1 3Aerodynamika a mechanika letu - 3. d l

Transkript

1 1 3Aerodynamika a mechanika letu - 3. d l 4000.cz - sportovn para utismus V tomto d le za 0 2 6і n podrobn rozbor aerodynamick ch vlastnost pad ku nez visl ch na vlivu dynamick ho tlaku viz 0 9 Ц 0 6Aerodynamika a Mechanika letu - 1.d l" a velikosti p slu n ch 0 2 6і st pad ku viz 0 9 Ц 0 6Aerodynamika a Mechanika letu - 2.d l". Aerodynamick vlastnosti jednotliv ch 0 2 6і st pad ku ovliv 0 3 0Ї3uj n sleduj c parametry: - tvar jednotliv ch 0 2 6і st , tedy nap profil vrchl ku, pr ezov tvar Ї r, p dorysn tvar vrchl ku apod. - materi lov proveden (p edev m u vrchl ku) - kvalita povrchu 3. Sou 0 2 6і1initel aerodynamick ch sil Aerodynamick vlastnosti se ve v po 0 2 6і1tech aerodynamick ch sil zohled 0 3 0Ї3uj bezrozm 0 2 6ї9rn mi sou 0 2 6і1initeli p slu n aerodynamick s ly, kter se vztahuj bu 0 2 6і1 k 0 2 6і1eln plo e p slu n і sti pad ku (pilot, Ї ry, v ta n pad і1ek ) nebo k p dorysn plo e (vrchl k). Vztlakovou s lu L ovliv 0 3 0Ї3uje sou 0 2 6і1initel vztlaku cl, s lu odporovou D sou 0 2 6і1initeli odporu cd. Hodnoty aerodynamick ch sil, tedy vztlakov s ly L a odporov s ly D (viz 0 9 Ц 0 6Aerodynamika a Mechanika letu - 1.d l "), z sk me vz jemn m n soben m p slu n ho sou 0 2 6і1initele vztlaku cl nebo odporu cd dynamick m tlak

2 a p slu nou plochou S: L = cl * q * S [N] (4) D = cd * q * S [N] (5) Hodnoty p slu n ch sou 0 2 6і1initel se z sk vaj m 0 2 6ї en m v aerodynamick ch tunelech, ve virtu ln ch aerodynamick ch tunelech (tyto jsou sice st le pon 0 2 6ї9kud nep esn ov em dob e dostupn pro simulaci 2D proud 0 2 6ї9n kolem jednoduch ch profil k del sta 0 2 6і b 0 2 6ї n stoln po 0 2 6і ta 0 2 6і1) nebo p mo z letov ch zkou ek konkr tn ch letadel a l taj c ch za zen Sou 0 2 6і1initel odporu SOU INITEL TVAROV 0 1 КHO ODPORU Abychom si proud 0 2 6ї9n vzduchu l pe p edstavili budeme v t to 0 2 6і sti textu konkr tn t 0 2 6ї9lesa ve v kladu i obr zc ch nahrazovat pouze jejich pod ln m ezem, tzv. profilem a proud 0 2 6ї9n zobrazovat pouze dvourozm 0 2 6ї9rn 0 2 6ї9. a) T 0 2 6ї9lesa s p evl daj c m tlakov m odporem Polokoule s v dut nastavenou proudu vzduchu je klasick m geometrick m tvarem s patrn 0 2 6ї9 nejvy m sou 0 2 6і1initelem odporu ze v ech t 0 2 6ї9les. Tento tvar se v para utismu pou v od jeho po 0 2 6і tk dodnes (kruhov vrchl k, v ta n pad і1ek a koneckonc i

3 slider). Odpor polokoule vznik tak, e vzduch proud do v duti polokoule, kde vytv p etlak, m 0 2 6ї9n v znamn 0 2 6ї9 sm 0 2 6ї9r a rychlost, na okraj ch polokoule je siln 0 2 6ї9 vytla 0 2 6і1ov n do opa 0 2 6і1n m sm 0 2 6ї9rem do v ech stran a vytv tak na odtokov stran 0 2 6ї9 polokoule rozs hl plav s podtlakem a zp 0 2 6ї9tn m v en m. Jeliko odpor vznik t m 0 2 6ї v hradn 0 2 6ї9 d ky rozd lu tlak p ed a za polokoul hovo me o odporu tlakov m. Hodnota sou 0 2 6і1initele odporu 0 2 6і1in cd cca 1,3. Obdobn 0 2 6ї9 jako dut polokoule i deska postaven kolmo na proud vzduchu bude generovat odpor rozd lem tlak p ed a za deskou. Rozd l tlak bude o n 0 2 6ї9co ni , vzduch ji tolik nem 0 2 6ї9n sm 0 2 6ї9r a rychlost a plav bude tak o n 0 2 6ї9co men Deskov m t 0 2 6ї9lesem zhruba nahrazujeme t 0 2 6ї9lo pilota u aerodynamick ch v po 0 2 6і1t letov ch vlastnost pad ku. Hodnota sou 0 2 6і1initele odporu cd 0 2 6і1in cca 1,2. V razn 0 2 6ї9 ni koeficient odporu bude generovat polokoule oto 0 2 6і1en vypouklou stranou sm 0 2 6ї9rem k nab haj c mu proudu vzduchu. Na n b 0 2 6ї9hov stran 0 2 6ї9 bude p etlak velmi mal a odpor bude tvo en p edev m d ky podtlaku tvo c mu se v plavu. Nav c relativn 0 2 6ї9 ostr ohraj polokoule p zniv 0 2 6ї9 usm 0 2 6ї9r 0 3 0Ї3uje v en plavu, tak e v sledn sou 0 2 6і1initel odporu cd bude relativn 0 2 6ї9 n zk ,35.

4 Praktick pou it t 0 2 6ї9chto t tvar m eme uk zat na vyrovn v n rychlost voln ho p du a mal ch rozd l v kov ch hladin proh b n m v pase p i forma 0 2 6і1n m skydivingu (erv і1k ch). V z kladn poloze m t 0 2 6ї9lo skydivera mezi rameny a koleny p ibli n 0 2 6ї9 tvar rovn nebo je t 0 2 6ї9 l pe m rn 0 2 6ї9 prohnut desky (na obr zku uprost ed), pro zrychlen a zpomalen se pou v prohnut v pase p slu n m sm 0 2 6ї9rem p i 0 2 6і1em t 0 2 6ї9lo napodobuje tvar polokoule orientovan jedn m nebo druh m sm 0 2 6ї9rem. Je pot eba poznamenat, e plav zobrazen nad skydiverem se v razn 0 2 6ї9 zv 0 2 6ї9t uje se zv 0 2 6ї9t ov n m formace, viz 0 9 Ц 0 6Velk sestavy - big ways ". V echna v e uveden t 0 2 6ї9lesa a dal t 0 2 6ї9lesa, kter generuj plav s se zp 0 2 6ї9tn m v en m (t 0 2 6ї9lesa s nerovn m povrchem a v stupky, co jsou ve skydivingu podstat 0 2 6ї9 t 0 2 6ї9lesa v echna, se pova uj za t 0 2 6ї9lesa tzv. aerodynamicky ne 0 2 6і1ist V jimku tvo vrchl k, kter m eme adit sp e k t 0 2 6ї9les m aerodynamicky 0 2 6і1ist m i kdy s ur 0 2 6і1itou rezervou - opravdu aerodynamicky 0 2 6і1ist t 0 2 6ї9lesa jsou v praxi nap k dla modern ho v 0 2 6ї9tron 0 2 6ї9 vyroben z kompozit , kter se krom 0 2 6ї9 profilovan ho tvaru vyzna 0 2 6і1uj velmi hladk m povrchem. b) T 0 2 6ї9lesa s p evl daj c m t ec m odporem Viskozita vzduchu

5 Hodnota sou 0 2 6і1initele odporu je u t 0 2 6ї9chto t 0 2 6ї9les zna 0 2 6і1n 0 2 6ї9 ovlivn 0 2 6ї9na viskozitou vzduchu. Jde p edev m o aerodynamicky 0 2 6і1ist t 0 2 6ї9lesa (profilovan a s hladk m povrchem), kter proud c vzduch t m 0 2 6ї nev nebo jde o t 0 2 6ї9lesa velmi mal (nap pad kov Ї ry), v і1i proudu vzduchu pomalu se pohybuj c Obecn 0 2 6ї9 plat , e 0 2 6і m je t 0 2 6ї9leso a rychlost obt k n men , t m v 0 2 6ї9t m vliv viskozita vzduchu a sou 0 2 6і1initel odporu je se zv 0 2 6ї9t uje1). M eme si pomoci p edstavou hust tekutiny nap medu nebo barvy, kterou m ch me tenkou ty 0 2 6і1inkou - kolem ty 0 2 6і1inky se p i m ch n netvo dn v ry a p esto ty 0 2 6і1inka klade v znamn odpor, obdobn situace nast v u mal ch, pomalu se pohybuj c ch t 0 2 6ї9les ve vzduchov m proudu - model letadel, prutov ch ant n, lankov ch v ztuh u historick ch letadel (v 0 2 6і1etn 0 2 6ї9 AN-2) a v na em p pad 0 2 6ї9 p edev m u pad kov ch Ї r. Jakmile med nebo barvu na ed me nebo budeme m chat 0 2 6і1ist edidlo, odpor zna 0 2 6і1n 0 2 6ї9 poklesne, a to p esto e se kolem ty 0 2 6і1inky budou tvo it v ry. Tato situace je obdobn jako u velk ch t 0 2 6ї9les ve vzduchov m proudu - u b 0 2 6ї n ch modern ch letoun (L-410 atd.). Mezn vrstva D ky viskozit 0 2 6ї9 se p i obt k n ka d ho t 0 2 6ї9lesa vzduchem vytvo takzvan mezn vrstva, na jej m vn 0 2 6ї9j m okraji proud vzduch stejn 0 2 6ї9 rychle jako v nenaru en m proudu, sm 0 2 6ї9rem k t 0 2 6ї9lesu se rychlost proud 0 2 6ї9n sni uje a na povrchu t 0 2 6ї9lesa je rychlost nulov , vzduch jakoby na t 0 2 6ї9lese ulp v U mal ch pomalu se pohybuj c ch se t 0 2 6ї9les se viskozita vzduchu projev v razn 0 2 6ї9ji, proto bude tlou ka mezn

6 vrstvy relativn 0 2 6ї9 velk , pohyb 0 2 6і stic vzduchu bude plynul a nechaotick (pr v 0 2 6ї9 jako kdy m ch me med nebo hustou barvu). Mluv me proto o tzv. lamin rn m proud 0 2 6ї9n v mezn vrstv 0 2 6ї9. Mezi sou 0 2 6і1initeli odporu jednotliv ch t 0 2 6ї9les nebudou podstatn 0 2 6ї9j rozd ly a sou 0 2 6і1initel odporu cd budou dosahovat pom 0 2 6ї9rn 0 2 6ї9 vysok ch hodnot - cca 0,3 u kapkovit ho t 0 2 6ї9lesa a cca 0,5 a ,8 u ostatn ch. Mezn vrstva je v n sleduj c ch obr zc ch vyzna 0 2 6і1ena mod e, m stn rychlost proudu vzduchu 0 2 6і1erven 0 2 6ї9. obr zek 6 U velk ch aerodynamicky 0 2 6і1ist ch t 0 2 6ї9les s vy mi rychlostmi proud 0 2 6ї9n okoln ho vzduchu bude situace pon 0 2 6ї9kud odli n : d ky men mu vlivu viskozity bude mezn vrstva relativn 0 2 6ї9 tenk , av ak lamin rn proud 0 2 6ї9n v ur 0 2 6і1it m bod 0 2 6ї92 ) samovoln 0 2 6ї9 p ejde do proud 0 2 6ї9n turbulentn ho - jednotliv vzduchov і stice mezn vrstvy se za 0 2 6і1nou mezi sebou m sit, ov em bez zp 0 2 6ї9tn ch v r charakteristick ch pro plav u aerodynamicky ne 0 2 6і1ist ch t 0 2 6ї9les. V sledn sou 0 2 6і1initel odporu cd3 ) ji bude relativn 0 2 6ї9 mal ,02 a ,01. Zm 0 2 6ї9na velikosti sou 0 2 6і1initele odporu (i vztlaku) souvisej c s viskozitou vzduchu se t k v ech t 0 2 6ї9les, aerodynamicky 0 2 6і1ist ch v ak nepom 0 2 6ї9rn 0 2 6ї9 v ce ne aerodynamicky ne 0 2 6і1ist ch. Proto jsou v literatu e uv d 0 2 6ї9ny p slu n koeficienty (vztlaku, odporu) v dy s ohledem na podm nky proud 0 2 6ї9n ). Lamin rn profily Polohu bodu p echodu mezi lamin rn m a turbulentn m proud 0 2 6ї9n m v mezn vrstv 0 2 6ї9 lze v leteck praxi do jist m ry ovlivnit. Proto e turbulentn proud 0 2 6ї9n je zdrojem kodliv ho tlakov ho odporu, je zpravidla

7 snaha konstrukt r letadel tento bod p echodu co nejv ce odd lit. Toho lze dos hnout vhodn m tvarov n m t 0 2 6ї9les, nap posunut m nejv 0 2 6ї9t tlou ky profilu co nejd le od n b 0 2 6ї n hrany (velmi zjednodu en 0 2 6ї e 0 2 6і1eno), vznikne tak tzv. lamin rn profil o velmi n zk m sou 0 2 6і1initeli odporu cd, v praxi je nap u tenk ch profil ocasn ch ploch vyroben ch z kompozit dosahov no hodnot cd3 ) a ,0035. Odd len p echodov ho bodu mezi lamin rn m a turbulentn m proud 0 2 6ї9n m sni uje sou 0 2 6і1initel odporu. To plat p edev m u v 0 2 6ї9t ch t 0 2 6ї9les a p i vy ch rychlostech proud 0 2 6ї9n , av ak nejd le it 0 2 6ї9j je, e pro lamin rn proud 0 2 6ї9n je naprosto bezpodm ne 0 2 6і1n hladk povrch obt kan ho t 0 2 6ї9lesa. Jak koliv mal nerovnost 0 2 6і1i hrana lamin rn proud 0 2 6ї9n ihned m 0 2 6ї9n na turbulentn Profily m 0 2 6ї9kk ch k del Lamin rn proud 0 2 6ї9n je u m 0 2 6ї9kk ch k del vrchl k bohu el zcela utlumeno d ky principi ln 0 2 6ї9 nezbytn m n b 0 2 6ї9rov m otvor m v n b 0 2 6ї n hran 0 2 6ї9. M 0 2 6ї9kk k dla tedy nemohou vykazovat vlastnosti t 0 2 6ї9les s hladk m povrchem a proto se p zniv vlastnosti lamin rn ch profil pro sn en odporu u t 0 2 6ї9chto k del v praxi neuplatn ). Nav c mnoh lamin rn profily vykazuj oproti profil m klasick m zpravidla ni maxim ln sou 0 2 6і1initele vztlaku a proto se u m 0 2 6ї9kk ch k del nepou vaj Pou vaj se sp e profily tzv. klasick , zn m ji od dvac t ch let minul ho stolet s maxim ln tlou kou zhruba v 1. t etin 0 2 6ї9 hloubky profilu av ak modifikovan pro pot eby m 0 2 6ї9kk ch k del. Jak bylo ji nazna 0 2 6і1eno, p i obt k n m 0 2 6ї9kk ch k del doch z k ovlivn 0 2 6ї9n mezn vrstvy naprosto opa 0 2 6і1n m zp sobem ne u lamin rn ch profil na horn a spodn hran 0 2 6ї9 n b 0 2 6ї9rov ch otvor doch z k vynucen zm 0 2 6ї9n 0 2 6ї9 proud 0 2 6ї9n z lamin rn ho na turbulentn daleko d ve, ne by p e lo samovoln 0 2 6ї9, co samoz ejm 0 2 6ї9 sou 0 2 6і1initel odporu cd oproti profil m lamin rn m v razn 0 2 6ї9 zvy uje5 ). Re ln hodnoty cd3 ) u vrchl k z nepropustn ch tkanin se mohou pohybovat mezi cca 0,03 a ,015, u vrchl k z propustn ch tkanin v ak mohou b t v razn 0 2 6ї9 vy

8 V lcov t 0 2 6ї9lesa Zaj mav mi t 0 2 6ї9lesy jsou koule a v lcov t 0 2 6ї9lesa, u kter ch se uplat 0 3 0Ї3uje jak tlakov tak t ec odpor. P i mal ch rychlostech a velikostech p evl d odpor t ec a v lcov t 0 2 6ї9leso vykazuje vysok sou 0 2 6і1initel odporu cd, cca 0,5 (viz prost edn t 0 2 6ї9leso na obr. 6 ). Tato hodnota je relativn 0 2 6ї9 vysok (vy ne u vypoukl polokoule) a to z toho d vodu, e vzduchov і stice kop ruj i v zadn і sti t 0 2 6ї9lesa a 0 2 6і m je vytv en zna 0 2 6і1n podtlak a z rove 0 3 0Ї3 p i odtrh v n proudu doch z ke zk mu ale pom 0 2 6ї9rn 0 2 6ї9 dlouh mu plavu s pulsuj c mi v ry. P i zvy ov n rychlosti a/nebo velikosti t 0 2 6ї9lesa, cca p i Re , za 0 2 6і1ne p echod proud 0 2 6ї9n postupovat sm 0 2 6ї9rem k nejv 0 2 6ї9t tlou ce. P i proud 0 2 6ї9n odpov daj c mu zhruba Re je sou 0 2 6і1initel odporu cd nejni (cca 0,15) a proud 0 2 6ї9n odpov d dle obr zku 10: P i zvy uj c m se Re se za 0 2 6і1ne sou 0 2 6і1initel odporu cd op 0 2 6ї9t m rn 0 2 6ї9 zvy ovat vlivem postupn ho posunov n bodu p echodu proud 0 2 6ї9n sm 0 2 6ї9rem k nejv 0 2 6ї9t tlou ce t 0 2 6ї9lesa, a se cd ust l na hodnot 0 2 6ї9 cca 0,2. Do v lcov ch t 0 2 6ї9les pat i pad kov Ї ry. S ohledem na v e uveden z konitosti se Ї ry vzhledem ke sv m rozm 0 2 6ї9r m budou v dy pohybovat v oblasti n zk ch hodnot Re s vysok m sou 0 2 6і1initelem odporu s nezanedbateln m pod lem na celkov m odporu pad ku. Proto je u vrchl k douc sni ovat po 0 2 6і1et Ї r (nap pou it m diagon ln ch v ztuh) a to i v p pad 0 2 6ї9, e pro zachov n pevnosti je nezbytn pou it Ї r o v 0 2 6ї9t m pr m 0 2 6ї9ru6 ). V sledn m efektem je v dy sn en odporu Ї r.

9 Pokra 0 2 6і1ov n p t 0 2 6ї9 1 ) Podm nky obt k n ur 0 2 6і1uje tzv. Reynoldsovo 0 2 6і slo Re, kter v sob 0 2 6ї9 zahrnuje vliv viskozity proud c ho plynu nebo kapaliny, rychlosti proud 0 2 6ї9n a velikosti t 0 2 6ї9lesa m je Re 0 2 6і slo vy , t m je men vliv viskozity vzduchu. Re se zvy uje p mo m 0 2 6ї9rn 0 2 6ї9 se zvy uj c se rychlost obt k n a zv 0 2 6ї9t uj c m se vzta n m rozm 0 2 6ї9rem t 0 2 6ї9lesa. 2) P echodov bod mezi lamin rn m a turbulentn m proud 0 2 6ї9n m nast v p i Re , co odpov d vzd lenosti 73cm od n b 0 2 6ї n hrany profilu p i rychlosti 10m/s ve standardn atmosf e p i hladin 0 2 6ї9 mo e. P i rychlosti 20m/s to bude 37cm, p i rychlosti 5m/s nastane p echod ve 146cm od n b 0 2 6ї n hrany. 3) Sou 0 2 6і1initele u profil jsou v dy vzta en k hloubce profilu, tedy k vzd lenosti od n b 0 2 6ї n hrany k odtokov hran 0 2 6ї9, pokud by byly vzta eny k tlou ce profilu, byly by cca o d vy ) Lamin rn profily v ak maj v letectv z sadn v znam. Objevily se ve t ic t ch letech minul ho stolet a pou vaj se na drtiv v 0 2 6ї9t in 0 2 6ї9

10 v ech sou 0 2 6і1asn ch letadel. Jejich vlastnosti se st le vylep uj a n 0 2 6ї9kter p vodn profily se pou vaj i na dnes konstruovan ch letadlech. 5) Vynucen turbulentn proudn v mezn vrstv 0 2 6ї9 m v ak vedlej velmi p zniv efekt - zvy uje p ilnavost mezn vrstvy k povrchu vrchl ku, co je d le it pro dosa en vysok ch sou 0 2 6і1initel vztlaku a nez ludn vlastnosti p i p eta en Vrchl ky klouzav ch pad k toti obdobn 0 2 6ї9 jako kluz ky (v 0 2 6ї9tron 0 2 6ї9) a mal sportovn letadla pat sp e do kategorie mal ch l taj c ch za zen , kde je st le velk , pom 0 2 6ї9rn 0 2 6ї9 nep zniv vliv vysok viskozity vzduchu. Nap na n 0 2 6ї9kter ch hladk ch profilech mal ch letadel se d ky vysok viskozit 0 2 6ї9 mohou vytv et tzv. lamin rn bubliny, kter velmi zhor uj aerodynamick vlastnosti. Z toho d vodu je v sou 0 2 6і1asn m v voji profil pro mal letadla v 0 2 6ї9nov no velk sil vytvo it takov profily, u kter ch je vznik lamin rn ch bublin minim ln P es tuto snahu v ak najdeme u n 0 2 6ї9kter ch letadel na k dlech mal plo ky (tzv. turbul tory) instalovan kolmo na povrch (zpravidla na horn , tzv. sac stran 0 2 6ї9 k del), kter maj za kol m 0 2 6ї9nit lamin rn proud 0 2 6ї9n v mezn vrstv 0 2 6ї9 na turbulentn U vrchl k pro skydiving a paragliding takov to p davn Ц 0 6za zen " nepot ebujeme, proto e hrany n b 0 2 6ї9rov ch otvor ji tvo jak si konstruk 0 2 6і1n 0 2 6ї9 p irozen turbul tory. 6) Vych z z 0 2 6і1ist 0 2 6ї9 geometrick z vislosti: Nap nahrad me-li pro pot eby pevnosti 20 tenk ch Ї r 10ti siln 0 2 6ї9j mi Ї rami ze stejn ho materi lu (v obou p padech tedy bude celkov pr ezov plocha stejn ), budou m t siln 0 2 6ї9j Ї ry o 30% men і1eln plochu ne Ї ry tenk Ivan Kraus krausivan@yahoo.com Dal і1l nky autora:

11 Aerodynamika a Mechanika letu - MANTA nebo BOX? Aerodynamika a Mechanika letu - Trekov n Aerodynamika a Mechanika letu - 7. d l Aerodynamika a Mechanika letu - 6. d l Aerodynamika a Mechanika letu - 5. d l Aerodynamika a Mechanika letu - 4. d l Aerodynamika a Mechanika letu - 2. d l Aerodynamika a Mechanika letu - 1. d l P ist n na sportovn pad ku - 2. d l P ist n na sportovn pad ku - 1. d l