Autogiró kiskáté 2. rész

Az autogiróra ható erők
Mint bármely, a levegőnél nehezebb repülő szerkezetre, az autogiróra is a következő négy erő hat: a felhajtóerő, a tömeg, a (légcsavar kifejtette) tolóerő és a légellenállás.

Az autogiró esetében a felhajtóerőt a rotor, a légcsavar tolóerejét pedig a motor generálja. A rotor által létrehozott erő két összetevője a rotor felhajtóereje és légellenállása. A légellenállás az autogiró haladási irányával, sebességével párhuzamosan, a felhajtóerő pedig erre merőlegesen fejti ki hatását. Az autogiróra ható összes légellenállás kiszámolásához természetesen a törzs keltette légellenállást is figyelembe kell venni.
Számított tömegnek nevezzük a valós tömeg és az inercia eredőjét. Ezt az eredő erőt az autogiró sebességére (a légellenállás tengelye) és arra merőlegesen (a felhajtóerő tengelye) vetítjük ki.
Számított tangenciális tömegnek nevezzük a számított tömeg légellenállással megegyező irányú összetevőjét, számított normál tömegnek pedig a számított tömeg felhajtóerővel megegyező irányú összetevőjét.
Végül, a számított normál tömeg és a valós tömeg hányadosa a terhelési tényező.
Mivel az autogiróra ható erők összege folyamatosan nulla, ebből következően a légellenállás, illetve a felhajtóerő tengelyeire vetített erők (eredő erők) összege is nulla.
Azt feltételezve, hogy a tolóerő kizárólag a légellenállás tengelyén hat (ami a legtöbb röppálya esetén elfogadható megközelítés), két fontos következtetést vonhatunk le:
• A felhajtóerő egyenlő a számított normál tömeggel.
• A motor tolóereje egyenlő a légellenállás és a számított tangenciális tömeg összegével.

• A rotor felhajtóereje
A rotor által generált felhajtóerő szükséges a gép súlyának megtartásához. Ha egy aerodinamikai profil felhajtóerőt hoz létre, automatikusan légellenállás is keletkezik.
A profil legjobb állásszöge az, amely a legnagyobb felhajtóerőt hozza létre a legkisebb légellenállás mellett. A rotorla-pátprofilok azonban nem működhetnek optimálisan, mivel állásszögük minden fordulat közben folyamatosan változik. Ezenkívül a rotornak autorotációban kell maradnia, ehhez pedig szükséges egy enyhe megfúvási szög, hogy ne szűnjön meg a forgás, és ezáltal a felhajtóerő.

• A rotor légellenállása
A rotor légellenállása az egyes rotorlapátok által különböző pozícióikban, a lapátok sebessége és állásszöge függvényében létrehozott légellenállások összege, mely folyamatosan változik a repülés során.
A légellenállás két összetevője az indukált légellenállás és a profil légellenállása. Az indukált légellenállás a felhajtóerőből ered, miközben a profil légellenállása alapvetően a rotor forgási sebességének függvénye.
Ahogy az indukált légellenállás a rotor felhajtóerejéből ered, a profil légellenállását úgy tekinthetjük, mint a rotor teljes légellenállását, amennyiben az nem hoz létre felhajtóerőt.
A profil légellenállásának szemléltetéséhez képzeljük el azt a légellenállást, melyet a rotor nominális sebességre való felgyorsításához kell legyőzni, miközben a lapátok nem hoznak létre felhajtóerőt.

• A légcsavar tolóereje
A légcsavar tolóereje a hajtómű által indukált erőnek a haladás irányával megegyező irányú összetevője.
A helikopterrel ellentétben az autogiró esetében a légcsavar tolóereje közvetlenül az autogiró szerkezetére hat, a rotor közvetítése nélkül. Így az autogiróra ható erők is különbözőek. A motor elforgató-nyomatéka például a légcsavar forgásirányával ellentétes irányba fordítja a törzset, ami által az a függőleges síkhoz képest enyhén oldalra dől. Ez az enyhe dőlés általában elhanyagolható, és a legtöbb repülési helyzetben nem játszik jelentős szerepet.

• A tömeg
Mint láttuk, az autogiró úgynevezett számított tömege a repülési körülményektől függ. A tömeggel ellentétben (mely az üzemanyag-fogyasztás függvényében csak elhanyagolható mértékben változik a repülés során) a számított tömeg nem állandó. Az autogiró állandó magasságon való megdöntése megnöveli a számított tömegét, és így a terhelési tényezőt is.
Mivel a felhajtóerő mindig egyenlő a normál számított tömeggel, a terhelési tényező növekedése a felhajtóerő növekedését, csökkenése pedig a felhajtóerő csökkenését vonja maga után.
Vízszintes repülés esetén a terhelési tényező 1, ami azt jelenti, hogy a rotor a gép teljes tömegét tartja fent.
Ha a magasságot megtartva az autogirót 60°-ban bedöntjük, a terhelési tényező értéke megnő, 2 lesz. Ebben az esetben a rotor az autogiró tömegének kétszeresét tartja fent.
A rotorra ható terhelés a látszólagos tömeg és a rotor által súrolt terület arányából adódik. A repülési manőverek alatt a terhelés folyamatosan változik, minél nagyobb, annál nagyobb teljesítményre van szükség.

• A légellenállás
Az autogirót a haladása során fékező erő a relatív széllel mindig párhuzamos légellenállás. A légellenállás három összetevője: a profil légellenállása, az indukált légellenállás és az alaki légellenállás.

• A profil légellenállása
A levegőnek a lapátok profiljára gyakorolt ellenállása. Az állásszög változása nem befolyásolja jelentősen, ellenben a levegő relatív sebességének növekedésével megnő. A profil légellenállása függ a profil alakjától és felületétől:
A profil formájából adódó légellenállás a profil által szétválasztott légáramlat által keltett turbulenciából adódik, mértéke a profil méretétől és formájától függ.

A légellenállás függ a profil felületének egyenetlenségétől is. Minél nagyobb a felület (szabad szemmel akár nem is látható) egyenetlensége, annál nagyobb a légellenállás.

• Az indukált légellenállás
Az indukált légellenállást a rotorlapátok keltette felhajtóerő hozza létre. A rotor alsó és felső része közt kialakuló nyomáskülönbség cirkulációt hoz létre (vortex), aminek hatására a levegőrészecskék felfelé mozdulnak el.
A felhajtóerőnek a rotor forgási sebességével ellentétes irányú összetevője az indukált légellenállás.
A rotor fölötti és alatti nyomáskülönbség az állásszög növekedésével szintén nő, ezért a cirkuláció nagyobb állásszögnél jelentősebb mértékű lesz.

Mivel a lapátok állásszöge az autogiró nagyobb sebessége esetén kisebb, az indukált légellenállás az autogiró sebességének növekedésével csökken.

• Alaki légellenállás
Az alaki légellenállás az autogiró haladása során jelentkezik, és mértéke annak sebességével nő. Kiváltója a rotoron kívül az autogiró minden más része, mint például a kabin, a rotor árboca, a burkolat, a vezérsík, a futómű stb. Az alaki légellenállás a sebességgel négyzetes arányban növekszik.

• Az összlégellenállás
Az összlégellenállás a profil-, az indukált és az alaki légellenállás összege. Az autogiró sebességének növekedésével az alaki légellenállás nő, az indukált csökken, a profilellenállás nagyjából állandó marad.
Az össz-légellenállási görbe legalacsonyabb pontján található a legjobb siklószám. Ezen a ponton a legkedvezőbb a felhajtóerő és a légellenállás aránya.