και πως επηρεάζει την άντωση του αερομοντέλλου
Οι περισσότεροι παλιοί αερομοντελιστές γνωρίζουν ασφαλώς τι είναι ο συντελεστής άντωσης. Ακόμα όμως και θεωρητικά να μην το γνωρίζουν, με μια ματιά μόνο που θα ρίξουν σε ένα μοντέλλο και την πτέρυγα του, γνωρίζουν ακριβώς την πτητική συμπεριφορά του: αν θα είναι ένα μοντέλλο γρήγορο ή αργό, αν θα είναι ευέλικτο, αν θα είναι εύκολο στην πτήση ή ασταθές, πως θα έρχεται για προσγείωση κλπ.
Όμως δεν θα ήταν κακό και οι παλιοί να ξαναθυμηθούν αυτά που ήδη γνωρίζουν, ενώ οι καινούργιοι φίλοι μας θα έχουν την ευκαιρία να μάθουν ορισμένα πράγματα που θα τους βοηθήσουν αργότερα να μάθουν σπουδαιότερες -και πιο κρίσιμες- έννοιες, όπως π.χ. το washout μιας πτέρυγας. Για να κατανοήσουν αυτά τα κάπως πιο προχωρημένα θέματα, είναι απαραίτητο πρώτα να εξοικειωθούν με τις βασικές έννοιες.
Το πόσο αποτελεσματική είναι μια πτέρυγα στην δημιουργία άντωσης, εξαρτάται -μεταξύ άλλων- και από την μορφή της αεροτομής της, το πόσο "παχιά" είναι, τι καμπυλότητα έχει και από την γωνία προσβολής, την δεδομένη στιγμή. Την επήρεια όλων αυτών των παραγόντων η αεροδυναμική - για λόγους ευκολίας- τα έχει ενσωματώσει στον συντελεστή άντωσης CL.
Μια μικρή παρένθεση: Μην μπερδεύετε την γωνία προσβολής ενός αεροπλάνου (ή μοντέλλου), με την γωνία πρόσπτωσης. Η γωνία προσβολής είναι η γωνία που σχηματίζει η χορδή της αεροτομής -την δεδομένη στιγμή- με την κατεύθυνση πτήσεως του αερομοντέλλου (την κατεύθυνση του σχετικού ανέμου).
Η γωνία πρόσπτωσης είναι η θεωρητική γωνία που σχηματίζει ο -υποτιθέμενος-διαμήκης άξονας της ατράκτου με την χορδή της αεροτομής. Δείτε στην παρακάτω εικόνα πως ορίζεται η γωνία πρόπτωσης.
Ο διαμήκης άξονας της ατράκτου συνήθως είναι παράλληλος με το οριζόντιο σταθερό ουραίο, όχι πάντα όμως. Π.χ. στο FOKKER DR1 TRIPLANE αυτό δεν ίσχυε. Η ιδιότητα αυτή, δηλαδή η (συνήθης) παραλληλότητα του οριζόντιου σταθερού με τον διαμήκη άξονα, μας βοηθά να προσδιορίζουμε την γωνία πρόσπτωσης και να επεμβαίνουμε σε αυτήν, αν χρειάζεται. Το πως μπορεί να γίνει αυτό, θα το εξηγήσουμε σε ένα επόμενο άρθρο.
Η γωνία προσβολής δεν είναι σταθερή και εξαρτάται από την κίνηση του μοντέλλου μας. Π.χ. εάν δώσουμε ELEVATOR-UP, το μοντέλλο παίρνει κλίση προς τα επάνω και η γωνία προσβολής αυξάνεται.
Ο συντελεστής άντωσης CL συνήθως αναφέρεται στην πτέρυγα του μοντέλλου, αλλά (απάνια) μπορεί να αναφέρεται και στο μοντέλλο ολόκληρο, σαν σύνολο. Είναι ένας αριθμός αδιάστατος (δηλαδή δεν εκφράζεται με κάποια μονάδα μετρήσεως) και μας δείχνει την σχετική άντωση κάποιας πτέρυγας σε σχέση με κάποια άλλη, π.χ. συντελεστής άντωσης 1,2 παράγει περισσότερη άντωση από έναν με τιμή 1,1 ή 1, ενώ συντελεστής άντωσης μηδέν (0) σημαίνει ότι δεν παράγεται καθόλου άντωση από την πτέρυγα.
Στην επόμενη εικόνα φαίνεται μια μη συμμετρική αεροτομή με μεγάλο συντελεστή άντωσης CL. Όπως βλέπετε η γωνία προσβολής είναι μεγάλη, ενώ μεγάλη είναι και η καμπυλότητα της αεροτομής. Η μέση γραμμή της αεροτομής -που την έχω παραστήσει με πράσινη διακεκομμένη γραμμή- είναι η γραμμή που ισαπέχει από το επάνω και το κάτω μέρος της αεροτομής και αν προσέξετε την εικόνα θα δείτε ότι απέχει αρκετά από την χορδή της αεροτομής, πράγμα που ακριβώς δηλώνει ότι η αεροτομή έχει μεγάλη καμπυλότητα (camber).
Στην επόμενη εικόνα φαίνεται μια ημισυμμετρική αεροτομή με μικρή γωνία προσβολής και μικρότερη καμπυλότητα. Ο συντελεστής άντωσης είναι μικρός και η παραγόμενη άντωση από την πτέρυγα -την δεδομένη στιγμή- είναι και αυτή μικρή.
Η ημισυμμετρική αεροτομή είναι αρκετά συνηθισμένη στα αερομοντέλλα, για λόγους καλής πτητικότητας, έστω και αν θυσιάζεται κάτι από την πιστότητα με το πραγματικό αεροπλάνο. Είναι ένας υποχρεωτικός συμβιβασμός που κάνουμε για να πετά το μοντέλλο μας κάπως καλύτερα.
Τέλος στην επόμενη εικόνα παριστάνεται μια τελείως συμμετρική αεροτομή, με μηδενική γωνία προσβολής. Ο συντελεστής άντωσης CL είναι μηδενικός και η πτέρυγα δεν παράγει καθόλου άντωση. Η αεροτομή αυτή είναι συνήθης στα ακροβατικά μοντέλλα και σε μερικά SCALE. Με πορτοκαλί γραμμή έχω παραστήσει την χορδή της αεροτομής, την μέση γραμμή και την κατεύθυνση πτήσεως του μοντέλλου. Όλες αυτές οι γραμμές συμπίπτουν σε αυτήν την περίπτωση.
Ο βασικός μαθηματικός τύπος για την παραγόμενη άντωση μια δεδομένη στιγμή πτήσεως του μοντέλλου (ή του αεροπλάνου) είναι
Άντωση = ½ x ρ x V2 x S x CL
όπου
ρ = πυκνότητα του αέρα
V = η ταχύτητα του μοντέλλου
S = η πτερυγική επιφάνεια
CL = ο συντελεστής άντωσης
Αυτό που είναι ενδιαφέρον, είναι να δούμε από αυτή την εξίσωση πως επιδρούν οι διάφοροι παράγοντες στην παραγόμενη άντωση του μοντέλλου. Σε μια οριζόντια, σταθερή πτήση, το βάρος του μοντέλλου ισούται με την άντωση
Βάρος = Άντωση
Βλέπουμε
λοιπόν από τον πιο πάνω μαθηματικό τύπο, ότι αν έχουμε δυο ίδια
μοντέλλα (π.χ. δυο SPITFIRE) με το ίδιο εκπέτασμα και την ίδια πτερυγική
επιφάνεια, αλλά το ένα μοντέλλο είναι σημαντικά βαρύτερο από το άλλο,
πιθανόν γιατί π.χ. η άτρακτος είναι κατασκευασμένη από fiber-glass ενώ
του άλλου είναι ξύλινη, θα πρέπει το βαρύτερο μοντέλλο να πετά ταχύτερα από το άλλο, ώστε να διατηρήσει μια οριζόντια σταθερή πτήση. Αυτό, οι παλιοί και έμπειροι αερομοντελιστές το γνωρίζουν εκ πείρας και όταν δουν ένα βαρύ μοντέλλο ξέρουν ότι "θα έρχεται πολύ γρήγορα για προσγείωση" !
Βεβαίως
μπορεί να αυξηθεί ο συντελεστής άντωσης, αυξάνοντας την γωνία
προσβολής, με ότι όμως αυτό μπορεί να σημαίνει για τον κίνδυνο stall του
αερομοντέλλου.
Σε δυο διαφορετικά μοντέλλα, με το ένα να έχει μεγαλύτερο φτερό (μεγάλη πτερυγική επιφάνεια S) , βλέπουμε ότι αυτό θα έχει μεγαλύτερη άντωση,
κάτι που οι παλιοί αερομοντελιστές γνωρίζουν επίσης εκ πείρας και όταν
δουν ένα μοντέλλο με μεγάλο φτερό λένε ότι "θα πλανάρει καλά", εννοώντας
ότι θα έρθει με χαμηλή ταχύτητα στην προσγείωση.
Με
αυτά για την ώρα, σε επόμενα άρθρα θα επιχειρήσουμε να μπούμε και σε
πιο πολύπλοκα θέματα της αεροδυναμικής, που ελπίζω να είναι χρήσιμα
στους νέους αερομοντελιστές.
Γιώργος Καρασούλας