CZY SKRZYDŁA SAMOLOTÓW SPRAWDZAJĄ SIĘ NA BOJERACH?

Witold Kurski –Były zawodnik bojerowy

   O WYBRANYCH ROZWIĄZANIACH AEROPŁATÓW

                         NA ŚLIZGACH LODOWYCH

Przygotowane dla kadry bojerowej na spotkanie w 2011 r.

1       Wstęp

Zarówno  obiekty latające, oraz żeglujące po wodzie lub lodzie, będą miały lepsze właściwości ruchowe jeśli przy uzyskaniu pożądanej siły wyporu (nośnej) będą miały jak najmniejsze opory aerodynamiczne.  Lotnictwo już od samego początku poszło drogą zastosowania sztywnych profili aerodynamicznych i osiągnęło sukces. Żeglarstwo tradycyjnie stosowało  żagle, to jest płaty o profilach samo budujących się pod wpływem działania powietrza. Aby polepszyć doskonałość aerodynamiczną, można stosować żagle o dużym wydłużeniu, ale mają one swoje ograniczenia. Dlatego poszukiwania idą dalej i w miejsce samo budującego się profilu żagla zaczęto stosować płaty o profilach sztywnych dla których w Polsce przyjęto używać nazwy aeropłat.  Sztywny profil ma małe opory profilowe co w zastosowaniu do płata o dużym wydłużeniu daje znakomity wynik – opór aeropłata jest bardzo mały. Należy jeszcze zadbać o aerodynamiczną sylwetkę kadłuba i mamy już ślizg o znakomitych właściwościach aerodynamicznych.

2 Układy konstrukcyjne ślizgów z aeropłatami  

2.1 Schematy statyczne konstrukcji aeropłatów.

Siły aerodynamiczne i  siły bezwładności działające na płat muszą być przeniesione na konstrukcję. Najbardziej preferowany jest jako najczystszy aerodynamicznie układ wolnonośny, ale wymaga zastosowania mocnych a więc ciężkich okuć do przeniesienia dużych momentów z płata na kadłub, a sam kadłub musi mieć mocne ramy wewnątrz, co zwiększa ciężar konstrukcji. Dlatego bardzo często konstruktorzy uciekają się do stosowania usztywnień zewnętrznych, przez co układ konstrukcyjny przybliża się do układu kratowego. A kraty to są najlżejsze konstrukcje na świecie. Przegląd układów statycznych na rysunku 1 wykazuje, że większość konstrukcji  ma usztywnienia zewnętrzne linkowe lub zastrzałowe.     

2.2 Ustawienie aeropłata

Ustawienie aeropłata na pożądany kąt trymu jest problemem, bowiem aeropłat nie łopoce jak żagiel, a więc sternik jest pozbawiony informacji o kącie natarcia. Dążenie do posiadania możliwości  ustawiania aeropłata na dowolny kąt trymu pociągnęło za sobą stosowanie mechanizmów napędowych, które uniemożliwiają ustawianie się aeropłata w łopot, co

jest charakterystyczne dla żagla.

Jak zrelacjonował autorowi znamienity konstruktor bojerów i mistrz sportu Włodzimierz Girs stało się to powodem samych kłopotów i kilku pozornie dziwnych wywrotek, gdyż ślizgi wywracały się nie tylko w kierunku na zawietrzną, lecz także w kierunku przeciwnym, co oznacza, że w tym momencie aeropłaty pracowały na ujemnych kątach natarcia.

Aby uniknąć takich wypadków sternicy ślizgów z aeropłatami (w dawnym Związku Radzieckim) wrócili do stosowania napędu linkami zwanych szotami mimo, że najczęściej są to linki stalowe i zachowali właściwość samoczynnego ustawiania się aeropłata w ,,łopocie" to jest w linii wiatru pozornego.

Najbardziej zaawansowanym sposobem ustawiania aeropłata względem strug wiatru pozornego jest zastosowanie urządzeń aerodynamicznych działających na zasadzie steru wysokości w samolocie.

2.3 Rozwiązania nietypowe

Układy konstrukcyjne.  Poza pojedynczymi płatami spotyka się dwupłaty, jak np. ślizg Ermakowa, czy też przedwojenny niemiecki ślizg dwupłat, oficera lotnictwa Storcha . Układ jaki zastosował Ermakow już po wojnie, można zobaczyć na fotografii wykonanej w Haapsalu w 1937 roku. Ermakow prawdopodobnie wzorce do swojej konstrukcji, czerpał z tego estońskiego ślizgu. Pod względem doskonałości aerodynamicznej dwupłat okaże się zawsze gorszy od pojedynczego płata, ale dwupłaty charakteryzują się również zaletami konstrukcyjnymi i użytkowymi.

Zastosowane profile aerodynamiczne. Powszechna opinia wśród konstruktorów jest taka, że najlepsze są klasyczne symetryczne profile NACA 0012. W żadnym wypadku nie należy stosować symetrycznych profili laminarnych, bowiem przy większych kątach natarcia, gdy przy rozruchu ślizgu, oczekujemy wysokich wartości współczynnika siły nośnej, współczynnik oporu aerodynamicznego gwałtownie rośnie a profil pracuje poza zakresem opływu laminarnego. Jeden z konstruktorów rosyjskich Mirochin specjalista aerodynamiki zastosował do aeropłata bardzo stary profil Munka, sądząc że profil pochodzący od tak wybitnego naukowca musi zachowywać się rewelacyjnie. Po zbudowaniu aeropłata do ślizgu Kańskiego krawędź spływu  przyjęła kształt falisty wskutek błędów konstrukcyjnych i technologicznych, które łatwo popełnić przy tak specyficznym profilu mającym małe grubości blisko krawędzi spływu. Oczywiście każdy element aeropłata pracował przy innym kącie natarcia co skutkowało pogorszeniem aerodynamiki aeropłata. Przy takim kształcie profilu jaki ma Munk, zastosowane żeberka i krawędź spływu powinny być znacznie wzmocnione. Profil Munka wykazujący doskonałe właściwości w badaniach modelowych, na ślizgu lodowym zawiódł.

 Obrys płata, skos płata, oś obrotu płata. Ten sam konstruktor zastosował w jednej wersji aeropłata skos do tyłu, przesuwając znacznie jego środek ciężkości też do tyłu względem osi obrotu aeropłata. Nie jest zrozumiałe czego oczekiwał konstruktor, po takim rozwiązaniu, ale mógł przewidywać że takie rozwiązanie zaowocuje flatterem tego aeropłata.

 Podział płata . Płaty mogą być nie dzielone lub dzielone. Stosowane podziały to na dwie lub trzy części. Często spotykany podział aeropłata w ślizgach rosyjskich to: dwie trzecie powierzchni to część dolna a pozostała jedna trzecia to część górna, która w warunkach silniejszego wiatru jest odciążana. Podobny podział aeropłata miał niemiecki ślizg ,,Götz von Berlichingen". W ślizgach rosyjskich taki podział płata stosowano do ślizgów klasy  aeropłat 12 m. kw. , a po wprowadzeniu w latach siedemdziesiątych klasy aeropłat 8 m. kw. , już takiego podziału nie stosowano.

Schemat statyczny aeropłata. Płaty moga być wolnonośne, bądź usztywnione zewnętrznie linkami lub zastrzałami. Konstruktor ślizgu Feuervogel  zastosował wprawdzie układ wolnonośny dla aeropłata, ale zesztywnił kadłub z płozownicą za pomocą zastrzałów.

Ustawianie aeropłata względem strug wiatru. Tradycyjnie za pomocą napędu linkowego lub ustawianie za pomocą urządzeń aerodynamicznych.

Położenie sternika w kadłubie. Prawdopodobnie już wypróbowano na zbudowanych konstrukcjach wszystkie możliwe rozwiązania. Na ślizgu z aeropłatem żeglującym w 1942 roku w Chrzykowych sternik zajmował pozycję leżącą na brzuchu, głową oczywiście w kierunku jazdy. Do  rozruchu ślizgu musiał sternik korzystać z pomocy ludzi znajdujących się na zewnątrz, którzy zamykali pokrycie kokpitu i rozpychali ślizg. Autor rozmawiał w 1957 roku z uczestnikami tych wydarzeń  między innymi z majstrem Franciszkiem Fiksa ze stoczni Chojnickiej i oglądał fotografię tego ślizgu. Zdaje się, że miał trójdzielny płat.

2       Uwagi końcowe

Z braku dostępu do materiałów źródłowych nie przytoczono wielu rozwiązań zwłaszcza nietypowych. Powielanie skróconych opisów prowadzi do przekłamań. Autor starał się korzystać wyłącznie z materiałów oryginalnych. Podczas rejsów żeglarskich w latach siedemdziesiątych  i osiemdziesiątych autorowi udało się osobiście dotrzeć do konstruktorów Eugeniusza Kańskiego z Rygi i Włodzimierza Girsa z Tallina i osobiście wykonać pomiary ich ślizgów i zapoznać się ze ślizgami z aeropłatami innych konstruktorów, zalegającymi hangary w Rydze i Tallinie. W Leningradzie podczas stażu naukowego autor zapoznał się z innym konstruktorem ślizgów z aeropłatami Mirochinem, specjalistą aerodynamiki i wytrzymałości. Ci dwaj pierwsi to mistrzowie sportu bojerowego, ostatni to naukowiec i żeglarz, a łączyła ich pasja do żeglarstwa lodowego.

Choć osiągnięcia konstruktorów ślizgów z aeropłatami mogą fascynować, to obecnie nie mają praktycznego znaczenia, bowiem  poza pojedynczymi rekordowymi egzemplarzami takie ślizgi nie będą  budowane. Nie należy jednak o tych rozwiązaniach zapominać. Konstruktorzy tych ślizgów napotkali wiele problemów technicznych, które ich zaskakiwały i musieli je rozwiązywać. Dlatego zapoznanie się z istniejącymi rozwiązaniami ma dużą wartość edukacyjną zwłaszcza dla żeglarzy młodego pokolenia.

                                          

                                                                   Tekst skorygowano i uzupełniono 9 maja 2017 r. 

Opracował na blogu

Paweł Kurski – fan żeglarstwa lodowego