reklama

Vrtulníky 4.: Stabilita vrtulníku.

25.02.2007, zd, Komentáře (2)

Mr.Hip ( http://www.mojehobby.cz/userInfo.php?udid=4872 ) přispívá do fóra vrtulníky řadou rozsáhlých informačních článků o principu letu vrtulníků. S jeho dovolením jsem některé z nich převedl sem.

Vrtulníky 4.: Stabilita vrtulníku.

Dost často se tady vyskytují debaty o stabilitě vrtulníku.Někdy se člověk dozví zajímavé informace a někdy jenom bludy. Tuhle diskusi čtu už docela dlouho a celkem pravidelně a nepamatuji se že by tady někde bylo více informací pohromadě na jednom místě tak se pokusím něco na toto téma napsat.Kdo není úplný začátečník nebo má slabší nervy doporučuji dále nečíst.

Stabilit existuje více druhů( např. statická a dynamická) ale já se budu věnovat jenom tomu co si od tím představuje pilot modelu vrtulníku.

Hodně lidí zde si pod slovem stabilita představuje vrtulník který hezky visí na místě a přimět ho k nějakému pohybu ( změně polohy ) musí dát pořádnou fušku. Rozšířený názor je , že čím větší akce , neboli u nás tahání za páky řízení je třeba aby se vrtulník někam pohnul tím je stabilnější - je omyl. Toto není stabilita. Toto je řiditelnost. Všichni víme, že vrtulníky jsou mrchy a na rozdíl od většiny letadel jsou aerodynamicky nestabilní. To znamená, že pokud nastane nějaká odchylka , stabilní stroj má snahu sám se vrátit do výchozího stavu ale nestabilní, jako náš vrtulník odchylku zvětšuje a je na nás ve stabilní poloze ho udržet. Míra stability ( nebo nestability) znamená , jak rychle stroj obnoví původní stav , nebo jak rychle se odchylka zvětšuje.

Stabilita vrtulníku závisí na mnoha věcech. Především obrovský vliv má hmotnost vrtulníku. Čím těžší, tím stabilnější. Na pohyb jakýmkoli tělesem je třeba vynaložit nějakou energii. Čím těžší těleso, tím více se brání a tím víc energie se musí vynaložit.To znamená že těžký vrtulník se bude mnohem lépe bránit odchylkám od zadané polohy . Z toho jasně vyplývá že velký spalovák bude mnohem ale opravdu MNOHEM stabilnější než maličká elektra. Ale pro nás ani přílišná stabilita není dobrá. Zkuste pohnout vagónem a pak dětským kočárkem. Všechno spolu souvisí. Co je stabilní a krásně visí zase je špatně ( nebo spíše na to potřebujeme velkou sílu) řiditelné. Nestabilní potvora sice ve visu nic moc ale zase s ní jdou udělat dva výkruty za sekundu.

Další velice důležitou věcí která má vliv na stabilitu je rotor a padla. Roztočený rotor a padla fungují jako gyroskop. Gyroskop ( setrvačník) má jednu vlastnost která nás zajímá a to je že se snaží udržovat svoji polohu v prostoru. To je pro nás dobře ale i špatně.

Dobře proto že při jakékoliv odchylce se rotor brání a nechce se nechat postrčit. Pokud se už ale pohne, tak nám život trošku komplikuje precesní pohyb ale tím se zabývat nebudu. Kdo si neumí představit jak rotor drží polohu, zkuste starý známý pokus: držte za osu vymontované kolo z bicyklu, roztočte ho na největší otáčky jaké dokážete ,pak tou osou pohněte a uvidíte.Pokud vám to kolo z ruky vyběhne , pak jste právě v praxi viděli co je to precesní pohyb. Když budete osou hýbat pomalu, budete cítit jak se kolo brání odchýlit se, pokud zaberete rychle, osa se sama pohne ( a to pořádně) ve vámi nepředpokládaném směru a budete se mít co ohánět to udržet.

A špatně je to proto, že budeme potřebovat velkou sílu abychom tím rotorem pohnuli. A to musíme když chceme řídit.

Čím větší je hmotnost rotoru a padel a jejich otáčky , tím vyšší bude jejich nastřádaná energie a tím více bude vrtulník stabilní.( Divné že, zdá se( začátečníkům) že na vysokých otáčkách jsou heli mnohem méně stabilní ). Takže stabilitu modelu můžeme ovlivnit vším co zvýší energii nastřádanou v rotoru a padlech. Třeba těžší listy nebo padla, i přidání závažíček na padla se kladně projeví. Když mají listy těžiště vzdálenější od osy rotoru se taky kladně projeví.

A teď něco o řiditelnosti. Jednoduše řečeno je to vlastnost která určuje kolik síly budeme potřebovat na změnu polohy vrtulníku a jak rychle ta změna proběhne. Bohužel nejsem schopen vyjádřit to lépe. Znamená to jak je vrtulník ochoten nechat se měnit rychlost a směr pohybu. Představme si model začátečníka který visí na relativně malých otáčkách a pilot chce např. zabočit. Tak pohne kniplem. Chviličku se nic neděje, pak se vrtulník pohne, začne zvyšovat rychlost pohybu až na pilotem nastavenou hodnotu.Až se dostane na požadované místo, pilot vrátí knipl a celý proces se opakuje v opačném pořadí. Všechno se děje relativně pomalu, na vše je dost času a když dá pilot náhodou opačnou výchylku než by měl, je čas zjistit to a opravit. U pilota pokročilého který má nastaveny daleko vyšší otáčky a výchylky řízení, celý proces proběhne naprosto stejně jenom mnohem rychleji.

Celé to funguje takhle: naprostá většina modelů se řídí tak, že pilot povelem od serva ovládá naklánění padla. Padlo změní úhel náběhu a protože se točí, čili pohybuje v proudu vzduchu, vznikne na něm vztlak. Ten vztlak padlo zvedne nahoru ( druhé opačně dolů) a protože tyčka na které jsou padla je pákou spojena s ovládáním úhlu náběhu listů – máme vyhráno! Čím více a rychleji změní polohu padla, tím rychleji se pohnou i listy a tím je reakce na řízení rychlejší. A padla se pohybují tím rychleji čím se rychleji točí, čím mají větší plochu, čím jsou lehčí ( mají menší setrvačnost) a také čím je delší tyčka na které jsou upevněny protože jsou dále od osy otáčení a tím se pohybují vzhledem ke vzduchu rychleji proto na nich vzniká vyšší vztlak.
S delší tyčkou padel souvisí další skutečnost a to zvýšení stability celého systému.Roztočená padla zároveň fungují jako gyroskop a za pomoci geniálně vymyšleného systému pák mají podstatný vliv na stabilitu rotoru.Zkuste si nad hlavou roztočit půlkilové kladivo na půlmetrovém topůrku a pak ho vychylte z rovnovážného otáčení. Pak zkuste stejné kladivo, jenom topůrko prodlužte na celý metr. Na co bude potřeba větší síla ke změně? A když je třeba větší síla na změnu stavu, je vyšší stabilita.

A nakonec ( už jsem se dost vykecal) ještě poslední závislost. Čím vyšší otáčky na rotoru, tím vyšší bude vztlak na listech. Čím vyšší bude vztlak na listech tím menší úhel náběhu stačí na vyvození nějakého tahu . Tzn. na vyšších otáčkách na stejný tah stačí menší úhel náběhu . Na každou změnu polohy vrtulníku musíme vychýlit rotor někam. A když nám na to vychýlení stačí menší úhel náběhu, stačí i menší pohyb serva a a tím se nám zrychlí reakce na řízení.

Takže celým tímhle strašně dluhým povídáním jsem jenom chtěl trochu objasnit jak to je s tou stabilitou. Kdo se dočetl až sem dostane medaili za statečnost.

A pro úplné začátečníky: Vrtulník na malých otáčkách není stabilnější, on jenom pomaleji reaguje na řízení, když přidáte otáčky, bude reagovat rychleji při stejné velikosti výchylek. Nelétejte na příliš nízké otáčky. Není to dobré ani pro vrtulník ani pro vás . Těžká padla( nebo závažíčka) na delší tyčce pomůžou stabilitě ( ale s délkou se to nesmí přehnat!!!) . Pokud máte možnost pro začátek dát polosymetrické listy - dejte je, budete kromě jiného na stejné množství paliva déle viset. Na učení je nejlepší co největší vrtulník jaký si můžete dovolit.

Doplnění od VITO

Výborně napsáno, ještě bych k tomu doplnil:
- Samozřejmě závisí i na ploše a profilu padel, které opět hodně ovlivňují chování vrtulníku. Nejenom jejich hmotnost.
- S tím řízením pomocí padel je to trochu složitější. Např. 3D vrtulníky se padlama řídí dost málo, pilot řídí přímo listy (více) a méně padla, které i méně zasahují do stabilizace vrtulníku. U FAI mašin je tomu naopak.

Z uvedeného vyplývá, že lze jeden parametr měnit jenom v jistém rozmezí a není samospásný (už jsem na to několikrát upozorňoval). Co není na něco napákováno (poměry přepákování atp.), to lze těžko dohnat jiným způsobem.

A pozor, vždy je něco za něco.

 

 

© 2010 Ludvík Novotný