Blériot - druhá část

02.09.2018

Dnes budeme pokračovat v našem vyprávění o replice stroje Blériot, který se ve Dvoře Králové nad Labem po 106-ti letech pokusil pokořit smůlu, která provázela 2 nezdařené pokusy Ing. Jana Kašpara v roce 1911 a popíšeme si jeho další části. 

Křídlo

Při pohledu na křídlo shora se toto jeví jako poměrně solidní obdélník se zakulacenými konci. O štíhlosti tu nemůže být ani řeč (jedná se spíše o aerodynamickou "plnoštíhlost"). Při pohledu z boku vidíme, že profil křídla je výrazně tenčí než profily soudobých letadel a střední křivka je silně prohnutá. Aerodynamicky je to taková zahnutá žiletka. Z toho vyplývá, že proud vzduchu se kolem takového křídla bude silně stáčet směrem dolů, bude vyvozovat vysoký vztlak při nízké rychlosti - v podstatě se jedná o aerodynamiku lopatek stolního ventilátoru. Penalizací za vysoké prohnutí bude i vysoký odpor celé konfigurace, se kterým se musí vyrovnat pohonná jednotka. Úhel seřízení (tj. úhlel, který svírá křídlo vůči vodorovné ocasní ploše) je mnohem větší a tedy také mimo soudobé zvyklosti a slouží k udržení úhlu náběhu na křídle. 

Celá souprava se tedy bude vzduchem pohybovat pomalu a namáhavě, protože jsou tu velké ztráty na odporech a aby se to celé "uneslo" bude třeba letět na úhlu, který poskytuje kompromis mezi co největším součinitelem vztlaku a rozumnou velikostí odporu (čím větší úhel náběhu, tím větší odpor). To se jednoduše řekne, ale obtížně provede. "Plete" se nám do toho totiž spousta vlivů. Vedle zásahů pilota do řízení je to vliv termických proudů a turbulence, které mohou úhel náběhu v mžiku posunout ke kritickým mezím.

Každý začínající pilot ví, že např. mezi úhlem pro maximální součinitel vztlaku a kritickým úhlem náběhu, který znamená neodvratný pád (tj. režim, kdy to proudění na křídle prostě "odpíská", a letoun už nenese), může být u soudobých letadel zatraceně malý prostor, a je to jako balancovat na ostří nože. U Blériota je aerodynamická situace ještě mnohem "drsnější" jak si povíme dále.

Trocha aerodynamiky

Jak jsme si již uvedli, profil křídla Blériotu je velmi tenký, prohnutý s ostrou náběžnou hranou. Ano teď se rozblikaly výstražné kontrolky skalních aerodynamiků. Křídlo s takovým profilem je totiž velmi náchylné na fenomén zvaný "náhlé odtržení proudění" - anglicky "abrupt stall". Není to nic neznámého a neobvyklého. Tento problém se řešil např. i u moderních stíhaček F-18 E/F za pomoci tunelových měření a výpočetní aerodynamiky a následně pokročilou mechanizací křídla. Ani jedno z toho však kostruktéři v éře Blériota neměli a snažili se vytvořit křídlo velmi podobné tomu ptačímu ... bohužel se všemi nectnostmi z toho plynoucími. 

Jak to v praxi vypadá si uvedeme na následujících obrázcích:

Klasický profil - na obrázku vlevo - nemá tak výrazné prohnutí a vztlak na něm vzniká tak, že vzduch má podél horní strany delší dráhu, tedy se musí urychlit a tím se sníží místní statický tlak, což promítnuto do plochy křídla, vytvoří vztlakovou sílu.

Za předpokladu konstantní plochy křídla a konstantní rychlosti proudění (rychlost letu) vidíme na grafu vlevo, že při různém úhlu náběhu (= úhel pod kterým nabíhá proud vzduchu na křídlo) vyneseném na vodorovné ose, je různý vztlak resp. koeficient vztlaku CL (svislá osa). V určitém rozmezí platí, že čím vyšší úhel náběhu, tím vyšší vztlak. Existuje tu i úhel, při kterém je vztlak maximální a lze i vyčíst, že při dalším zvyšování úhlu náběhu již dochází vlivem postupného odtrhávání proudění, které postupuje od odtokové hrany křídla podél horní strany směrem dopředu k náběžné hraně, ke snižování vztlaku končícího úplným odtržením a pádem (tam graf a mnohdy i letec, končí). 

Pilot toto vnímá tak, že na křídle vznikanjící víry přicházející na výškové kormidlo způsobují vibrace v řízení a říkáme, že takový letoun varuje před pádem. Stačí povolit řídící páku, na vztlakové čáře se posuneme více vlevo, proudění se opět přimkne a vibrace ustanou. Takto se chová "slušně vychované" letadlo.

Profil Blériota má ostrou náběžnou hranu, která ovlivňuje proudění kolem profilu křídla tak, že oblast místního odtržení se začíná tvořit hned za náběžnou hranou - viz. sada snímků vpravo - jako jakási bublina. Stačí jen málo a původní bublina se velice rychle rozšíří na celou horní plochu křídla. Navíc, podíváme-li se na průběh klopivého momentu CM (to je ten graf úplně dole), vidíme, že dojde k prudkému - až skokovému - snížení, tj. jakoby neviditelná síla sklopila nos letounu dolů k zemi. Vše se děje velice rychle a prakticky bez předchozího varování. 

Navíc většinou eroplán "neupadne" souměrně (tj. obě křídla najednou), ale vždy jen jedno křídlo, takže se ke klopení přidá i otáčení kolem podélné osy stroje. Je nutno nejprve zastavit otáčení a pak vybírat střemhlavý let. Pokud by k takové situaci došlo v malé výšce, pilot by neměl dostatek prostoru na vybrání. V tom tkví nebezpečnost létání s Blériotem. Je nepřípustné ho tzv. "utrápit" na rychlosti. Vše se zkrátka musí létat "na kvaltu" a i tak jest třeba čekat "podraz" každým okamžikem.

Soudobá letadla mají na řízení proudění kolem křídla vyvinuty účinné prostředky, ale Blériot o takových věcech tehdy vůbec neměl ani tušení. Vše bylo objeveno a vyzkoumáno až daleko, daleko později.

Konstrukční řešení křídla

Konstrukce křídla je celodřevěná (2 hlavní nosníky a několik pomocných), potažená plátnem. Oproti původní předloze bylo použito plátno umělé - tzv. ceconite - které je pevnější než bavlna, vypíná se teplem (žehličkou), má větší provozní odolnost a nepodléhá vlivům vlhkosti (při namočení se neprověšuje). Celé křídlo je na krut velmi poddajné - o torzní tuhosti prakticky nelze hovořit - a proto celou tuhost a stabilitu zajišťuje soustava výztužných lan. 

Toho, že je křídlo torzně měkké, jest využito pro příčné řízení. Jelikož v té době ještě křidélka neexistovala, bylo příčné řízení konstrukčně zajištěno nakrucováním celého křídla.

Prakticky to znamená, že pilot za letu musí být s příčným řízením velmi opatrný, protože pokud by při vlétnutí do poryvu zareagoval řídicí pákou jak je zvyklý ze současných strojů, tak vlivem zkroucení křídla by došlo k okamžitému překročení kritického úhlu náběhu a jelikož takové křídlo nemá vztlak, celý stroj by se výrazně prosedl, či přímo zřítil z oblohy. Z tohoto důvodu se "křidélka" - tedy příčné řízení - u tohoto stroje za letu příliš nepoužívájí.

Křídlo je k trupu připevněno pomocí dvojice dřevěných čepů v oblasti nosníků, které zapadají do jamek v trupu. Aby vlivem aerodynamických sil za letu neupadlo, o to se stará soustava lan, která celou tu "parádu" drží pohromadě.

Lana

U lan se zastavíme. De-facto, kdyby nebylo lan, tak by se jednotlivé části aeroplánu - byť dobře slepené - za provozu rozpadly. Lana jsou použita v trupu na křížové "zavětrování" jednotlivých polí příhradové konstrukce. Lana drží soustavu podvozku, aby sice umožňovala vybočení kol hlavního podvozku, ale vždy současně a shodným směrem. Lana drží křídla u trupu a spolu s kozlíky (šibenicemi), které vystupují nad a pod trup zajišťují potřebnou tuhost křídla na ohyb. Uchycení lan v křídle je vždy na horní i spodní straně proti sobě, takže si křídlo nemůže samovolně prokmitnout ani nahoru, ani dolu. To je velmi důležité a proto má každé lano napínák, který umožní dopnout příslušné lano do patřičného předpětí. Je na snadě, že při skládání tohoto létacího aparátu je to o tom dát k sobě ty správné konce napínáků, dopnout je do správného předpětí a zajistit vázacím drátem.

Řízení

ovládání tohoto stroje je z pohledu pilota podobné soudobým letadlům - od pedálů nožního řízení se tahnou lanka k plovoucí směrovce. 

Podélné řízení je realizováno pomocí řídící páky a opět pomocí lanek převedeno na vodorovnou tyč, která prochází pevnou částí výškového kormidla, na jejíž každý konec se nasazují pohyblivé - plovoucí části výškovky. 

Nejzajímavější je příčné řízení. Jak již bylo uvedeno dříve, křídlo se nakrucuje celé. Pozornému čtenáři neunikne, že křídlo jest drženo soustavou lan, které tvoří dvě skupiny. Ta první jest připevněna k přední části kozlíku (to je taková ta "šibenice" vystupující nad trup) před pilotem a vždy 3 a 3 lana jsou podél rozpětí připevněna k hlavnímu nosníku křídla, který je poměrně blízko náběžné hrany. V místě vetknutí lana do křídla je zespodu připevněné další lano, které prochází na spodní  krajní část podvozkového rámu. To máme tedy horní kozlík - křídlo - podvozkový rám. A to jak na levém tak i pravém křídle a máme uzavřený silový okruh. Délka těchto lan je neměnná a lana jsou na pevno. Tím máme křídlo upevněno v oblasti hlavního nosníku ve 3 bodech podél rozpětí na každé straně. 

"Nojo, ale co ten zbytek?", řeknete si. Ano máme tu i odtokovou část křídla, kterou nám zatím nic nedrží a jak víme křídlo je torzně měkké, takže by bylo záhodno tam mít i nějakou druhou sadu lan. A ona tam také je. Shora připevněna k zadní části horního kozlíku, "chycená" k pomocnému nosníku a vespod pod trupen procházející na spodní kozlík. Opět uzavřený silový okruh. Je tu ovšem jeden rozdíl. Lana v kozlících nejsou na pevno - jen jimi procházejí přes kladky, které zajišťují oporu, ale zároveň dávají průchod silám ve směru oněch lan. Pokud tedy na konci jednoho křídla zkroutíme odtokovou hranu směrem nahoru, na druhém konci křídla jde odtoková hrana dolů, a opačně. Teď již jen zbývá v oblasti spodního kozlíku připojit jednu dvojici lan (tu, která vede k nejvzdálenějšímu konci křídla) ke svislé části vahadla tvaru otočeného T, a od jeho vodorovné části pak vést lanka nahoru k řídicí páce, a máme příčné řízení ovládané pilotem.

Pro všechna kormidla platí zásada: pomalu a s rozmyslem. Velké výchylky zpravidla nekončí dobře.

pozn: všimněte si na dobových snímcích, že se technické řešení (zejména horního) kozlíku (šibenice) liší. Některé konstrukce mají lana svedena do jednoho bodu, některé do dvou (jako ve výše popisovaném případě).


konec druhé části - dokončení příště


Chtěli byste se dozvědět více o Ing. Janu Kašparovi a jeho pokusech o veřejný vzlet ve Dvoře Králové nad Labem?

Zajímalo by Vás, co vše bylo třeba tenkrát v roce 1911 zajistit a jaká povolení a kdo musel vydat? Kdo se musel za celou akci zaručit a finančně ji zaštítit?  

Podařilo se nám dát dohromady kompletní soubor dobových dokumentů, dopisů a protokolů (s příslušnými razítky a kolky), které se k těmto událostem vztahují. Dozvídáme se z nich ty nejpodrobnější informace ohledně plánovaných leteckých produkcí Ing. Kašpara na královédvorsku (a třeba i to, že i C.K. úředník je jen člověk chybující). 

Pokud byste si je rádi prostudovali, máme pro Vás dobrou zprávu: tento soubor tvoří jednu z kapitol knihy "Létání na Královédvorsku", která vyšla loni na podzim a je k dostání buď přímo u autora, nebo v městském informačním centru na náměstí u radnice či v knihkupectví U Veselých ve Dvoře Králové nad Labem.