Jak funguje hydrofoil

14. 02. 2023

Na hydrofoilu dnes už jezdí kde kdo ať už s kitem nebo wingem, ale jak ta věc vlastně funguje? Jde o křídlo podobné jako u letadla nebo kitu ale je ponořené ve vodě. Díky tomu, že je voda mnohem těžší než vzduch, stačí mnohem menší křídlo pro vytvoření dostatečného vztlaku. První hydrofoily se začaly používat už někdy před sto lety a až teď se dostaly do široké řady sportů.  Ale jak vztlak na křídle vzniká?

Vysvětlení je hned několik, ale ty nejběžnější z nich jsou nepřesná nebo nedostatečná protože nevysvětlují všechny situace, které na křídle mohou nastat.

1. Teorie stejného času - říká, že částice kapaliny proudí nad i pod křídlem stejný čas, ale protože je dráha nad křídlem delší, musí tam kapalina proudit rychleji. Rychlejší proudění pak podle Bernoulliho rovnice vytvoří nad křídlem nižší tlak a vzniká vztlaková síla na křídle. 

Tato teorie selhává hned na začátku, protože v realitě částice kapaliny pod křídlem proudí delší dobu než nad ním. Navíc tato teorie nevysvětluje vztlak na plochém křídle bez profilu ani na křídle letícím horní stranou dolů.

 

 

2. Newtonovská částicová teorie - pracuje s tím, že částice kapaliny se o křídlo odráží směrem dolů a na základě zákonu akce a reakce tak vzniká vztlaková síla. Tato teorie také není správná, protože nepočítá se vzájemnou interakcí mezi částicemi a nepopisuje vznik rozdílného tlaku nad a pod křídlem.

3. Ventouriho teorie - je založená na tom, že kapalina nad křídlem proudí po delší dráze, takže musí proudit rychleji a tím nad křídlem vzniká snížený tlak a vztlaková síla na křídle. Tato teorie ale také nevysvětluje vztlak na plochém křídle a let vzhůru nohama.

 

 

Realita je někde mezi tím. Křídlo tlačí svým náklonem kapalinu na spodní straně dolů a současně i trochu dopředu, takže ji zpomalí a na horní straně křídla vzniká vakuum, které je ale velmi rychle vyplněno okolními částicemi kapaliny, která je do prostoru nižšího tlaku "nasáta" a snaží se rovnoměrně vyplnit prostor nad křídlem. "Nasátím" nad povrch křídla je kapalina urychlena, proudí rychleji než pod křídlem a směrována dolů, takže od odtokové hrany z horní i spodní strany kapalina proudí směrem šikmo dolů.

Vztlak je následně možné dopočítat na základě rozdílných tlaků nad a pod křídlem nebo na základě toho, kolik kapaliny za křídlem proudí dolů a jak rychle. Krása fyziky je totiž v tom, že i různé cesty vedou ke stejnému výsledku, pokud jsou založeny na korektním úsudku.

 

Ponořený hydrofoil také ke správné funkci potřebuje nějaký elektronický nebo mechanický stabilizační systém, který upravuje úhel náběhu a udržuje stabilní vztlak a výšku "letu". U kiterů a wingařů tento stabilizační systém supluje sám rider, který neustále dělá korekce "letu". I proto je hydrofoil poměrně náročný na stabilitu a učení.

Aero / hydro dynamika je docela věda a navrhnout křídlo, které má takové nebo makové vlastnosti není vůbec jednoduché, když má dávat ve velkém rozptylu rychlostí konstantní vztlak, mít co nejmenší odpor a vyhnout se vzniku kavitace (vakua) nebo nasátí vzduchu na horní straně křídla.

Jak je takových vlastností dosaženo, jsem dřív popisoval tady.

Snad tento článek aspoň někomu pomůže pochopit, jak jeho vybavení funguje, protože i to je pomocníkem k rychlému progresu.

Čau, Leguán