Drag

Drag je síla, která klade odpor pohybu letadla ve vzduchu. Existují dva základní typy: parazitní odpor a indukovaný odpor. První se nazývá parazitní, protože nijak nepomáhá letu, zatímco druhý, indukovaný odpor, je důsledkem toho, že aerodynamický kryt vyvíjí vztlak.

Parazitní odpor

Parazitní odpor se skládá ze všech sil, které působí na zpomalení pohybu letadla. Jak naznačuje termín parazitní, jedná se o odpor, který není spojen s produkcí vztlaku. Patří sem vytlačování vzduchu letadlem, turbulence vznikající v proudu vzduchu nebo překážka vzduchu pohybujícího se po povrchu letadla a aerodynamického krytu. Existují tři typy parazitního odporu: tvarový odpor, interferenční odpor a kožní tření.

Tvarový odpor

Tvarový odpor je část parazitního odporu, kterou vytváří letadlo v důsledku svého tvaru a proudění vzduchu kolem něj. Příkladem jsou kryty motorů, antény a aerodynamický tvar dalších součástí. Když se vzduch musí oddělit, aby se pohyboval kolem pohybujícího se letadla a jeho součástí, nakonec se po průchodu tělesem opět spojí. To, jak rychle a hladce se znovu spojí, představuje odpor, který vytváří a jehož překonání vyžaduje další sílu.

Všimněte si, jak plochá deska na obrázku 5-7 způsobuje víření vzduchu kolem okrajů, dokud se nakonec po proudu opět nespojí. Tvarový odpor je při konstrukci letadla nejjednodušší snížit. Řešením je zefektivnit co nejvíce částí.

Interferenční odpor

Interferenční odpor vzniká při křížení proudů vzduchu, které vytváří vířivé proudy, turbulence nebo omezuje plynulé proudění vzduchu. Například průsečík křídla a trupu u kořene křídla má značný interferenční odpor. Vzduch proudící kolem trupu se střetává se vzduchem proudícím nad křídlem a spojuje se v proud vzduchu odlišný od obou původních proudů. Největší interferenční odpor se projevuje, když se dvě plochy stýkají pod kolmými úhly. Ke snížení této tendence se používají Fairingy. Pokud proudová stíhačka nese dvě stejné křídelní nádrže, je celkový odpor větší než součet jednotlivých nádrží, protože obě vytvářejí a generují interferenční odpor. Ohebné kryty a vzdálenost mezi vztlakovými plochami a vnějšími součástmi (například radarovými anténami zavěšenými na křídlech) snižují interferenční odpor.

Podkožní třecí odpor

Podkožní třecí odpor je aerodynamický odpor způsobený kontaktem pohybujícího se vzduchu s povrchem letadla. Každý povrch, bez ohledu na to, jak je zdánlivě hladký, má při pohledu pod mikroskopem drsný, nerovný povrch. Molekuly vzduchu, které přicházejí do přímého kontaktu s povrchem křídla, jsou prakticky nehybné. Každá vrstva molekul nad povrchem se pohybuje o něco rychleji, až se molekuly pohybují rychlostí vzduchu pohybujícího se kolem letadla. Tato rychlost se nazývá rychlost volného proudění. Oblast mezi křídlem a hladinou rychlosti volného proudu je široká asi jako hrací karta a nazývá se mezní vrstva. V horní části mezní vrstvy molekuly zvýší rychlost a pohybují se stejnou rychlostí jako molekuly mimo mezní vrstvu. Skutečná rychlost, kterou se molekuly pohybují, závisí na tvaru křídla, viskozitě (lepivosti) vzduchu, kterým se křídlo nebo list pohybuje, a jeho stlačitelnosti (nakolik se dá stlačit).

Proudění vzduchu mimo mezní vrstvu reaguje na tvar okraje mezní vrstvy stejně jako na fyzikální povrch objektu. Mezní vrstva dává každému objektu „efektivní“ tvar, který se obvykle mírně liší od fyzického tvaru. Mezní vrstva se také může od tělesa oddělit, a vytvořit tak efektivní tvar značně odlišný od fyzického tvaru objektu. Tato změna fyzikálního tvaru mezní vrstvy způsobuje dramatické snížení vztlaku a zvýšení odporu vzduchu. Pokud k tomu dojde, znamená to, že se křídlo zastavilo.

Konstruktéři letadel používají pro snížení vlivu odporu tření pláště zapuštěné nýty a odstraňují všechny nerovnosti, které mohou vyčnívat nad povrch křídla. Hladký a lesklý povrch navíc napomáhá přechodu vzduchu po povrchu křídla. Protože nečistoty na letadle narušují volné proudění vzduchu a zvyšují odpor vzduchu, udržujte povrchy letadla čisté a navoskované.

Indukovaný odpor

Druhým základním typem odporu je indukovaný odpor. Je prokázaným fyzikálním faktem, že žádný systém, který vykonává práci v mechanickém smyslu, nemůže být stoprocentně účinný. To znamená, že bez ohledu na povahu systému je požadovaná práce získána na úkor určité dodatečné práce, která se v systému rozptýlí nebo ztratí. Čím je systém účinnější, tím jsou tyto ztráty menší.

Při vodorovném letu vytvářejí aerodynamické vlastnosti křídla nebo rotoru požadovaný vztlak, který však lze získat pouze za cenu určité penalizace. Této sankci se říká indukovaný odpor. Indukovaný odpor je vlastní vždy, když křídlo vytváří vztlak, a ve skutečnosti je tento typ odporu neoddělitelný od vytváření vztlaku. Je tedy vždy přítomen, pokud se vytváří vztlak.

Křídlo (křídlo nebo list rotoru) vytváří vztlakovou sílu využitím energie volného proudu vzduchu. Kdykoli aerodynamický kryt vytváří vztlak, je tlak na jeho spodní plochu větší než na horní plochu (Bernoulliho princip). V důsledku toho má vzduch tendenci proudit z oblasti s vysokým tlakem pod špičkou vzhůru do oblasti s nízkým tlakem na horním povrchu. V blízkosti hrotů mají tyto tlaky tendenci se vyrovnávat, což vede k bočnímu proudění směrem ven ze spodní strany k hornímu povrchu. Toto boční proudění propůjčuje vzduchu na špičkách rotační rychlost a vytváří víry, které se táhnou za křídlem.

Při pohledu na letoun z ocasní části krouží tyto víry proti směru hodinových ručiček kolem pravé špičky a ve směru hodinových ručiček kolem levé špičky. Jak se vzduch (a víry) odvíjí od zadní části křídla, stáčí se pod úhlem dolů, což se nazývá downwash. Obrázek 5-10 ukazuje rozdíl v sestupném proudění ve výšce a u země. S ohledem na směr rotace těchto vírů je vidět, že vyvolávají vzestupné proudění vzduchu za špičkou a sestupné proudění za odtokovou hranou křídla. Toto indukované sestupné proudění nemá nic společného se sestupným prouděním, které je nezbytné k vytvoření vztlaku. Ve skutečnosti je zdrojem indukovaného odporu.

Snižující se proudění směřuje relativní vítr dolů, takže čím větší je sestupné proudění, tím více směřuje relativní vítr dolů. To je důležité z jednoho velmi dobrého důvodu: vztlak je vždy kolmý na relativní vítr. Na obrázku 5-11 vidíte, že při menším sestupném proudění je vektor vztlaku více kolmý a odporuje gravitaci. A když máte více sestupného proudění, směřuje vektor vztlaku více dozadu, což způsobuje indukovaný odpor. Kromě toho vaše křídla potřebují energii na vytvoření sestupného proudu a vírů a tato energie vytváří odpor.

Čím větší je velikost a síla vírů a následná sestupná složka na čistém proudění vzduchu nad křídlem, tím větší je efekt indukovaného odporu. Toto sestupné proudění nad horní částí profilu ve špičce má stejný účinek jako ohýbání vektoru vztlaku směrem dozadu; vztlak je tedy mírně vzad od kolmice na relativní vítr, což vytváří vztlakovou složku směrem dozadu. Jedná se o indukovaný odpor.

Pro vytvoření většího podtlaku na vrcholu křídla může být křídlo nakloněno na vyšší AOA. Pokud by AOA symetrického křídla byla nulová, nevznikl by žádný rozdíl tlaků, a tudíž ani žádná složka sestupného proudění a žádný indukovaný odpor. V každém případě se s rostoucí AOA úměrně zvyšuje indukovaný odpor. Jinak řečeno, čím nižší je rychlost letu, tím větší je AOA potřebná k vytvoření vztlaku rovného hmotnosti letadla, a tedy tím větší je indukovaný odpor. Velikost indukovaného odporu se mění nepřímo úměrně se čtvercem rychlosti letu.

Parazitní odpor naopak roste se čtvercem rychlosti letu. V ustáleném stavu se tedy při poklesu rychlosti letu na hodnotu blízkou rychlosti klesání celkový odpor zvětšuje, a to především v důsledku prudkého nárůstu indukovaného odporu. Podobně, jakmile letadlo dosáhne nikdy nepřekročitelné rychlosti (VNE), celkový odpor prudce vzroste v důsledku prudkého nárůstu parazitního odporu. Jak je vidět na obrázku 5-6, při určité rychlosti letu je celkový odpor minimální. Při výpočtu maximálního doletu letadla je tah potřebný k překonání odporu minimální, pokud je odpor minimální. Minimální výkon a maximální výdrž se vyskytují v jiném bodě.

Letecká gramotnost doporučuje

Příručka soukromého pilota Roda Machada -Letecká gramotnost doporučuje produkty Roda Machada, protože to, co je obvykle suché a nudné, přetváří svým charakteristickým humorem, což pomáhá udržet pozornost a udržet si informace déle. (viz všechny produkty Roda Machada).