taktyka przelotowa, Lotnictwo
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
ROZDZIAŁ 1. TEORETYCZNE PODSTAWY TAKTYKI PRZELOTOWEJ
1. Teoretyczny schemat przelotu szybowcowego
Przeloty szybowcowe są obecnie zasadniczą konkurencją sportu szybowcowego. Konkurencje przelotowe stanowią zde-
cydowaną większość pozycji tabeli rekordów. Na zawodach szybowcowych rozgrywa się już wyłącznie różne
konkurencje przelotowe. Chociaż od czasów, gdy kilkuset kilometrowy przelot był sensacją, minęło wiele lat, choć
zagadnienia przelotu szybowcowego zostały już w zasadzie teoretycznie rozpracowane do rozmiarów rozległej wiedzy,
to jednak pierwsze przeloty są nadal dla każdego pilota szybowcowego wielkim przeżyciem, Niemal każdy szybownik
we własnym przekonaniu wpisuje się na listę "prawdziwych pilotów" szybowcowych dopiero pierwszym udanym
przelotem. Pierwsze przeloty dają pełne szanse wykorzystania wszystkich zdobytych dotychczas umiejętności
pilotażowych i ujawniają braki w tych umiejętnościach, nakłaniając do ciągłego doskonalenia techniki pilotażu i wiedzy
teoretycznej.
Przelot szybowcowy z wykorzystaniem wznoszeń termicznych przebiega w sposób następujący: po uzyskaniu dużej
wysokości w kominie termicznym, pilot opuszcza komin i przeskakuje po prostej do następnego komina, tracąc podczas
przeskoku wysokość. Po osiągnięciu następnego komina pilot odzyskuje utraconą wysokość, wznosząc się w krążeniu,
aby następnie zamienić ją w locie ślizgowym na odległość przeskoku do następnego komina. Elementarny wycinek
przelotu składa się więc z odcinka lotu prostego, podczas którego szybowiec pokonuje odległość tracąc wysokość, i z
krążenia w kominie, (podczas którego szybowiec odzyskuje utraconą w locie prostym wysokość, nie pokonując jednak
odległości (rys. 157). Długość takiego wycinka przelotu, to odległość między dwoma kominami, w których szybowiec
krążył, a więc odległość przeskoku (S). Czas przebycia długości tego wycinka przelotu to suma czasu przeskoku (t
s
) i
czasu krążenia w kominie (t
w
), w którym odzyskano utraconą podczas przeskoku wysokość. Prędkość przelotowa na
elementarnym wycinku przelotu to stosunek odległości tego wycinka do czasu jego przebycia:
Czas przeskoku (ts) można obliczyć dzieląc wysokość
utraconą (h) przez prędkość opadania szybowca
podczas przeskoku, która jest sumą prędkości opadania
własnego (w
ow
) i prędkości duszenia
międzykominowego (wd):
Czas wznoszenia (tw) w kominie można obliczyć
dzieląc uzyskaną wysokość (również h) przez średnią
prędkość wznoszenia się szybowca w kominie (ww):
Nie popełniając istotnego błędu można przyjąć, że
prędkość przeskoku (Vs) równa się swojej składowej
poziomej. Stąd odległość przeskoku (S) równa jest
iloczynowi prędkości przeskoku (Vs) i czasu
przeskoku (ts), co po uwzględnieniu zależności (15)
daje:
Wprowadzenie powyższych zależności do wzoru na
prędkość przelotową(Vp) daje (po uproszczeniu)
użyteczną już postać wzoru:
Wzór ten jest jedną z postaci wzoru na prędkość przelotową, opracowanego i opublikowanego w 1938r. przez polskiego
pilota szybowcowego inż. Witolda Kasprzyka. Z wzoru nasuwają się następujące wnioski:
– wzrost prędkości wznoszenia (ww) podczas krążenia w kominie zwiększa prędkość przelotową (Vp),
– wzrost duszeń międzykominowych (wd) powoduje zmniejszenie prędkości przelotowej (Vp),
– prędkość przelotowa zależy również od prędkości przeskoku (Vs),
Zależność prędkości przelotowej od prędkości przeskoku jest bardziej złożona; zwiększenie prędkości przeskoku działa
w kierunku zwiększenia prędkości przelotowej, jednak towarzyszący wzrostowi prędkości przeskoku wzrost prędkości
opadania własnego działa w kierunku przeciwnym — zmniejszania prędkości przelotowej.
– 2 –
Stąd wniosek, że dla każdych warunków termicznych przelotu istnieje tylko jedna, najkorzystniejsza prędkość prze-
skoku (Vsp), przy której szybowiec osiąga największą możliwą w tych warunkach prędkość przelotową. Przy prędkości
mniejszej niż najkorzystniejsza prędkość przeskoku szybowiec osiąga następny komin z większą wysokością, ale opóź-
nienie powoduje to, że szybowiec wykonujący przeskok z
prędkością najkorzystniejszą skompensuje z nadmiarem
niższy przylot do komina. Zbyt duża prędkość przeskoku
powoduje utratę wysokości, której ,nie można
skompensować wcześniejszym przylotem (rys. 158).
Wyznaczenie tej prędkości dla określonej wartości
wynoszenia w kominie i duszenia międzykominowego jest
możliwe przez wykonanie wykresu zależności prędkości
przelotowej od prędkości przeskoku po obliczeniu według
wzoru (19) prędkości przelotowych odpowiadających
różnym prędkościom przeskoku dla założonych warunków
termicznych.
Druga metoda to metoda graficzna, polegająca na wyznaczeniu najkorzystniejszej prędkości przeskoku wykreślonej na
biegunowej prędkości.
P
RZELOTY SZYBOWCOWE
2. Graficzne wyznaczanie najkorzystniejszej prędkości przeskoku i prędkości przelotowej
Wartość najkorzystniejszej prędkości przeskoku (
Vsp
) zależy w jednakowym stopniu od prędkości wznoszenia w
kominie i od prędkości duszenia na trasie przeskoku. Większym wznoszeniom odpowiadają większe prędkości
przeskoku, ponieważ umożliwiają szybsze odzyskiwanie wysokości, której strata jest tym szybsza, im większa prędkość
przeskoku. Im większe duszenie, tym szybciej należy je przelecieć, aby mniej stracić wysokości.
Podstawą graficznej metody znajdowania najkorzystniejszej prędkości przeskoku jest zależność powstała z podzielenia
obu stron równania (19) przez
Vs
, co daje zależność:
albo podzielenia obu stron równania przez
w
w
, co daje zależność:
Sposób wyznaczania wykreślnie najkorzystniejszej prędkości przeskoku przedstawia rys. 159. Na osi pionowej układu
biegunowej prędkości szybowca odkładamy od zera w górę odcinek odpowiadający wartości prędkości duszenia (
w
d
) na
przeskoku. Do tego odcinka dodajemy odcinek odpowiadający wartości prędkości wznoszenia w kominie (
w
w
)
odkładając go dalej w górę. Z końca tego odcinka (pkt A) wykreślamy styczną do biegunowej.
Rzut punktu styczności (pkt B) na oś poziomą wyznacza najkorzystniejszą prędkość przeskoku (
Vsp
), a rzut na oś
pionową wyznacza prędkość opadania własnego (
w
0w
), odpowiadająca prędkości
Vsp
. Odcinek C'B', leżący na linii
P
RZELOTY SZYBOWCOWE
– 3 –
równoległej do osi poziomej (p) wyprowadzonej z pkt. C', stanowiącego najniżej na wykresie położony punkt (dolny
koniec) odcinka odpowiadającego prędkości
w
w
, odpowiada wartości prędkości przelotowej (
Vp
), gdyż trójkąty ABC i
AB'C', mając boki wzajemnie równoległe, są do siebie podobne. Z podobieństwa tego wynikają zależności:
lub
Prosta p, na której leży odcinek C'B' staje się jakby nową osią poziomą układu, przesuniętą (w tym przypadku w górę) o
wartość prędkości prądu pionowego (w tym przypadku duszenia) na trasie przeskoku. Jeśli prądy pionowe podczas
przeskoku nie występują, to prosta p pokrywa się z osią poziomą układu.
Przyjęcie jakiejkolwiek innej prędkości przeskoku niż prędkość wyznaczona przez styczną, mniejszej albo większej,
spowoduje zmniejszenie się prędkości przelotowej, gdyż sieczna do biegunowej prędkości wyprowadzona z pkt A (na
rys. 159 jest to linia przerywana) przecina prostą p w pkt B'1, leżącym bliżej osi pionowej układu niż pkt B', a więc
odcinek C'B'1 jest krótszy od odcinka C'B'. Odcinek C'B' 1 odpowiada wartości prędkości przelotowej
V
p1
osiąganej w
danych warunkach przy prędkości przeskoku
V
s1
, gdyż odpowiednie zależności są również prawdziwe dla trójkątów
AB'
1
C' i AB
1
C, posiadających także boki wzajemnie równoległe. W sytuacji przedstawionej na wykresie (rys. 159)
prędkość
V
p1
może być również osiągnięta przy prędkości przeskoku
V
s2
, większej niż prędkości przeskoku
V
s1
i
V
sp
,
ponieważ pkt B2, odpowiadający
V
s2
, powstał z przecięcia biegunowej tą samą sieczną, która wyznaczyła pkt B1,
odpowiadający
V
s1
.
Zasięg bezwietrzny przeskoku przy
V
s1
, która jest bliska prędkości największego zasięgu bezwietrznego (Vzb), jest
znacznie większy niż zasięg przeskoku przy
V
s2
, co wyraźnie widać z kątów nachylenia siecznych porównania zasięgów
przeskoku wyprowadzonych z punktu C' (porównaj rys. 116). Należy dodać, że wiatr nie ma wpływu na
najkorzystniejszą prędkość przeskoku w przelocie termicznym, ponieważ wiatr powoduje przemieszczanie się całej
masy powietrza, wewnątrz której wykonywany jest przelot, a więc i kominów termicznych. W przypadku jednak
przelotu wykonywanego z wykorzystywaniem noszeń związanych z terenem (noszenie zboczowe i falowe), wiatr
wpływa na dobór prędkości przeskoku tak, jak na dobór prędkości największego zasięgu.
3. Zależność prędkości przelotowej od prędkości wznoszenia się szybowca w kominie i
prędkości przeskoku
Posługując się wykreślną metodą wyznaczania prędkości
przelotowej w zależności od prędkości przeskoku albo
wzorem (19), można sporządzić wykresy zależności
prędkości przelotowej cd prędkości przeskoku dla różnych
wartości prędkości wznoszenia szybowca w kominach.
Uzyskany wykres (rys. 160) stanowi podstawę do oceny
możliwości przelotowych szybowca w różnych warunkach
atmosferycznych. Początkowo w rozważaniach
teoretycznych na temat wpływu warunków termicznych na
prędkość przelotową nie uwzględniano duszeń
międzykominowych, zakładając równowagę wpływu na
przelot prądów wznoszących i opadających na trasie
przeskoku. Następnie przyjęto założenie, że na trasie
przeskoku przeważają duszenia, tym silniejsze, im silniejsze
są prądy wznoszące. Wzajemna zależność prądów
pionowych została ujęta w postaci współczynnika duszeń
międzykominowych (b), który jest stosunkiem prędkości
duszenia międzykominowego (w
d
) do prędkości wznoszenia
się szybowca w kominie (w
w
):
Praktyka wykazała, że wartość współczynnika duszeń
międzykominowych wynosi średnio 0,2. Przy założeniu, że
współczynnik b = 0,2 przedstawiono na rysunku 160 krzywe
zależności prędkości przelotowej szybowca "Pirat" od
prędkości przeskoku dla prędkości wznoszenia się szybowca
w kominie od 0,5 do 3,5 m/s, co 0,5 m/s.
Z wykresu tego wynikają następujące wnioski:
– prędkość przelotowa, przy założeniu stałego
współczynnika duszeń międzykominowych, zależy
przede wszystkim od prędkości wznoszenia się szybowca
w kominie i szybko rośnie wraz z nią;
– najkorzystniejsza prędkość przeskoku wzrasta wraz z prędkością wznoszenia się szybowca w kominie;
– 4 –
– nawet znaczne odchylenia prędkości przeskoku od wartości najkorzystniejszej powodują niewielkie stosunkowo straty
prędkości przelotowej, a tolerancja utrzymania prędkości przeskoku jest tym większa, im silniejsze wznoszenie w
kominie.
Duży zakres prędkości przeskoku, dla którego prędkość przelotowa spada nie więcej niż o 2 km/h w stosunku do naj-
większej dla danego wznoszenia (np. dla szybowca "Pirat" przy wznoszeniu ww = 2 m/s od 108 do 160 km/h), pozwala
niemal dla każdego szybowca wybrać takie dwie średnie prędkości przeskoku, jedną dla słabszych, drugą dla
silniejszych wznoszeń, które w tym zakresie się mieszczą. Na przykład dla szybowca "Pirat" są to prędkości: 115 km/h
dla wznoszeń od 0,5 m/s do 2 m/s i 150 km/h dla wznoszeń od 2 m/s. Zaletą metody średnich prędkości przeskoku,
opublikowanej w 1938 r. przez W. Kasprzyka, jest małe zaabsorbowanie uwagi pilota doborem i utrzymaniem prędkości
przeskoku, co pozwala na koncentrowanie się na wyszukiwaniu wznoszeń.
Metoda ta ma liczne wady. Najważniejszymi są:
– nieuwzględnienie wpływu prądów pionowych na prędkość przeskoku, co w przypadku napotkania noszeń
międzykominowych powoduje znaczne straty prędkości przelotowej ;
– niekorzystny wpływ na gospodarowanie wysokością lotu podczas przelotu, ponieważ średnie prędkości przeskoku są
większe od najkorzystniejszej prędkości przeskoku dla słabych wznoszeń kominowych, a mniejsze od nich dla
wznoszeń silniejszych, na skutek czego gospodarka wysokości jest "rozrzutna" przy słabszych warunkach
termicznych, a "oszczędna" przy silnych.
Dalsze modyfikacje metody średnich prędkości przeskoku zmierzały do usunięcia tych wad, powodowały jednak
komplikację samej metody, tak że traciła podstawową swą zaletę i prostotę. Obecnie metody tej nie stosuje się w lataniu,
a wykresy takie, jak przedstawiony na rysunku 160, służą do ocen porównawczych szybowców.
4. Wpływ warunków termicznych na trasie przeskoku na prędkość przelotową i
najkorzystniejszą prędkość przeskoku
Praktyka wykazuje, że na trasie przeskoków napotykane są, oprócz duszeń, również noszenia. Wpływ tych prądów na
prędkość przelotową jest istotny i w rzeczywistości nie da się go uwzględnić mechanicznie przez przyjęcie
współczynnika. Zmiany wartości prędkości przelotowej i najkorzystniejszej prędkości przeskoku zachodzące wraz ze
zmiana wartości duszenia międzykominowego w stosunku do tej, jaka odpowiada współczynnikowi b = 0,2, przedsta-
wiono na rys. 161 (wzrost duszenia) i 162 (zanik duszenia), co na obu rysunkach przedstawia sytuacja 2. Sytuacja 1 na
obu rysunkach odpowiada duszeniu wynikającemu ze współczynnika b = 0,2. Dla wszystkich przypadków wznoszenie
kominowe
w
w
= l m/s.
Wzrost duszenia (rys. 161) powoduje znaczny spadek prędkości przelotowej i zmniejszenie zasięgu przeskoku oraz
wzrost wartości najkorzystniejszej prędkości przeskoku. Niezwiększenie prędkości przeskoku (utrzymywanie
V
sp1
po
wzroście duszenia zamiast
V
sp2
) nie wywołuje dużej straty prędkości przelotowej (
∆Vp
), natomiast pozwala zachować
większy zasięg bezwietrzny.
Zanik duszenia (rys. 162) powoduje zauważalny wzrost prędkości przelotowej i wzrost zasięgu oraz zmniejszenie się
najkorzystniejszej prędkości przeskoku. Niezmniejszenie prędkości przeskoku powoduje stratę zasięgu i niemal nie
wpływa na prędkość przelotową.
P
RZELOTY SZYBOWCOWE
P
RZELOTY SZYBOWCOWE
– 5 –
Szybowiec na trasie przeskoku może również napotkać noszenia. Nazwiemy je noszeniami przeskokowymi (
w
s
), jeśli
nie będą wykorzystywane w krążeniu, lecz przelatywane lotem prostym. W celu uniknięcia skomplikowania
teoretycznego schematu przelotu wprowadzeniem nowego rodzaju prędkości pionowej (
w
s
) można przyjąć, że noszenia
przeskokowe są duszeniami międzykominowymi o ujemnej wartości, więc:
w
s
= -
w
d
Po uwzględnieniu tej równości we wzorze otrzymamy zależność:
która stanowi podstawę do graficznego wyznaczania parametrów przelotu, w którym podczas przeskoku napotykane są
noszenia.
Metoda postępowania jest taka sama jak przedstawiona na rys. 159 z tym, że odcinek odpowiadający wartości –
w
d
jest
odkładany w dół od osi poziomej układu współrzędnych, ponieważ noszenie przeskokowe wpływa na zmniejszenie
najkorzystniejszej prędkości przeskoku, i równolegle do odcinka odpowiadającego opadaniu własnemu, ponieważ wy-
nikowa prędkość pionowa szybowca w obszarze noszenia jest różnicą prędkości noszenia i opadania własnego.
Prosta p jest więc przesunięta w dół od osi poziomej układu o odcinek odpowiadający prędkości noszenia
przeskokowego (–
w
d
) i od tej prostej jest odkładany w górę odcinek odpowiadający
w
w
.
Zmiany prędkości przelotowej i najkorzystniejszej prędkości przeskoku, jako skutek wlotu szybowca w obszar noszenia
przeskokowego, przedstawiono na rys. 163 (dla noszenia przeskokowego mniejszego od opadania własnego szybowca) i
[ Pobierz całość w formacie PDF ]