Magdalena Kozak	Para - nauka i obok
	strona 22

Sztuka swobodnego spadania część 2

Dlaczego szmata lata
czyli o aerodynamice spadochronów, w odróżnieniu od braku aerodynamiki smoków prawdziwych.

O absolutnej konieczności posiadania spadochronu przez przeróżnych przedstawicieli homo sapiens volans przekonywałam już w poprzednim odcinku Sztuki swobodnego spadania. Sugerowałam, że brak tego urządzenia uniemożliwia jakiekolwiek sensowne uprawianie lotnictwa w dowolnej postaci. Tezę tę można by ekstrapolować również na przykłady wzięte z literatury. I tak, zawsze mnie zastanawiało: dlaczego, u licha, jeźdźcy smoków nie mieli spadochronów? Jako kapitanowie statków powietrznych, powinni byli posiadać taki sprzęt.

Zanim spróbuję odpowiedzieć na to pytanie, przedstawię odrobinę teorii, starając się nieco dokładniej opisać zasadę działania tego niezmiernie pożytecznego wynalazku. Główną bohaterką dzisiejszego felietonu będzie zatem madame Siła Aerodynamiczna. W odróżnieniu od smoków, które, jak wiadomo, w ogóle aerodynamiczne nie są, a zatem nawet się z rzeczoną panią nie kolegują, spadochrony szybujące żyją z nią za pan brat.

Jak działa spadochron okrągły, wyczuwamy niejako intuicyjnie. Jest to po prostu płachta materiału, rozpostarta nad głową, która dzięki oporowi powietrza spowalnia upadek na tyle, by dało się go przeżyć. Z siłą aerodynamiczną nie ma to nic wspólnego, toteż zbyt wnikliwie zajmować się "okrąglakami" nie będziemy.

Natomiast spadochron szybujący, zwany również tunelowym, tudzież "latającym skrzydłem", to coś przedziwnego. Ta miękka konstrukcja porusza się wyłącznie do przodu – jeżeli się zatrzyma i zawiśnie w miejscu, utraci siłę nośną i spadnie. Na czym to wszystko polega?

Najpierw popatrzmy, jak wygląda prawdziwy spadochroniarz w locie.

Jak widać na załączonym obrazku, skoczek podwieszony jest w uprzęży, połączonej z taśmami nośnymi. Te z kolei przymocowane są do czaszy za pomocą równomiernie rozłożonych czterech rzędów linek nośnych, oraz jednego szeregu linek sterowniczych, umocowanych z tyłu. Czasza zaś zbudowana jest z dwóch płacht materiału o niskiej bądź zerowej przepuszczalności, zszytych po bokach i z tyłu oraz poprzedzielanych komorami. Podczas, kiedy spadochron mknie przed siebie, powietrze wpada do komór (ten element zwie się krawędzią natarcia) i pozostaje w nich, nadając konstrukcji niezbędną sztywność. Tył czaszy, czyli krawędź spływu, jest zamknięty i powietrze nie jest w stanie się tamtędy wydostać.

Najważniejszym w tej całej zabawie jest jednak pomysł, polegający na niezwykle chytrym wyprofilowaniu czaszy. Otóż z boku wygląda ona tak:

Taka konstrukcja nazywa się profilem aerodynamicznym.

Aby spadochron szybujący mógł rozpocząć wytwarzanie siły aerodynamicznej, jego czasza musi spełniać kilka warunków. Po pierwsze, musi być pochylona pod odpowiednim kątem (zwanym kątem zaklinowania) w stosunku do poziomu. Uzyskuje się to bardzo prosto: otóż przednie linki nośne są nieco krótsze od tylnych. Dzięki temu czasza pochylona jest przodem (czyli krawędzią natarcia) lekko do dołu. Powietrze napełnia ją poprzez wloty na krawędzi natarcia i usztywnia. Ta jego część, która nie jest w stanie pomieścić się wewnątrz, tworzy obszar "stojącego" powietrza, który nazywamy sztuczną krawędzią natarcia. Na niej to właśnie rozdzielają się strugi opływające skrzydło.

Po drugie, profil czaszy jest niesymetryczny: jej górna część jest dłuższa niż dolna. Powietrze, które opływa czaszę, jeżeli rozdziela się na krawędzi natarcia, musi spotkać się z powrotem na krawędzi spływu w tym samym momencie. Nie może bowiem nagle powstać próżnia tuż za spadochronem, to w miarę oczywiste. W związku z tym, górne strugi muszą biec szybciej, niż dolne, a co za tym idzie, są w stosunku do nich nieco rozrzedzone. Dzięki temu ciśnienie statyczne na górnej powierzchni czaszy jest niższe niż na jej dolnej powierzchni. Ta różnica powoduje powstanie siły nośnej, prostopadłej do strug powietrza – spadochron jest jakby "zasysany" do góry. Pojawia się siła aerodynamiczna, równoważąca ciężar skoczka.

Wiemy już, w jaki sposób ta konstrukcja porusza się w powietrzu. Skoczek wciąż opada, owszem, jednak dzieje się to w sposób spowolniony i zorganizowany. Szybujące skrzydło, jak widać, działa. W dodatku ma wiele zalet w stosunku do spadochronów okrągłych. Jedną z najważniejszych jest jego manewrowość.

Pierwsze "okrąglaki" były niemalże niesterowalne, spadochroniarz leciał, gdzie go wiatr raczył zanieść. Nieszczęśnik lądował tamże, bez względu na przeszkody terenowe, które potrafiły dać się we znaki. Pojawienie się spadochronów szczelinowych, którymi dawało się sterować odrobinę, polepszyło nieco sytuację. Wciąż jeszcze jednak możliwość manewrowania sprzętem pozostawiała wiele do życzenia. Spadochrony typu "latające skrzydło" są pod tym względem nieporównywalnie lepsze.

Spójrzmy jeszcze raz na pierwsze zdjęcie w tym felietonie. Skoczek widniejący na nim ma uniesione do góry ręce. Po co? Bynajmniej nie jest mu w tej pozycji wygodniej. On zamierza tym spadochronem kierować.

Regulowanie prędkości postępowej oraz sterowanie lotem odbywa się za pomocą linek sterowniczych, przymocowanych do tylnej krawędzi spadochronu i zakończonych kołkami sterowniczymi. To właśnie te kołki dzierży dumnie w dłoniach nasz spadochroniarz.

Jeżeli ściągnie je równomiernie, pociągnie w dół krawędź spływu, powodując jej załamanie. Symetryczne zwiększenie oporu powietrza spowoduje zahamowanie lotu spadochronu. Oczywiście hamować można w różnym stopniu – od hamowania 0% (pełna prędkość) do 100% (minimalna lub zerowa prędkość).

Przy pełnym zahamowaniu prędkość postępowa maleje, co umożliwia skoczkowi prawie pionowe schodzenie do dołu. Dalsze ściągnięcie linek sterowniczych powoduje jednak tzw. "przeciągnięcie". Spadochron leci zbyt wolno, by mógł wytworzyć odpowiednią siłę nośną. Czasza staje się niestabilna i spada w dół. Przeciągnięcie spadochronu szybującego jest szczególnie niebezpieczne przy lądowaniu.

To o hamowaniu. A jak sterujemy?

Aby wykonać zakręt, "hamujemy" tylko jedną stronę spadochronu, pociągając za wybrany kołek sterowniczy (np. prawy). Powoduje to załamanie krawędzi spływu i zwiększenie oporu powietrza z tej samej strony (prawej). Powietrze z drugiej (lewej) strony krawędzi biegnie dalej bez przeszkód. W związku z tym jedna (lewa) połowa czaszy chce lecieć, druga (prawa) zostać w miejscu... i następuje obrót (w prawo). Proste, nieprawdaż?

Oto cała filozofia dotycząca manewrowania spadochronem szybującym. Jeżeli pociągnie się za lewy kołek sterowniczy, urządzenie skręca w lewo, jak za prawy, to w prawo. A jak za oba naraz, to hamuje, coraz bardziej i bardziej... aż do momentu przeciągnięcia, utraty siły nośnej i zwalenia się, jak kamień, w dół.

Reasumując: podstawa działania wynalazku pod tytułem "latające skrzydło" to jego aerodynamiczny profil, pozwalający na wytworzenie siły nośnej. Oczywiście, konstrukcja ta psu na buty by się zdała, gdyby nie wsparcie ze strony nowoczesnych materiałów: tkaniny o niskiej i/lub zerowej przepuszczalności. Powietrze trzeba zmusić do nierównomiernego przepływu górą i dołem czaszy, inaczej siła nośna nie powstanie za nic. Spadochron, który jest "przetrzepany", czyli na tyle zużyty, że jego materiał przepuszcza powietrze, nie lata za dobrze i nawet jego aerodynamiczna konstrukcja nic tu nie pomoże. Lepiej nie używać takiego felernego sprzętu. Bądź co bądź, ratuje on życie, grawitacja jest przecież nieubłagana.

Wiedząc już to i owo o działaniu spadochronów, powróćmy do pytania zadanego na wstępie. Kiedy czytałam Jeźdźców Smoków Anne McCaffrey, to zawsze się zastanawiałam, dlaczego bohaterowie nie są zabezpieczeni w spadochrony ratownicze. Przecież jakby się taki smok na ziemię zwalił, to wiadomo: katastrofa. A tak to może dzielny jeździec miałby jeszcze jakąś szansę, otworzyłby spadochron i wylądował bezpiecznie. Owszem, autorka przekonywała, że bez smoka człowiek nie miał po co żyć i ginął marnie w krótkim czasie. Ale zawsze uważałam, że taki jeździec na wykończeniu to chociaż mógłby swoje sprawy uporządkować, testament napisać, z rodziną się pożegnać i tak dalej i tak dalej... No miałoby to z pewnością jakiś sens.

Ale kiedy Marek Huberath wyliczył uczenie, że smoki były całkowicie nie aerodynamiczne, od razu pojęłam istotę problemu. Skoro tak, ich jeźdźcy nie mogli nosić na sobie czegoś tak pięknie aerodynamicznego, jak spadochron. Za duży kontrast by był i by się gryzło.

A zatem oto jest odpowiedź na pytanie, dlaczego jeźdźcy smoków nie mieli spadochronów: w imię estetyki, proszę państwa.

Literackiej oraz aerodynamicznej.

___________

Materiały źródłowe: Skrypt spadochronowy, za zgodą Aeroklubu Warszawskiego