FlightSim výuka - Lekce 4: Pomalý let

Procvičováním letu při nízkých rychlostech ověřujete princip, který vás připraví na jeden z nejdůležitějších letových manévrů: přistání. Určitě nebudete chtít přistávat cestovní rychlostí, protože letadla nebyla konstruována pro manévrování na zemi při velkých rychlostech. Nechcete přece spálit pneumatiky až na ráfek, že? Obecně platí čím pomalejší jste nad bodem dotyku, tím snadněji ovládáte letadlo na dráze.

Další důležitá informace se týká toho, že rychlost letadel nemůžete snižovat až k nule, protože letadla pak ztrácí vztlak a padají (v žádném případě to nesouvisí se zastavením motoru jak se dozvíte později). Proto chci abyste věděli, kde na vás při pomalém letu číhají rizika, a mohli se tak při řízení vašeho pomalu letícího letadla cítit v pohodě. A jak nakonec zjistíte, někdy je nutné následovat pomalejší letadla. Proto musíte vědět jak upravit vaší rychlost. To vše je jen pár důvodů proč procvičujeme pomalý let. A teď si řekneme, jak na křídle vzniká vztlak.

Křídlo má několik odlišných částí: horní vypouklý povrch, spodní vypouklý povrch, náběžnou hranu, odtokovou hranu a tětivu (Obrázek 4-1).

Všimněte si, že horní vypouklá plocha se zdá být více zakřivená než ta spodní. To není náhodou. Ve skutečnosti je to tak důležité, že si to za chvilku detailně popíšeme.

Asi jediný výraz, jehož význam není úplně zřejmý, je tětiva.Takže tětiva je pomyslná čára spojující náběžnou a odtokovou hranu křídla. Inženýři se domluvili, že čára tětivy bude reprezentovat základ profilu křídla (nebo také jeho polohu vůči proudění větru).

Pro pochopení vztlaku si musíte představit, jak křídlo rozráží vzduch. V letectví se to popisuje pomocí úhlu pod kterým křídlo rozráží vzduch. A která část křídla rozráží vzduch? Je to náběžná hrana? Odtoková hrana? Nebo je to spodek křídla? Zde nám přijde vhod definice tětivy.

Vzhledem k tomu, že křídla mají různé velikosti a tvary (stejně jako piloti), je někdy těžké určit jak a kde vítr naráží do křídla. K tomu nám slouží tětiva. Jestliže řeknu, že vítr ofukuje křídlo pod úhlem 18 stupňů myslím tím, že úhel mezi směrem relativního větru (pojem relativního větru je rozebrán v další části) a tětivou je 18 stupňů (Obrázek 4-2)

Tento charakteristický rys, ačkoliv se zdá být banální, je pro inženýry velice důležitý.

Ještě jednu věc si musíte osvojit předtím než odhalíte tajemství vztlaku. Tento pojem se nazývá relativní vítr.

Pohybem letadla se vytváří vítr, který obtéká jeho křídla (samozřejmě obtéká i zbývající části letadla, ale to je pro nás v této chvíli vedlejší). Tomuto větru říkáme relativní vítr, protože je relativní k pohybu (nebo vyplývá z pohybu). Například, na obrázku 4-3 je znázorněn běžec, který ať běží na jakoukoli stranu, vždy na obličeji ucítí jak ho ofukuje vítr, který je relativní (opačný a rovnající se) k jeho pohybu.

Relativní vítr je pohybem vyvolaný vítr, který je roven rychlosti letadla a opačně orientovaný k jeho pohybu (tzn. molekuly vzduchu působí na letadlo stejně velkou silou, jako letadlo na molekuly vzduchu, ale opačně orientovanou). Pro lepší představu vyndejte ruku z okna jedoucího auta (ostatní části svého těla nechte prosím uvnitř). Na ruce ucítíte foukat vítr, který bude mít opačný směr ke směru auta.

Když poletíte stejně jako letadlo A znázorněné na obrázku 4-4, vítr povane přímo proti nosu letadla.

Následující informace je tak důležitá, že po vás musím chtít, abyste si strčili jeden prst do ucha. A udělejte to hned, než začnete číst dál. Chci po vás abyste to udělali, protože nechci, aby ta informace šla jedním uchem dovnitř a druhým ven. Tou důležitou informací, kterou chci abyste si zapamatovali, je fakt, že relativnímu větru je jedno, kterým směrem nos letadla směřuje. Relativní vítr je vždy orientován opačně ke směru letu a je vždy roven rychlosti letadla. Pojďme se nyní podívat na to, jak okolní vzduch obtéká křídlo a vytváří vztlak.

Někteří lidé považují lov za sport. Je to ale také sport, ve kterém váš oponent netuší, že se tohoto sportu také účastní. Jestliže chce lovec zaútočit na zvíře, znamená to pro něj, že musí svou zbraní na kořist přesně zamířit. Lovec se podívá skrz zaměřovač zbraně a vidí tak dráhu kulky. U letadel je tomu ale jinak. Jejich vertikální dráha stoupání se liší od jejich inklinace. Nechápete souvislost? Čtěte dál…Pamatujete si tu 750 stop vysokou věž za koncem vzletové a přistávací dráhy? Kdybyste při vzletu zamířili letadlem těsně nad tuto překážku (podobně jako byste tam mířili hledím zbraně) a mysleli si, že nad ní přeletíte, garantuji vám, že byste tento omyl poznali přesně v momentě, jakmile byste tu věž „sestřelili“. Zapamatujte si, že letadla s motory o malém výkonu mají mírnější dráhu stoupání, než např. některé tryskáče.

Nejdůležitější věc, kterou v této části musíte pochopit je, že nos letadla může být skloněn pod jiným úhlem, než pod kterým je trajektorie pohybu letadla. Pamatujte si, že relativní vítr fouká opačným směrem než se letadlo pohybuje, přesněji řečeno, mezi tětivou a relativním větrem je nějaký úhel. Ten se nazývá úhel náběhu (Obrázek 4-5).

Na obrázku 4-6 je znázorněno jak je tětiva letadla A nakloněna o 5 stupňů vzhledem k relativnímu větru.

Běžněji se říká, že úhel náběhu na křídle je 5 stupňů. Letadla B, C a D mají úhel náběhu 10, 30 a 45 stupňů. Čím větší je rozdíl mezi tětivou a relativním větrem, tím větší je úhel náběhu. Uvidíte, že velikost vztlaku na křídle je přímo spojena s úhlem náběhu.

Křídlo je dokonalý kráječ vzduchu. Stejně silný jako samurajský meč. Křídla jsou speciálně vyráběna k tomu, aby se prodírala molekulami vzduchu (rozděluje je nahoru nebo dolu) s tím, že vytváří trochu odporu v horizontálním směru. Jakýkoli odpor v horizontálním směru křídlo zpomaluje. Tento odpor je nazýván odporovou silou a je dobré aby byl co nejmenší.

Obrázek 4-7 ukazuje jak je nosná plocha (křídlo) obtékána vzduchem při úhlu náběhu 10 stupňů.

Proud vzduchu naráží na náběžnou hranu křídla a rozděluje se na dvě části (jedna jde nad a druhá pod křídlo). Oba dva proudy vzduchu (nad i pod křídlem) jsou odpovědní za vytváření vztlaku. Nejdříve prozkoumáme, jak proud vzduchu narážející na spodní část křídla vytváří část celkové vztlakové síly.

Vystrčením vaší ruky z okna jedoucího automobilu se stanou dvě věci: názorně se přesvědčíte jak relativně rovná plocha vytváří vztlak. Obrázek 4-8 ukazuje jak se proud vzduchu nárazem na vaší ruku odkloní směrem dolů.

Jeden z Newtonových zákonů říká: každá akce vyvolá stejně velkou reakci v opačném směru. Proud vzduchu odkloněný nosnou plochou dolů způsobuje pohyb křídla nahoru (v opačném směru než jde proud vzduchu). Tento pohyb nahoru je způsoben energií nárazu milionů maličkých molekul vzduchu narážejících do spodní strany nosné plochy. Vyšší tlak na spodní straně nosné plochy (křídla) také pramení z dopadu molekul na tuto plochu. Křídlo se pohybuje nahoru jako kdyby bylo zespoda tlačeno.

Tento typ vztlaku je znám jako vztlak nárazem (kinetický). Obecně k celkovému vztlaku vytvářeného nosnou plochou přispívá velmi málo, z čehož vyplývá, že letadla nemohou létat pouze díky tomuto vztlaku.

Mnohem rafinovanější a významnější forma vztlaku vzniká zakřivením proudu vzduchu na horní straně nosné plochy.

Japonci vynalezli umění v ohýbání papíru nazývané jako origami. Poté experimentovali s ohýbáním lidí a toto umění nazvali jako judo. Ovšem letadla ohýbají něco jiného – používají svých křídel k ohýbání vzduchu. Ohýbání vzduchu nezní dost sofistikovaně k tomu abychom vysvětlili proč letadla létají. Toto ohýbání vzduchu nazýváme aerodynamika. Jednoduše řečeno křídlo je přesné zařízení pro ohýbání nebo usměrňování proudu vzduchu směrem dolů.

Jak tedy může ohnutý proud vzduchu na křídle vytvářet vztlak? Pojďme se na to podívat. Na obrázku 4-9 je znázorněna nosná plocha obtékaná vzduchem.

Popišme si pečlivě profil křídla. Na malých úhlech náběhu je proud vzduchu nad nosnou plochou (křídlem) zahnutý. A poměrně rovný povrch na spodu nosné plochy nechává proud vzduchu v těchto místech relativně rovný. Ohnutý nebo stočený proud vzduchu na horní straně profilu musí proletět větší vzdálenost než rovný proud pod křídlem. Aby byl proud vzduchu nad křídlem ve stejný čas na náběžné hraně jako spodní proud, musí zvýšit svou rychlost.

Například předpokládejme, že venčíte vašeho pit bull teriéra (jmenuje se Bob) na vodítku. Vy jste na chodníku a Bob jde škarpou (Obrázek 4-10).

Bob potká zaparkovaný Volkswagen a rozhodne se jít přes něj než aby ho obcházel (nezapomeňte, že je to pit bull… a ti jsou tvrdohlaví). Samozřejmě, že vzdálenost přes auto je větší než vzdálenost, kterou ujdete po chodníku. Aby se Bob nezačal na vodítku dusit, musí trošku zrychlit, takže udrží vodítko přibližně stejně napnuté.

Všimli jste si podobnosti profilu Volkswagenu a profilu křídla? Nahoře je zaoblen a dole je zarovnán. Vzduch proudící přes křídlo se zakřivuje a zrychluje.

Díky za objev vztlaku, Monsieur Bernoulli!

Když vzduch proudí přes křídlo, zvyšujíce svou rychlost, děje se při tom důležitý jev. Koncem 17. století, přišel švýcarský fyzik Jakob Bernoulli na to, že čím rychleji proudí vzduch nad určitým povrchem, tím na tento povrch působí menším tlakem. Rychle proudící vzduch nad křídlem zde způsobuje mírné snížení tlaku. Jinými slovy, tlak nad křídlem je nyní menší než tlak pod křídlem – tím vzniká vztlak.

Většina letadel má křídla navržena tak, že jejich horní povrch je vypouklý a dolní povrch je relativně rovný. Díky tomuto tvaru křídla se proudící vzduch, i při malých úhlech náběhu, nad křídlem mírně ohýbá a získává na rychlosti. Tím vzniká vztlak, který jste se teď naučili mít rádi, obzvlášť když víte, že díky němu letadla mohou létat.

Letěli jste někdy dopravním letadlem a všimli si, že piloti při každém vzletu mírně zvedají nos letadla potom co dosáhnou rozjezdem po dráze minimální letové rychlosti? Říká se tomu rotace a tím se nemyslí to, co se děje s pneumatikami.

Jak letadlo při vzletu zrychluje, tak po chvíli dosáhne rychlosti potřebné pro vzlet. Nicméně, při této relativně pomalé rychlosti, nejsou křídla schopna svým tvarem zakřivit či vychýlit dolů dostatečné množství vzduchu potřebného pro vytvoření vztlaku. Pilot musí udělat něco navíc, čím více zakřiví dráhu vzduchu proudícího nad křídlem. Mírným zvednutím nosu, zvýší úhel náběhu. Tím donutí proud vzduchu k většímu zakřivení své dráhy než dokáže zakřivit křídlo díky tvaru svého horního vypouklého povrchu při nulovém úhlu náběhu (Obrázek 4-11).

Tím, že je proudící vzduch nad křídlem více zakřiven, musí urazit větší vzdálenost, jeho rychlost se zvětšuje, přičemž se tlak nad křídlem zmenšuje, a tím se i při nižších rychlostech vytvoří dostatek vztlaku pro let (díky za objev vztlaku, Bernoulli!). Větší vztlak způsobený nárazem proudícího vzduchu má za následek větší vystavení spodního povrchu křídla vůči relativnímu větru. Výsledkem tohoto jevu je, že zvětšením úhlu náběhu se zvětší vztlak, který dovolí letadlu letět při nízkých rychlostech.

Nyní víte, jak se pod křídly vytváří vztlak potřebný pro let nízkými rychlostmi. Také jste se dozvěděli, proč letadla vzlétají nebo přistávají nízkou rychlostí přičemž jejich nos míří nahoru. Ale jak je tomu při vyšších rychlostech? Všimli jste si, že při letu cestovní rychlostí letadla létají téměř vodorovně?

Na obrázku 4-12 je zobrazeno letadlo při několika odlišných úhlech náběhu.

Při větších rychlostech mohou letadla létat pod menšími úhly náběhu, protože tvar jejich křídel je postačující pro vytvoření dostatku vztlaku. Při nízkých letových rychlostech si musí letadlo, k vytvoření dostatku vztlaku, uměle vypomáhat zvětšením úhlu náběhu.

Při malých úhlech náběhu (jako během vodorovného přímočarého letu) a za velkých letových rychlostí, postačuje tvar profilu křídla k vytvoření dostatečně velkého vztlaku. Vztlak způsobený nárazem vzduchu na spodní část křídla při těchto rychlostech nehraje velkou roli, protože spodní část křídla je při tomto úhlu náběhu vystavena proudícímu vzduchu jen nepatrnou částí.Stručně řečeno, čím pomaleji letadlo letí, tím větší úhel náběhu pro let potřebuje. Nicméně, je zde jedna věc, která pro nás není nikterak dobrá. Když poletíte příliš pomalu pod příliš velkým úhlem náběhu, vzduch přestane přes křídlo proudit jak má, začne se pohybovat chaoticky, turbulentně a křídlo tak bude bez vztlaku. Tomuto stavu říkáme „stall“ a budeme se jím zabývat v některé z následujících lekcí.

Nyní je čas si povědět o tom, co dělat abychom rychle letící letadlo dostali do pomalého letu a naopak.

Při vodorovném přímočarém letu cestovní rychlostí se letadlo pohybuje vzduchem přibližně 110 uzly. Vertikální sklon letadla je při této rychlosti přibližně + 4 stupně, jak se můžete přesvědčit na umělém horizontu. Pojďme se podívat na to, jak takhle letící letadlo přinutíme k pomalému letu. Představte si to, jakoby jste se připravovali na přistání a museli jste letadlo zpomalit na 75 uzlů.

Jak letadlo přinutit k pomalému letu a zároveň si udržet výšku.

Snižte výkon motoru na volnoběh.
Časem se díky zkušenostem eventuelně naučíte nastavit si výkon motoru tak, aby vyhovoval vašemu požadavku na udržení letové rychlosti. Zvedněte nos letadla jen tak rychle, aby ručka variometru zůstala klidně na nule (nebo aby stovková ručička výškoměru stála nehybně na své dosavadní hodnotě). Jak letadlo zpomaluje, vytrimujte vertikální sklon letadla tak, abyste si tento sklon lépe udrželi (přibližně + 9 stupňů, jak je vidět na umělém horizontu). Když letadlo zpomalí na hodnotu požadované rychlosti, přidejte dostatek plynu pro zvýšení výkonu motoru, abyste si udrželi výšku (kolem 1 900 rpm).
Proveďte malou úpravu sklonu kvůli udržení rychlosti.
Je-li potřeba, ještě si letadlo vytrimujte.

Při pomalém letu by hodnoty vašich přístrojů měly vypadat podobně jako je tomu na obrázku 4-13.

Předpokládejme, že před přistáním následujete letadlo a dispečer ve věži po vás bude chtít, abyste zvýšili svou rychlost ze 75 na 85 uzlů. Jak to uděláte? Jednoduše obrátíte postup použitý pro pomalý let.

Jak ukončit pomalý let

Zvyšte výkon motoru řekněme na 2 000 rpm. Snižte sklon jen tak rychle, abyste udrželi ručku variometru na nule (nebo stovkovou ručičku výškoměru nehybně na stejné hodnotě). Jak letadlo zrychluje, vytrimujte vertikální sklon letadla tak, abyste si tento sklon lépe udrželi (přibližně + 6 stupňů, jak je vidět na umělém horizontu). Když už letadlo letí požadovanou rychlostí, přidejte dostatek plynu pro zvýšení výkonu motoru, abyste si udrželi výšku. Proveďte malou úpravu sklonu kvůli udržení rychlosti.
Je-li potřeba, ještě si letadlo vytrimujte (a udržte tak rychlost letadla na 85 uzlech, jak se v tomto příkladu vyžaduje).

Při ukončení pomalého letu by hodnoty vašich přístrojů měly vypadat podobně jako je tomu na obrázku 4-14.

Doposud jste se dozvěděli jak létat několika různými rychlostmi. V této části vašeho tréninku, byste si měli uvědomit, že pro udržení výšky či rychlosti klesání je nejlepší použít plynovou páku. Rychlost letadla se udržuje pomocí nastavení sklonu letadla. Ale co když nebudete mít v úmyslu udržovat určitou rychlost, jako je tomu například při cestovním letu? Při letu cestovní rychlostí přece neudržujete požadovanou výšku pomocí nastavení plynové páky, že? Ne to opravdu ne. Tady je vysvětlení proč.

Při letu cestovní rychlostí se nastavuje výkon motoru na takovou hodnotu, aby nedošlo k jeho poškození (pro zjednodušení výuky předpokládejme, že přidáním plného plynu při jakékoli naší simulaci se motor nepoškodí). Potom se povětšinu času plynem již nezabýváte. Při letu cestovní rychlostí se nemusíte příliš zabývat jejím udržením. V tomto případě je výkon nastaven na určité hodnotě, kterou neměníte, a malé změny výšky, potřebné pro její udržení nebo upravení, provádíte pomocí sklonu nosu letadla. V pomalém letu nicméně využijete změnu výkonu pro udržení nebo úpravu výšky a sklon (joystickem) k udržení nebo změně rychlosti. Nejspíš je to přesně obráceně než jste očekávali, že? Jak brzy uvidíte, toto je základní technika, kterou budu chtít abyste použili při přistání.

Nyní budu chtít, abyste prošli interaktivní lekcí a procvičili si tak pomalý let. Vaším největším úkolem je udržet si výšku a směr během letu různými rychlostmi. Nejprve se vám bude zdát udržení rychlosti a výšky během přesně směrového letu trochu složité. Takže si srovnejte priority tímto způsobem: Nejprve si nastavte sklon nosu letadla tak, abyste dosáhli vámi požadované rychlosti. Poté udělejte malé změny v nastavení výkonu pro udržení výšky, zatímco se sklon letadla nemění.

Jestli se cítíte dobře, jak vám to hezky jde, zkuste pomalý let do zatáčky. Ale buďte při těchto zatáčkách opatrní. Vzpomeňte si na lekci 2, kde jsme si říkali, že pro udržení výšky v zatáčce je nutné malé zvýšení sklonu nosu letadla. Nyní když víte jak používat plynovou páku, přidejte trošku výkon, abyste si během zatáčení udrželi výšku. Čím prudší zatáčka bude, tím větší výkon budete potřebovat. Během pomalého letu dostatečně trimujte (i když během zatáčení je nejlepší netrimovat, protože zatáčení je jen krátkodobá přechodná záležitost). To vám pomůže udržet správný sklon nosu letadla, zatímco vaše pozornost bude opřena na přístrojovou desku… Hlavně se dobře bavte!

V této lekci se budete učit létat rychlostí těsně nad pádovou rychlostí.

POŽADOVANÉ ZNALOSTI/DOVEDNOSTI
Předtím, než začnete tuto lekci, si přečtěte materiály k Základnímu výcviku, které vám pomohou lépe porozumět dovednostem, jenž se máte naučit.

INFORMACE O LETU
Začnete ve vzduchu ve výšce 4000 stop. Budete se učit o úhlu náběhu a jak ovládat letadlo když létá rychlostí blízké pádové.