Koliko in kako hitro leteti?

12.12.2003 - 22:39

Veliko pilotov ne pozna dobro razlike in povezave med hitrostjo padala in njegovo polaro. Mogoče so diagrami preveč monotoni in prezapleteni in pričujoč članek bo morda pripomogel k lažjemu razumevanju.
Denimo da imamo štiri enaka, sodobna, dokaj sposobna, rekreativna padala, ki se razlikujejo samo po barvi. Ker je naše glasilo Ikar žal še vedno samo črno-belo, jih bomo še označili s številkami od 1 do 4. Za naš preizkus bomo napravili tabelo in vanjo vnesli propadanja in hitrosti padal:
Veliko pilotov ne pozna dobro razlike in povezave med hitrostjo padala in njegovo polaro. Mogoče so diagrami preveč monotoni in prezapleteni in pričujoč članek bo morda pripomogel k lažjemu razumevanju.Denimo da imamo štiri enaka, sodobna, dokaj sposobna, rekreativna padala, ki se razlikujejo samo po barvi. Ker je naše glasilo Ikar žal še vedno samo črno-belo, jih bomo še označili s številkami od 1 do 4. Za naš preizkus bomo napravili tabelo in vanjo vnesli propadanja in hitrosti padal:
Padalo
1
2
3
4
Hitrost [km/h]
23
30
37
53
Propadanje [m/s]
1,7
1,0
1,15
2,2
 
Vsa štiri padala štartajo v mirujočem zraku skupaj in odletijo v isti smeri in se seveda počasi približujejo zemlji. Opazujmo jih eno minuto in nato poglejmo kako daleč so priletela in koliko višine so pri tem izgubila. Padalo številka 1 je preletelo 383 m in izgubilo 102 m višine, številka 2 je opravilo celih 500 m in izgubilo samo 60 m, številka 3 je odletelo še dlje in sicer 617 m, izgubilo je pa nekaj več višine: 69 m. Najdaljši polet, 883 m, je opravilo padalo številka štiri, izgubilo pa je tudi največ višine: 132 m (slika 1).

Če sedaj povežemo naša padala s krivuljo, spremenimo višino v hitrost propadanja in razdaljo v horizontalno hitrost, dobimo polaro za naše padalo (slika 2).
Recimo, da smo s testom pričeli 132 m nad zemljo (slika 3). Padalec številka štiri je pravkar pristal. No, ker mu nismo omogočili, da bi padalo prej zavrl, je pravzaprav kar trdo pribil ob zemljo. Čez nekaj časa pristaneta tudi padalca s številko ena in tri. Pri tem je padalec tri odletel daleč najdlje, celih 1180 m. Sedaj je v zraku samo še padalec s številko dve. Ta ne bo odletel tako daleč kot padalec s številko tri, vendar ne dosti manj (1100 m), ostal bo pa najdlje v zraku. Njegova pot seka krivuljo polare v najvišji točki. Na diagramu vidimo, da je najmanjša hitrost propadanja 1 m/s.

Padalec številka tri najbolje planira. V mirujočem zraku bo z določene višine odletel najdlje. Njegovo pot opisuje tangenta, ki sjo potegnemo iz koordinatnega izhodišča in se dotakne krivulje polare. Če iz točke sečišča potegnemo črte do obeh osi diagrama, dobimo vertikalno in horizontalno hitrost padala. (1,15 m/s in 37 km/h).
 
Iz diagrama se ne da razbrati, koliko je pilot zavrl oziroma pospešil padalo. Številka ena je padalo maksimalno zavrl. Če bi ga še bolj, bi ga prevlekel in njegova horizontalna hitrost bi bila nič, vertikalna pa dovolj velika, da bi se pošteno polomil. Padalec »2« ima padalo samo nekoliko zavrto. Trojka leti »na trimu«. Za naše padalo se ta hitrost tudi ujema s hitrostjo, pri kateri padalo v mirujočem zraku najbolje planira. Ni pa nujno da je temu tako. Večina sodobnih padal najbolje planira, če so nekoliko pospešena. Padalec številka štiri je pohodil pospeševalec do konca. S tem je pridobil hitrost, finesa pa se je precej zmanjšala.
Če bi zrak miroval, bi bilo to skoraj vse kar moramo vedeti o polarah. Ob najmanjši hitrosti propadanja bi ostali najdlje v zraku. S hitrostjo, pri kateri je finesa najboljša, pa bi najdlje odleteli. Na srečo za proste letalce, pa se zrak giblje tako horizontalno, kot vertikalno. Če se zrak dviga hitreje, kot je naša hitrost propadanja, se bomo dvigali. Ko se pa zrak spušča, pa moramo korigirati horizontalno hitrost, da bomo leteli z boljšo fineso.
Poglejmo padalca številka tri (tisti, ki je najbolje planiral) in štiri (tisti, ki je tiščal pospeševalec in najhitreje letel). Zrak se spušča z 2 m/s in s tem se je povečala hitrost propadanja (slika 4). Padalec »3« se sedaj spušča s 3,15 m/s (1,15 + 2), padalec »4« pa s 4,2 m/s (2,2 + 2). Oba isti trenutek zapeljeta v spuščajočo zračno maso, želela pa bi iz nje prileteti z najmanjšo izgubo višine. Čeprav štirica propada hitreje, se tudi horizontalno premika veliko hitreje (53 km/h v primerjavi s 37 km/h). Zato prileti iz območja s spuščajočim zrakom više kot trojka (na enem kilometru izgubi »4« 285 m, »3« pa 306 m). Padalo »4« ima boljše drsno razmerje glede na zemljo, čeprav padalo »3« bolje planira relativno na gibanje zračne mase.
Da bi dobili hitrost s katero padalo najbolje planira pri določeni spuščajoči zračni masi (in v nadaljevanju bomo vsaj nekaj časa govorili o tej hitrosti, saj je najbolj zanimiva), bi morali polaro našega padala pomakniti za vrednost in v smer s katero se pomika zračna masa (slika 5). Če ponovno narišemo tangento iz izhodišča diagrama na novo dobljeno polaro in potegnemo vertikalo, vidimo, da se je hitrost pri kateri padalo najbolje planira bistveno spremenila. Zdaj nas to verjetno ne preseneča več.

Stvar lahko nekoliko poenostavimo in namesto da premikamo polaro, dvignemo izhodišče koordinatnega sistema našega diagrama za vrednost s katero se giblje zračna masa in od tukaj potegnemo tangento na našo polaro (slika 6, primer 1). Pri tej metodi ne smemo pozabiti, da je hitrost propadanja padala enaka vsoti hitrosti propadanja znotraj zračne mase in hitrosti samega spuščajočega zraka.
Enako tehniko lahko uporabimo za katerokoli hitrost zračne mase, bodisi horizontalno ali vertikalno. Če se zrak dviguje, spustimo izhodišče koordinatnega sistema za ustrezno vrednost in od tam potegnemo tangento. To pa velja samo če nameravamo leteti skozi dviganje naravnost. Pri kroženju vplivajo na optimalno hitrost, s katero bomo najbolje pobirali tudi drugi faktorji. Če letimo s čelnim vetrom, pomaknemo izhodišče proti desni, če pa imamo veter v hrbet pa proti levi. Lahko tudi kombiniramo vertikalno in horizontalno premikanje zračnih mas.
 
Poglejmo nekaj primerov za različne vrednosti gibanj zračnih mas:
1 – spuščajoč zrak 2 m/s; leteti bi morali z maksimalno hitrostjo 53 km/h
2 – čelni veter 10 km/h; leteti bi morali nekoliko pospešeno
3 – dvigajoč zrak 2,2 m/s; padalo bi morali zavreti na približno 26 km/h
4 – veter v hrbet ~ 10 km/h; padalo bi nekoliko zavrli
5 – spuščajoč zrak 1 m/s in čelni veter 20 km/h; leteti bi morali zelo pospešeno (60 km/h), pravzaprav preko največje hitrosti padala, ki je 53 km/h
Horizontalne hitrosti so seveda relativne glede na gibanje zračne mase. V primeru 2 bi bila hitrost glede na zemljo približno 28 km/h, v primeru 4 približno 44 km /h in v primeru 5 približno 40 km/h (60 – 20; vendar padala ne moremo dovolj pospešiti, zato bi verjetno ostali pri 33 km/h). V primerih, ko ni horizontalnega premikanja zračnih mas, vrednosti na diagramu ustrezajo tudi hitrosti padala glede na zemljo.
 
Čeprav so polare in diagrami mogoče zanimivi, si z njimi v zraku ne bomo veliko pomagali. Zato moramo s pomočjo instrumentov stanje oceniti. Kot smo videli je treba pri letenju v veter padalo pospešiti, pri letenju z vetrom pa zavreti. Koliko? Odvisno od padala in njegove polare. Približne polare za večino padal je mogoče najti na spletni strani http://www.para2000.org. Proizvajalci se tem podatkom običajno izogibajo. Če imate ustrezen instrument in nekaj potrpljenja lahko polaro za svoje padalo določite tudi sami. Nasploh bi pospeševanje pri čelnem vetru stopnjevali. Več vetra, več pospeševalca (če si upate). Pri vetru v hrbet pa bi padalo zavirali, vendar ne tako progresivno kot smo ga pospeševali pri čelnem vetru.
Za oceno premikanja zračnih mas v vertikalni smeri imamo ustrezen instrument (variometer). Ta nam kaže seštevek hitrosti propadanja padala in spuščajočega zraka. Za določitev optimalne hitrosti (tiste pri kateri najbolje planiramo), bi si lahko nekam zataknili listek s tabelo z ustreznimi vrenostmi. Malo nerodno. Lahko bi si tudi na skalo variometra dodali ustrezne vrednosti.
Sedaj vemo dovolj, da ne bomo v spuščajočem zraku zavirali padala ali pa ga pospeševali v dviganju (seveda, če želimo najbolje planirati). Tako bomo mogoče uspešno preleteli žice tik pred pristankom, včasih pa to ni dovolj. Dostikrat želimo leteti hitro in čim prej doseči nek cilj. Na primer na tekmah. Tako moramo definicijo optimalne hitrosti malo prilagoditi. Zasluge za definicijo teh sprememb običajno pripisujejo Paulu McCreadyju. Ugotovil je, da je za dano polaro samo ena višina s katere bomo dosegli določeno točko v najkrajšem času.
Pri preletih običajno naberemo višino v enem stebru in potem planiramo do naslednjega. McCready je opazil, da je optimalna hitrost med stebri odvisna od jakosti le teh. Če so močni, lahko letimo hitreje, kot je hitrost najboljšega planiranja. Izgubili bomo sicer več višine, ki jo pa bomo nadoknadili v naslednjem stebru. Tako poberemo do baze prej, kot pa če bi leteli z manjšo hitrostjo.
Optimalno hitrost lahko dobimo s podobno tehniko kot smo jo uporabljali do sedaj, samo da polaro zamaknemo za vrednost dviganja, ki ga pričakujemo v naslednjem stebru, namesto za vrednost hitrosti spuščajočega zraka. Za ilustracijo predvidevajmo da je dviganje 2 m/s. Vidimo da je graf identičen tistemu,kjer smo obravnavali letenje v spuščajočem zraku (slika 6, primer 1). Ugotovimo, da je optimalna hitrost za letenje do naslednjega stebra, če pričakujemo dviganje 2 m/s, 53 km/h (slika 7). Dodatna prednost je, da lahko ocenimo povprečno hitrost letenja, vključno s časom porabljenim za vrtenje v stebru, če poiščemo presečišče tangente in abscise (horizontalna hitrost).

Če bi prej omenjeno izboljšavo za variometer (obroč s skalo hitrosti) prilagodili za McCreadyja bi lahko napravili nekaj takega kot je prikazano na sliki 8.

Okrog skale, ki prikazuje dviganje oziroma spuščanje, bi napravili obroč na katerega bi nanesli hitrosti, ki ustrezajo vrednostim za optimalno planiranje pri določenem propadanju. Na levi sliki vidimo obroč nastavljen, če ničesar ne vemo o McCreadyju. Ko bi variometer kazal propadanje približno 1,2 m/s (pravzaprav 1,15 m/s), bi morali leteli s hitrostjo 37 km/h, kar pomeni da je vertikalna hitrost zračne mase enaka nič, saj točno toliko propada naše padalo v mirujočem zraku. Večje kot bi bilo spuščanje, bolj bi tiščali pospeševalec, da bi končno ulovili tako hitrost, pri kateri bomo najbolje planirali. Ko bi bila vertikalna hitrost zračne mase 2 m/s (navzdol), bi morali pospešiti do 53 km/h. S tem bi se sicer propadanje z »normalnih« 3,15 m/s (na trimu; 1,15 + 2) povečalo na 4,2 m/s, planirali pa bi bolje.
Ker pa sedaj že vemo za teorijo McCreadyja, bomo obroč na našem variometru zasukali tako, da bo majhna puščica kazala na vrednost pričakujočega dviganja v naslednjem stebru (2 m/s). Vidimo da mora biti sedaj pri mirujočem ozračju naša hitrost 45 km/h, da bomo učinkovito leteli. Pravzaprav bi opazili, da bi morali pri jadralnih padalih, pri močnejših dviganjih pospeševalec kar naprej tiščati do konca, saj so njihove polare v primerjavi z jadralnimi letali zelo strme. No sedaj veste, zakaj so vsi šampioni vedno na »gasu« ...
Seveda je vse skupaj samo teorija. Če odštejemo to, da so naša padala sorazmerno počasna in razpon hitrosti precej ozek, bi morali precej dobro predvidevati kaj se bo dogajalo v naprej, da bi lahko uspešno uporabili pridobljeno znanje. Če bo naslednji steber »bomba«, bomo leteli hitro. Kaj pa če ne bo? Če je ura pozna, potem bi verjetno kazalec na McCready obroču pustili kar na ničli, drugače bi upoštevali povprečje dviganj, ki smo ga imeli do nekega trenutka. Nekateri instrumenti nam to izračunajo sami (Brauniger IQ Competition, Compeo, ...). McCready je pač vse matematično obdelal. V resnici pa ne vemo točno kako močno bo naslednje dviganje. Kaj če je šibkejše kot smo predvidevali? Povprečna hitrost bo seveda padla. McCready obroč ne pove, da bo povprečna hitrost samo malenkost manjša, če letimo 5 km/h počasneje do naslednjega močnega stebra, povsem nekaj drugega pa je če letimo hitro do šibkega stebra. Kaj pa če si predvideval da bodo stebri 2 m/s, nekje naprej pa je steber 4 m/s? Na žalost boš moral na poti do njega pobrati vse 2 m/s stebre, saj drugače boš do njega priletel prenizko. Na hitrost letenja vpliva tudi zmogljivost padala s katerim letimo. Čim bolje planira, tem hitreje lahko letimo. Odvisni smo tudi od propadanj in dviganj med našim planiranjem.
Mislim, da je kljub vsemu teorijo dobro razumeti, ne se pa nanjo preveč zanašati. In zato ko boste naslednjič, skupaj z menoj, scurili pod Stolom, »Joškami« ali Bog ne daj, v Baški grapi, ne krivite tega članka ...
 Po različnih virih prilagodil Matej Belčič