Ultralajt: O lahkih jadralnih modelih - Obvezno čtivo 1

[Borut Talian]

O lahkih jadralnih modelih

Uvod

Splošen razvoj v letalskem modelarstvu je danes prišel do elektromotorno gnanih hitrih ARF modelov. Ploskovne obremenitve preko 40 g/dm2 so postale smernica. Takšni »bombnki« z izklopljenim motorjem dobesedno padejo z neba. Zaradi visokih hitrosti tak model ni energijsko varčen, in se z njim ne more doseči ekonomično letenje. Na žalost trend lahke gradnje, ki jo poznamo iz prostega in dvoranskega letenja, razen redkih izjem, še naprej izginja.
Vseeno pa še obstaja nekaj čistih jadralcev, ki jim je cilj brez pogona leteti od dviganja do dviganja, ter se boriti za vsak meter višine. To pa je bistvo, ki nas fascinira pri jadralnem letenju. (pomislite zakaj se ljudje vozijo tudi z biciklom, čeprav obstaja avto?)
Teža predstavlja tukaj bistveno vlogo - predvsem pri slabotnejših termičnih pogojih.
Velikokrat letijo modelarji svoja jadralna letala zaradi sprostitve. Takšno lahko jadralno letalo mora imeti lastno stabilnost, tako, da ga je mogoče le z majhnimi popravki peljati v želeno smer.
Lahko jadralno letalo se od običajnih razlikuje po manjši ploskovni krilni obremenitvi. To se doseže s filigransko gradnjo in varčevanjem s težo pri izbiri materiala, komponent radijskega vodenja in prekritja. Ta princip se imenuje Rebra, Rebra, Rebra! Za nostalgične opazovalce je transparentna gradnja krila iz reberc bolj atraktivna kakor pa krilo s polno oplato.
Nosilni elementi se tu zgledujejo po naravi in se vežejo od večjih na vedno manjše elemente. Oplankanje celega krila prinese preveč nepotrebne teže. Graditelj krila zgrajenega z reberc je poleg male mase, nagrajen še z njegovo lepoto.
Vendar pa samo z lahko gradnjo ne dosežemo dobrih letalnih lastnosti. Jadralni modeli z malo krilno obremenitvijo zahtevajo drugačen koncept od običajnih in sicer vse od izbire profilov, velikosti repnih površin in geometrije krila.
Daljne prednike lahkih jadralnih modelov vidimo v prostoletečih modelih, predvsem v mednarodni klasi F1A, ki imajo krilno obremenitev okoli 12 g/dm2 in profile z ukrivljenostjo skeletnice od 5 do 7%. Direktna uporaba takih parametrov je za radijsko vodene modele neprimerna. F1A modeli imajo zelo nizko hitrost letenja od 3,5 do 4 m/s (12-15 km/h). Ko je enkrat tak model odpet od vrvice za visok štart, potuje skupaj z zračno maso, ki ga obdaja. Z radijsko vodenim modelom seveda želimo prileteti nazaj od koder smo poleteli, zato je skoraj vedno nujno, da letimo tudi proti vetru. Zaradi tega moramo uporabiti profile z manjšo ukrivljenostjo največ 3-3,5%. Tudi krilno obremenitev je potrebno nekaj povečati. S tem povečamo prodornost modela. Ploskovna obremenitev tipičnega lahkega jadralnega modela znaša med 15 in 30 g/dm2, kar ima za rezultat hitrost letenja okoli 6 m/s (22km/h).
S povečanjem krilne obremenitve se poveča tudi finesa (drsno razmerje) modela. F1A modeli imajo fineso okoli 14 (4m/s / 0,29m/s), lahki RV jadralci pa okoli 17 (6m/s / 0,35m/s). Zanimivo je, da se finesa bolj poveča, kot pa padalna hitrost (vertikalna hitrost). Pri neki znosni padalni hitrosti, lahko lahak jadralec preleti 30% dlje in ima s tem več možnosti, da najde termično dviganje.
Uporabljeni profili (na primer Selig-Donovan) še nimajo preveč velik upor. Zato je padanje pri hitrem letenju še nekako znosno.
Okoli 70% dni pri nas je takih, da ni močnega vetra. Takrat se lahka jadralna letala zelo obnesejo.
Za primer poglejmo eno plastično (bombnik) in eno lahko jadralno letalo.
Oba priletita v termiko, ki se dviguje s hitrostjo 0,4m/s. Plastično letalo ima padalno hitrost 0,45m/s, lahek jadralec pa 0,35m/s. Medtem ko bo lahko letalo vsako sekundo pridobilo na višini, bo težje letalo vsako sekundo letelo niže in niže. Vendar ima to seveda določene omejitve. Čim bo zapihal veter, se lahko z lahkim jadralcem spakiramo domov, medtem, ko bo težak bombnik v veliki prednosti.
Nauk iz tega je: Vsak model je primeren za svoje pogoje!
Pri lahkem jadralnem letalu lahko običajno dodamo do 20% balasta v področje težišča. S tem povečamo hitrost letenja za okoli 10% do 20%. Seveda se s tem poveča razpon uporabe takega modela. Zato naj velja pravilo: Lahka gradnja, vendar zadosti čvrsta, da je možno dodajanje balasta.

Prednosti v kroženju
Zelo vidna prednost lahkih jadralnih modelov je njihova sposobnost letenja v ozkih krogih. Z večjo hitrostjo ko letijo modeli, večji imajo radij kroženja. Kot je poznano, sposobnost jadranja drastično pada z nagibom, ki ga ima letalo v kroženju.
Padalna hitrost normalnega modela s ploskovno obremenitvijo 40g/dm2, se pri kroženju v krogu s premerom 15 m, poveča za 3 x (!) bolj, kakor pri lahkem jadralnem letalu.
Pri nekem zastavljenem nagibu v kroženju je radijus zavoja nekako proporcionalen krilni obremenitvi. Večja ko je krilna obremenitev, večji je radij kroženja pri istem nagibu.
Večja ko je krilna obremenitev, bolj ostro se mora letalo nagniti za dosego istega premera kroženja.
Če je letalo zelo ostro nagnjeno, pomeni, da mora aerodinamični vzgon krila premagati rezultanto teže modela in njegove centrifugalne sile. Obe pa sta seveda pri težkem modelu veliki. Ker mora krilo takega težkega letala "pridelati" tudi več vzgona ima za "stranski produkt" veliko induciranega upora, ki mu seveda zelo poveča vertikalno hitrost padanja.
V ozki termiki so zatorej lahka jadralna letala v veliki prednosti pred težkimi.
Ptice pa lahko navkljub visoki krilni obremenitvi krožijo v ozkih termičnih stebrih. To pa jim je omogočeno zaradi tega, ker lahko med letom spreminjajo geometrijo krila, tako obliko in profil. Ptice ujede lahko spremenijo profil krila, da znaša količnik aerodinamičnega vzgona tudi do 2! Modeli z veliko ploskovno obremenitvijo pa se poslužujejo flapov za povečanje vzgona.
Za modelarja začetnika, je bolje imeti lahko jadralno letalo, ker ima več časa za pravilne krmilne reakcije, ter boljši občutek dviganja in razvoja termike. Hiter model pogosto preleti termiko ne da bi jo pilot zaznal.

Vitkost krila
Da bi se induciran upor krila kar se da zmanjšal, je treba uporabiti čim večjo vitkost krila.
Vitkost krila je razmerje med razpetino in srednjo aerodinamično tetivo krila. Vendar se s povečevanjem vitkosti (pri isti površini krila) zmanjšuje srednja aerodinamična tetiva, kar vodi k poslabšanju re števila. Pri tem profil lahko pade v področje, kjer se mu drastično poslabšajo karakteristike. Zaradi tega se je nekako uveljavilo kot srednja vrednost za vitkost tovrstnih modelov od 12 do 15. Če uporabimo debelejši profil s turbulatorjem, si lahko privoščimo vitkost okoli 17.
Vendar pa je primerna vitkost odvisna tudi od tlorisne oblike krila.

Primerni profili kril za lahka jadralna letala
SD 7043
SD 7037
Fx 60-100
AH 79-100A
MH-32
NACA 4409

Optimalna oblika krila za stabilno letenje v kroženju
Priporočeno je, da se tetiva krila na samem zaključku povečuje, ter da se uporabijo tanjši profili s povečano ukrivljenosto. Tipplets zaključki naj imajo okoli 3° do 5° negativnega zvitja.

»V« lom krila nadomešča krilca
Krilca so nujno potrebna za velike in težke modele. Pri lahkih modelih, pa bi premikanje krilc preveč kvarilo optimalno razporeditev vzgona na krilu in s tem po nepotrebnem povečevalo zračni upor. Modeli z upravljanjem smeri in višine, včasih zelo težko krožijo v termiki. To je znak, da imajo premajhen »V« lom krila.

Vztrajnostni moment
Pri lahkih jadralnih letalih strmimo k čim manjšemu vztrajnostnemu momentu. Da ga dosežemo, moramo izdelati čim lažje krilne zaključke, in repne površine, saj se le te nahajajo zelo daleč od težišča modela (masa x ročica!)
Letalo z malim vztrajnostnim momentom bo bolj ubogalo pilotove komande, ter tudi hitreje in bolj nakazalo termično aktivnost v zraku.

Repne površine
Počasi leteč model potrebuje za uspešno upravljanje velike repne površine. Te so približno 30% večje od »normalnih« jadralnih letal. Ker karakteristike profila na repu drastično padajo z zniževanjem Re števila, je dobro, da pri takem repu ne pridemo s srednjo tetivo repnih površin pod 10 cm.

Izbira balze
Balza je zelo raznovrstna, tako da lahko naletimo na večkratno razliko v masi pri eni in isti debelini in velikosti balzove deščice.

Naslednje specifične mase balze so uporabne za:

100 g/dm3:
• rebra za repne površine
• rebra za zunanje dele krila
• polnila v konstrukciji

120 g/dm3:
• zadnja krilna letvica
• rebra za krilo

150 g/dm3:
• prednja krilna letvica
• vzdolžnice trupa
• nosilec krila

Enostavno povedano, ima balzova deščica debeline 1 mm (10 x 100 cm) z gostoto 100g/dm3 natanko 10 gramov teže, 2 mm debela ima 20 gr in tako naprej.

Seveda je pri izbiri balze tudi zelo pomembno kako je narezana, ter v kateri smeri potekajo vlakna na izdelanem elementu letala, da se čimbolj izkoristi v smislu nosilnosti.

Ogljikova vlakna
Ogljikova vlakna postajajo nepogrešljiv element pri gradnji lahkih modelov.

Uporabljajo se za izdelavo nekaterih elementov lahkih modelov:

Cevasti nosilci
Cevasti nosilci izdelani iz pletenega karbonskega rovinga v obliki cevi imajo poleg upogibne tudi dobro torzijsko trdnost.
Poleg uporabe za zadnji del trupa, se lahko uporabijo tudi za nosilce kril. Primerjavo z naravo najdemo v kosteh ptičjega krila, ki so prav tako okrogle in votle-cevaste. Narava najbolj dobro ve, kje je in kje ni potreben nosilni material. Slamnata bilka je okrogla, tanka in visoka, pa vendar na koncu nosi težo polnega klasa!

Pravokotni nosilci
Pravokotni nosilci so izdelani iz jedra iz lahkega materiala, ki je lahko balza, stirodur, ali kakšna druga penasta masa. Preko tega je na zunanjih straneh (odvisno od smeri obremenitev) nameščen ogljikov rowing, preko pa navita tkanina pod kotom 45° ali pa iz cevastega karbonskega tkanja.

Ojačitve rebrastih konstrukcij
Ogljikova vlakna se lahko uporabijo za ojačitve reber, tako da so nanešena na njihov zgornji in spodnji rob. Debelina te ojačitve naj bi bila okoli 0,15mm. S tem se izredno poveča trdnost balzovih reber.

Povezovalni elementi
Spoji deljivih kril se lahko izdelajo iz cevk narejenih iz ogljikovih vlaken.
Spoj krila na bajonet se lahko naredi tudi klasično iz vezane plošče, ki ima ustrezen V lom. To ploščo potem z vsake strani nalaminiramo z ogljikovo tkanino. Vezana plošča dobi tako zelo povečano trdnost. Na podoben način lahko ojačamo tudi spoje V loma na nedeljivih krilih.

Trup letala
Če želimo izdelati lahek škatlast trup kot pri prostoletečih modelih, lahko za stranice vzamemo 1 mm debelo bukovo ali 3 mm debelo topolovo vezano ploščo. Zgoraj in spodaj pa vstavimo debelo balzo. Balzo seveda bogato obrusimo v okroglino, da dobimo ovalen presek trupa. Ta konstrukcija je seveda mišljena za tanke in vitke zadnje dele trupa, kajti če bi na tak način naredili trup kot je na primer dobro znani Telstar, bi seveda izpadlo precej pretežko.
Drug način je, da izdelamo konusni ali cilindrični model (kalup-pozitiv) za repni del trupa (les, aluminij…ročaj metle…) ter nanj navijemo balzo ali vezano ploščo. Premer takega kalupa je običajno 30/20mm. Tako dobimo cevast repni del trupa.
Če navijamo balzo, je lahko debeline od 2 do 3mm, lahko pa uporabimo 0,6mm debel abahi furnir, ali pa celo kombinacijo furnirja in balze, da dobimo sendvič konstrukcijo.
Lesen cevast nosilec lahko po potrebi še ojačamo z vzdolžnicami iz karbonskega rowinga, z zunanjo oplato tanke steklene tkanine, znotraj pa lahko vstavimo tudi kakšna pregradna rebra.

Mitja Seršen Erman
Šentjanž, 28. januar 2006

Vir: Heinz Eder, RC Leichtwind-Segler konstruiren, bauen und fliegen

P.S.: Zanima me, če so takšni članki za vas zanimivi, da bi s podobnimi še nadaljeval? Materiala za objavljanje je namreč še ogromno.

[marko fujan]

BRAVO

LP Marko