Tip Stall: ο φόβος και ο τρόμος του αερομοντελιστή!

 

 27-5-2021

 

 

 Πράγματι, δεν υπάρχει κάτι πιο θανάσιμο από το Tip-Stall του μοντέλλου και στο 99% των περιπτώσεων έχει σαν αποτέλεσμα την πτώση και συντριβή του! Ελάχιστα πράγματα μπορούμε να κάνουμε για να το σώσουμε!

Προκειμένου να εξετάσουμε τις συνθήκες υπό τις οποίες μπορεί να συμβεί το Tip-Stall θα επαναλάβουμε κάποια στοιχεία που είχαμε αναφέρει σε ένα προηγούμενο άρθρο μας "Η ταχύτητα stall του μοντέλλου", όμως δεν θα ήταν κακό να ρίξετε πάλι μια ματιά σε αυτό το άρθρο για να θυμηθείτε ορισμένα πράγματα που αφορούν γενικά το στολάρισμα του μοντέλλου.

Όπως φανερώνει και ο ορισμός, "Tip-stall" είναι το στολάρισμα, όχι όλης της πτέρυγας, αλλά του άκρου της πτέρυγας. Δεν θα ήταν ίσως σωστό να χρησιμοποιήσουμε τον όρο ακροπτερύγιο, γιατί αυτό αφορά το πολύ μικρό τμήμα που βρίσκεται στο άκρο της πτέρυγας. Αυτό συνηθίζουμε να λέμε ακροπτερύγιο, εμείς οι αερομοντελιστές.

Το tip-stall όμως συμβαίνει σε ένα σχετικά πιο εκτεταμένο τμήμα της πτέρυγας που βρίσκεται προς το άκρο της, στο οποίο πρώτα εμφανίζεται η απώλεια στήριξης.

Η απώλεια στήριξης δεν συμβαίνει πάντα και ξαφνικά σε ολόκληρη την πτέρυγα, αλλά συνήθως αρχίζει σε κάποιο τμήμα της, είτε στο κέντρο της πτέρυγας, είτε στα άκρα της, αυτό εξαρτάται από τη μορφή της πτέρυγας. Ωστόσο, υπάρχει η πιθανότητα, το stall να αρχίσει και σε όλο το μήκος της πτέρυγας, όπως θα δούμε παρακάτω. 

Ας θυμηθούμε την εξίσωση πτήσεως:

Βάρος = Άντωση (Lift).....  L =  ½ x ρ x V² x S x C_L

_{όπου ρ είναι η πυκνότητα του αέρα}

       _{V είναι η ταχύτητα του αεροπλάνου}

       _{S η πτερυγική επιφάνεια}

  _{και CL ο συντελεστής άντωσης} 

 

_{Όταν η ταχύτητα του μοντέλλου ελαττωθεί, προκειμένου να παραμείνει σταθερή η άντωση πρέπει να αυξηθεί ο συντελεστής άντωσης CL, πρακτικά δηλαδή να αυξηθεί η γωνία προσβολής της πτέρυγας, δίνοντας elevator-up.} 

_{Ωστόσο, η γωνία προσβολής δεν μπορεί να αυξηθεί πάρα πολύ, από κάποια τιμή και επάνω, η άντωση ξαφνικά πέφτει, όπως φαίνεται στο πιο κάτω διάγραμμα:}

 

Όταν η γωνία προσβολής αυξηθεί πάνω από κάποια ορισμένη τιμή (χαρακτηριστική για κάθε πτέρυγα), ο συντελεστής άντωσης πέφτει απότομα, η άντωση χάνεται και το μοντέλλο στολάρει

_{Η γωνία προσβολής εξαρτάται από τον φαινόμενο άνεμο που τη δεδομένη στιγμή "χτυπάει" την πτέρυγα. Μην ξεχνάτε, άλλη η γωνία προσβολής και άλλη η γωνία πρόσπτωσης του αεροπλάνου.}

_{Οι συνθήκες stall (απώλειας στήριξης) είναι πιο πιθανό να συμβούν κατά την απογείωση και την προσγείωση του μοντέλλου, οπότε η ταχύτητα του είναι μικρή και η γωνία προσβολής μεγάλη. Τότε -ακόμα χειρότερα- είναι πιο πιθανό να συμβεί και το tip-stall.}

 

_{Κατά την προσγείωση -αλλά και κατά την απογείωση- ο πιλότος κάνει ενδεχομένως διορθωτικές κινήσεις στο μοντέλλο με τα aileron, ειδικά αν υπάρχει κάποιος πλάγιος άνεμος. Η ημι-πτέρυγα που κατεβαίνει στιγμιαία (ίσως και κάπως απότομα) "βρίσκει" εκείνη τη στιγμή έναν φαινόμενο άνεμο από κάτω της, όπως φαίνεται στο πιο κάτω σχήμα:}

 

  

Η δεξιά ημι-πτέρυγα (όπως βλέπουμε εμείς το σχήμα) κινείται προς τα κάτω -μαύρο τόξο- και συναντά έτσι έναν φαινόμενο άνεμο, που την χτυπά από κάτω- κόκκινα τόξα.

 

 _{Ο φαινόμενος άνεμος είναι μεγαλύτερος στο άκρο της πτέρυγας. Γιατί;}

_{Γιατί η ταχύτητα προς τα κάτω της ημι-πτέρυγας στο άκρο  είναι μεγαλύτερη!}

 

 _{Ας θυμηθούμε λίγο την Φυσική:}

_{Η γραμμική ταχύτητα είναι} 

_{V= ω x R} 

_{όπου ω είναι η γωνιακή ταχύτητα και R η ακτίνα. Όπως λοιπόν η ημι-πτέρυγα κινείται προς τα κάτω (με κέντρο το κέντρο της ατράκτου) η γραμμική ταχύτητα γίνεται μεγαλύτερη στο άκρο της, γιατί η ακτίνα (R) είναι μεγαλύτερη. Αυτή η γραμμική ταχύτητα είναι και η ταχύτητα του φαινόμενου άνεμου, που "χτυπά" την πτέρυγα από κάτω.}

 

_{Ας δούμε τώρα την επήρεια των δυο ανέμων που προσβάλλουν την ημιπτέρυγα.}

 

 

 _{Με το μαύρο βέλος παριστάνεται ο φαινόμενος άνεμος που χτυπάει την πτέρυγα σε κανονική ευθεία πτήση προς τα εμπρός. Η γωνία προσβολής είναι τότε η "α", που είναι μικρή και πάντως μικρότερη από την κρίσιμη γωνία προσβολής, πέρα από την οποία ο συντελεστής άντωσης CL μειώνεται απότομα.}

_{Με το κόκκινο βέλος παριστάνεται ο φαινόμενος άνεμος που χτυπάει την ημι-πτέρυγα καθώς αυτή κινείται προς τα κάτω (λόγω των aileron) και ο οποίος είναι μεγαλύτερος προς το άκρο της πτέρυγας.}

_{Τέλος, με το μπλε βέλος παριστάνεται ο συνιστάμενος, ο προκύπτων φαινόμενος άνεμος, αν συνδυαστεί το μαύρο με το κόκκινο βέλος. Βλέπουμε τώρα ότι η γωνία προσβολής (β) είναι μεγάλη, μεγαλύτερη από την κρίσιμη τιμή όπου ο συντελεστής άντωσης CL μειώνεται απότομα -και η άντωση χάνεται. Αυτό σημαίνει ότι το άκρο της πτέρυγας στολάρει, επέρχεται απώλεια στήριξης, η άντωση γι αυτό το τμήμα της πτέρυγας χάνεται. Σαν αποτέλεσμα το άκρο της πτέρυγας πέφτει με μια απότομη κίνηση!}

 

_{Τα πράγματα χειροτερεύουν ακόμα, γιατί ακριβώς τα αντίθετα ισχύουν για την άλλη ημι-πτέρυγα.}

 

Δημιουργείται λοιπόν ένα ζεύγος δυνάμεων που στρέφει βίαια όλη την πτέρυγα προς τη μια φορά.

_{Όπως είπαμε και στην αρχή, το tip-stall είναι πολύ πιθανό να συμβεί κατά την προσγείωση ή την απογείωση του μοντέλλου, όταν η ταχύτητα του είναι χαμηλή και φυσάει ενδεχομένως και κάποιος πλάγιος άνεμος, οπότε ο πιλότος πρέπει να διορθώσει με aileron.}

 

 

Καθώς το αεροπλάνο προσεγγίζει για προσγείωση, η ταχύτητα του μειώνεται και αυξάνεται συνέχεια η γωνία προσβολής. Επικίνδυνες συνθήκες για tip-stall, ειδικά αν υπάρχει και κάποιος πλάγιος άνεμος και ο πιλότος πρέπει να κάνει διορθώσεις με τα ailerons

 

  _{Ακόμα και αν δεν έχει συμβεί σε εμάς τους ίδιους, σίγουρα θα έχουμε παραστεί τουλάχιστον μια φορά σε συντριβή εκπαιδευτικού αεροπλάνου κατά την απογείωση του από άπειρο πιλότο, ο οποίος δίνει υπερβολικό elevator-up και η γωνία προσβολής γίνεται υπερβολικά μεγάλη. Το αεροπλάνο τότε "ρίχνει φτερό" όπως λέμε, προς τη μια πλευρά και πέφτει στο έδαφος, με τον πιλότο να κοιτάζει με μεγάλη απορία και απογοήτευση!}

_{Μια άλλη "ύπουλη" περίπτωση tip-stall είναι όταν κατά την απογείωση του μοντέλλου δώσουμε απότομα γκάζι και το μοντέλλο "φοράει" έλικα μεγάλης διαμέτρου, όπως συνήθως συμβαίνει στα scale πολεμικά αεροπλάνα. Η ροπή της έλικας αναγκάζει το μοντέλλο να περιστραφεί (roll) απότομα αριστερά (αντίθετα δηλαδή με τη φορά περιστροφής της έλικας) και αυτό σε συνδυασμό με το μεγάλο elevator-up έχει σαν αποτέλεσμα το tip-stall και την πτώση του μοντέλλου.}

_{Ακόμα μια "ύπουλη" -αλλά αρκετά συνηθισμένη- περίπτωση tip-stall είναι όταν φέρνουμε το αεροπλάνο για προσγείωση, αλλά για κάποιο λόγο, είτε γιατί τελειώνει ο διάδρομος, είτε γιατί το μοντέλλο πάει να βγει εκτός διαδρόμου, κάνουμε ακύρωση και δίνουμε ξαφνικά φουλ γκάζι και πολύ elevator-up για να φύγουμε. Ο συνδυασμός αυτός τότε είναι πραγματικά θανάσιμος και το tip-stall μπορεί να συμβεί ακαριαία, με αποτέλεσμα τη συντριβή του μοντέλλου!}

 

_{Στο παρακάτω πολύ μικρό βιντεάκι φαίνεται μια τέτοια περίπτωση, όπου ο πιλότος μετά από ένα "touch and go" κάνει ένα πολύ βάναυσο "go" και προκαλεί το tip-stall του αεροπλάνου.}

 

_{https://www.youtube.com/watch?v=Y8ZuXWeM9dw}

 

  _{Σε αυτές τις περιπτώσεις που αναφέραμε, δεν μπορούμε να κάνουμε τίποτα για να αποτρέψουμε τις καταστροφικές συνέπειες του tip-stall. Η πτώση του μοντέλλου είναι βέβαιη και το μόνο που ελπίζουμε είναι, ότι επειδή το μοντέλλο πέφτει από χαμηλό ύψος, δεν θα γίνει ...πριονίδι, αλλά κάτι θα διασωθεί!}

_{Αφού το άκρο της πτέρυγας έχει απώλεια στήριξης, το AILERON δεν λειτουργεί πλέον και δεν μπορούμε να διορθώσουμε. Άλλωστε το tip-stall είναι τόσο απότομο και βίαιο, που αν συμβεί σε χαμηλό ύψος δεν προλαβαίνουμε να κάνουμε τίποτα!}

_{Αν το tip-stall συμβεί σε μεγάλο ύψος, τότε μπορούμε να διορθώσουμε και να σώσουμε το μοντέλλο, με τα πηδάλια της ουράς, που είναι ακόμα λειτουργικά. Κατ αρχήν, δίνοντας down-elevator μειώνουμε αμέσως τη γωνία προσβολής και βγάζουμε την πτέρυγα από την κατάσταση stall. Ταυτόχρονα με το Rudder προσπαθούμε να διορθώσουμε όσο μπορούμε την περιστροφή του μοντέλλου. Αν το ύψος είναι αρκετό, το μοντέλλο θα σωθεί.}

_{Το θέμα είναι ότι όσο το μοντέλλο πετά ψηλά σε κανονική πτήση, δεν συμβαίνει  tip-stall. Πρέπει να είναι πολύ αρχάριος (ή αδέξιος) ο χειριστής -ή πολύ δύσκολο και κακότροπο το αεροπλάνο- για να προκληθεί tip-stall σε κανονική πτήση του μοντέλλου. Προσωπικά, δε μου έχει τύχει να δω ποτέ tip-stall μοντέλλου που πετά ψηλά, σε κανονική πτήση.}

 

_{Τι μπορούμε να κάνουμε για να εμποδίσουμε -όσο είναι δυνατόν- το tip-stall;}

 

_{Η υπ αριθμόν 1 μέθοδος είναι το washout της πτέρυγας. Με το washout η γωνία πρόσπτωσης της πτέρυγας δεν είναι σταθερή καθ όλο το μήκος της, αλλά βαίνει μειούμενη προς τα άκρα (διαβάστε σε προηγούμενο άρθρο τη διαφορά μεταξύ γωνίας πρόσπτωσης και γωνίας προσβολής - incidence angle/angle of attack).}

 

 _{Στα αληθινά αεροπλάνα η γωνία πρόσπτωσης στην πτέρυγα που έχει washout είναι μικρότερη κατά 1-2 μοίρες στα άκρα της πτέρυγας.}

 

 

Σε αυτό το αληθινό Cessna-177 φαίνεται καθαρά πώς μειώνεται η γωνία πρόπτωσης προς τα άκρα της πτέρυγας. Αυτό είναι το wing-washout

 

 

_{Καθώς η γωνία πρόσπτωσης είναι χαμηλότερη στα άκρα της πτέρυγας, μειώνεται η πιθανότητα να αυξηθεί υπερβολικά η γωνία προσβολής και να επέλθει το tip-stall.}

_{Στα μοντέλλα πολύ σπάνια υπάρχει washout στην πτέρυγα, μόνο σε κάποια πολύ καλά και ακριβά εποξικά μοντέλλα jet έχω δει να αναφέρει ο κατασκευαστής για washout στην πτέρυγα. Ούτε και είναι εύκολο να δώσουμε εμείς washout στις πτέρυγες ARF μοντέλλων, αλλά ούτε και να δώσουμε washout σε κάποιο ΚΙΤ που κατασκευάζουμε, αν δεν το έχει προβλέψει ο κατασκευαστής.}

_{Μια λύση που διάβασα σε ξένα FORUM και την βρήκα έξυπνη (αλλά δεν την έχω δοκιμάσει ακόμα), είναι να ρυθμίσουμε τα AILERON να είναι λίγο προς τα επάνω,όταν είναι στην ουδέτερη θέση τους, πράγμα που μειώνει την γωνία πρόσπτωσης στα άκρα της πτέρυγας.  Προϋπόθεση όμως είναι ότι τα AILERON δεν είναι καθ όλο το μήκος της πτέρυγας, όπως δηλαδή συμβαίνει στα φτηνά μοντέλλα όπου ο κατασκευαστής τα έχει κάνει έτσι για λόγους απλότητας και μείωσης του κόστους κατασκευής. Και το οποίο βέβαια δεν είναι σωστό, αφού τα AILERON στα 99% των περιπτώσεων των αληθινών αεροπλάνων βρίσκονται προς τα άκρα του φτερού.}

_{Όλα σχεδόν τα αληθινά αεροπλάνα έχουν washout στην πτέρυγα, για να αποφύγουν το tip-stall. Χρησιμοποιούν και άλλες μεθόδους, όπως τα vortex generators και wing fences που δεν αναφέρονται εδώ, μιας και δεν χρησιμοποιούνται στα αερομοντέλλα.}

 

_{Κάτι άλλο που πρέπει να έχουμε υπόψη μας, είναι ότι δεν έχουν όλες οι πτέρυγες τον ίδιο κίνδυνο tip-stall, άλλες είναι πιο επιρρεπείς και άλλες λιγότερο. Στο παρακάτω σχήμα φαίνονται διάφορες πτέρυγες και σε πιο σημείο τους συμβαίνει πρώτα το stall}

 

 

 

_{Όπως παρατηρούμε, στις ορθογωνικές πτέρυγες το stall αρχίζει και συμβαίνει στο κέντρο και όχι στα άκρα, άρα αυτές οι πτέρυγες είναι πολύ δύσκολο (αλλά όχι αδύνατο) να παρουσιάσουν tip-stall. Αυτός είναι και ο λόγος που όλα τα εκπαιδευτικά μοντέλλα έχουν ορθογωνικές πτέρυγες. Όταν η απώλεια στήριξης παρουσιάζεται στο κέντρο της πτέρυγας, ο πιλότος μπορεί να διορθώσει σχετικά εύκολα γιατί τα ailerons είναι ακόμα λειτουργικά.}

_{Οι ελλειπτικές πτέρυγες τύπου Spitfire παρουσιάζουν stall σε όλο το μήκος της πτέρυγας, αλλά αυτό δεν είναι τόσο βίαιο και απότομο όσο το tip-stall.}

_{Οι πτέρυγες που έχουν πρόβλημα και τα μοντέλλα που είναι δύσκολα και επικίνδυνα στην πτήση τους, είναι αυτά στα οποία οι πτέρυγες στενεύουν στα άκρα. Αυτές λέγονται "tapered wings", π.χ. η πτέρυγα του Messerschmitt Bf-109. Όσο πιο πολύ στενεύει η πτέρυγα στα άκρα, τόσο πιο επιρρεπής είναι στο tip-stall, όπως για παράδειγμα το φτερό του Douglas DC-3 "Dakota".}

_{Οι χειρότερες απ όλες είναι οι οπισθοκλινείς πτέρυγες που στενεύουν στα άκρα, όπως είναι οι πτέρυγες των jet.}

_{Αν όμως έτσι έχουν τα πράγματα, τότε γιατί όλες οι πτέρυγες να μην είναι ορθογωνικές; Γιατί τα αεροπλάνα να έχουν πτέρυγες που στενεύουν στα άκρα-tapered wings- ή ελλειπτικές; Ή οπισθοκλινείς (back-swept);}

 

_{Αυτά είναι πράγματι σπουδαία ερωτήματα, που θα τα απαντήσουμε σε ένα μελλοντικό άρθρο αεροδυναμικής.}

 

 

 

 

 

_{Γιώργος Καρασούλας}