---

---

Eredeti megjelent:

Műszaki Könyvkiadó

Budapest 1980

69. … 78. old.

Dr. Ordódy Márton

Sárkányrepülés (V.)

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

2.6.

Siklószárnyak teljesítménye

Teljesítményen a siklószámot és a merülősebességet értjük. Egy szárny teljesítménye akkor jobb a másikénál, ha ugyanannál az utazósebességnél kevesebbet merül és így nagyobb a siklószáma, azaz polárisa a másik polárisa felett fut. A 2.8. ábrából látszik, hagy a siklószámot a felhajtóerő és az ellenállás hányadosa adja. A felhajtóerő kis siklószögek esetén jó közelítéssel egyezik a súlyerővel, ezért lényegesen változtatni csak az ellenálláson lehet. A teljesítmény növelése így egyet jelent az ellenállás csökkentésével. Mivel a siklószámot a C_y/C_x hányados határozza meg, ezért nem változik a siklószám, ha p1. a közeg sűrűsége változik. Ritkább levegőben a súlyerő kiegyensúlyozásához nagyobb sebesség szükséges, azonban az utazósebesség és a merülés aránya nem változik. Ugyanez a helyzet, ha nagyobb súlyú pilóta terheli a szárnyat; a sebesség növekedését teljesítményrepülési szempontokból figyelembe lehet venni, a szárny teljesítményének növekedéséről azonban a továbbiakban csak akkor beszélünk, ha az C_y/C_x arány javulásával jár együtt.

2.35. ábra.

A káros és az indukált ellenállás változása a sebesség függvényében

Az ellenállás nagysága adott szerkezet esetén a sebességtől függ. A káros ellenállás tényezője állandó (1. a 2.7 ábrát), ezért a káros ellenállás nagysága a sebességgel négyzetesen nő. Az indukált ellenállás az áramláseltérítés mértékétől függ. Kisebb állásszöggel, azaz nagyobb sebességgel utazó szárny indukált ellenállása is kisebb. A kétféle ellenállást a sebesség függvényében a 2.35. ábra szemlélteti. A legjobb siklószámot a legkisebb eredő ellenállást eredményező sebesség adja. Ezzel a sebességgel repülve az eredő ellenállás felét az indukált, felét pedig a káros ellenállás teszi ki.

Az 50% káros ellenállás becslések szerint a következő elemek ellenállásából tevődik össze :

pilóta (ülve)	10%
kereszttartó trapéz, árboc	20%
vitorla	15%
sodronyzat	5%

A teljesítmény növelésének legkézenfekvőbb módja egyenként csökkenteni az előző elemek ellenállását. Kevesebb mint felére csökken a pilóta ellenállása, ha ülő helyzetét fekvő helyzettel váltja fel. Ennek hatására egy nagy teljesítményű, 10-es siklószámú szárny siklószáma 0,5-del növekedhet.

Az áramlásnak kitett vázelemek ellenállása áramvonalazással egynegyedére csökkenthető, ami az előző siklószárny esetében 1,5-del növeli a siklószámot. A váz ellenállását leghatásosabban a bújtatott kereszttartó csökkenti, segítségével a többi alkatrész áramvonalazása nélkül is 1-1,5-del növelhető a siklószám. Ugyanilyen jelentős eredmény várható a kereszttartó nélküli építkezéstől is.

A vitorla káros ellenállása elsősorban súrlódási ellenállás, amelyet csökkenteni a vitorlafelület csökkentésével lehet. A sebesség állandó értéken tartása mellett a vitorlafelület csak akkor kisebbíthető, ha a szárny felhajtóerő-tényezője megfelelő mértékben növekszik. A kereszttartó bújtatásán kívül ez a célja a kettős vitorlafelületeknek, amelyek a vitorlaprofilt a hagyományos repülőgépprofilok felé közelítik. A profil vastagodásával a vitorla káros alaki ellenállása nő, a felület csökkentésével elért súrlódási ellenállás-csökkenés azonban ennél je1entősebb.

Repülőgépeken az áramlásnak kitett sodronyok a káros ellenállás jelentős részét jelentik. Ennek elsősorban a sodronyok rezgése az oka. A siklószárnyakon szokásos viszonylag kis sebességek mellett a sodronyok berezgése ritka, így ellenállásuk sem mérvadó. A háromirányú kimerevítés megjelenésével a szárnyon alkalmazott sodronyok hossza az első nemzedékes szerkezetekhez képest megkétszereződött. A kimerevítés nélküli szárnyak újabb megjelenésével a sodronyok hossza a felére csökkent, teljesítmény szempontjából azonban ez csak 2...3%-os növekedést jelent.

2.36. ábra.

A szárny karcsúságának hatása az indukált ellenállásra.

A 2.36. ábrán a légerő szerkesztésekor az egyszerűség kedvéért a profil káros ellenállását elhanyagoltuk, így a légerőnek az eredeti áramláshoz képest mért hátrahajlása kizárólag a profil áramláselterelő hatásának következménye. A légerő hátrahajlásának csökkentésére hagyjuk el a vitorla hátsó részét. A megmaradt profilon a légerő közelít az eredeti áramlásra merőleges irányhoz. Az új, karcsúbb szárny profilján nagyobb a felhajtóerő-ellenállás arány, javult tehát a siklószám. A kisebb mértékű áramláselterelésből kisebb légerő származik, ezért ha az eredeti siklósebességet tartani akarjuk, akkor a szárnyat további, ugyanilyen kedvező profilú vitorlafelülettel meg kell toldani. Legkézenfekvőbbnek jelenleg a szárnytartók meghosszabbítása, azaz a fesztávolság növelése látszik. Folynak azonban kísérletek több szárnyat alkalmazó szerkezetek építésére is. Egymás felett elhelyezett szárnyfelületekkel főleg merev siklószárnyak épülnek. Egymás mögötti vitorlaszárnyak elhelyezésére a kereszttartó nélküli építés kínál lehetőséget (2.37. ábra). A több szárnyfelületet alkalmazó szerkezetek stabilitása jól tervezhető. Szilárdsági és kormányozhatósági szempontból pedig kisebb fesztávolságuk miatt előnyösek. A kísérletek azonban jelenleg még nem hozták meg a várt teljesítményjavulást.

2.37. ábra.

Két vitorlafelületet alkalmazó kísérleti sárkány. Az első vitorlafelületet a szárnytartó sodronyai tartják.

Ennek az az oka, hogy a két szárny egymásra hatása következtében az ilyen szerkezetek teljes ellenállása nagyobb, mint a külön-külön áramlásba helyezett szárnyak ellenállásainak összege; a két szárny „interferál".

A szárnyak karcsúságát az ún. oldalviszonnyal jellemzik. Téglalap alaprajzú idom oldalviszonya a hosszabb és a rövidebb oldal aránya. Téglalaptól erősen eltérő idomok oldalviszonyát a

képlet alapján lehet meghatározni ahol f a fesztávolság, A a szárny alaprajzi területe.

Siklószerkezetek siklószáma nagy átlagban arányos az oldalviszonyukkal (2.38. ábra). Ennek alapján arra lehetne következtetni, hogy az oldalviszony növelése egyúttal mindig teljesítménynövekedéssel is jár. A karcsúság növelésének azonban léteznek áramlástani korlátai, ráadásul a fesztávolság növelésével egy sor hátrány - nagyobb tehetetlenség, nagyobb szilárdsági igénybevétel - jár együtt.

2.38. ábra.

A siklószám és az oldalviszony különböző siklószerkezetek esetén

Mindeddig feltettük, hogy siklásban az áramlás a gerinctartóval párhuzamos, függőleges síkban zajlik. Valóságban a szárny felső és alsó felületén kialakuló nyomáskülönbség az áramlást módosítja. A 2.39. ábrából látszik, hogy a szárny alatt az áramvonalak a szárnyvég fe1é, felül pedig a gerinc felé hajlanak. A szárny kilépőélét ezért örvénysor követi, amely a szárnyvégek mögött két hatalmas örvénnyé alakul. A valóságos áramlási viszonyokat figyelembe véve elméleti megfontolásokból az következik, hogy az indukált ellenállás akkor a legkisebb, ha a felhajtóerő fesztávolság menti eloszlása ellipszis alakú. A felhajtóerő eloszlását a szárny alaprajza és a szárnyelcsavarás határozza meg.

Elcsavarás nélküli egyforma profilokból álló szárnyon a felhajtóerő eloszlása akkor optimális, ha maga a szárny alaprajza ellipszis (2.40. ábra). A sárkányok alaprajza ettől az alaktól eltér, jól közelíthető azonban trapézidommal. Az indukált ellenállás a

képlet szerint számítható, ahol e az ún. hatásosság, amely az ellipszistől való eltérés figyelembevételére való. Trapéz alakú szárnyakra e értékét a 2.41. ábrából lehet leolvasni. A vízszintes tengelyen a szárny végén és a gerinc mentén mérhető húrhosszak hányadosa, a t trapézviszony van feltüntetve. A diagramot vizsgálva látszik, hogy optimális esetben a szárnyvégtartó vitorlával fedett hossza valamivel kevesebb, mint fele a gerinctartóénak. A t=0 eset az első nemzedékes sárkányok hegyes szárnyvégéinek viszonylagos hatástalanságát szemlélteti.

2.40. ábra.

Az ideális fesztávolság menti felhajtóerőeloszlás

Az indukált ellenállás tényezőjének előző képletéből azonban csak minőségi következtetések vonhatók le. Minden egyéb adatot állandó értéken tartva kétszer olyan karcsú szárny indukált ellenállása valóban felére csökken, így a legjobb siklószámhoz tartozó sebességgel utazva az összellenállás 25%-kal lesz kevesebb és ennek megfelelően javulhat a siklószám is. Az elliptikus felhajtóerő-eloszlást azonban döntően befolyásolja a szárny elcsavarása, ehhez pedig ismerni kellene a szárny pontos geometriáját. A problémát nehezíti, hogy a hajlékony szárny geometriája a terheléstől és az állásszögtől is függ. Jelenleg nem áll rendelkezésünkre olyan elméleti vagy kísérleti vizsgálat, amely a nagyszámú változó között matematikai képletek formájában teremt összefüggéseket, így az indukált ellenállás meghatározásakor csak becslésekre hagyatkozhatunk. Fix szárnyvégtartós sárkányokon az elcsavarás legnagyobb értékét meghatározza a gerinc feletti profil és a szárnyvégtartó állásszögei közötti különbség. Mivel a fesztávolság menti felhajtóerő-eloszlás elcsavart szárnyakon a szárny állásszögével változik, ezért az elcsavarásból adódó indukált-ellenállás-növekményt a sebesség függvényében ábrázolta [18] (2.42. ábra). Az elcsavarás nélküli szárny indukált-ellenállás-növekménye a trapéz-alaprajz következménye és a sebességtől független. Elcsavart szárnyon a sebesség növekedésével a szárnyvég profiljai egyre kevesebb felhajtóerőt termelnek. A felhajtóerőnek a szárny közepére való koncentrálódását tekinthetjük a hatásos fesztávolság és ezzel együtt az oldalviszony csökkenésének (2.43. ábra). Nagyobb sebességek esetén tehát az erősen elcsavart szárny indukált ellenállása többszörösen meghaladja a kevésbé elcsavart szárnyak indukált ellenállását.

2.41. ábra.

Trapéz alaprajzú szárnyak hatásossága [9] alapján

A káros és az indukált ellenállás csökkentésének eszközeit és hatását foglalja össze a 2.44. ábra egy második nemzedékbeli sárkány esetében. Az A, B és C polárisok a káros ellenállás különleges csökkentése nélküli szárnyra vonatkoznak, míg a D poláris a káros ellenállás 40%-os csökkentésének feltételezésével készült. Az A görbe a második nemzedékbeli sárkányok szokásos 25° körüli szárnyelcsavarását veszi alapul. Az elméleti megfontolásokból levezetett görbe jól fedi a gyakorlatban tapasztaltakat (pl. Héja).

2.42. ábra.

Az indukált ellenállás növekedése az elcsavarás és a sebesség függvényében λ=6 oldalviszonyú,

trapéz alaprajzú szárnyra, a [18] alapján

Az elcsavarást 10^°-ra csökkentve, a siklószám jelentősen növekszik; a tapasztalat szerint azonban ilyen kis elcsavarással a szárny hossz-stabilitása nem kielégítő. Emiatt az elcsavarás nélküli szárnyakra vonatkozó C és D poláris csak elméleti jelentőségű, ezekkel a szárnyakkal repülni nem lehet. Az elcsavarás csökkentésétől azonban jelentős teljesítményjavulás várható, ezért előtérbe kerültek a hossz-stabilitás létrehozásának egyéb módjai. A többszárnyas építési mód nemcsak a nagyobb oldalviszony előnyeivel kecsegtet. A 2.37. ábra kísérleti modelljén az első szárny a vezérsík szerepét is betöltheti, így a főszárny kismértékű elcsavarását csak a szárnyvég korai átesésének és a lepördülési hajlamnak a megelőzése indokolja.

2.43. ábra.

A felhajtóerő fesztávolság menti eloszlása az állásszög függvényében, szárnyvégtartós sárkányokon

A harmadik nemzedékbeli sárkányok érzékenységnövelő módszerei a nagyfesztávolsággal járó fordulózási problémák legyőzésével jelenleg a nagyobb oldalviszonyú szárnyak építését teszik lehetővé. A karcsúság növelésével azonban növekedhet az előrebukfencre való hajlam, ezért a tervezőnek ésszerű kompromisszumokra kell törekednie. Minél karcsúbb a szárny, annál inkább közelítenek az áramvonalak a szárny hossztengelyéhez (2.39. ábra), és annál kisebb a szárny mögötti örvénylés is. Sárkányok oldalviszonya a vitorlázó repülőgépekhez képest kicsi, így a szárnyvég körüli örvénylésnek is nagyobb jelentősége van. Jelentős teljesítménynövekedés várható tehát a szárnyvég örvénylés-csökkentő kialakításától, jelenleg azonban nincs olyan hatásos kialakítás, amely a sárkány szerkezetéhez is illeszkedik. Egy próbálkozás látható az 1.13. ábrán, ahol a vitorlalécek segítségével kialakított vezérsík a vitorla alsó feléről a szárnyvég felé tartó áramlást is tereli. A sárkányszerkezet egy sor hasonló szempont és ötlet egyszerű kipróbálására lehetőséget nyújt. A hajlékony szárny teljesítményének növelése azonban egyre inkább a már rendelkezésre álló jellemzők ésszerű, mérnöki megfontolásokon alapuló tervezésén múlik.

2.44. ábra.

A káros ellenállás és az elcsavarás hatása egy 15m² felületű 9,6 m fesztávolságú

1000N összsúlyú trapéz alaprajzú szárny teljesítményére a [18] alapján

A kiadvány összesen 204 oldalas. A további részekben sárkányok szilárdságtani méretezésével, a sárkányrepülés gyakorlati fogásaival, valamint az üzemetetéssel összefüggő kérdésekkel foglalkozik. Ezek a részek nem kerültek archiválásra, mivel modellezői szempontből lényeges információt nem tartalmaznak.

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