הויכוח האינסופי הקיים בין טייסי מצנחי רחיפה היה תמיד סביב התאוריה של
פרופיל כנף
והכוחות הפועלים עליו.
מקובל בעולם הפיזיקה, ובמדע האווירודינמיקה לצייר את מערכת
הכוחות הפועלים על כנף או פרופיל
, כשקול הכוחות בין עילוי מול כבידה ובין סחף מול גרר.
כאשר מדובר בפרופיל כנף גולשת, היינו, כנף המייצרת את מהירותה הטבעית
באמצעות כוח הכובד, התאורייה הזו נהפכת למסובכת מעט ומוטב לנו להבין מספר דגשים
בתאוריה זו כדי להבין את מהותה.
הנחת היסוד הראשונה שיש להניח היא כאמור: כנף גולשת זקוקה לכוח הכבידה כדי
ליצור סחף או מהירות. לשם כך, חייבת הכנף
להיות בזוית שלילית כל שהיוא ביחס לאופק.
כדי להבין זאת – כדאי לרענן את הזיכרון ולהדגיש את המושג
"מיתר הכנף"
. מיתר הכנף הוא הקו הדמיוני הישר העובר בין נקודה במרכז שפת ההתקפה דרך
נקודה בקצה שפת הזרימה.
מיתר הכנף משמש בכל חישובי שקול הכוחות, כקו דמיוני מרכזי אליו מתייחסות
מדידות. לכן, כנקודת מוצא חשוב למקם את מיתר הכנף בכל תחילת חישוב או הסבר.
אמרנו, "זווית שלילית ביחס לאופק". זו הזוית שבין מיתר הכנף
לבין האופק. כלומר, אם נמתח קו דמיוני ישר הנמשך ממיתר הפרופיל עד לאופק, ייגמר קצה
הקו הזה מתחת לאופק.
ואולם, בפועל השאיפה היא להגיע למרחק הרב ביותר בגלישה. לשם כך, האפשרות
הקיימת היא להגדיל את "זווית ההתקפה" לערכים בהם מושגת התוצאה הטובה
ביותר ביחס שבין המרחק שהכנף עוברת לבין הפסד הגובה הדרוש לגלישה.
אמרנו
"זווית התקפה"
. זוהי הזווית בה פוגשת **זרימת האוויר** את
מיתר הכנף, והיא גורם קרדינאלי ביכולת של הכנף לייצר עילוי.
כעת, יש להיזהר באבחנה. זווית התקפה אינה מתייחסת לאופק כלל וכלל. אנו
מדברים על הזוית בה פוגשת זרימת האוויר את מיתר הכנף.
הבה נתאר לנו מצב בו כנף גולשת בזווית של 7 מעלות מתחת לאופק, כדי להשיג
מהירות/סחף קדימה. במצב זה בו מיתר הכנף יהייה בזווית שלילית מתחת לאופק, תתקבל
מהירות גבוהה וקצב איבוד הגובה יהייה חריף.
מאחר והשאיפה היא לצבור מקסימום מרחק, באפשרותינו להגדיל את זווית ההתקפה
במידה כזו, שהגלישה תהייה מתונה יותר, במהירות קטנה יותר אך עדיין במצב רצוי של
איבוד גובה כדי לקבל תנועה קדימה.
כמובן,שניתן להגדיל את זווית ההתקפה רק עד לערך מוגבל מבלי לגרום לכנף
להיזדקר ולכן אנו נחפש את הנקודה בה שילוב הגורמים של זווית ההתקפה וזויית הגלישה
ייתן את המרחק הגדול ביותר שניתן לעבור.
ככל שנגדיל את זווית ההתקפה, תקטן המהירות ויגדל העלוי. אנו שואפים להגיע
לזווית בה העילוי והמהירות ייתנו את יחס הגלישה הטוב ביותר.
יחס גלישה הוא נתון קריטי במצנחי רחיפה והוא מוכר בשפה המקצועית כיחס L/D.
זהו
המרחק המירבי
שכנף עוברת על כל איבוד גובה נתון. לדוגמא, יחס גלישה של 1:8
מאפשר לכנף לעבור מרחק של 8 מטרים על כל מטר אחד של שקיעה.
יחס גלישה הוא נתון קריטי במאפיינים של כנף, מאחר והוא מצביע על היעילות
האווירודינאמית של הכנף.
היחס L/D לקוח בעצם ממדע האווירודינאמיקה והוא תוצאה של היחס בין העילוי לגרר.
השאיפה התמידית בפיתוח פרופילים אווירודנאמיים היא להשיג את העילוי הטוב ביותר שניתן במחיר
הנמוך ביותר של גרר שהפורפיל מייצר.
יחס גלישה מיטבי הוא נתון הנקבע על ידי היצרן באמצעות ניסויי טיסה ושימוש במנהרות רוח.
כאשר יצרן קובע את הנתון הזה, הוא גם קובע את מהירות האוויר בה יושג יחס הגלישה הטוב ביותר, ואת זאת ניתן לראות בגראף הפולארי של כנף.
במהירות אוויר ניתן לשלוט על ידי שימוש בברקסים למשל.
בגראף פולארי
של חופה ניתן לראות את המהירות בה מתקבל יחס הגלישה המיטבי.
זהו הקו האלכסוני המשיק לעקומת המהירויות בגראף.
בדרך כלל נתון זה הוא קרוב מאוד למהירות טרים, כלומר ברקסים למעלה.
בתרשים זה ניתן להבחין בדברים שאמרנו בצורה ברורה מאוד:
מיתר הכנף זה הקו הכחול
מסלול הגלישה של הכנף, זה הקו הצהוב.
שימו לב לקו האופק.
כעת, AoA (זווית התקפה) היא 10 מעלות. זוהי תוצאה של הסכום של הזויות בין
מיתר הכנף/אופק בתוספת זווית הגלישה. שניהם יחד נותנים זווית זרימת אוויר הפוגשת
את מיתר הכנף ב-10 מעלות.
חשוב לציין שהתאורייה הזו נכונה לכנף גולשת אשר זקוקה לאיבוד גובה כדי
לייצר מהירות קדימה. ולכן בכל מצב יש להוריד את שפת ההתקפה של הכנף אל מתחת לאופק
(זוית עלרוד שלילית). ואולם, מאחר ויש לכנף משקל (כוח הכובד, הכנף תמשיך לנוע), ומאחר
וניתן לקבוע את זווית העילרוד (Pitch) ביחס
לאופק באופן כזה שעדיין תתקבל גלישה אך המרחק שניתן יהייה לעבור יהייה גדול יותר,
תקבלת כאן תוצאה רצונית של יחס L/D גבוה.
אמרנו, "זווית עלרוד (Pitch)" –
הכוונה היא לזווית האמיתית הנוצרת בין מיתר הכנף לבין האופק. בכל מצב בו הכנף
מצויה ביחס לאופק ללא קשר לזרימת האוויר.
לכאורה מצב אבסורדי של זווית עלרוד (Pitch) חיובית (מעל
האופק), אך בו זמנית גם מצב גלישה.
שימי הנגבי
סוכות תשס"ה
שלח תגובה למחבר
