ALPINEFOIL ACCESS 5.0 - Seřízení úhlů náběhu
Krátce po vydání mého úvodního článku o krásný hračce – AlpineFoil Access 5.0 - se v diskusi pod článkem objevil velice zajímavý dotaz mířící již do „vyšší ligy“ porozumění levitačním (= leteckým ) režimům a mechanice seřízení hydrofoilní techniky, a to dotaz na změnu úhlu náběhu křídel a jeho vlivu na chování hydrofoile.
Předem se omlouvám za styl článku, bude asi dost nečtitelnej :-(, protože, i když jsem se snažil, je opravdu těžké tuto problematiku krátce a jednoduše podchytit :-(, ale věřím, že alespoň někomu v laborování pomůže.
Nutno podotknout, že ÚHLY náběhu křídel jsou hned po jejich PROFILU tím nejdůležitejším, o co v hydrofoilích vlastně jde. Nekonečné testování a ladění správného skloubení toho pravého profilu a optimálního úhlu seřízení je to, za co si právě teď výrobci nechávají zaplatit, tzn. za VÝVOJ.
Vlastní výroba HF v dnešní době pokročilých materiálů, lepidel, počítačových programů a obráběcích strojů není až zas taková věda, ale právě to naladění „věda“ je. Aerodynamika ( hydrodynamika ) je (krásná) věda, kde teoreticky, počítačově, virtuálně atd. můžete témeř vše nasimulovat, ale reálný „hmotný“ produkt pohybující se ve vodě je potom vždy něco řekněme „malinko jinýho“… :-). Navíc voda je řádově 800x hustší než vzduch, čili i naprosto minimální změny mají obrovský vliv ( navíc při rychlostech 40-50 km/h !... )
Teorie problematiky úhlů náběhu křídel by si vyžádala několikastránkový elaborát pohybující se na pomezí fyziky a matematiky a zcela jistě by ho většina z Vás ani nedočetla :-). Proto se pokusím sepsat nejzákladnější principy - a tady předesílám, že v důsledku zjednodušení ( což není v tomto případě úplně snadná věc teda ... ) budou některé parametry opravdu popsány nepřesně – znalci celé problematiky prosím odpustí.
Přesné definice čehokoli lze najít kdykoli na wikipedii nebo podobně. Já se pokusím o „lidské“ podání tak, aby to každému, kdo chce levitovat bylo jasné a nemusel kvůli tomu navštěvovat fakultu leteckýho inženýrství :-).
Použiju zde jen jedinou, tu nejobecnější, definici základního pojmu tohoto článku - a to ÚHLU NÁBĚHU, zbytek již jen lidsky a prakticky:
Úhel náběhu ( Angle of Attack ) je označení úhlu, který svírá vektor nabíhajícího proudu vzduchu s referenční přímkou tělesa ( nejčastěji tětivou profilu ). Úhel náběhu křídla má vliv na součinitel vztlaku , a tím i na výslednou vztlakovou sílu.
Již z definice je jasný, že se budem pohybovat kolem některých slovních spojení, o kterých 90% kajterstva nemá ani tušení … jak už jsem předeslal je to problematika VELICE ŠIROKÁ a hlavně KOMPLEXNÍ ( viz obrázek ).
Takže jak to vlastně teda je ?
ZVĚTŠOVÁNÍM úhlu náběhu profilu křídla dochází ke zvětšování součinitele vztlaku.
Tato závislost není lineární a navíc trvá jen do doby překročení kritického úhlu náběhu, kdy se proudnice vzduchu ( nebo vody ) utrhnou a vše funguje zcela jinak ( z našeho laického pohledu: prostě nefunguje :-) ). Další nepříjemnou a celou záležitost zesložiťující věcí je, že v závislosti na úhlu náběhu ROSTE I ODPOR!
Aby toho nebylo málo… vše je samozřejmě „propojeno“ s rychlostí pohybu ( koeficient sice neroste – je to bezrozměrná veličina, ale reálný vztlak na HF samozřejmě ano )…. Čímž se v teoretických modelech dostáváme někam k diferenciálnímu a integrálnímu počtu :-(…
Další „lahůdkou“ je například problém KAVITACE ( pokles teploty bodu varu kapaliny v důsledku extrémního snížení tlaku ) , ale to už jsem opravdu zcela jinde, než jsem chtěl původně být…:-(
V praxi to znamená postupný ladění MALÝCH ZMĚN a TESTOVÁNÍ jejich vlivu.
Obecně a zjednodušeně:
Zvetšováním úhlu náběhu na HF snižujeme její rychlost, zvyšuje vztlak a stabilitu, ale zároveň zvyšujeme odpor.
Snižováním úhlu náběhu na HF zvyšujeme její rychlost, snižuje vztlak a stabilitu ( k tomu viz poznámka 2 dole ), a zároveň snižujeme odpor.
Poznámka 1: pozitiv na hlavním křídle má ( téměř ) stejný efekt jako negativ na VOP ( Vodorovná Ocasní Plocha = výškovka= zadní křídlo )
Poznámka 2: Stabilitou budiž v tomto smyslu rozuměna schopnost jakési autostabilizace dané konfigurace, tzn. jak moc nebo jak „rádo“ nebo jak snadno ( nevim přesně jak to říct :-) ) se to rádoby SAMO vrací do neutrální polohy ( po zásahu, který to z oné rovnovážné polohy dostane ven ). Čili stabilitou rozumíme vlastnost hydrofoile při DANÉ!!! rychlosti. Toto velice úzce souvisí s polohou těžiště a tzv. neutrálního bodu , což je ale nad rámec tohoto článku.
Co z toho tedy plyne? HF , která je seřízena na velký uhel náběhu bude „vztlakovat“ dříve ( tzn. při menší rychlosti ) a bude stabilnější ( myšleno dle definice v bodě 2 ). HF seřízena co nejblíže uhlu seřízení NULA bude nejrychlejší, nejméně stabilní dle bodu poznámky 2 – o to více ale stabilní rychlostně ( dynamicky) – o tom viz prosím dále. HF seřízená „pod neutrálni seřízení“ patrně nebude fungovat vůbec a to ať už z důvodu záporného vztlaku tak i instability.
Dynamická stabilita – Paradox bicyklu
Poslední dobou téměř při každodenních :-) rozhovorech s kiterama, kteří se o HF zajímají se vždy snažím o nějaký příměr pro lepší pochopení a představu. Pro pochopení dynamické stability jsem vymyslel něco, čemu říkám PARADOX BICYKLU :-) : když se děti učí na kole, tak jim dělá problém udržet stabilitu - stejný problém máme i my ( „dospělí“ jedinci :-) ) na hydrofoili. Paradoxem je to, že udržet stabilitu je tím težší, čim NIŽŠÍ je rychlost kola !!! ( u nás HF ).
Děti se mnohem lépe ( snadněji ) na kole naučí, když je šoupnete z malýho kopečku, kde jim to pofrčí, než na rovině, kde jim to bude „babočkovat“ někde u pádový rychlosti ( což je rychlost kdy „letadlo“ přestává letět ). Stejný je to i v případě , kdy se učíme jezdit na kole „bez držení“.
Je to o tom, že ze začátku jak děti tak i my, neznáme ten nový „prostor“ a té rychlosti se bojíme, ale ono to v malé rychlosti ani ovládat v podstatě nejde ( pohybujeme se totiž blízko oné pádové rychlosti, což je ale režim velice specifický ). Na vyšší rychlosti navíc musí být zásahy správně načasované ( timing ) a přesné, což není vůbec jednoduché. Ale vlastní celková stabilita je na vyšší rychlosti obecně vyšší.
V našem případě se hydrofoili na vyšší rychlosti „zamkne“ hlavní křídlo proti VOP a proto bude mnohem více předo - zadně ( tím pádem i výškově !!! ) stabilní.
Obtékáním vlastní foile - což je vlastně flosna se symetrickým ( nenosným ) profilem a plní to i stejnou funkci – mimo jiné… se HF „zamkne“ také i SMĚROVĚ.
Tomuhle jsem začal říkat „dynamická stabilita HF“ – na rozdíl od stability jako takové popsané v poznámce 2. Dynamická stabilita je stabilita v důsledku rychlosti ( ne v důsledku vlastního seřízení křídel ). Z konstrukčního hlediska je dynamická stabilita tím větší ( což v překladu znamená to, že začne fungovat při nižší rychlosti ), čím je VZDÁLENOST ( délka trupu) mezi hlavním křídlem a VOP větší.
Až to budete na HF zkoušet, tak myslím, že si na příměr se začátky na kole opravdu vzpomenete :-). Jen na tom kole ty vodřený kolena opět „paradoxně“ bolely míň než teď ty huby v našem věku z HF do vody !!! :-) :-) :-).
Měnit úhly náběhu je možno v podstatě na jakékoli HF, která má křídla ( nebo alespoň jedno z nich ) přidělané na trupu šroubama a ne napevno přilepené.
Konkrétně AlpineFoil ( jako jediný! ze všech typů HF, které jsem měl možnost vidět ) v balení dodává sadu 8mi plastových podložek ( 4+4 ) s popisem úhlů. Jejich vzájemnou kombinací vzniká neuvěřitelná VARIABILITA možnosti nastavení tohoto kompletu ( 4x4 = 16 možností ).
Jedná se o 4 přední a 4 zadní podložky měnící úhel náběhu křídel ( a zároveň sloužící jako izolanty mezi carbonovýma křídlama a hliníkovým trupem ). Podložky jsou naúhlované : +0 …+0,7…+1,1…+1,5 stupně. Podložky jsou JEDNOSMĚRNÉ ( naznačeno šipkami ) a úplně všechny jsou dělány tak, že ZVĚTŠUJÍ úhel náběhu. Pro vysvětlení: pokud použiju vepředu NULA a v zadu NULA, je HF na nejmenším možném úhlu náběhu = tzn. NEJRYCHLEJŠÍ SET-UP.. To však neznamená, že její reálný uhel náběhu je NULA !!! Základní set-up totiž už má konstrukčně jistý ( malý ) úhel nutný k funkci ( podložkami tento úhel pouze zvyšujeme ).
Pro první starty je vhodné zvolit nějakou kompromisní variantu např. hlavní křídlo +1,1 a VOP +0,7 ( vyzkoušeno – velice příjemný set-up). Samozřejme, že je možné začít na +1,5 vpředu i +1,5 vzadu = do pomala, ale to vás přestane brzo bavit ( je to moc „ babočkoidní“ ).
HF seřízená do většího úhlu náběhu pojede „dole“ ( rychlostně ) dřív, ale nebude se jí chtít moc do rychlosti. HF seřízená blíže k nule, pojede sice o něco později, ale půjde snadno a ráda do rychlosti.
Technická poznámka: označení plastových podložek PLUS na VOP je z leteckého pohledu hoooodně matoucí, protože to reálně znamená NEGATIVNÍ úhel VOP! . Damian asi chtěl celou situaci běžné populaci „zjednodušit“ a PLUSEM ( ať už na hlavním křídle nebo na VOP !!! ) prostě vždy myslí ZVĚTŠENÍ úhlu náběhu HF !!! ( mě to teda dost nepříjemně kroutí mozek :-( )
Změna úhlu křídel trochu reálně rozhazuje ( ale ještě mnohem více „pocitově“! ) hydrodynamický těžiště vztlaku hydrofoile. Proto je vhodné ( někdy nutné ) současně se změnou úhlu posouvat i umístěni strapů.
Oběcně platí, že se zvětšováním úhlu náběhu se musí poutka posouvat dopředu boardu. Pro HF, které místo posuvných poutek mají poutka „pevná“ , ale zato možnost posunu nohy v „kolejničkách“, to znamená posun nohy k zádi boardu ). Všichni jezdíme na různě težkých a hlavně různě dlouhých ( = páka) HF boardech. To taky hraje trochu svoji roli od které tady ale abstrahuju.
Jak se dalo čekat: na trhu se postupně objevuje poměrně velké množství jak profesionálních tak „domádo“ hydrofoilí. Liší se téměř úplně vším: tvary, profily, materiálem, velikostí a taky samozřejmě úhly náběhu. Je to taková trochu alchymie, ale o to je to krásnější a zajímavější. Podle toho, co jsem měl zatím možnost projet, porovnat a prodiskutovat je nejzásadnější rozdíl mezi „domádo“ HF a profi HF v jakési „přesvědčivosti“ stability, ale ( A TO HLAVNĚ ) v pocitu JEMNOSTI letu - o což hlavně jde.
Protože domácí HF zatím ještě nemají tak dokonalé tvary ( z důvodu výroby na pozitivní formy, místo negativních ) mají větší odpor a tzv. „DRHNOU“ ( kdo to někdy jel - tak ví o čem mluvím :-) ). Čím lepší zpracování, čím menší odpor - tím krásnější let ! :-). AlpineFoil (dle zkušenosti více kiterů), patří mezi extrajemnou třídu letu!
Podobný článek jako tento o úhlech náběhu by se samozřejmě dal ( a měl ! ) napsat o vlivu LOMENÍ křídel. Ale to raději až zase příště …:-).
Přeju všem správně naladěný ÚHEL !!!
Good Wind
Já. ( každý ví :-) )
