra) Állandósult fordulóban ugyanis a szárny minden egyes része azo­nos w sebességgel merül, az utazósebesség azonban a forgástengelytől mért távolsággal arányosan csökken. A gerinctől jobbra, balra azonos távolságban fekvő profilokat vizsgálva látható, hogy a külső (jobb ol­dali) profil αj állásszöge kisebb, megfúvási sebessége pedig nagyobb mint a belső (bal oldali) profilé. Igaz ugyan, hogy most a bal szárny profiljait nagyobb felhajtóerő- és ellenállás-tényező jellemzi, a kisebb megfúvási sebesség mégis lehetővé teszi, hogy a két profilon azonos nagyságú ellenállás és felhajtóerő ébredjen, így sem orsózó-, sem pedig legyezőnyomaték nem keletkezik.

   Fordulóba bevitelkor más a helyzet: az orsózó és a legyező mozgás a kormányrudat középen, magától a döntéssel arányosan eltolva tartja. létrehozásához a pilóta először a kormányrúd mentén a szándékolt for­duló irányába elmozdul: csűr. Az így keletkező orsózónyomaték a szár­nyat dönteni igyekszik, ami azonban tehetetlensége és nagy felülete révén a döntést fékezi. A tehetetlenség a súlyponton kívül fekvő alkat­részek tömegéből származik és a hossztengelytől mért távolsággal négy­zetesen növekszik. Különösen fontos ezért a szárnyvégek tömegének csökkentése. A szárnyfelület egyes részeinek ellenállása a hossztengely­től mért távolsággal egyenesen arányos. Nagy fesztávolságú szárny tehát ugyanakkora kormánymozdulatnak nehezebben, lassabban engedelmeskedik: kevésbé érzékeny.

 

2.22. ábra.

A szárnyprofilok megfúvási sebessége állandósult fordulóban

 

A legújabb, nagy fesztávolságú sárkánytípusok könnyű dönthetősége speciális érzékenységnövelő módszereknek köszönhető. A megfelelő dön­tési szög elérésekor a pilóta a kormányrudat alaphelyzetbe állítja, és a bólintó mozgás létrehozásához a kormányrudat előretolja. A dőlés megindulásával egyidőben a szárny a forduló tengelye felé megcsúszik, és nyilazása, valamint V-állása folytán el is fordul. A legyező mozgás tehát a csúszás hatására indul meg. Hasonlóan az orsózó mozgás létrehozásához a szárny egyes részeinek tömege és ellenállása a legyező mozgás kialakulását is fékezi, a csillapító hatások azonban most a függőleges tengelytől mért távolsággal arányosak. Nagy fesztávolságú szárny ezért fordulóba vitelkor erősebben megcsúszik. A könnyű dönthetőség érdekében alkalmazott érzékenységnövelő módszerek egyúttal a csúszást is csökkenthetik.

 

2.23. ábra.

A vitorlatorzulás és a vitorlavándorlás jelensége

 

   Az orsózó mozgás megindulásakor a vitorla eredeti szimmetriája el­torzul: a lefelé haladó félszárny öblössége a szárnyvég felé növekszik, a felfelé haladón pedig csökken. Ennek következtében az orsózás csilla­pításában fő szerepet játszó szárnyvégeken a profílok elfordulnak, a megfújás irányához igazodnak. A 2.23. ábrán a belső szárnyvég profil­jának állásszög-csökkenését láthatjuk. Az áramláshoz idomulásból az or­sózó mozgás csillapításának csökkenése következik.

   Az érzékenység növelését az újabb nemzedékek szárnyain elsősorban a vitorlavándorlás lehetőségének megteremtésével érik el. A taréj segít­ségével a gerinctartó fölé emelt vitorla a döntés irányába vándorolhat. így a rögzített közepű vitorlához képest fordulóba vitelkor a két fél­szárny között nagyobb öblösség-különbség alakulhat ki. Növelhető a szárny aszimmetriája úgy is, hogy lehetővé tesszük a kereszttartó ván­dorlását. Ilyenkor valamilyen műszaki megoldással a kereszttartó a gerinchez képest elmozdulhat (2.24. ábra). Az aszimmetriát növeli az un. differenciál merevítő rendszer is: a csigán átvetett merevítő sod­ronyok révén a szárnytartók csak egymás rovására deformálódhatnak (2.25. ábra) .

 

2.24. ábra.

Vándor-kereszttartó

 

2.25. ábra.

Differenciál kimerevítő rendszer

 

   A szárny alaprajzának optimális kialakítása nagymértékben hozzájárulhat az érzékenység növekedéséhez. A 2.26. ábrán egy un. kerekített szárnyvégű sárkány alaprajza látható: a tartók által határolt belső felü­letet egy toldalékfelület, a denevér egészíti ki, amelynek helyzetét és alakját a vitorlalécek határozzák meg. A denevéren ébredő felhajtóerő a vitorlalécek közvetítésével növeli a szárnyelcsavarás mértékét. Az elcsa­varás nagysága függ a belső felület feszességétől és a denevér nagyságá­tól is, feszesebb vitorla nagyobb denevér hatására sem deformálódik túl­ságosan. Az elcsavarodás azonban alapvetően a szárny terhelésétől függ, nagyobb terhelés nagyobb elcsavarást létesít. Fordulóba vitelkor a belső szárny terhelése nő, a külsőé pedig csökken, ezért a belső szárnyvég felfelé, a külső lefelé csavarodik. Az áramláshoz való idomulás ismét az orsózó mozgás csillapítását csökkenti.

 

2.26. ábra.

Kerekített szárnyvég

 

   Az öblösség változásával nemcsak az egyes profilok állásszöge, hanem íveltsége is megváltozik. Az orrszög, az öblösség és az érzékenységnövelő módszerek szerencsés alkalmazásával elérhető, hogy a belső félszárny ellenállása az erősebb íveltség folytán megnövekedjen. A két félszárny közötti ellenállás-különbségből olyan legyezőnyomaték származhat, amely csúszásmentes fordulóba vitelt is lehetővé tesz. Gyakorlatilag is elérhető pl., hogy egy vitorlának a hossztengelytől jobbra és balra szimmetriku­san azonos távolságban elhelyezkedő profiljai a 2.5. ábra szerinti eset­nek feleljenek meg (öblösebb, illetve feszesebb eset). A vitorlatervezés azonban jelenleg tapasztalaton alapszik, és egy-egy új típus optimális paramétereit kísérletek sorozatával szokás meghatározni. Általában a tervező a nagyobb teljesítmény érdekében fordulóba vitelkor a szárny kismértékű megcsúszását megengedi.

 

2.5.

Különleges repülési helyzetek

 

   Siklószárnyak - akárcsak a repülőgépek - meghatározott sebességtarto­mányban repülhetnek. A tartomány határait túllépve előfordulhat, hogy a szárny néhány másodpercre kormányozhatatlanná válik. A levegő turbulenciája is létrehozhat olyan megfúvási viszonyokat, amelyek idő­szakos kormányozhatatlanságot okoznak, ezért különleges repülési hely­zet statisztikusan a pilóta hibáján kívül is bekövetkezhet. Nagy állásszögű repüléskor átesésre és átesésre visszavezethető különleges helyzetre lehet számítani, kis állásszöggel repülve, pedig a vitorla átlobbanása változtat­hatja meg az eredeti repülési tulajdonságokat. Stabil szerkezet magától törekszik a különleges helyzet megszüntetésére. Nem soroljuk a külön­leges repülési helyzetek közé azokat az eseményeket, amelyek során a szárny meghibásodása vagy törése teszi lehetetlenné a normál repülési helyzethez való visszatérést.

 

2.5.1.

Átesésre visszavezethető repülési helyzetek

 

  Ha egy profil állásszöge az átesési állásszög fölé növekszik, akkor a profilon a felhajtóerő rohamos csökkenése következik be: a profil átesik. A szárny elcsavarása folytán az egyes profilok állásszöge különbözik, így az átesés sem a teljes szárny mentén egyszerre következik be; a nagyobb állásszögű orr-rész esik át először (2.27. ábra). Az orr környé­kén bekövetkező felhajtóerő-csökkenéstől az eredő légerő olyan nagy­mértékben hátravándorolhat, hogy a pilóta testsúlyának maximális hátra­helyezésével sem képes az orra állást megakadályozni: a teljes szárny átesik. Az orra bukással egyidőben a súlyerő a lecsökkent légerő elle­nében a szárnyat lefelé gyorsítani kezdi, az átesést tehát hosszabb-rövi­debb ideig tartó zuhanás követi. Zuhanásban a szárny megfúvási sebes­ségének növekedésével csökken a profilok állásszöge, és ismét létrejön­nek az állandósult siklás feltételei. A jóindulatú automatikus sebesség­-gyűjtés (amikor a szárny a zuhanásból magától feljön) a szárny stabilitásának jele, az ilyen fajta átesés azt tanúsítja, hogy a szárny nagy állás­szögnövelés - azaz nagy zavarás - hatására is törekszik az egyensúlyi helyzet felé.

 

2.27. ábra.

Erők az átesés pillanatában

 

   Az átesési tulajdonságok sárkánytípusonként erősen különböznek, de egyes típusokon belül egyedenként is eltérések mutatkoznak. Az átesés hevessége elsősorban az elcsavarás mértékével arányos. Erősen elcsavart szárnynak először csak kis része esik át, ezért a felhajtóerő hátravándor­lása sem nagymértékű. A pilóta ebben a helyzetben még képes vezetni a szárnyat, amelynek merülése az átesésben repülő rész ellenállása miatt megnő, a szárny „liftel". Kevéssé elcsavart szárnyak átesése goromba, kis állásszög-növekedés esetén is a szárny nagy részén megindulhat az áramlás leválása. Öblös vitorlájú, tehát erősen elcsavart szárnyú sárkány átesése jóindulatú; 5…6 m-es magasságvesztés árán már helyreáll a sik­lás. Feszes vitorlájú, tehát kevésbé elcsavart szárnyú sárkány 10…20 m magasságot is veszíthet, amíg ismét kormányozhatóvá válik.

 

2.28. ábra.

A dugóhúzó

ωo az orsózó mozgás szögsebessége; ωl a legyező mozgás szögsebessége

 

   Fordulóban a belső szárny profiljait éri a legnagyobb állásszögű meg­fúvás, ezért nagy állásszögű repüléskor először a belső szárnyvégen kö­vetkezik be egyidejűleg rohamos felhajtóerő-csökkenés és ellenállás-növekedés. Az így keletkező orsózó- és legyezőnyomaték hatására a szárny a fordulóba „belepördül". Vízszintes szárnyakkal repülve is be­következhet aszimmetrikus átesés. Ha csak a félszárnyat éri a feláramlás, akkor az állásszög növekedése következtében a szerkezet az átesésben levő félszárny irányában lepördül. A szárny mindaddig kormányozhatatlan marad, amíg a sebesség növekedésével a leválások meg nem szűnnek.

   A lepördülési hajlam a szárny jellemzője. Kevésbé elcsavart szárnyon a szárnyvég viszonylag nagyobb állásszöge miatt az aszimmetrikus átesés is va1ószínűbb. Fordulóban vagy széllökés hatására ezért feszesebb vitorlájú vagy kevéssé elcsavart szárnyvégtartójú második nemzedékbeli sárkány hamarabb lepördül, mint egy öblös első nemzedékbeli vagy nagyméretű denevért alkalmazó, kerekített szárnyvégű harmadik nem­zedékbeli szárny. A leperdülési hajlam tehát megfelelő tervezéssel ja­vítható, magát a leperdülést a szárny gyorsításával lehet megelőzni. A pi­lóta ennek érdekében testsúlyát előre és a kormányrúd mentén a pörgés irányába helyezi. Egyes sárkányokon a lepördülést szándékosan sem le­het előidézni; más, általában nagy fesztávolságú lepördülésre hajlamos szárnyakon viszont a pörgés állandósulhat, vagyis dugóhúzó jöhet létre (2.28. ábra). Ilyenkor a szűk sugarú forgás következtében a belső szárny sebessége tartósan az átesési sebesség alatt marad, a nagyobb se­bességű külső szárnyon pedig a felhajtóerő és a kisebb ellenállás ál­landó legyező- és orsózónyomatékot létesít. Dugóhúzóban tehát a szárny kormányzás nélkül is állandó legyező és orsózó mozgást végez, miköz­ben erősen megdőlt hossztengelyhelyzetben nagy sebességgel merül. Je­lenlegi szárnyainkon a dugóhúzóban való benntartást elősegíti, ha a piló­ta a kormányrúd külső felén helyezkedik el; a belső oldalra helyezve a testsúlyt, a dugóhúzó megszűnik.

­

♣ Archiválta SRY 2005. január 25. ♣ CANON LiDE system ♣ Microsoft Word ♣ SRY MODELL 2005