Ustálená zatáčka

autor: David Dosoudil

Tak koukám se rozproudila po čase opět zajímavá debata ;) Protože ale některé příspěvky jsou spíše tápáním pisatelů na základě vlastních zkušeností a vybavováním si "proč vlastně tam tu nohu dávám", dovolím si takovou malou exkurzi do zjednodušeného světa aerodynamiky a konstrukce letadel.

1.) Proč se tam ta směrovka vlastně dává Pomineme teď typické záležitosti, kde je bez směrovky letadlo řídit obtížné až nemožné - a to je výpadek motoru u vícemotorových strojů, např. ZDE (zejména dvoumotorových s motory na/nad/pod křídly), vyloučení snosu před dosednutím při přistání (aby podvozek nedosedal "šejdrem"), udržení letadla v ose dráhy při rozjezdu a dojezdu, vyvádění z vývrtky nebo obecně směrovku využívající akrobatické obraty. Shodou okolností, čím větší a lépe vybavené letadlo, tím se tyto výše uvedené důvody stávají vlastně jedinými a směrovka a nožní řízení se vyjma nich nepoužívají zcela vůbec. U malých letadel s klasickými ailerony (ano, ailerony - křidélky, kterými se řídí klonění) se ale přidává jeden důvod pro směrovku navíc a to je provedení koordinované zatáčky - důvod viz níže.

2.) Jak funguje aerodynamika v zatáčce Omlouvám se za velké zjednodušení a pominutí dalších drobností jeko je posun vektoru vztlaku a s tím související nutnost většího vychýlení výškovky, většího výkonu motorů, větší násobky, atd. Jde mi primárně o uvedení zatáčky a výsledek pohybu řídících prvků. Když se uvádí letadlo do zatáčky, provede se nejdříve vychýlení ručního řízení (knipl, yoke) do daného směru, které způsobí vychýlení křidélek a tím pádem náklon letadla na danou stranu. Jenže to by samo o sobě způsobilo pouze klonění a skluz letadla po křídle, které je v nižší poloze. Jeden z důvodů, proč se tak nestane je svislá ocasní plocha, kterou při daném skluzu po křídle zasáhne z boku proud vzduchu a díky tomu, že má od těžiště dostatečné rameno způsobí vybočení ocasu z přímého směru - vně zatáčky - a tím zatočení nosu letounu dovnitř zatáčky kolem svislé osy. Pominu teď další efekty SOP a proč nemůže být nekonečně velká nebo příliš malá, proč se tam přidávají různé ploutvičky a SOP prodlužuje podél trupu, apod. Je tu ale jedno ale a to je vlastní funkce křidélek. Jak tedy fungují ? Každé z nich je vlastně křídlo samo o sobě - zvýšením nebo snížením jeho výchylky se sníží nebo zvýší úhel náběhu jeho profilu a tím dané části křídla, tím se zvětší nebo zmenší vztlak v daném místě. Výsledkem tak je zvednutí nebo klesnutí dané poloviny křídla a tak klonění celého letadla. Proto mají křidélka opačný smysl výchylky - to co se pohne vůči křídlu dolů zvýší AoA, tím vztlak, táhne křídlo nahoru a tím naklání letadlo na opačnou stranu. To křidélko co se pohne nahoru sníží AoA (nebo vytvoří záporné), sníží (vytvoří záporný) vztlak, tím táhne křídlo dolů a pomáhá v onom náklonu. Zbývá ale zmínit onen kámen úrazu - ještě jeden fenomén a to je odpor - s každým zvýšením AoA a tím vztlaku roste také odpor (základní pravidlo). A to je právě onen problém - křidélko které zvýšením vztlaku stoupá s křídlem nahoru vytváří rovněž také odpor a protože je ten odpor jen na jednom konci křídla (kde je ono křidélko) způsobuje výsledná síla zatáčení letadla podél svislé osy - ale bohužel, proti směru zatáčky (ven, odpor je na vnějším, dolů vychýleném křidélku).

3.) Způsobů jak tento problém řešit je mnoho - ten nejsnadnější je prostě nechat všechno na pilotovi, dát mu kuličku do palubovky nebo šňůrku na plexi a starej se, což je příklad většiny malých letadel. Jsou ale i mnohem lepší a příjemnější řešení.

• Diferenciální křidélka - výchylka do jednoho směru je menší než do druhého (většinou dolů méně než nahoru) a tak je zajištěn větší odpor na křidélku co je na křídle co jde dolů a tím příznivý odpor na křídle uvnitř zatáčky, který pomáhá zatáčení podél svislé osy dovnitř. Dá se říct, že většina letadel má více či méně diferencovaná křidélka, jinak by nožní řízení byla dost otrava.
• Frieseho křidélka - uchycení křidélka je řešeno tak, že osa podél které se otáčí v závěsu křídla je posunutá dál směrem k odtokové hraně křidélka a jeho náběžná hrana mé trochu upravený profil. Vpodstatě takový ekvivalent aerodynamického vyvážení používaného u výškovek. Tím se stane, že když se dané křidélko vychýlí nahoru (tzn. daná polovina křídla dolů a křidélko je tak uvnitř zatáčky), přečnívající náběžná hrana se vystrčí pod úroveň profilu křídla a způsobí tak přídavný odpor - ten příjemný, který letadlo stáčí dovnitř zatáčky. Tohle řešení využívá poměrně dost letadel, která se používají pro nějakou formu cestování (třebas třídy Piper Seneca) - protože kdo by se s těma nohama pořád otravoval že ;) Frieseho křidélka už jsou účinná natolik, že používat směrovku pro zatáčky se standardním náklonem není vůbec potřeba - kulička je buď uprostřed, nebo je její výchylka zanedbatelná.
• Použití spojlerů - narozdíl od křidélek mají jednu velkou výhodu - na polovině křídla kde sníží vztlak (rušením proudu vzduchu) zároveň přidají odpor (logicky - překážka proudu vzduchu) a tak se na této dovnitř zatáčky naklánějící polovině křídla zároveň projeví efekt zatáčení kolem svislé osy dovnitř zatáčky. Spojlery mají ještě jednu velkou výhodu - narozdíl od křidélek (zvláště těch na koncích křídla) nedochází ke kroucení křídla (když si představíte jak je omezená lokalita kde na křidélku dochází ke zvýšení vztlaku a jak to působí na zbytek křídla, bude to jasné). Toto kroucení je u velkých rychlostí už dost strukturální problém a taky proto mají velká letadla také spojlery a vnitřní křidélka a ty vnější se od určitých rychlostí (třebas při zasunutých klapkách) už vůbec nepoužívají.
• Použití různých kombinací výše uvedeného.
• Použití nějaké sofistikovanější metody, kdy se směrovka řídí automaticky podle náklonu tak, aby byla zatáčka koordinovaná - na základě výstupu z akcelerometrů apod. - v případě velkých letadel samozřejmě všechno z IRS, využívaného pro spoustu jiných věcí než jen navigaci.

4.) Abych to shrnul - u letadel s jednoduchými křidélky se nohy používat musí. U letadel s nějakou formou "vylepšených" křidélek se nohy používat nemusí podle řešení vůbec (vyjma případů z bodu 1), nebo velmi málo (platí i pro hodně malých letadel). U letadel dopravních to platí dvojnásob - použití směrovky má u vyšších rychlostí a u komplikovaných konstrukcí velmi neblahé důsledky na stabilitu a tak opět vyjma situací z bodu 1 se na pedály prostě nesahá ani náhodou. Někdy to může být i nebezpečné - viz katastrofa A310 nad NY chvíli po 9/11. Musím tak vyvrátit hodně bodů z téhle debaty - jako že nutnost použití pedálů závisí od velikosti letadla, SOP, směrovky, nebo něčeho podobného. NE, závisí pouze na metodě řešení efektu nazveného "adverse yaw", který způsobuje metoda řízení křidélky.

Jinak správná metodika provádění zatáčky je pak uvést letadlo do klonění křidélky a současně přidávat směrovku tak, aby zatáčka byla a zůstala koordinovaná, to samé platí obráceně pro její ukončení.

A na závěr k té FSce - nevím nakolik je tohle možné ovlivnit při vytváření daného modelu, ale obecně je většinou kulička a použití pedálů v FSce dost tragické - realitě velmi hodně vzdálené. Kulička lítá jak splašená, má velké spoždění, jsou potřeba příliš velké výchylky pedálů a pedály jsou většinou příliš citlivé a s velkou setrvačností. Zatím jsem popravdě u malých letadel nenašel addon, který by v tomhle byl aspoň průměrný...ale to je holt dáno spíše FSkou než jejich tvůrci.