Letadla - základy aerodynamiky a řízení

Základní části letadla

Tvar křídla

Rozdíl mezi horní a dolní částí profilu křídla, určuje velikost zdvihu.

• Symetrický - Velmi nízký tah, což umožňuje být rychlejší a více agilnější. To je výhodné zejména pro leteckou akrobacii.
• Semi-symetrický - má vysoké převýšení, které podporuje dobrý poměr vztlaku a tahu.
• Flat Bottom - není velmi časté.
• Under-Cambered - (dolní vyklenutí) produkuje vyšší vztlak, ale není vhodný pro výkon.

Zdvih

Je založen na dvou základních principech.

1. Bernouliho princip

Bernoulliho teorém říká, že celková energie malého množství nestlačitelné kapaliny nebo plynu proudícího z místa A do místa B zůstává konstantní.

Pokud uvažujeme ustálený proud ideální kapaliny proudící dostatečnou rychlostí v trubici, která nemá konstatní průměr, bude mít kapalina v místě s větším průměrem větší tlak ale menší rychlost, zatímco v místě s menším průměrem vyšší rychlost, ale menší tlak.

Bez Bernoulliho zákonu by letadlo nemohlo letět. Profil křídla je konstruován tak, že nabíhající vzduch na přední náběžnou hranu musí při obíhání křídla po jeho vrchní straně urazit delší vzdálenost, než proudění, které obíhá křídlo po jeho spodní straně. Proudění (respektive molekuly vzduchu) na vrchní straně křídla má kvůli delší vzdálenosti, kterou musí urazit za stejný čas, jak proudění na spodní straně, vyšší rychlost. Díky Bernoulliho jevu tak bude toto proudění působit na křídlo nižším tlakem. Tím vznikne pod křídlem vztlak a letadlo vzlétne.

2. Newtonův zákon pohybu

Základním principem působícím vznik dynamického (aerodynamického, hydrodynamického) vztlaku je třetí Newtonův zákon, podle kterého na těleso (např. křídlo) působí reakční síla vůči síle, kterou těleso při pohybu působí na okolní vzduch. Dynamický vztlak tedy jinými slovy vzniká jako silová reakce při ohybu svazku proudnic – pohybující se křídlo vychyluje okolní vzduch směrem dolů, načež na křídlo jako reakce působí síla směrem vzhůru. Vzduch na spodní straně křídla je vychýlen dolů a tím tlačí na křídlo v opačném směru, tedy nahoru. Důležitý je úhel náběhu.

Proudění vzduchu a buffeting (kmitání)

Společným jmenovatelem uvedených zákonů je PROUD VZDUCHU.

Při odtržení proudu na křídle může docházet k makroturbulentnímu proudění, které v případě, že zasáhne ocasní plochy, způsobuje nepravidelné kmitání, které je nazýváno buffeting. Buffeting se dělí na nízko rychlostní, který je dán přetažením letounu vlivem kterého se VOP dostává do úplavu a vysokorychlostní k němuž dochází již při malých úhlech náběhu za rázovými vlnami vlivem tzv. rázového odtržení. Vznik vysokorychlostního buffetingu ovlivňuje kromě rychlosti hmotnost letounu, výška letu, náklon v zatáčce a poloha těžiště. Pro dopravní letounu se stanovuje hranice buffetingu, která by neměla být překročena, aby se omezilo nebezpečí kmitání.

Ovládací kormidla

Pro ovládání letadla se využívá tří skupin ovládacích kormidel. Ty svým vychýlením mění proudění vzduchu a tím dochází k vychýlení ke změně úhlu od osy letu stroje.

• Elevator (výškové kormidlo) - mění úhel stoupání letadla. Elevator je situován horizontálně k trupu letadla.
• Rudder (směrové kormidlo) - mění vybočení (yaw) vlevo nebo vpravo. Rudder je situován vertikálně k ose trupu letadla.
• Ailerons (křidélka) - se používají k řízení klonění letadla (výchylky kolem podélné osy). Křidélka bývají umístěna na vnějších částech křídel, na rozdíl od klapek, které bývají obvykle ve střední části křídla poblíž trupu letadla.
• Elevons - pokud se sloučí funkce křidélek a výškového kormidla, říká se takovému uspořádání elevony - z anglického elevator (výškovka) a aileron (křidélka). Typické je toto uspořádání pro samokřídla ("bezocasá" letadla). Elevony se ve funkci křidélek vychylují nesouhlasným směrem, jako obvyklá křidélka. Funkci výškovky nahrazuje souhlasná výchylka elevonů. Aby mohly elevony plnit svou funkci, musí být umístěny (na odtokové hraně křídla) poměrně daleko za těžištěm letadla.
• Flaperons - obvyklé uspořádání řídicích ploch na odtokové hraně křídla obsahuje křidélka a (vztlakové) klapky. Křidélka bývají umístěna na vnějších částech křídel, klapky bývají obvykle ve střední části křídla poblíž trupu letadla. Křidélka se používají k řízení klonění letadla (výchylky kolem podélné osy). Klapky mění v některých režimech letu zakřivení křídla, většinou za účelem vzrůstu vztlaku při malých rychlostech (snížení pádové rychlosti). Používají se při vzletu (zvýšení vztlaku) a přistání (snížení rychlosti). Pokud spojíme klapky a křidélka do jedné řídicí plochy, vzniknou flaperony (z anglického flaps a aileron). Obvykle bývají téměř přes celé rozpětí křídla. Často bývají vidět na letadlech, konstruovaných pro velmi krátké vzlety a přistání (STOL). Nemají mít (stejně jako klasické klapky, na rozdíl od elevonů) pokud možno účinek na klopení letadla. Měly by proto být umístěny poblíž těžiště letadla. Přesto je jejich vliv obvykle znatelný a musí jej kompenzovat buď pilot pomocí výškovky, nebo se kompenzuje automaticky vhodným mixem klapek do výškovky.

Vysílač

Vysílače jsou normálně klasifikovány jako MODE 1 a MODE 2. Jedná se o rozmístění ovládání dílčích kontrolních ploch a plynu. Vysílač komunikuje z přijímačem, který je v letadle.

V závislosti na požadavku v počtu ovládaných kontrolních ploch (kormidel) se stanovuje i počet potřebných kanálů.

Alternativou ke klasickému letadlu jsou tzv. samokřídla, nebo fixní křídla, která využívají tzv. již zmiňovaných Elevonů (kombinaci výškovky a křidélek.), kde si vystačíme se 3 kanály.