Kĺzanie je riešením hádanky, v ktorej sú kľúčmi rýchlosť, rýchlosť klesania a uhol nábehu.
Tento príbeh pôvodne vystupoval na Flying Magazine.
Bol som celkom mladý, keď som sa prvýkrát zamiloval do bezmotorového lietania. Možno to bolo ešte predtým, ako som sa zamiloval do Cecilie Revillovej, ktorá sedela predo mnou v štvrtej triede. Keď hovorím plachtenie, nemyslím tým lietanie s vetroňom; Bol som na to príliš mladý. Mám na mysli len fakt, že sa niečo kĺže – motýľ, model lietadla, poskladaný list papiera. Že model z balzy a tkaniva, ktoré vyrobil môj otec, vyplával von, pohupoval sa na vlnách vzduchu, krúžil, znášal sa alebo dokonca len obkresľoval dlhú, rovnú, jemne klesajúca línia z čela kopca, ako keby sa valila na neviditeľných kolesách po neviditeľnej ceste – to bolo sladké, čarovné a ako sa ukázalo, aj životodarné.
Pre priekopníkov letu bolo šťastím, že vtáky existovali. Bez nich by nebolo zjavné, že niečo tuhé môže lietať. Vtáky mávli krídlami, aby vzlietli a pristáli, takže mávanie sa muselo zdať ako zásadné pre ich tajomné schopnosti levitácie; napriek tomu mohli očividne zostať hore a dokonca stúpať, pričom držali svoje krídla dokonale nehybné. ako sa im to podarilo?
Pred piatimi storočiami Leonardo da Vinci načrtol závesný klzák. Bola to zvláštna vec, v podstate oválny šarkan, o niečo dlhší ako široký a chýbala mu – ako vtákom – plutva alebo kormidlo, ktoré by ho udržali nasmerované správnym smerom. Je zvláštne, že pre takého ostrého pozorovateľa prírody Leonardo zjavne nevnímal dôležitosť rozpätia krídel pre zníženie námahy potrebnej na lietanie. Ale jeho klzák bol stále hodnoverným vylepšením povestných dverí od stodoly.
Da Vinci rozpoznal, že na lietanie nie je potrebné mávať: Plochý povrch so závažím zaveseným na správnom mieste by skôr kĺzal vo vzduchu dopredu, než by klesal vertikálne. Toto bol základný poznatok, ale kým Otto Lilienthal postavil prvé praktické závesné klzáky, prešlo ďalších 400 rokov. Tie sa nápadne podobali da Vinciho netopierím ornitoptéram, ktoré sa viac ako jeho závesný klzák snažili napodobniť tvar a anatómiu prirodzených krídel. Lilienthal úspešne preletel na svojich klzákoch 2000-krát, kým jeden predčasný poryv rozrušil a zabil ho.
Dnes je kĺzanie takou samozrejmosťou, že sa sami seba nepýtame, čo sa deje, keď sa kĺže lietadlo alebo, keď na to príde, helikoptéra.
Vráťte sa k základnému diagramu štyroch síl – zdvihu, hmotnosti, ťahu a odporu – ktoré musia byť v rovnováhe. Zdvih je šípka smerujúca nahor a ťahanie je šípka smerujúca dozadu. Gravitácia – žiadne prekvapenie – smeruje nadol. Ale vetroň nemá ťah. Prečo to teda ide dopredu?
Jedným zo spôsobov, ako sa na to pozrieť, je pripomenúť si, že „zdvihnutie“ a „ťahanie“ sú definované s ohľadom na prúd vzduchu. Odpor je rovnobežný so smerom letu; výťah je k nemu v pravom uhle. Takže, keď klzák ide dole kopcom, jeho šípka je naklonená trochu dopredu a pôsobí proti jeho odporu.
To je aspoň oficiálne vysvetlenie. Skeptický človek namietne, že definícia zdvihu ako sily pôsobiacej v pravom uhle k prúdu vzduchu je ľubovoľná. Je to len slovná pohodlnosť. Prečo by sa zdvíhanie nemalo definovať ako vertikálna sila, ako je gravitácia, alebo sila pôsobiaca v pravom uhle k čiare tetivy? Keď už na to príde, prečo by sme to vôbec mali považovať za jeden šíp? Fyzická realita neobsahuje žiadne zdvíhacie šípky. Na povrchu krídla je iba tlak a trenie - aj na zvyšku lietadla, ale na účely uvažovania o kĺzaní stačí vziať do úvahy iba krídlo. Tieto sily môžu byť reprezentované ako jeden šíp alebo dva šípy, alebo celé množstvo šípov, ktoré sa naježia z lietadla na spôsob dikobraza.
Ak zabudneme na šípky a vezmeme do úvahy iba tlaky, zistíme, že vysokorýchlostný vzduch prúdiaci okolo nábežnej hrany krídla tam vytvára nízky tlak, ktorý ho ťahá dopredu. Pri akomkoľvek dostatočne nadol naklonenom uhle dráhy letu existuje určitý uhol nábehu, pri ktorom pôsobia dopredné tlaky na krídle a dozadu na zvyšku draku lietadla sú v rovnováhe a lietadlo nezrýchľuje ani nespomaľuje dole. Okrem toho rýchlosť jeho klesania pri akejkoľvek rýchlosti je taká, že potenciálna energia, ktorú odovzdá stratou výšky, sa presne rovná energii potrebnej na prekonanie jeho odporu.
Počkajte, nie je to večný pohyb – a nezákonné? Nie. Aby sa to stalo, krídlo musí klesať a nemôže klesať donekonečna. Nakoniec sa dostane na zem.
Prípad kĺzavého vrtuľníka je o niečo zamotanejší. Myslite na fanúšika. Keď je ventilátor poháňaný motorom, vzduch vstupuje dozadu a zrýchľuje sa smerom von. Ale ak fúkate vzduch na ventilátor spredu, otáča sa v opačnom smere. Rotor vrtuľníka je analogický s ventilátorom, ale samozrejme sa nezastaví a nezačne sa otáčať opačným smerom, ak motor zhasne a vrtuľník začne klesať. Pokračuje v otáčaní rovnakým smerom a rovnakou rýchlosťou ako predtým.
Listy rotora sa kĺžu rovnako ako lietadlo. Presnejšie by však bolo povedať, že len časť každej čepele kĺže, pretože z každej len časť čepeľ má správnu kombináciu rýchlosti a uhla nábehu, aby sa dosiahla správna rovnováha medzi ťahom a ťahať. Vonkajšia časť listu rotora sa pohybuje príliš rýchlo a jeho uhol nábehu – výsledok jeho obvodovej rýchlosti a rýchlosti klesania vrtuľníka – je príliš malý; súčet jeho síl je odpor. Najvnútornejšia časť sa pohybuje príliš pomaly; jeho uhol nábehu je príliš veľký a je zastavený. Opäť to spôsobuje ťah.
Stredná časť čepele je sladký bod, ktorý vytvára dostatočný nadmerný ťah na to, aby sa rotor otáčal proti ťahu špičky a koreňa. Na rozdiel od lietadla môže vrtuľník kĺzať aj vertikálne, pretože lopatky nepovažujú zvislé klesanie za skutočne vertikálne. Vezmime si napríklad hypotetický vrtuľník s 30-stopovým rotorom, ktorý sa otáča rýchlosťou 400 otáčok za minútu. Obvodová rýchlosť čepele v strednom rozpätí je 315 stôp za sekundu. Ak vrtuľník klesá vertikálne rýchlosťou 1 800 fpm, uhol nábehu v strede rozpätia je asi 6 stupňov, čo je typický uhol nábehu pre plachtiace lietadlo. Pridanie povedzme 50 uzlov doprednej rýchlosti si vyžaduje cyklické nastavovanie – to znamená uhol sklonu postupujúcej čepele vzhľadom na rotorový disk, treba zmenšiť a zväčšiť ustupovú lopatku – ale priemerný uhol nábehu zostáva približne rovnaký 6 stupňa.
Kĺzanie je viditeľným prejavom neviditeľných síl, riešením hádanky, v ktorej sú kľúčom rýchlosť, rýchlosť klesania a uhol nábehu. Hádanka by bola šialená, ale príroda je láskavá: dáva nám vtáky. A dokonca aj poskladané papierové lietadlo, vyhodené z okna na treťom poschodí, okamžite rieši rovnice letu a vie, bez inštrukcií, ako kĺzať.
