BLOG
Štefan Kemenyík
Štefan Kemenyík
916

Lietadlo

Vtáky pri lietaní mávajú krídlami a lietadlá nie. Ako sme stroje naučili lietať?

(c) Štefan Kemenyík 2018

Chronicky známy útek Daidala a Ikara svedčí, že sa s lietaním už nejaký ten rôčik boríme. Krídla z peria a vosku sú z konštrukčného hľadiska geniálny nápad. Vtáky vyrábajú vztlak a robia to majstrovsky. Da Vinciho stroje, alebo náš tuzemský mních Cyprián stavali na tom najjednoduchšom spôsobe lietania aký je – na kĺzavom lete. Až oveľa neskôr k tomu pribudli plyny obalené textilom a ešte neskôr spaľovacie motory, ktoré premenili let na skutočné lietanie.

.bez vrtule

Základným predpokladom pre lietanie je vztlak. Je to jav, keď je teleso nadnášané v kvapaline alebo v plyne a sila pôsobí v smere opačnom ku sile gravitačnej. Vztlaky máme hneď dva. Hydrostatický, vzniká vďaka rozdielu veľkosti tlakových síl v rôznych hĺbkach. Dynamický je zasa dôsledkom odporu prostredia pri pohybe telesa v ňom. Že nuda? Ani náhodou. Hydrostatický vztlak umožňuje lodiam, rybám a ponorkám plávať po a vo vode a balónom a vzducholodiam vo vzduchu. Ak si matne vybavíme niečo že Archimédes a čosi ponorené v kvapaline tak sme na správnej stope.

Ako je možné, že vtáky mávajú krídlami a lietadlá nie?

Keby šlo len o vznášanie sa, vystačili by sme si aj s hydrostatickým vztlakom. Keď už sme sa dostali do vzduchu bolo načim vytĺcť z toho nejaké prachy. Niežeby balóny a vzducholode boli neúčinné, sú len vrcholne nepraktické. Zatiaľ čo lode a ponorky sú vo vode ovládateľné vcelku uspokojivo, (aerostaty) balóny a vzducholode sa premenia na smrtiacu pascu hneď ako zaduje trochu lepší vietor. Oslnivé finále ála Hindenburg je už len otázkou karmy. Tadiaľto cesta nevedie. Nie, ak chceme prepraviť, ľudí, tovar alebo bomby.

Lode aj lietadlá stále majú palubu, ale šoféri lodí a vzducholodí sú plavci zatiaľ čo šoféri lietadiel (a tiež formúl) sú už piloti. Nadávka že „vzduchoplavec“ vtipne pripomína príčinu vznášania sa a plávania, ktorou je hydrostatický vztlak. Pri pilotoch je to zasa dynamický vztlak, ktorého krstným otcom je rýchlosť. Lietajúce a plávajúce veci ľahšie ako vzduch a voda tak v princípe fungujú sami od seba, len vďaka svojej konštrukcii. Dokonca aj bez vrtule, ktorú by malo mať každé slušné lietadlo.

.s vrtuľou

Aktívne lietanie, ako ho máme radi je vecou dynamického vztlaku. Je to návod pre rýchlo, doľava, doprava, hóre a dóle a rýchlo daj sem sáčik … šak poznáme. Pri lietadlách je aj väčšia sranda, keď sa niečo pokazí. Veci ťažšie ako vzduch obvykle padajú k zemi. Vybabrali sme aj s tým. Pri pohybe telesa vzduchom vzniká odpor prostredia a sila, keď krídlo pôsobí na vzduch. Aby to všetko dobre fungovalo, treba aby krídlo malo vhodný tvar. Vďaka tomu vieme prinútiť k lietaniu aj veci, ktoré sú oveľa ťažšie ako vzduch. Nie je to ale celkom zadarmo ako pri vzduchoplavbe. Paradoxné je to, čo je najmenej zjavné a v rozpore s intuíciou. Vztlak pod krídlom je len jednou zložkou výslednej aerodynamickej sily. Druhou je negatívny vztlak-podtlak, ktorý vzniká nad horným povrchom krídla a môže byť aj väčší ako vztlak odspodu. Lietadlo tak visí zakvačené na podtlaku. Aj preto krídla stíhačiek mávajú motory a výzbroj na spodnej strane krídla a nie hore. Dobre navrhnutými krídlami – spojlermi, dokážeme naopak prinútiť formuly a pilotov s Bratislavskými EČV aby pri vysokej rýchlosti nelietali, ale držali sa pekne na ceste.

(c) Štefan Kemenyík 2017

Balóny a vzducholode nemajú krídla a lietadlá majú. Ako je možné, že vtáky ich na lietanie tiež používajú, ale mávajú nimi, zatiaľ čo lietadlá nie? Je to pravda a trochu aj nie. Lietadlá, ktoré normálne voláme že „lietadlá“, majú krídlo pevné a aerodynamický vztlak vyrábajú tak, že sa pohybujú veľmi rýchlo smerom dopredu. Iné lietadlá, tie čo normálne voláme že „vrtuľníky“, sú v čomsi podobnejšie vtákom. Sú to lietadlá s pohyblivým – rotujúcim krídlom. To ne vtip, to seriozna definicia. Vztlak robia tak, že sa dva alebo viac listov rotora točí okolo osi a jednotlivé listy, prierezom podobné krídlu, vytvárajú silu, ktorá lietadlo dvíha smerom nahor. V oboch prípadoch ale treba vynaložiť prácu a roztočiť vrtuľu. To je tá srandovná vec, ktorej sa radšej vyhýbame, aby nás nerozmenila na drobné. Okrem tejto utešenej funkcionality dokáže potiahnuť, alebo potlačiť, lietadlo dopredu a udeliť mu rýchlosť, ktorá je už dosť rozumná na to, aby aerodynamická sila prekonala príťažlivosť matičky Zeme.

Od dobrodružných pokusov sme sa dopracovali k slušnému porozumeniu princípov aerodynamiky. Vieme, že vztlaková sila závisí na ploche krídla, jeho tvare a profile, uhle nábehu, hustote vzduchu a (relatívnej – pre znalcov) rýchlosti. Ak je rýchlosť nulová, nie je žiadny vztlak. V takom prípade sa neletí, alebo sa letí pekne k zemi. Vtedy sa hodí vynález zvaný padák (vynašiel ho Slováčisko, ale o tom inokedy). Prvými ľuďmi, ktorí vyrobili motorom poháňané moderné lietadlo a vykonali s ním naozaj riadený let boli bratia Orville a Wilbur Wrightovci. 17. decembra 1903 sa títo producenti bicyklov zapísali do dejín. Lietanie brali experimentálnou cestou. V aerodynamickom tuneli testovali rôzne tvary krídiel a ich vztlak. Vyrobili na tú dobu výborný motor o sile 12 konských síl (9kW), ktorý poháňal ich Flyer I, praotca všetkých lietadiel. Odvtedy už je to len rýchlejšie a vyššie a ešte oveľa oveľa rýchlejšie.

.s dvomi vrtuľami

Lietadlá poháňané vrtuľou sú naozaj skvelé. Áž na jednu chybičku krásy. Tú nevidíme kým sedia zaparkované na letisku. Ak nie je zdroj pohybu vrtule súčasťou vrtule samotnej, čo je jav zriedkavý ale našlo by sa aj také, a je ukotvený v draku, čo je centrálna nosná časť lietadla – čosi ako šasi auta, má lietadlo alebo vrtuľník tendenciu točiť sa proti smeru pohybu vrtule. To prináša vzrušujúce zážitky a dosť zamestnáva pilota. Ale aj tu sme vymysleli, ako to dať do poriadku. Rôzne vyvažovacie plôšky, väčšie krídlo na jednej strane, alebo k osi lietadla pootočená zvislá chvostová plocha (aj F4U-4 na foto k článku takú má). Toť riešenia pri jednovrtuľových strojoch. Oveľa viac elegancie aj výkonu sme dostali, keď sme pridali ešte jednu vrtuľu. Vrtuľníku sme pridali jednu na chvost, alebo druhý rotor, ktorý sa točí presne proti smeru toho prvého. Zlé jazyky tvrdia, že vrtuľka vzadu je ventilátor, lebo sa pilot vrtuľníka začne potiť keď sa mu prestane točiť tá sranda na chvoste :) Lietadlám sme zasa pridali k druhej vrtuli aj druhý motor a dostali sme fúru dodatočnej energie a vyrovnali reakčné sily. Stačilo aby sa vrtuľa točila opačným smerom. Dve vrtule tak urobili stíhačky stabilnejšími a rýchlejšími, bombardérom umožnili niesť väčší náklad bômb a v princípe vniesli do lietania ešte viac zábavy. Keď už sme pri tej sile, jedným z podstatných čísiel pri lietadlách nie je že 16 v názve F-16, ale je pomer ťahu motora k celkovej hmotnosti lietadla. Čím je vyšší, tým lepšie gény – základ pre vysoké výkony mašina má. Nemusí to automaticky stačiť, ale býva dobrým zvykom, že lietadlá ktoré výborne lietajú aj veľmi dobre vypadajú. Stíhačka Spitfire je medzi lietadlami niečo ako supermodelka.

.nakoniec zasa bez vrtule

Príchod prúdového motora bol doslova šok. Koncom druhej veľkej vojny sa nad bojiskom objavili lietadlá, ktoré hučali ako hrom a vrtuľa nikde. Dnes sú prúdové motory hlavným druhom pohonu – výkonné a úsporné. Naše zadky i kopu nákladu hravo dopravia aj cez Atlantik. Funguje ako klasický štvortakt, akurát sa všetko deje tak trochu naraz. Inak, akcia a reakcia ala Newton. Na začiatku procesu vstupuje do turbíny vzduch a kompresor ho postupne stláča. Keď už je dostatočne namačkaný a horúci, šupneme tam palivo a celé to pekne vyhorí. Nuž a spaliny, horúce plyny – produkty onoho horenia, vychádzajúce z trysky von, doslova potlačia motor opačným smerom. Deje sa to preto, lebo horúce plyny sa rozpínajú radšej ako plyny studené. Tepelná energia sa tak pri vysokom tlaku mení na energiu pohybovú, čím vzniká ťah. Keď k tomuto skvelému vynálezu pribalíme nádrž, krídla a kabínu – máme lietadlo.

Páči sa Ti môj blog :?) Áno? Tak ho dopraj aj ostatným. Lajkuj a posunieš ho na viditeľné miesto. Zdieľaj a strčíš ho kamošom rovno pod nos ;o)

Text je súčasťou blogov Denníka N, nie je redakčným obsahom.
Administrátorov blogov môžete kontaktovať na adrese blog@dennikn.sk.

Aj priestor pre blogerov Denníka N vznikol vďaka vám. Predplaťte si nás a podporte našu snahu o kvalitnú žurnalistiku.

Pridajte sa k predplatiteľom

Dnes na DenníkN.sk

Autor je bývalý hasič a manažér projektov v oblasti výskumu a vývoja. V súčasnosti sa venuje analýze bezpečnostných systémov a v rámci OZ Progresívne Slovensko najmä oblasti bezpečnosti a obrany.

Blogy

|