SRY MODELLEZŐ KÖNYVTÁR

 

Eredeti megjelent:

Műszaki Könyvkiadó

Budapest 1980

62. …  69. old.

Dr. Ordódy Márton

Sárkányrepülés (IV.)

 

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

 

2.5.2.

A vitorla átlobbanására visszavezethető különleges repülési helyzetek

 

Merevítetlen vitorlaprofil alakja a megfúvási szög csökkenésének hatásá­ra először eltorzul, majd a megfúvási szög további csökkentésével zászló­ként kezd lobogni (2.29. ábra). Ha a lobogás a vitorla nagy felületére kiterjed, akkor a repülési tulajdonságok gyökeres változása következik be. A vitorlát széltében átfogó bordák vagy lécek megakadályozzák a vitorla hosszirányú lobogását, a vitorla öblössége azonban ilyenkor is lehetőséget ad arra, hogy a megfúvás szögének hirtelen megváltozását a profilok kövessék. Megváltozhat tehát a szárny elcsavarása, ami hossz­stabilitási problémákat okozhat. Az állásszög hirtelen csökkenése szár­mazhat repülési manőverből; a belobogást pl. lendületből kezdett szándé­kos átesés vagy egyszerűen a túlzott süly-előrehelyezés is előidézheti. Termikes időben a leáramlás lobbanthatja át a vitorlát, ez a fajta külön­leges repülési helyzet is bekövetkezhet tehát a pilóta hibáján kívül. Leg­nagyobb valószínűséggel ezt a különleges helyzetet széllökéses időben végzett nagy sebességű fordulóba vitel idézheti elő.

 

2.29. ábra.

A vitorla belobogása

 

   Az első nemzedékes sárkányokon esetenként előfordult, hogy látszólag ok nélkül a szárny orrát leadva meredeken, 40…50°-os szögben zuhan­ni kezdett. Zuhanás közben a vitorla zászló módjára lobogott és erős ropogó-zörgő hangot hallatott. Innen származik a lobogózuhanás („flat­ter")-elnevezés. Az esetek többségében a normál siklóhelyzet a pilóta legnagyobb erőfeszítései ellenére sem állt helyre; így a 80-100 km/h sebességű ütközés általában a pilóta életébe került. Megnőtt a lobogó­zuhanások gyakorisága, amikor teljesítménynövelés céljából a vitorla feszességét növelni kezdték és a sárkányrepülés a tengerpartok után a széllökésesebb szárazföldi lejtőket is kezdte meghódítani. A második nemzedékbeli szárnyak csonkított vitorlájának megjelenésével a lobogó­zuhanás csaknem teljesen eltűnt a vészhelyzetek közül.

   A harmadik nemzedékes sárkányok új probléma elé állították a gyár­tókat, Ismét megjelent a meredek zuhanás, amely azonban stabilizálódás helyett a szárny hanyatt fordulásával és kereszttengely körüli forgásá­val folytatódott. Az így kialakuló lebukfencezés már az első háthelyzet elérésekor a szárny törését okozhatja. Mindkét különleges helyzetet alap­vetően a hossz-stabilitás elvesztése okozza. A pilóta keveset tehet a zu­hanás megszüntetése érdekében, ezért minden szerkezettől megkövete­lendő, hogy kis állásszögű repülésben is automatikusan törekedjen a normál siklóhelyzet felvételére, azaz stabil maradjon.

 

2.30. ábra.

Lobogózuhanásra hajlamos szárny testeltolás-diagramja

 

   A vitorla belobogása általában a legkisebb állásszögű részen, a szárny végén kezdődik. A szárnyvégen erősen lecsökkent felhajtóerő megvál­toztatja a légerővándorlás jellegét. A nyilazás most hatástalan, hiszen a hossz mentén hátul elhelyezett lobogó profilok felhajtóerőt nem keltenek. A gerinc mentén fekvő nem lobogó vitorlarészen sem az elcsavarás, sem pedig a hossz menti eltolás mértéke nem elegendő a stabil légerőván­dorlás megteremtéséhez, ezért a vitorlaprofilokra jellemző instabil felhajtóerő-vándorlás uralkodóvá válik az egész szárnyon. Az orra bukás megindulásakor tehát a felhajtóerő hátravándorol, és segíti a további állásszögcsökkenést. Az állásszögcsökkenést az ingastabilitás akadályoz­za; sőt bizonyos tartományban a súlyerő hátrahelyeződése nagyobb lehet, mint a légerő hátravándorlása. Ha ez bekövetkezik, akkor ebben a tar­tományban a meredek zuhanás stabillá válhat. Az új stabil siklóhelyzet létrejöttének lehetősége jól látszik az egyes szélcsatorna-kísérletek test­eltolás-diagramjain. A 2.30. ábráról leolvasható, hogy a Ψo testeltolási szöggel repülő szárny további testeltolás-csökkenés hatására előrebukik, és stabil, meredek zuhanásba kezd. A felvételt egyrészt a pilóta karjain ébredő nagy kormányerő akadályozza, másrészt előfordulhat, hogy a pilóta karja rövid ahhoz, hogy Ψ1-nél nagyobb testeltolást hozzon létre. A szakirodalom ajánlja, hogy ilyen esetben a pilóta lábaival a trapézba állva, a kormányrúd elrúgásával kísérelje meg a felvételt.

 

2.31. ábra.

A légerő hossz menti eloszlása szárnyvégtartóval, és szárnyvégtartó nélkül

 

   A belobogás megakadályozásához kézenfekvő a szárnyvég megtámasz­tása szárnyvégtartó segítségével. A 2.31. ábra a légerő hossz menti el­oszlását szemlélteti. A szárnyvég profiljainak elfordulását itt szárnyvég­tartó helyett egyszerű, a szárnytartóhoz mereven csatlakozó dúc, a szárnyvég-határoló akadályozza meg. Negatív állásszögek esetén, a szárnyvégen lehajtóerő keletkezik, így az eredő légerő stabilizáló előre­vándorlása a vitorla közepének lobogása esetén is biztosított. A szárny­közép lobogását hatékonyan gátolja az árboc tetejéből a kilépőélhez futó un. flatterzsinór, ami akkor hatásos, ha siklóhelyzetben a vitorla defor­málása nélkül éppen megfeszül (2.32. ábra).

 

2.32. ábra

A flatterzsinór hatása

 

   A belobogás megakadályozásán túl segíti a felvételt minden olyan megoldás, amely a szárny hossz-stabilitását növeli. Mivel nagyobb húr­hosszú profilokon az instabil légerővándorlás is nagyobb mértékű, ezért kisebb húrhosszú, azaz karcsúbb szárnyak kevésbé belobogás­veszélyesek. Az ingastabilitást növeli a felfüggesztés hosszának és a tra­péz magasságának egyidejű növelése. Magasabbra kerül a súlypont, így csökken az ingastabilitás, ha ugyanazzal a sárkánnyal könnyebb pilóta repül. Egyes első nemzedékes sárkányok könnyű pilótával határozottan veszélyesnek mutatkoztak, a harmadik nemzedékbeli szárnyakon pedig szigorúan korlátozzák a pilóta legkisebb súlyát. A feljebb került súlypont

 

miatt veszélyes lehet, ha ülve repülésre tervezett trapézban a pilóta hason repül. A vitorla formálását a bordák segíthetik. Önmagában, azaz farok nélkül is stabil  repülőgépszárnyak épülnek un. S-profilokból. Az önmagá­ban instabil vitorlaprofil S alakú bordák alkalmazásával stabillá válik. Második nemzedékbeli szárnyakon elsősorban a gerinctartó S-be hajlítása szokásos (pl. Héja).

   A stabil flatterzuhanás viszonylag ritka; a zuhanás egyaránt végződhet felvétellel vagy hanyatt fordulással és azt követő lebukfencezéssel. A ter­mikelés elterjedésével a stabilitásvesztés fő oka a levegő örvényessége, a turbulencia lett. A turbulencia siklószárnyakon a viszonylag kis meg­fúvási sebesség miatt - a gyorsabb repülőgépekhez viszonyítva - kön­nyebben idéz elő nagy állásszögváltozást. Ha a széllökés a szárnyat alulról vagy hátulról éri, akkor átesés, ha elölről vagy felülről éri, akkor belobogás vagy a teljes vitorla átlobbanása következhet be. (2.33. ábra). Mindkettő lehet az előrebukfenc kezdetének feltétele. Termikeléskor a légáramlás annyira megzavarhatja az eredeti áramlást, hogy a vitorla­profilok állásszöge a belobogáshoz tartozó állásszög alá csökken. Ilyenkor a vitorla ellenkező öblösséggel megfeszülhet és ráfekhet a kereszttartóra. Az átlobbant és a kereszttartóra fekvő vitorla profilja megtörik, húrjá­nak irány pedig Δα szöggel elfordul. A húr elfordulásának következté­ben a dR2 légerő hatásvonala a súlypont elé kerül. A húr elfordulása a vitorla tetemes részén meggátolható flatterzsinór vagy szárnyvéghatároló alkalmazásával, így az átlobbant profilon ébredő dR2, légerő hatásvonala sem metsz annyira a súlypont elé. A jelenséget modellezni lehet oly mó­don, hogy a sárkányt széllel szembefordítjuk és orrát a föld felé köze­lítjük. A vitorla átlobbanásakor az orr magától, erőszakosan törekszik a talaj felé. A flatterzsinór ezt az orra bukást erősen fékezi, sőt megtörtén­het az is, hogy erősebb szélben a szárny orra megemelkedik és csak erő­vel lehet a földön tartani.

 

2.33. ábra.

A vitorlaátlobbanás jelensége

 

   A szárnytartótól a kilépőélig terjedő bordák elterjedésével átlobbanás­kor a vitorla profiljainak alakját továbbra is a bordák határozzák meg, a profil elfordulása azonban most is a légerő hatásvonalának elfordulásá­val jár. A légerő hatásvonalának elfordulása miatt a negatív légerő ebben az esetben is a súlypont elé kerül, és orrnehéz bólintónyomatékot kelt. A vitorlaátlobbanás általában csak egy-két másodpercig tart. A leáram­Iási sebességet a szárny gyorsan felveszi, ezért megszűnik a lefelé irá­nyuló gyorsulás és a vitorla visszalobban. Az előrebukás megindulása azonban lehetővé teszi, hogy az orrnehéz-nyomaték a szélirány normali­zálódása esetén is fennmaradjon és az előrebukás folytatódjon. A pilóta saját súlyának előrehúzásával csökkenthetné az orrnehéz-nyomatékot, a beidegzett kormánymozdulatok miatt azonban az előrebukás pillanatá­ban éppen az ellenkezőjét teszi: előre tolja a kormányrudat. Súlyosbítja a helyzetet, ha a lefelé irányuló gyorsulás olyan jelentékeny, hogy a fel­függesztés meglazul, és a pilóta a vitorlába lendül. Ülve repülő pilóta a vitorlába lendülést a kormányrúd berántásával és combjainak felhú­zásával megelőzheti. Hason repülve lábával megrúghatja a gerinctartót, sőt, ha a lökés váratlanul éri, akkor a kormányrúd a kezéből kiszakad, és a pilóta a gerinctartó hátsó feléhez vágódik. Ugyanez történik akkor is, ha az előrebukfenc kifejlődik és a szárny háthelyzetbe kerül. A hát­rakerült pilótasúly a lebukfencezést gyorsítja.

   A szárny előrebukfencre hajlamos, ha a terhelés csökkenésének hatá­sára a szárny stabilitása jelentősen csökken. Ennek elsősorban a szárny rugalmassága lehet az oka. A vitorla anyaga önmagában nem rugalmas. A húzásnak ellenáll, azaz a terhelés hatására aerodinamikai szempont­ból csak elhanyagolható mértékben nyúlik; a hajlításnak viszont enged, így tetszőlegesen hajtogatható. A vitorla akkor tesz szert rugalmas tulajdonságokra, amikor a bordák, ill. lécek teherviselő szerepet kap­nak. Például a denevér a lécek rugalmassága révén képes helyzetét meg­tartani. A stabilitásvesztés szempontjából még fontosabb az az eset, amikor a vitorla szabásából kiadódó felületet a bordák nem követik. Ilyenkor a bordát erővel kell a vitorlazsebbe bújtatni, és a vitorla ellen­feszülésének hatására a borda már a szárny terhelése nélkül is deformálódik: a szárny végső alakját a vitorla szabása és a bordák rugalmas­sága határozza meg. A 2.34. ábra sík felületbe kényszerített bordák esetét szemlélteti. Terhelés hatására a profilok elfordulnak, csökkenésekor pedig eredeti helyzetükhöz közelítenek. A stabilitás csökkenésében a váz egyes részeinek hajlékonysága is szerepet kap. Például túl hajlé­kony szárnyvégtartó negatív megfúvás esetén lehajlik és kevesebb sta­bilizáló lehajtóerőt kelt.

  Terheléstől függő stabilitású szárnyon a stabilitásvesztés már enyhe leáramlás hatására is kialakulhat. A lefelé irányuló gyorsulás hatására a szárny terhelése csökken, a szárnyprofilok elfordulnak, és így a felhajtó­erő létrehozásában a szárnyvég nagyobb szerepet kap. Az ebből, szárma­zó előrebukás további lefelé irányuló gyorsulást idéz elő, amely a terhe­lés további csökkenésével jár. Ha a pilóta az első pillanatban a kor­mányrúd kitolásával nem avatkozik be, akkor a folyamat magától tovább erősödik, míg végül előrebukfenc következhet be. Az effajta előrebukási hajlamról a terhelés nélkül repülő szárny árulkodhat. Ha a sárkányt ter­helés nélkül eldobjuk és határozott orra bukási törekvést tapasztalunk, akkor a szárnyat alapos vizsgálatnak kell alávetni. Szigorú ellenőrzésre van szükség akkor is, ha a szárny start közben orra bukni igyekszik, és csak akkor válik stabillá, ha a pilóta felfüggesztő kötele megfeszül. Ter­heléscsökkenés következik be áteséskor is: a zuhanó szárnyon a lefelé irányuló gyorsulás mértékében csökken a terhelés.

 

2.34. ábra

Bordák sík vitorlafelületben

a) a vitorla bordák nélkül; b)bordák a helyükön; c)a vitorla alakja terhelés hatására

 

Az orra bukás lefékeződésében a szárny stabilitásán kívül fontos sze­repet játszik a bólintó mozgást csillapító nyomaték. A csillapodás egy része a szárny nyilazásától, felületétől és a profilok húrhosszától függ. Ebből a szempontból a nagyobb felületű, hegyesebb orrú szárnyak van­nak előnyben, azaz az újabb nemzedékek inkább hajlamosak előrebuk­fencre. A csillapodás másik része a vitorla ellenállásából származik. Az előrebukfenc ugyanis a súlypontos átmenő és a kereszttengellyel párhuzamos tengely körüli forgás.Minél távolabb van a vitorla ettől a ten­gelytől, vagyis minél mélyebben helyezkedik el a pilóta, annál hatáso­sabban fékezi az előrebukást a vitorla ellenállása. Az újabb nemzedékek kis ellenállású vitorlái ebből a szempontból is hátrányban vannak.

  A sárkány mozgását matematikai formulák, egyenletek határozzák meg. Különböző sárkányok jellemzőire számításokat végezve, következ­tetni lehet azokra a tényezőkre, amelyek az előrebukfencre való hajla­mot valószínűsítik. A következőkben [24] eredményeit is felhasználva összefoglaljuk az előrebukfenc valószínűségét növelő szárnyjellemzőket:

 

1. Gyenge stabilitás vagy stabilitás-vesztés a terhelés csökkenésének hatására.

2. Az elcsavarást meghatározó berendezések (flatterzsinór, szárny­véghatároló) hiánya.

3. Kis vitorlaellenállás.

4. Kis nyilazás (túl tompa orrszög).

5. Rövid húrhosszúságú profilok (karcsú szárny).

 

A felsorolt jellemzők változtatása a teljesítmény vagy a fordulózó tu­lajdonságok javításakor számításba jöhet. Jelenleg a stabilitás és a csil­lapítás legkisebb mértékének megállapítására számításokon és mérése­ken alapuló előírás még nem létezik. Amíg ezek az előírások meg nem születnek, addig tapasztalt berepülő pilóta, valamint megfelelő tudású elméleti szakember véleményére kell hagyatkozni, akik a bevált típuso­kat ismerve képesek egy új típus tulajdonságairól érdemben nyilatkozni. A berepülőprogramnak tartalmaznia kell kis és nagy sebességű repülé­seket, szándékosan kiélezett áteséseket siklásban és fordulóban egy­aránt, valamint fordulóváltásokat. A berepülő programon túl egy típus sorozatgyártását csak termikelésben töltött órák tucatjai után célszerű elkezdeni.

 

♣ Archiválta SRY 2005. március 08. ♣ CANON LiDE system ♣ Microsoft Word ♣ SRY MODELL 2005