Kaczka, skrzydełko i przełom w lotnictwie. Historia pewnego wynalazku. Część 1

: Opublikowano: 06 kwietnia 2011

Strona 4 z 4

Etap III
W tym wypadku obiektem badań stał się zdalnie sterowany model samolotu naszego kolegi Bogdana Chachlowskiego. Pięknie latający akrobacyjny model w układzie delta lecz z dodatkowym usterzeniem poziomym i rozpiętości skrzydeł ok. 1 m był do naszej dyspozycji. Pierwszy etap eksperymentu. W modelu instalujemy „skrzydełko” (tak nazywaliśmy dodatkową powierzchnie sterującą), z osią obrotu parę centymetrów przed przewidywanym położeniem wypadkowej siły nośnej, przez nią wytwarzanej. Skrzydełko, o powierzchni rzędu 12% powierzchni skrzydeł, wyważamy tak, aby jego środek masy był nieco za środkiem obrotu, cały model doważamy tak, żeby zachować wyjściowe położenia środka ciężkości, ostateczna kontrola i… w powietrze! Niby własności modelu nie powinny się zmienić ale… niepokój pozostaje.

Schemat sposobu wytworzenia w przybliżeniu stałej sił na „skrzydełku”

Model startuje, leci, lata i ląduje. Wynik eksperymentu ogłoszony przez Bogdana pilotującego model: Nic się nie zmieniło, model stateczny, sterowny, akrobacje kręci jak kręcił, zresztą sami widzieliście. No to następny etap. Wytwarzamy moment, a więc siłę. Model ulega drobnej modyfikacji. Na osi obrotu instalujemy rolkę o średnicy rzędu 2 cm. Po rolce otacza się przymocowana doń nitka przedłużona 50-60 cm odcinkiem gumy modelarskiej. Guma nawijana jest z drugiego końca na kołowrót (taka odmiana elekromechanizmu sterowanego radiem). Cały mechanizm pozwala wytworzyć moment w przybliżeniu stały, w zakresie wychyleń skrzydełka, i regulowany zdalnie od zera do wielkości odpowiadającej przyłożeniu siły równej 15% ciężaru modelu, w środku parcia sił aerodynamicznych, wytwarzanych przez skrzydełko. Emocje przed tą próbą zdecydowanie większe niż przed poprzednią. Start z momentem na osi skrzydełka równym zero, wznoszenie. Zwiększenie momentu i… nic. Model nadal lata tak samo jak uprzednio. No, niezupełnie. Przy lądowaniu modelu ster wysokości nie jest wychylony do góry jak uprzednio (dla wytworzenia siły pionowej w dół), lecz wręcz nieco wychylony w dół. A więc? Sukces! Wszystkie siły do góry. Na przednim skrzydełku, gdyż jest to zdefiniowane naciągnięciem gumy, na skrzydłach, co wynika z definicji, no i na usterzeniu, co wynika z jego konfiguracji (zaklinowanie statecznika, wychylenia steru utrwalone po wylądowaniu gdy elektromechanizm pozostał w tym samym położeniu co przy przyziemieniu).

Rozkład sił pionowych działających tuż przed przyziemieniem

Co dalej? Następne eksperymenty, poparte już wielkościami liczbowymi i wykresami. Wszystko dzięki życzliwości profesora Aleksandra Olejnika i jego zespołu badawczego.

Podczas badań w WAT. Zdjęcia modeli zawieszonych w przestrzeni pomiarowej tunelu aerodynamicznego

Schemat układu pomiarowego tunelu areodynamicznego do badania charakterystyk w opływie symetrycznym

W tunelu aerodynamicznym Wojskowej Akademii Technicznej zostały przebadanych trzy modele o różnych konfiguracjach, najpierw „społecznie”, w ramach „czystej pasji badawczej”, a potem w ramach „grantu” finansowanego przez Ministerstwo Nauki. W ramach owej „pasji badawczej” badania były kontynuowane w tunelu aerodynamicznym Politechniki Warszawskiej. Najpierw badany był tam model odrzutowego samolotu Bielik wyposażony dodatkowo w skrzydełka, a potem dwa inne modele badawcze. Dla wynalazcy szokiem były wykresy, które wyszły z komputerów zintegrowanych ze swymi tunelami. Jedna sprawa to coś wymyślić, wyobrazić sobie jak to działa, a zupełnie co innego – zobaczyć tę kartkę wysuwającą się z drukarki. Kartkę, na której widać wykresy w całości potwierdzające to, co się sobie wyobrażało. Tam abstrakcja, tu rzeczywistość.

Co z owych wykresów wynika? Przede wszystkim to, co leży u podstaw pomysłu. Skrzydełko wytwarza żądaną siłę (oczywiście w rozsądnych granicach), przy braku wyraźnego, czy wręcz zauważalnego wpływu na wyjściową stateczność, o czym świadczy przebieg momentów pochylających dla różnych sił wytwarzanych przez „skrzydełko” na wykresie zależności tych momentów w funkcji kąta natarcia. Krzywe te są praktycznie równoległe do siebie i to w zakresie znacznie wybiegającym poza użyteczne kąty natarcia. Z tych wykresów, a także z kontynuowanych równolegle badań paru zbudowanych modeli wynika również, że:

uzyskujemy znaczący przyrost siły nośnej;
skracamy rozbieg samolotu niewspółmiernie więcej, niż wynikałoby to z przyrostu siły nośnej;
stosunek siły nośnej do siły oporu samolotu, czyli tzw. doskonałość, niewiele się zmienia w praktycznych zastosowaniach;
samolot powinien się zdecydowanie łatwiej wyprowadzić z ewentualnego korkociągu;
zastosowanie „skrzydełka” powoduje, że samolot korzystniej reaguje na podmuchy, czyli w istotny sposób tłumi ich efekty.

Rysunki do zgłoszenia patentowego

Oczywiście nie ma róży bez kolców. Po pierwsze, problemem technicznym jest, aby szybko a nawet bezzwłocznie zmieniać ów stały, sterowalny moment (gdyż jest to warunek niezbędny aby system można było stosować nie tylko do wyrównoważenia, lecz również do sterowania). Drugim bardzo poważnym problemem jest konkretne rozwiązanie techniczne tego wytwarzania stałej, lecz sterowalnej siły czy momentu. W skali modelu jest to wręcz banalne: wystarczy guma czy sprężyna o zmiennym naciągu, czy mechanizm magneto-dynamiczny, zrealizowany z pomocą przyjaciół z firmy ATM (dziękuję Tomku) w jednym z modeli. W skali rzeczywistego samolotu o masie nieraz bardzo wielu ton problem zdecydowanie przestaje już być banalnym. Jest to problem, lecz jednocześnie wyzwanie dla kolejnych wynalazców. Badanie, rozmyślanie, dyskusja, lecz w końcu trzeba pomysł uformalnić, czyli zgłosić do urzędu patentowego. Wybiegając w przyszłość: już po siedmiu latach uzyskujemy patent wystawiany na panów Edwarda Margańskiego i Włodzimierza Mysłowskiego.

Edward Margański