Prutové výztuhy v konstrukci paraglidingových křídel

Nová koncepce křídel

Koncepty konstrukce nových křídel často využívají technologii prutu (rod),  jako výztuhu  tvaru náběžné hrany profilu. Výrobci slibují větší stabilitu, zvýšené výkony a sníženou hmotnost. To vše díky použití těchto prutových výztuh,  které navíc snižují výrobní náklady a dovolují posouvat hranice výkonnosti. Jde pouze o sliby? Jak se použití prutů ve skutečnosti projevuje? Ve volně přeloženém článku DHV - Plastic rods zjistíte více...
Zajímavá konstrukce náběžné hrany u Ozone Mantra

Není výztuha jako výztuha!

V praxi jsou na plastové pruty používány nejrůznější materiály:

·         Nylon (PA6.6)
·         PVC
·         ABS
·         Laminát

Nejlevnější variantou jsou pruty  z PVC a Nylonu (pruty jsou velmi ohebné, podobně struně do sekačky). Jejich použití je finančně výhodnější pro výrobce, oproti klasickým výztuhám z Mylaru a Dacronu. Kladnou stránkou použití těchto výztuh je snížení hmotnosti křídla. Tuhost prutů závisí na průměru a použitém materiálu. Klasické výztuhy mohou být nahrazeny pruty takovým  způsobem,  který nezmění  bezpečnostní klasifikaci ani letovou charakteristiku kluzáku. Výsledkem takové konstrukce  je křídlo o něco lehčí, s nižšími výrobními náklady. Navíc takové křídlo může být marketingově  presentováno jako inovativní konstrukční novinka.

Použití tužších výztuh mění letové vlastnosti křídla a také to jak reaguje na turbulenci – potah je více napnutý a tvar náběžné hrany se stává pevnějším. Pokud kluzák rozložíme,  jednotlivé otvory jsou podepřeny a jsou otevřené – díky tomu je nafukování křídla na startu jednodušší. Křídlo této konstrukce se také rychleji regeneruje po kolapsu v turbulenci. Díky dokonalejšímu dodržení aerodynamického tvaru křídla a přesnějšímu tvaru profilu  se také zlepšuje výkon křídla.

Moderní konstrukce přinášejí mnohé, jak daleko se dokáže posunout vývoj křídel?


Při vývoji akro kluzáku  Nikita 3 bylo zjištěno, že použitím prutů jsou redukovány závleky při kolapsech. K dispozici byly dva prototypy. Jeden s prutovou konstrukcí a druhý s výztuhami z mylaru. V tomto případě testy jednoznačně prokázaly zvýšenou bezpečnost při použití prutů. Jedním z možných vysvětlení pro toto chování, podstata k regenerace křídla. Jak se ukázalo křídlo se neregeneruje primárně vlivem vnitřnímu tlaku, ale hlavně díky vztlaku která je generován  na horním potahu v místě kolapsu. Kluzáky,  které nemají crossporty otevřené, se regenerovali pouze zanedbatelným zpožděním, což tuto doměnku potvrzuje.

V místě shrnutí křídla, se vyklenutí profilu zvětšuje, což vede ke snížení tlaku vzduchu na horní straně potahu. Podtlaková síla, regeneruje zhroucené komory do původního tvaru. Vzniká řetězová reakce, jejíž výsledkem je regenerace křídla. U křídel s prutem se tato vlastnost projevuje výrazněji a reakce je rychlejší. Pruty pomáhají udržet aerodynamickou strukturu lépe než Mylar, který se může přehnout a nevytvoří tak potřebné vyklenutí profilu.

Lze tvrdit že použití prutů pozitivně ovlivňuje konstrukci křídla – snižuje jeho hmotnost, zvyšuje výkon a zlepšuje regenerační schopnosti křílda po kolapsu.

Druhá strana mince

Za téměř dvacet let vývoje padákových kluzáků se velikost a podoba výztuh náběžné hrany standardizovala.
Těžko bychom na trhu hledali křídlo s většími výztuhami než je obvyklé. Optimální velikost výztuhy je výsledkem dlouhodobých zkoušek a testování. Poskytuje vyvážený kompromis mezi bezpečnostními a výkonnostními vlastnostmi křídla a jeho hmotností.

Na konstrukci křídla je velmi důležitým parametrem místo upevnění A-řady. Čím více je A-řada umístěna vzadu, tím lépe kluzák toleruje turbulentní proudění. Konstrukce tak lépe tlumí prudké změny v proudění. Na druhou stranu, umístění A-šnůr nesmí být příliš vzadu, jelikož od určitého bodu by podpora náběžné hrany nebyla dostatečná k udržení tvaru profilu náběžné hrany.

Použitím prutů je možné posunout bod uchycení ještě více vzad. To přináší zvýšení výkonu, navíc díky redukované vzdálenosti mezi jednotlivými body uchycení je možné zkonstruovat křídla se třemi nebo dokonce dvěma nosmými řadami! Ještě k tomu je navíc možné použít výkonnostní profily. Problémy se stabilitou těchto profilů mohou být kompenzovány různým umístěním bodů uchycení řad (poutek), tuhostí prutů a vnitřním tlakem. Profily s velkým prohnutím ke spodnímu potahu jsou typickým příkladem těchto aplikací v nových konceptech křídel. Jsou velmi tolerantní ke změnám úhlu náběhu, mají lepší výkon a a presentují se pilotovi větší stabilitou. Tato stabilita je ovšem zdánlivá a má své meze. Jakmile kluzák přejde do nestandartního režimu – symetrický či asymetrický kolaps, veškerá dynamika se násobí,. V porovnání s kluzáky klasické konstrukce je odezva křídla  hrubější a  nevyzpytatelná.

Dalším problémem použití prutů je problémové testování. Způsobit kolaps vyžaduje o mnoho vice sil a jen stěží můžeme říct, že by takto navozený krizový stav simuloval reálnou situaci která může nastat vlivem turbulence. Nepomáhají tomu ani přídavné šňůry, pomocí kterých  jsou kolapsy vyvolávány.
Náčrtek umístění přední řady
Vyhrocený design křídel, honba za výkonem
Uchycení přední A řady musí být na takovém místě, aby byl kluzák stále schopen startu – pokud bude příliš vzadu, nebude křídlo startovat do letové polohy za slabého větru. Obecně se poloha bodu vybírá tak ,aby bylo možné křídlo pohodlně zvednout. V závislosti na tuhosti použitých výztuh, může být poloha velmi daleko od náběžné hrany. To vyžaduje adekvátně dlouhé pruty ve spodním potahu. Pokud jsou odpovídajícím způsobem konstruovány i výztuhy horního potahu, celková tuhost celku se stává téměř dvojnásobná! Potah je v takovém případě napnutý jako potah na bubnu. V honbě za výkonem  takto vyhrocený design umožňuje vyrobit křídlo, jehož přední čtvrtina, nebo dokonce třetina profile je pevná a napnutá téměř jako je tomu u klasických typů závěsných kluzáků . Závěsným kluzákům, ale turbulence nepřivodí kolaps!
Revoluční Ozone performace bbhpp
Tuhá konstrukce křídla je problematická právě při kolapsu. (ten dříve či později vlivem dostatečně velkého turbulentního impulzu nastane) Kolaps způsobí přehnutí křídla až za hranou výztuh a vytváří se při něm ostrá hrana v místě zlomu. Ta neumožňuje křídlu vytvořit prohnutý tvar profilu, který jak bylo výše zmíněno je primárním podnětem k regeneraci. Toto chování prodlužuje či přímo zamezuje regeneraci křídla, nehledě na to, že takto deformovaná část křídla generuje obrovský čelní odpor. Výsledkem jsou masivní kyvy křídla do velkých úhlů ve všech letových osách. Toto chování je ještě více  umocněno, čím vice jsou přední poutka posunuta vzad. Jakýkoliv kolaps je potom velmi náročný na opětovné uvedení křídla do letové polohy. Dynamika takového systému ve spojení se speed systémem může být velmi nebezpečná. 

Technologie prutových výztuh může jít ještě dale – umístěním výztuh mezi úchytné body B a C řad. To slouží k lepšímu rozložení zatížení a ve výsledku je možné použít méně šňůr pro celkové vyvázání. Existuje několik variant – přímé pruty, které jsou sešity do okraje komor horního potahu. Nebo oblouky které jsou fixovány do stěn komor. Společně se spodní střední řadou poutek tvoří 3 opěrné body, které distribuují zátěž.

Otázkou zůstává, zda je opravdu potřeba mít super výkonná křídla. Přinese nám to uspokojení a úspěch při létání? Výkon je důležitý pouze pokud se s někým porovnáváme. V soutěžích a online contestech. 

Křídla s velkou štíhlostí, řízena aktivně, zkušenými piloty, mohou mít problémy jen  výjimečně. To vše díky zkušenostem, aktivní pilotáži a rozsahem řízení takových kluzáků. Větší štíhlost křídla je v takovém případě přínosem, řízení je většinou účinnější. Tím se stávají účinnější i korektivní zásahy, které nám pomáhají udržet křídlo v letové poloze, bez zkolapsu. 

Nesmíme zapomenout, pasivní létání, ztráta koncentrace v silné turbulenci dříve či později přivodí kolaps jakéhokoliv křídla. Není tajemstvím, že velká většina náhlých kolapsů na high-AR křídlech končí kritickou situací (dle  statistik 75%). Celková statistika je příznivá hlavně díky pilotům, kteří dokážou svoje křídla v turbulentním vzduchu zkrotit.

 
Závěrem:
Prutové výztuhy přinášejí výhody i nevýhody. Pokud jsou použity s rozmyslem, přinesou pilotům zlepšení. Na druhou stranu, jejich vyhraněné použití pro zvýšení výkonu přináší mnoho úskalí:
  • Nevyzpytatelné situace vznikající při reálných kolapsech.  Argumentace „tyhle křídla už nekolapsují“ je nesmyslná. Co se stane až se křídlo do kritické situace dostane? Bude pilot schopen ji vyřešit?
  • Možné degradace způsobené permanentním ohybem či dokonce zlomením výztuhy
  • Možné nebezpečí v deep stallu – křídlo s nízkou porozitou vyhrocené konstrukce může rychleji ztrácet své počáteční vlastnosti
  • O něco složitější balení a přeprava křídla s pevnými částmi
  • Dále určitě stojí za uvedení pevnostní problémy,  spojené jak se samotnou konstrukcí křídla tak namáháním šňůr. Ty, včetně úchytných bodů jsou po redukci výrazně více namáhány a místa mohou být více namáhána.
Zdroje:
Okomentovat