Nowoczesne profile w modelach szybowców RC

Bąk waży ok. 4,6 g i ma powierzchnię skrzydeł ok. 1,7 cm². Kąt natarcia wynosi około 6°. Według praw aerodynamiki, nie powinien w ogóle wznieść się w powietrze. Ale, jako że bąkowi nic na ten temat nie wiadomo, to po prostu sobie lata... Chciałbym więc podzielić się z Wami moimi doświadczeniami w doborze profili do modeli szybowców (ale nie typu latające skrzydła, bezogonowiec czy kaczka, bo takimi się nigdy nie zajmowałem, a wymagają one innych rozważań, niż szybowce o klasycznym układzie usterzenia). W różnych miejscach Internetu toczyły się już różne dyskusje na ten temat. Skutkuje to tym, że coraz częściej jestem pytany jaki profil najlepiej zastosować do budowanego czy planowanego szybowca. By samemu wgłębić się w tajniki aerodynamiki na poziomie, z którego można samemu opracowywać i testować profile, trzeba lat studiów, dostępu do odpowiedniego sprzętu i jeszcze do tego trzeba mieć "szczęśliwą rękę". Wpadki zdarzają się i sławom wśród aerodynamików, a trzeba jeszcze dodać, że profile modelarskie różnią się znacząco od profili stosowanych w dużym lotnictwie. Tak, tak - już wiem, zaraz podniosą się głosy, że np. poczciwy (i genialny zarazem) Clark Y był dobry dla prawdziwego Spitfire i dla małego czy dużego szybowca cz też dla trenerka. No tak - ale wiemy też, że wyjątek potwierdza regułę!

(tekst pochodzi ze strony https://www.piotrp.de/MIX/profile.htm)

Po co sobie robić problemy?

Można sobie na dobrą sprawę zadać takie pytanie. Ot - kupujemy model szybowca, lub plany i tam już jest jakiś profil przewidziany, więc nie może być źle. Inni jeszcze, wpadając w szał dokładności odwzorowania, pilnie pomniejszają profil jaki miał oryginalny, duży szybowiec – „no bo panie – jak ta Foka na tym NACA tak dobrze latała, to i model musi”. No cóż, czasami głowa sama kręci się ze zdziwienia...

Ten sam kolega, co w powyższym przykładzie, kupuje bez zastanowienia model z jakimś „dziwacznym” profilem, ale kupując jakiekolwiek inne techniczne urządzenie - dajmy tu jako przykład, tak popularny dziś telefon komórkowy, sprawdza zawzięcie jego dane techniczne, czy aby zasięg jest możliwie najlepszy, a czy dają się to czy tamto ustawiać itd... Czemu więc takie podejście? Po prostu dlatego, że tak jak telefon jednego i innego producenta potrafi telefonować, to i model nawet na najgorszym profilu potrafi latać. W „komórce” można dane łatwo porównać. „Komórkę” dziś ma prawe każdy, a model szybowca nie. Więc i porównać trudniej. Wielu kolegów twierdzi - miałem model na tym profilu, który ty uważasz za nieodpowiedni a model dobrze latał – byłem z niego zadowolony. Możliwe, kto nie zna lepszego może być i z nie najlepszego zadowolony.

Budując czy kupując model szybowca siłą rzeczy musi nam zależeć na tym, by latał on jak najlepiej. A wierzcie mi, różnice mogą być kolosalne! Warto więc nieco czasu poświęcić by zastanowić się nad tym. I nawet jak producenci A czy B, oferują nam modele z profilami które akurat w tych modelach nie powinny mieć nic do szukania, to będziemy tego świadomi i świadomie dokonamy naszego wyboru kupując taki model. A z drugiej strony, nagannym jest to, że producent opracowując nowy model stosuje profile, które można zaszeregować do eksperymentów, czy nawet gabinetu modelarskiej grozy.

Jako, że jeszcze w negatywnym świetle wspomniałem wyżej o „eksperymentach” z profilami. Modelarstwo i modelarze lubią eksperymenty. I to jest bardzo pozytywne, a nie naganne! I jeżeli ktoś zbuduje sobie model i zastosuje jakiś tam profil, o którym nikt nawet nigdy i nigdzie nie słyszał, to wspaniale! Ale wspaniale, tylko wtedy gdy był świadom tego co robi! Jednak w 99,9% przypadków tak nie jest. Brak świadomości pogłębia jeszcze brak na polskim rynku fachowej literatury i stosunkowo mała popularność naszego zboczenia – o sorry - hobby.

Wstęp

Chciałbym więc podzielić się z Wami moimi doświadczeniami w doborze profili do modeli szybowców (ale nie typu latające skrzydła, bezogonowiec czy kaczka, bo takimi się nigdy nie zajmowałem a wymagają one innych rozważań, niż szybowce o klasycznym układzie usterzenia). W różnych miejscach Internetu toczyły się już różne dyskusje na ten temat. Skutkuje to tym, że coraz częściej jestem pytany jaki profil najlepiej zastosować do budowanego czy planowanego szybowca. By samemu wgłębić się w tajniki aerodynamiki na poziomie, z którego można samemu opracowywać i testować profile, trzeba lat studiów, dostępu do odpowiedniego sprzętu i jeszcze do tego trzeba mieć "szczęśliwą rękę". Wpadki zdarzają się i sławom wśród aerodynamików, a trzeba jeszcze dodać, że profile modelarskie różnią się znacząco od profili stosowanych w dużym lotnictwie. Tak, tak - już wiem, zaraz podniosą się głosy, że np. poczciwy (i genialny zarazem) Clark Y był dobry dla prawdziwego Spitfire i dla małego czy dużego szybowca cz też dla trenerka. No tak - ale wiemy też, że wyjątek potwierdza regułę!

Tak więc, jako że znakomita większość z nas, łącznie ze mną nie ma ambicji stania się następcą prof. Epplera, czy M.Seliga musimy zdać się na doświadczenia innych. Dawno, dawno temu, pierwszy raz siedząc na stoku pięknego zachodniego zbocza Wasserkuppe, gdy wiał tylko lekki podmuch wiaterku, obserwując kilkudziesięciu modelarzy tak samo jak ja czekających na większy wiatr czy obudzenie się termiki zwróciłem uwagę na pewne „zjawisko”. Wszyscy niecierpliwie siedzą, masa pięknych najprzeróżniejszych modeli czeka na start. Wreszcie, któryś nie wytrzymuje i startuje w nadziei na możliwość utrzymania się w powietrzu. Ooo! Złapał coś! Zaraz startują za nim następne modele. I co najczęściej widzimy – z tych kilku w powietrzu utrzymuje się jeden, no może dwa, a reszta za pół godziny z potem na czole i ciężko dysząc wraca z podnóża góry z modelami pod pachą. Często, zewnętrznie nie widać różnicy między tam jeszcze latającymi a tymi „noszonymi”, ASW, ASH albo DG to podobne w swojej geometrii modele, o podobnym obciążeniu powierzchni a tak różne własności lotne. Oczywiście, doświadczenie pilotów się też bardzo liczy, ale ile razy widziałem, jak słabszy moim zdaniem pilot jeszcze latał, a asy latające często w poważnych zawodach, kapitulowały.

Od tej pory, nauczałem się w takich przypadkach pytać tych kolegów, których modele wydawały mi się naprawdę lepsze od innych o szczegóły modelu. O jego ciężar, detale konstrukcyjne jak kąt zaklinowania, wyważenie i co najważniejsze o profil płata. I tak można, po latach, widząc wiele różnych modeli, małych, dużych, akrobacyjnych i termicznych wyrobić sobie zdanie na temat zastosowanych profili. W ciągu tych wszystkich lat, można też było zauważyć ewolucję profili. Kiedyś były to takie profile gdzie przewijały się nazwy Ritz, Eppler, czy Goe, teraz są jednak już często zupełnie inne.

Rodzaje modeli

Często spotykam się z pytaniem o „uniwersalny profil”. No bo to tak, żeby był bardzo dobry w termice i na zboczu no i akrobację też bym pokręcił.  No cóż, niestety takich nie było nie ma i nie będzie. Musimy więc sklasyfikować nasze modele. I tak np. duża makieta (półmakieta), duże makiety szybowcowych „oldtimerów”, nieduży i szybki model do latania na zboczu, szybowiec akrobacyjny, nieduży szybowiec klasy HLG (F3K) – do nich możemy, jeżeli chodzi o profile, podciągnąć niewielkie szybowce dla początkujących oraz szybowce klasy F3B, oraz te, które powinny z termiką sobie radzić najlepiej, czyli F3J.

Tu możemy jeszcze wspomnieć o innych, ale i ściśle z rodzajami modeli związanych parametrach jak: obciążenie jednostkowe powierzchni, kształt i forma płata, odległość statecznika poziomego od płata (ramię).

Trochę teorii

Aby pewne pojęcia zrozumieć, musimy poznać kilka podstawowych pojęć z aerodynamiki - obiecuję, będzie krótko i węzłowato!

  • Liczba Reynoldsa Re - jest to jedna z najczęściej spotykanych "tajemnic" aerodynamiki.  Liczba Reynoldsa Re= (t x v x p)/n
    A w przybliżeniu: Re= t x v x 70000 gdzie:
    t = cięciwa profilu w metrach
    v = prędkość w m/s
    p = gęstość powietrza (za normalną przyjmuje się - 1,225 kg/m³)
    n = współczynnik lepkości kinematycznej = 0,0000174 Pa.s (powietrze, 15°C)
    Lapidarnie powiedziawszy liczba Reynoldsa określa zależność, pomiędzy bezwładnością i lepkością cząsteczek ośrodka, a wymiarami opływanego obiektu.
    Do czego nam to potrzebne? Tylko po to by móc analizować dane profili. Mamy tu zależność zachowania się danego profilu od prędkości modelu i od cięciwy profilu.
  • Cięciwa – jest to rzut obrysu profilu, na styczną do jego dolnej części. Tak mówi definicja, a dla uproszczenia – jest to odległość pomiędzy noskiem a krawędzią spływu profilu.
  • Ugięcie profilu, to po prostu jego "wypukłość".
  • Dwa ważne dla nas współczynniki: Cz – współczynnik siły nośnej, oraz Cx – współczynnik oporu profilowego.

Przejdźmy więc do profili. Mogą być one cieńsze lub grubsze, mniej lub bardziej wypukłe. Jak przekłada się to na ich własności lotne?

Tu popatrzmy na rysunek, który znalazł mój kolega w necie, a który znakomicie obrazuje te zależności. Obok grafiki postaram się wyjaśnić niemieckie napisy i cały ich sens. By mieć dobre porównanie, przykładowe wykresy dotyczą tej samej liczby Re równej 150.000 - czyli wartości jak najbardziej dotyczącej modeli.

Na lewym wykresie widzimy zależność oporu profilowego - naszego Cx (w niemieckim Cw) do współczynnika siły nośnej  Cz (w niemieckim CA). Na prawym wykresie to samo dla różnych ugięć profilu (po niemiecku Wölbung = wypukłość).

Obszar zakreskowany w okolicach Cz = 1,0 określa nam zakres wysokich wartości dużego współczynnika siły nośnej, czyli obszaru interesującego dla szybowców termicznych. Natomiast obszar zakreskowany w zakresie niewiele przewyższającym interesujący jest do szybkiego latania.

Rysunek: Norbert Hübner "Tragflächen von der Theorie zur Praxis"

Na powyższych wykresach widzimy wyraźnie, że profil albo może zachować niewielki współczynnik oporu przy niskim, albo przy wysokim współczynniku siły nośnej – nigdy jednak w obu przypadkach na raz. Wniosek z tego taki, że albo cienki i mało ugięty profil, co daje nam prędkość i niewielką siłę nośną, albo grubszy profil, o większym ugięciu i mamy większą siłę nośną, na przykład w spokojnym krążeniu w termice. Naturalnie są to dwie skrajności i jak zwykle w technice musimy szukać rozsądnych kompromisów. Były już w dużych samolotach próby ze zmiennymi w locie grubościami profilu, ale nakład kosztów i wzrost ciężaru prowadził do nieopłacalności takiego rozwiązania. Jest jednak inna możliwość, wykorzystywana także w modelarstwie – są to klapy zwiększające i zmniejszające ugięcie profilu. Jest to często stosowane w modelach (F3B, F3J, duże makiety). Wadą tego rozwiązania jest jednak nieco większy ciężar modelu oraz większe koszty (serwa, odbiornik z większą ilością kanałów itd.). W tym miejscu pragnę jeszcze zaznaczyć, że są profile nadające się do stosowania klap (np. SD 7037, MH 32), a są takie, gdzie nie przynosi to żadnych korzyści, a wręcz jest szkodliwe (np. Clark Y).

Zanim zajmiemy się praktycznymi przykładami zastosowania profili, chciałbym tu w akapicie o teorii zwrócić na jeszcze jedno uwagę. Na skutek kształtu, profile mają mniejszy lub większy współczynnik momentu Cm. Aby przykładowo wytłumaczyć o co w nim chodzi, przytoczę eksperyment z wygiętą w kształt profilu kartką, poruszaną ręką w powietrzu. Kartka ta (prymitywny profil) stara się podążyć za swoim wygięciem – stara się jak gdyby wykonać w powietrzu łuk kierowana odchylanymi strugami powietrza. Taką tendencję określa się w profilach właśnie za pomocą współczynnika momentu Cm. Są profile, mające ten współczynnik dość spory a są i takie o wyjątkowo niskim. Te profile, które ten współczynnik mają równy lub prawie równy zeru, nazywamy samostatecznymi i jesteśmy zmuszeni używać ich do modeli latających skrzydeł czy bezogonowców. Jest to zrozumiałe, gdyż tam nie ma statecznika poziomego, stabilizującego odpowiednio model w locie. No dobrze – latającymi skrzydłami nie mieliśmy się tu zajmować. Jednak wspominam o tym, gdyż szczególnie w makietach zdarzają się modele mające bardzo mały statecznik np. SZD-41 „Jantar” lub statecznik na niewielkim ramieniu. Po prostu modele „o krótkim ogonie”. Do takich np. zalicza się szybowiec SZD-9 „Bocian” czy IS-4 „Jastrząb”. Dobierając do takich modeli profil, starajmy się wybrać taki, który ma mniejszy współczynnik Cm.

Sprawdzone profile

No cóż, po tej porcji bardziej teoretycznej, zbliżamy się do przykładów profili, które się sprawdziły i które są stosowane w modelach zarówno zawodniczych (F3J, F3F, F3B) jak i w makietach wygrywających międzynarodowe zawody w akrobacji czy lotach termicznych. Także wspomnimy o profilach „uniwersalnych”. I tu jeszcze uwaga uprzedzająca pytania. Wśród nie wymienionych przeze mnie profili, a są ich setki, jak nie tysiące, jest z pewnością parę dobrych, jako takich czy gorszych. Ale po prostu tak jest, że dobre profile są częściej powielane w modelach. Nie jest dziełem przypadku, że aktualnie wszystkie prawie liczące się modele F3J latają na MH 32 czy SD 7037 lub makiety akrobacyjne na SD 6060. Z tego względu, jeżeli nie ma być to eksperymentowanie, to odradzam stosowania jakichś nieznanych czy wręcz „egzotycznych” profili.

Wzorem strony z której pochodzi powyższa grafika, postanowiłem zrobić tu też tabelkę, gdzie wymienię kilka znanych mi profili do różnych zastosowań. Tamten artykuł ma już kilka lat i nieco się już zmieniło w naszej „branży”. Jednak proponowane tam profile, były już wtedy moim zdaniem na bardzo wysokim poziomie.

Rodzaj modelu

 Tych profili unikamy 4

Profile już nie stosowane

Profile aktualnie zalecane

Grubość

profilu

Model typu HLG (F3K) lub mały szybowiec dla początkujących 1

 

SPICA

Clark Y 5,Z; SD 7037 Z;

S 4083 Z; HN 1033

6,5 - 9%

Szybki mały model na zbocze lub model klasy F3F 2

 

RG 14; E 180

MH 30 B ; RG 15 K; HQ-1,0/9,0 K

8 - 9%

Model klasy F3B

DU 86 84/18

RG 14; HQ-2,0/9,0 K

RG 15 K; HQ/W-2,0/9,0 K; HN354 K

7,5 - 9%

Model klasy F3J

 

S 3021

MH 32 Z; SD 7037 K,Z

8 - 10%

Model makieta od 1,5 - 2 m rozpiętości 3

   

S 3021 K; SD 7037 Z

7 - 10%

Model makieta od 3 - 4 m rozpiętości

E 193; E 205; Ritz 2-3-10

E 201

S 3021 K; HQ-3,0/12,0; SD 7037 K,Z

9 - 11,5%

Szybowiec akrobacyjny do 2,5 m rozpiętości

E 193; E 205

E 374

RG 15 K; HQ-1,0/9,0 K

8 - 10%

Szybowiec akrobacyjny powyżej 2,5 m rozpiętości

E 193; E 205

E 374

SD 6060

9 - 12%

Makiety dużych szybowców do lotów termicznych

E 193; E 205

E 201; E 191

HQ/W-2,5/11 K; HQ-3,4/12,0 K S3021 K,7; HQ-2,0/9,0 K

10 - 16%

Makiety oldtimerów

 

E 66

Clark Y 6,Z; FX60-100 Z; FX60-126 Z;

HQ/Oldy Z,8

9 - 16%

1 - modele do ok 1,8 - 2 m rozpiętości, nadające się do startu z ręki, "bungiee" lub holu gumowego (także z napędem elektrycznym)

2 - ale nie modele-makiety

3 - tu trzeba zaznaczyć, że małe modele makiet szczególnie nowoczesnych szybowców, nie mają zwykle najlepszych własności lotnych

4 - profile, których jak wynika z dzisiejszego stanu wiedzy należy koniecznie unikać

5 - Clark Y nadaje się do niewielkich modeli dla początkujących z płatami typu konstrukcyjnego. Zaletą jest jedynie łatwość budowy płata. Do modeli HLG lub gdy model ma mieć możliwie dobre własności lotne tego profilu nie stosujemy.

6 - Clark Y stosujemy w dużych makietach powolnie latających makiet latających głównie na zboczu. Nie zalecam do termiki.

7 - w dużych makietach nadaje się do płatów o bardzo dużym wydłużeniu

8 - jest to cała seria profili nadająca się szczególnie do oldtimerów, mających w płatach wyjątkowo głębokie wycięcia lotek. Patrz HQ/Oldy

K - profil nadaje się do klap

Z - profil nadaje się do płata konstrukcyjnego

B - profil stosowany także z powodzeniem w modelach klasy F5B

 

No cóż, myślę że wynikające z tej tabeli propozycje tworzą już pewnego rodzaju przegląd stosowanych obecnie profili. Widzimy, że niegdyś dość popularne E 193 czy E 205 popadły już zupełnie w niełaskę. No tak, to była rzeczywiście wpadka profesora Epplera. Profil, wyglądający na papierze (obliczeniowo) nie sprawdził się w praktyce. Jest to więc najlepszy przykład, że niekoniecznie w aerodynamice 2 x 2 musi w wyniku dać 4.

No i prawie zapomniałem – obiecałem słówko o „profilach uniwersalnych”. Niby ich nie ma a jednak znam przynajmniej dwa takie. Są to Clark Y i RG 15. Clark ze względu na swoją genialność i możliwość zastosowania do prawie każdego modelu. „Genialność” tego profilu polega nawet już na jego podeszłym wieku – to jest profil mający w metryce wpisany rok urodzenia – 1922! Niestety, ten profil w niewielu przypadkach będzie naprawdę spełniał nasze oczekiwania. Jego „dobroduszność” i wybaczanie błędów niedoświadczonym pilotom jest znana. Nie jest to jednak moim zadaniem wystarczający argument, by stosować go jeszcze w modelach nieco większych szybowców. Tak samo, gdy robimy płat w technice styropian-fornir. Tam jest obojętne czy mamy płaski spód czy nie - i zaletę profilowanego spodu powinniśmy w każdym razie wykorzystać, rezygnując z usług naszego „dziadka”. W dzisiejszych czasach mamy dosyć rozsądnych alternatyw.

No a RG 15? To zupełnie inny przypadek. Ten profil przed laty stosowano w zawodniczych modelach termicznych klasy F3J (nie zapominajmy, że liczy się tam także szybkość, a przez to i wysokość przy starcie na holu), stosuje się go w niewielkich modelach akrobacyjnych i nieźle spisuje się on na zboczu. Mieszkając w okolicy dobrego zbocza, można ten profil stosować faktycznie w wielu szybowcach. Ale ci z kolegów (do których i ja się zaliczam) mieszkający i latający przeważnie na terenie płaskim, powinni już sięgać po profile lepiej zachowujące się w termice.

I co to już wszystko? Takie to było proste? Nie! jeszcze was trochę pomęczę.

Zwichrzenia geometryczne i aerodynamiczne

Rozróżnia się zwichrzenie aerodynamiczne i zwichrzenie geometryczne płata. Zacznijmy od tego drugiego.

Zwichrzenie geometrycznym nazywa się zmianę kąta natarcia wzdłuż płata. Często słyszę o stosowaniu tegoż w imię polepszenia stateczności modelu w powolnym locie. To nawet działa! Tylko za jaką cenę. Zwichrzenie to wykonuje się tak, że końcówka płata pracuje na mniejszym kącie natarcia. Tym samym, ta końcówka nie produkuje tyle siły nośnej ile by mogła. Koledzy - naprawdę nie tędy droga! Jak już, to możemy przed lądowaniem, nieco podnieść lotki do góry (tak o 3 do 5°). Gdy mamy pozwalającą na to aparaturę, to można tą funkcję domiksować do hamulców aerodynamicznych. Ale uważam to za co najmniej nierozsądne, by w jakimkolwiek szybowcu, tracić sporą część siły nośnej tylko po to by w bardzo wolnej fazie lotu mieć nieco stabilniejszy lot.

W częstych dyskusjach na ten temat, przejawia się argument, że tak się przecież robi w dużych szybowcach (tych „prawdziwych”), więc i w modelu nie może być to złe. No tak, to się zgadza, ale w dużych szybowcach dokonuje się zwichrzenia geometrycznego w drugą stronę (końcówka ma większy kąt natarcia) i to z zupełnie innej przyczyny. Mianowicie w dużych szybowcach (dotyczy to również niektórych dużych modeli - powyżej 4 m rozpiętości), gdy końcówka płata o bardzo dużym wydłużeniu, na skutek oddziaływanych na niego sił zostaje pochylona ku dołowi jednocześnie ulegając mechanicznemu (poprzez elastyczność płata) odkształceniu, tak że kąt natarcia przechodzi nawet do ujemnych wartości. Zjawisko to w modelach prawie nie występuje a jeżeli to w bardzo dużych modelach ze stosunkowo elastycznymi płatami. W tym przypadku może być celowe zastosowanie zwichrzenia negatywnego (większy kąt natarcia).

Zwichrzenia, czy jak też czasami mówimy skręcenia pozytywne, można (ale nie trzeba) stosować w modelach silnikowych, gdzie i tak kwestia doboru profilu nie przedstawia się tak krytycznie jak w modelu szybowca. Poza tym, zanim zastosujemy jakiekolwiek zwichrzenie geometryczne, radzę się nad tym wpierw dobrze zastanowić by potem nie żałować. Właśnie niedawno słyszałem o problemach z odrywaniem się strug w modelu szybowca akrobacyjnego latającego na RG 15 i to podczas normalnego lotu. Zdumiałem się, bo w zasadzie nic takiego akurat przy tym profilu nie może się dziać. A jednak - jak mocno przypuszczam, spowodowało te problemy właśnie takie pozytywne zwichrzenie końcówek.

Dla porządku jeszcze wspomnę, o negatywnym zwichrzeniu (krawędź spływu wyżej) koniecznym w modelach typu latające skrzydło. Tam jednak jest to konieczne, gdyż brak nam statecznika stabilizującego model.

Zwichrzeniem aerodynamicznym nazywa się zmianę grubości lub wypukłości profilu wzdłuż płata, przy niezmienionym kącie natarcia. W tym przypadku już można znaleźć w tym sens i to spory! Na pewno znajdą się koledzy, którzy będą tym zaskoczeni. Do tej pory wielu z nas pocieniało profil na końcówkach w nadziei na złagodzenie oporów indukowanych na końcówce płata, a tu proponuje się coś wręcz przeciwnego! No cóż, muszę Wam to wytłumaczyć, gdyż jest to z tego co wiem w Polsce jeszcze (prawie) niestosowane. Napisałem „prawie”, gdyż model 4,6 m szybowca Orlik, zbudowany przez kol. Zbigniewa (Binia) Peksę, za moją radą już takie pogrubienie profilu posiada i Binio jest naprawdę zachwycony własnościami lotnymi modelu. Ja zresztą też, choć miałem do tej pory tylko raz okazję widzieć model w locie (i to dziewiczym) w warunkach absolutnie atermicznych. Ale przejdźmy do sedna sprawy. Wesprę się tutaj dobrymi przykładami z cytowanej wyżej strony, z której pochodzą też grafiki.

Zwykle na całej długości płata stosujemy ten sam profil. Jednak szczególnie w przypadku szybowców, cięciwa płata zmniejsza się znacznie ku jego końcówce. Tak więc w części przykadłubowej płata mamy zupełnie inne, większe liczby Re niż na jego końcówce. Jak popatrzymy na wykres biegunowych przykładowego profilu na poniższym rysunku i porównamy współczynniki siły nośnej Cz dla Re = powiedzmy 400 000 przy kadłubie dla Re = 60 000 na końcówce, to widzimy że przy końcówce płata i tym samym kącie natarcia siła nośna nieproporcjonalnie maleje. To jest jednak nie wszystko - właśnie tam, podczas powolnego lotu następuje najpierw oderwanie strug. Prowokowane jest to często właśnie w zakręcie albo różnicą prędkości końcówek płatów, albo może i częściej wychyleniem lotki i model wali się na skrzydło, co przy braku odpowiedniego zapasu wysokości kończy się smutno dla modelu ale widowiskowo dla oka.  Ten problem mamy przy każdym możliwym profilu, i jest on tym większy, czym większa jest różnica cięciw płata.

Poprzez zwiększenie grubości profilu (lub jego ugięcia) możemy spowodować wzrost siły nośnej Cz max, do odpowiedniej wartości. Jak zwykle, coś za coś i takim postępowaniem powodujemy wzrost oporu profilowego. Jednak bilans strat i zysków pozostaje mocno dodatni. Na jedno należy jednak zwrócić uwagę. Porównujemy dla tak dopasowywanych profili ich kąt natarcia przy współczynniku siły nośnej równej zero. Na przykład, do takiej pary SD 7037 i grubszego SD 7032 różnica ta wynosi tylko 0,74°. W tym przypadku, gdy różnica ta wynosi poniżej 1,0°, przyjmując że końcówka płata o bardzo małej cięciwie będzie i tak pracowała na nieco mniejszym kącie natarcia (pamiętamy ten fragment o skręcaniu płatów w dużych szybowcach), nie potrzebujemy się martwić. W tych wyjątkowych przypadkach gdy różnica ta wyniesie ponad 1,0° musimy sięgnąć do zwichrzenia geometrycznego, by tą różnicę pomniejszyć do wartości poniżej 1,0°.

No cóż – a co się w takim przypadku dzieje z naszym oderwaniem strug? Gdy dobrze sobie popatrzymy na biegunowe i troszkę pomyślimy, możemy dobierając większą grubość profilu, tak to wyliczyć (a lepiej powiedziawszy wydedukować z wykresu biegunowych), że oderwanie strug będzie najpierw następowało w przykadłubowej części profilu. I o to chodzi! Wtedy, model nie wali się na skrzydło, tylko przepada lekko w powietrzu nabierając prędkości i stając się znowu sterowny. Często nawet, jako że nie mamy oderwania strug w strefie przylotkowej, cały czas model zachowuje zdolność reakcji na lotki.

No i na koniec jeszcze może przykład modelu w którym zastosowano takie rozwiązanie.

 

Rysunek: "Aufwind" 3/2003

Na tym przykładzie widzimy, że zastosowano HQ/W-2,5/12 przy kadłubie, przechodzący w HQ/W-2,5/11 w środku i w HQ/W-3/10 na końcówce. Jest to dobra dla dużych szybowców kombinacja (zastosowana w podobny sposób w Orliku Zbigniewa (Binia) Peksy), nadająca się znakomicie do latania w termice.

Na lewym rysunku na dole, są porównawczo przedstawione wykresy profili branych pod uwagę jako profil podstawowy, a na prawym alternatywy dla końcówki płata. Po wydrukowaniu kilku takich różnych porównań możemy wreszcie znaleźć parę profili pasujących do naszej koncepcji. Tak więc, niech nie irytują przedstawione tu także wykresy profili nieużytych do tego modelu.

Przyjrzyjmy się biegunowym tych profili w interesującym nas zakresie liczb Re - czyli w tym przypadku 400 000 i 100 000 na końcówce.

 

 

Są to warunki zbliżone do prędkości krążenia w termice tym modelem. Interesuje nas tu szczególnie zakres w granicach Cz (w angielskim jak na tych wykresach - CI) = 0,8 do 1,2. Naszym "głównym" profilem jest tu HQ/W-2,5/11, przechodzący na HQ/W-2,5/12 przy kadłubie i na HQ/W-3,0/10 na końcówce. Tak więc jak wynika z wykresów, przy normalnym lataniu - "normalnym" czyli takim do którego przeznaczyliśmy nasz model, mamy zapewnioną idealną siłę nośną na długości całego płata. Popatrzmy jeszcze na zakres Cz w okolicy 0,1 - 0,3. W tym zakresie będziemy poruszali się naszym modelem przy większej prędkości przeskakując z termiki do termiki (ale przy prawie dwukrotnej wartości Re). Czyli, przewidziane przez nas zwichrzenie aerodynamiczne w zakładanym zakresie prędkości wydaje się być optymalne. Jedynie przy pogrubionej końcówce widzimy wzrost oporu profilowego, jednak cóż nam po mniejszym oporze, gdy brak jest siły nośnej? Natomiast w przypadku utraty prędkości, zerwanie strug nastąpi z całą pewnością wpierw przy kadłubie zmuszając model do nabrania prędkości bez jakichś narowistych niespodzianek, zachowując jednocześnie skuteczność lotek.

Profil, a obciążenie jednostkowe powierzchni

Jest to temat który siłą rzeczy potraktuję tu trochę powierzchownie. Na wstępie muszę stwierdzić, że nie zawsze małe obciążenie jednostkowe powierzchni oddziałuje pozytywnie na własności lotne modelu. Mam przykład mojej Muchy, ważącej ok 12,5 kg i takiej samej Muchy mojego kolegi z Włoch, ale ważącej zaledwie 8,5 kg. Kolega ten, ze względu na wiek i fakt że widzi tylko na jedno oko, ma duże problemy z oceną odległości i prędkości modelu podczas lądowania. Tak więc by jego Mucha była wolniejsza, zamówił jej kadłub wykonany z laminatu kevlarowo-węglowego, a płaty oklejone zostały nie abachi jak u mnie, a znacznie lżejszą balsą. Własności lotne jego modelu rozczarowały mnie. Ten model był po prostu zbyt powolny, przeskoki z termiki do termiki przy lekkim wiaterku były problematyczne, a możliwość wykorzystania termiki prawie niezauważalnie lepsza. Tak więc nie warto w przypadku dużych modeli walczyć o każdy gram ciężaru. W dużych modelach obciążenie powierzchni może przekraczać 90 g/dm². W lekkich modelach typu HLG naturalnie sporo mniej, nawet i poniżej 10 g/dm². Generalnie rzecz biorąc, czym większe obciążenie jednostkowe tym szybszy jest model i tym grubszy profil należy wybierać. Zastanawiając się nad doborem profilu, powinniśmy przeliczyć sobie oczekiwane obciążenie jednostkowe i porównać z innymi modelami tej samej klasy o znanych nam własnościach lotnych (przede wszystkim prędkość). Gdy taki porównywany model wydaje nam się zbyt wolny lub szybki, możemy dostosować grubością profilu nasz projektowany model do naszych upodobań. Możemy w modelu zawsze jeszcze poeksperymentować z dodaniem balastu.

Modyfikowanie profili

Często widzimy, że producent w danych technicznych modelu podaje nazwę profilu z dopiskiem „mod”. Znaczy to tyle, co „modyfikowany”. Jak to jest z tym modyfikowaniem? Nowe profile najczęściej powstają w wyniku modyfikowania starszych. Tak było na przykład z bardzo dobrym do akrobacji E 374, który był podstawą do rozwinięcia jeszcze lepszego SD 6060. Jak takiej modyfikacji dokonuje aerodynamik, który wie co robi, to na koniec nadaje takiemu profilowi swoje nowe oznaczenie. Wtedy profil albo się w sprawdzi w praktyce, albo okaże się niewypałem, co i aerodynamikom się często przytrafia, pomimo ich wiedzy i możliwości testowania tego co zrobili. A tu - jakaś firma X zmienia nie wiadomo co w profilu, najczęściej niszcząc wyniki pracy fachowca, a klient otrzymuje model z nie wiadomo jakim profilem.

To była jedna alternatywa takiego postępowania – druga, to producent wiedzący o niemożności zachowania przez niego odpowiedniego reżimu technologicznego, zamiast poprawić swoją produkcję, zabezpiecza się w ten sposób przed możliwymi reklamacjami, gdy niezadowolony z własności lotnych modelu klient sprawdzi, i stwierdzi, że profil nie odpowiada wymienionemu w specyfikacji.

Muszę tu stwierdzić, że już sympatyczniejsi wydają mi się już tacy, którzy po prostu ze względów na konkurencję czy z innych sobie tylko wiadomych przyczyn zatajają dane o profilu. Bo pisanie „mod” za profilem, zalatuje mi nieco brakiem rozsądku (zwanego też potocznie głupotą), lub brakiem przyzwoitości. Od takich modeli proponuję najlepiej trzymać się z daleka.

Wnioski

No cóż, sporo tego było jak na jeden raz. Proponuję jednak od czasu do czasu wracać do tego artykułu. Oprócz tego, że chciałem Wam podsunąć trochę konkretnych informacji, chcę zachęcić do rozważnego postępowania podczas budowy czy konstruowania nowego modelu. Czasem warto rozejrzeć się by popatrzyć jak inni to robią. Przeanalizować i pomyśleć. Także decyzja o kupnie modelu powinna być dokonana w świadomości jego możliwych zalet i wad. W ten sposób unikniemy rozczarowań, gdy nowy model zbudowany najczęściej wielkim nakładem pracy i środków okaże się „nielotem”.

Piotr Piechowski, 19/01/2004

Tekst pochodzi ze strony https://www.piotrp.de/MIX/profile.htm