A nagy felületi terhelésről - pro&contra

... A nap végén két másik ernyőssel álltam a starthelyen. Egyikük fejfájásra panaszkodott, ezért lemondott a repülésről. Termikre már úgysem lehetett számítani, ezért felajánlottam neki, hogy a 16 kg-os felszerelését magammal viszem. Habozás nélkül elfogadta az ajánlatomat.
Jól felpakolva startoltam el. A start nagyszerűen sikerült. Aztán alighogy elemelkedtem, a sebességem jelentősen megnőtt. A fékezés és a fordulás a megszokottnál jóval nagyobb erőkifejtést igényelt. Ez utóbbinak kevésbé örültem. Egy utolsó, erős termikbuborék magával ragadott, ezért felkészültem a csukódásra. De nem történt semmi ilyesmi. Az ernyőm háborítatlanul repült tovább. Alig ismertem rá. A repülés a várakozásoknak megfelelően nagyon nyugodt volt. Jó 10 perc múlva már a végső rárepülést végeztem. Talajközelben különösen érezhető volt a megszokottnál jóval nagyobb sebesség. Földetérésnél 2-3 lépést futnom kellett. Szerencsére sikerült viszonylag puhán landolnom, de a másik ernyő súlyát azért eléggé keményen éreztem. Ez az emlékezetes élmény arra késztetett, hogy átgondoljam a repülőtudományomat.

25,9 m² felületű ernyőmmel majdnem ugyanúgy repültem, mint a legmodernebb ernyőkkel repülő pilóták. Titokban persze beképzelt voltam a tudományomra. A felületi terheléssel kapcsolatos vizsgálataim egy kicsit kijózanítottak. Az eredményt a következő oldalakon foglaltam össze.

?Minél nagyobb a felületi terhelés, annál nagyobb a repülési sebesség" - jutottak eszembe az alapfokú tanfolyamon tanultak.
A legtöbb siklóernyő 2,5 és szűk 4,5 kg/m² közötti felületi terhelés mellett repül. Nagyobb felületi terhelés jelenleg csak tandemernyőkre jellemző.
Egy számítógépes modell segítségével megszerkesztettem egy képzeletbeli középkategóriás ernyő polárgörbéjét 3 kg/m² -es felületi terhelés mellett. (1. ábra) Aztán 50%-kal megnöveltem a felületi terhelést (4,5 kg/m²-re), és újra megrajzoltam a polárgörbét. (2. ábra)

A felületi terhelés a startsúlyból, és a kiterített felületből számítható ki:

Q = m/A

 

ahol

Q : felületi terhelés (kg/m²)
m : startsúly (kg)
A : kiterített felület (m²)

 

A felületi terhelés változtatásával minden sebességérték - a minimális és maximális sebesség, és a legjobb sikláshoz tartozó sebesség is - eltolódik a következő képlet alapján:

v₂ = ?(m₂/m₁) x v₁

 

ahol

m₁: eredeti startsúly
m₂: új startsúly
v₁: eredeti sebesség
v₂: új sebesség

 

1. ábra: Sebességpoláris 3,0 kg/m² felületi terhelés mellett

2. ábra: Sebességpoláris 4,5 kg/m² felületi terhelés mellett

Az 1. és 2. ábra polárdiagramjának legfontosabb adatai:

3. ábra: A sebességpolárisok összehasonlítása

Már csak az volt kérdéses, hogy a nagyobb felületi terhelésből milyen előnyök, és hátrányok származnak. Ennek eldöntéséhez újra elővettem a számítógéppel közölt adatokat, annak ellenére, hogy a mindennapi repülések során aligha fog előfordulni, hogy a felületi terhelést 50%-kal megnöveljük. Az összehasonlítás eredményei viszont akkor is érdekesek, ha a különbségek általában nem ilyen nagyok.

A nagyobb felületi terhelés előnyei

1. Nagyobb sebességtartomány

3 kg/m2 felületi terhelés mellett a számításainkban szereplő középkategóriás ernyő 21 és 42 km/h közötti sebességgel repülhet, tehát 21 km/h-s sebességtartomány áll rendelkezésére. Nagyobb felületi terhelésnél nemcsak az összes sebességérték lesz nagyobb, hanem a legnagyobb, és a legkisebb sebesség közötti különbség is.

Példánkban a sebességtartomány 4,5 kg/m2 felületi terhelés mellett 25,7 és 51,4 km/h között van, tehát 22 %-kal nagyobb, mint 3 kg/m2 felületi terhelés esetén. A felületi terhelés 50%-os növelése tehát 4,7 km/h-val nagyobb minimális, és jó 9 km/h-val nagyobb maximális sebességet eredményez.

2. Jobb siklás a magasabb sebességi értékek mellett

A 3. ábráról leolvasható, hogy nagyobb sebességeknél a nagyobb felületi terhelésű ernyővel kisebb mértékű a süllyedés.

Ha a 3 kg/m² felületi terhelésű ernyő 40 km/h-val repül szélcsendben, akkor a süllyedése kb. 2,5 m/s; míg ugyanilyen sebesség mellett a 4,5 kg/m2 felületi terhelésű ernyő csak 1,8 m/s-mal merül. Ez 28%-kal jobb merülési értéknek felel meg.

A példánkban szereplő középkategóriás ernyő legjobb siklószáma 6,5. Ez elméletileg független a felületi terheléstől. A legjobb sikláshoz tartozó sebesség viszont a felületi terhelés függvényében változik. A kisebb felületi terhelésnél a 6,5-ös siklószám 30,2 km/h-s sebesség mellett érhető el; míg 4,5 kg/m² felületi terhelés mellett az ernyő 37 km/h-s sebességnél siklik legjobban.

A példánkban a polárgörbék metszéspontja 34 km/h-nál van. 34 km/h fölötti sebességnél a siklószám és a süllyedési értékek a nagyobb felületi terhelésű ernyőnél kedvezőbbek. Például 40 km/h-nál a siklószám 3 kg/m² felületi terhelés mellett alig több, mint 4,4; míg 4,5 kg/m²-nél 6,4. Ez a nagyobb felületi terhelésű ernyő esetében 45%-kal jobb siklási teljesítményt jelent. A siklószám pedig csak kb. 48 km/h-nál csökken le 4,4-re.

3. A kupola nagyobb stabilitása

A nagyobb repülési sebesség kétféleképpen stabilizálja a kupolát:
egyrészt megnő a torlónyomás a kupolában;
másrészt a durva termikek a nagyobb sebesség esetén kisebb mértékben okoznak állásszög változást.
Ha viszont a kupola mégis becsukódik, akkor az ernyő hevesebben reagál, mint kisebb felületi terhelés mellett.

A nagy felületi terhelés hátrányai¹

1. Hosszabb startút

A startnál a nagyobb sebesség általában magasabb követelményeket támaszt a pilótával szemben. Hátrányt jelent, hogy gyorsabban kell futni, ezenkívül az adott hosszúságú futópályán a start félbeszakításához rendelkezésre álló idő is rövidebb lesz.

2. Nagyobb földetérési sebesség

Minél nagyobb a leszállásnál a haladási, és a süllyedési sebesség, annál keményebb lesz a földetérés. A mai modern ernyőkkel szélcsendben és gyenge szembeszél esetén a földetérés még a kevésbé gyakorlott pilóták számára sem jelent problémát. Ha viszont valamilyen okból hátszélben kell leszállni, akkor a földetérés durva lehet. Ha a felületi terhelést ráadásul ballaszttal megnöveljük, akkor földetérésnél a pilótának még ezt a súlyt is meg kell tartania.
A ballasztról könnyű megfeledkezni, hiszen repülés közben egyáltalán nem érezzük.

3. Nagyobb merülés kis sebességnél

A nagy felületi terhelés automatikusan nagyobb minimális merülést eredményez. Nagy kiterjedésű, gyenge termikeknél a nagy felületi terhelés óriási hátrányt jelenthet.
Példánkban a kisebb felületi terhelésű ernyő esetében a minimális merülés mintegy 0,3 m/s-mal kisebb. Ez az eltérés olyan nagy, hogy eldöntheti, hogy az ernyő a gyenge termikben emelkedni, vagy merülni fog.

4. Nagyobb merülés fordulóban

Nagyon szűk termikeknél a nagyobb haladási sebesség általában a nagy felületi terhelésű - így nagyobb minimális merülésű - ernyők esetében nagyon hátrányos. Ha pl. egy ugyanakkora átmérőjű köríven 10%-kal nagyobb sebességgel repülünk, akkor a centrifugális erő 21%-kal lesz nagyobb. Ez nagyobb dőlést, és ezáltal a merülősebesség további emelkedését eredményezi.

Megjegyzések

Eddig a felületi terhelés változásait túlságosan is idealizálva vizsgáltuk. A felületi terhelést nem lehet, és nem is szabad tetszés szerint változtatgatni. A startsúlynak a gyártó által előírt alsó, és felső határait feltétlenül be kell tartani. A gyártók általában megadják az ideális startsúlyt, amely mellett a kupola a legideálisabban repül. Az ennél kevesebb, vagy több teher deformálhatja a kupolát, ami az ernyő - kis mértékű - teljesítménycsökkenését eredményezi.

Ezenkívül figyelembe kell venni azt is, hogy az ernyők nagyon különbözőek. Egyes ernyők az alulterheltségre zsákrepülési hajlammal reagálnak. Egy-egy ernyőnél a felületi terhelés értéke széles skálán mozoghat. Pl. a Condor Cäsar IV (36 m²) előírt starttömege 80-180 kg között van, ami 2,2 és 5,0 kg/m² közötti felületi terhelésnek felel meg.

Repülési technika a különböző felületi terhelésű ernyőkkel

Mivel a nagy felületi terhelésű ernyők teljesítménye nagy sebességnél jobb, mint a kisebb felületi terhelésű ernyőké, ha nagyobb sebességgel repülünk, - pl. erős szembeszélnél - érdemes ballasztot vinnünk magunkkal.

Termikes időben jól kihasználhatóak a nagy felületi terhelés előnyei. Ha rövid ideig tartózkodunk a termikben, akkor minden a siklási szakaszoktól függ. Viszont minél gyengébb, és szűkebb a termik, annál inkább megmutatkoznak a nagy felületi terhelés hátrányai. Előfordulhat, hogy a nagy felületi terhelésű ernyő már merül, míg a többi még kis mértékben emelkedik. Ilyenkor érdemes leengedni a ballasztot. Hurokrepülésnél a felületi terheléssel való játék tökélyre vihető. Ideális esetben az 1. repülési szakasz széllel szemben történik. Ilyenkor csak jó termikus viszonyok között érdemes elindulni. Ha a visszaút során gyengülnek a termikek, akkor leeresztjük a ballasztot, és hátszélben indulunk a kiindulási pont felé. Ekkor a gyenge emelések is optimálisan kihasználhatóak.

Példa:

Két ugyanolyan típusú ernyő köröz 3000 méter magasan:

?A? ernyő felületi terhelése: 3 kg/m²;
?B? ernyő felületi terhelése: 4,5 kg/m²;

5 km hosszú völgy fekszik előttük;
10 km/h-s szembeszél fúj;
a légtömeg 1 m/s-mal süllyed.

 

A pilóták egyszerre startolnak, és ugyanazt az utat követik a következő Cumulusig.

Az ?A? pilóta a szélhez viszonyítva 35 km/h-s relatív sebességgel repül, tehát a földhöz képest 25 km/h-val halad előre.
A ?B? pilóta 42 km/h relatív sebességgel repül. Útja kevesebb, mint 9,5 percig tart, miközben 1630 métert süllyed.
Ugyanezen úthoz az ?A? pilótának 12 percre van szüksége, és 1940 métert veszít.

Feltételezve, hogy a talált termik 4 m/s-mal emelkedik, a ?B? pilóta a 2 és fél perces előnyét további 300 méteres magasságnyerésre fordíthatja. Lényegében ezen a szakaszon 600 méteres előnyre tesz szert a kisebb felületi terhelés mellett repülő pilótával szemben.
Az ?A? pilóta számára viszont annyiban jelent előnyt a kisebb felületi terhelés, hogy a kisebb merülés, és a szűk fordulósugár gyorsabb emelkedést tesz lehetővé számára.

4. ábra: egy távrepülés szakasza

A sebességpolárisok

Érdemes minden pilótának tudnia, hogyan viselkedik az ernyője, ha ballaszttal repül. Az ernyőnk sebességpolárisának ismerete alapkövetelmény.

Példa:

Egy 70 kg-os pilóta 10 kg vizet visz magával.
A felszerelése 12 kg.

m₁ = 70 + 12 = 82 kg
m₂ = 70 + 12 + 10 kg = 92 kg

 

A táblázat első oszlopában a mért, vagy becsült sebességértékek vannak feltüntetve.

Minden sebességérték a ?(m₂/m₁) tényező szerint változik.

A példából kiderül, hogy ha 10 kg ballasztot viszünk magunkkal, akkor a sebességértékek csak kis mértékben változnak. Ezért a komolyabb ambíciókkal nem rendelkező hobbipilótáknak nem is érdemes a felületi terhelés változtatgatásával kísérletezniük. A versenyeken viszont a kis sebességkülönbségek is nagyon fontosak.

Végül térjünk vissza az eredeti kérdésre: ?Milyen előnyökkel, és hátrányokkal jár a nagyobb felületi terhelés?" Ez a probléma az elemzések során egyre inkább a háttérbe szorult. Sokkal inkább érdemes azon gondolkozni, hogy milyen körülmények között kell megnövelni a felületi terhelést.

Optimális felületi terhelés nem létezik; mindig az adott időjárási viszonyok, és a repülési feladat ismeretében kell eldönteni, hogy vigyünk magunkkal ballasztot, vagy ne.²

1 A cikk nem emeli ki külön az egyik fontos hátrányt, hogy a nagy felületi terhelésű ernyő sokkal intenzívebben reagál a csukódásokra (a lektor megjegyzése)

2 A cikk nem említi a ballaszt használatának biztonsági (a ballaszt anyaga) és kényelmi (a ballaszt elhelyezése, súlypontváltozás) szempontjait, ezekről sem szabad megfeledkeznünk. Például, ha a cikk elején említett módon a hátunkra vesszük egy társunk felszereléssel teli zsákját, és úgy startolunk el, az elemelkedés után kellemetlen hátrabillenésben, és hátradőlt helyzetű repülésben lehet részünk. (a lektor megjegyzése)