SZYBOWIEC ULTRALEKKI AXEL

Transkrypt

1 SZYBOWIEC ULTRALEKKI AXEL W dniu 21 maja 2011 r. w Muzeum Techniki PKiN w Warszawie odbyło się spotkanie poświęcone ultralekkiemu szybowcowi Axel, które poprowadził mgr inż. Dariusz Lewek OGÓLNY OPIS SZYBOWCA Szybowiec ultralekki Axel, o którym dziś chcę opowiedzieć, nie jest moim dziełem; ja jestem tylko jego właścicielem i użytkownikiem. Konstruktorem Axla jest pan Zenon Pietruszka człowiek, który jest doskonałym przykładem konstruktora-amatora. Pan Zenon nie ma bowiem wykształcenia lotniczego, ale za to ma wielką pasję i zadziwiający zmysł techniczny. O jego umiejętnościach może świadczyć fakt, że samodzielnie wykonał nierozwijalną owiewkę kabiny do Axla, do której przejrzystości i kształtu nie mam zastrzeżeń. To zagadnienie sprawiało kłopoty nawet wielkim wytwórniom z imponującym dorobkiem konstrukcyjnym, jak bielskie SZD. Oczywiście, oprócz owiewki pan Zenon zbudował także całą resztę szybowca. Mój udział w budowie sprowadził się do kontaktów z Urzędem Lotnictwa Cywilnego, które zaowocowały wpisaniem mojego egzemplarza do rejestru szybowców ultralekkich, jako SP-GAAB. Jest to drugi szybowiec w Polsce figurujący w tym rejestrze przed nim zarejestrowano prototyp Axla, natomiast później pojawił się także trzeci egzemplarz, SP-GAAC. Konwencja znaków rejestracyjnych może dziwić; wszak od lat szybowce oznaczane były czterema cyframi, a samoloty i śmigłowce trzema literami. Cztery litery są zarezerwowane dla ultralekkich statków powietrznych, przy czym pierwsza litera (G) to inicjał angielskiego słowa glider, czyli szybowiec. Mówiąc o konstrukcjach ultralekkich trzeba wspomnieć o ważnej kwestii prawnej: one nie podlegają jurysdykcji Europejskiej Agencji Bezpieczeństwa Lotniczego (EASA), a jedynie przepisom krajowego nadzoru. Mówi o tym podstawowy akt prawny ustanawiający kompetencje EASA rozporządzenie Parlamentu Europejskiego nr 216/2008. Kryterium przynależności do kategorii UL jest masa własna: do 80 kg dla szybowców jednomiejscowych i do 100 kg dla dwumiejscowych. Spod jurysdykcji EASA wyłączone są także inne konstrukcje, np. historyczne czy doświadczalne, ale to nie należy do tematu; są one szczegółowo wymienione w załączniku do wspomnianego rozporządzenia. Oczywiście, utrzymanie się w wyznaczonym limicie masy nie jest zadaniem łatwym tym bardziej, że masa pilota jest znaczną częścią masy całkowitej, a z tego wynika problem z właściwym wyważeniem płatowca. My zmieściliśmy się w 80 kg dosłownie na styk, w czym pomógł nam pewien drobny wybieg formalny. W Instrukcji Użytkowania w Locie i Obsługi Technicznej napisaliśmy, że szybowiec może wykonywać loty bez owiewki i bez balastu ogonowego (5 kg), dodawanego dla utrzymania właściwego położenia środka ciężkości. Dzięki temu masa obu tych elementów nie jest wliczana do masy własnej, lecz do masy wyposażenia dodatkowego. Oczywiście, zapis ten jest zgodny z prawdą ale bez balastu mogą obyć się tylko piloci o drobnej budowie; ograniczenie położenia środka masy jest tu decydujące. Natomiast latanie bez owiewki, choć może mniej przyjemne, jest też wykonalne. Dowodem na to jest zdjęcie na następnej stronie, po prawej. 1

2 Komputerowa wizualizacja szybowca Axel Stopa za burtą dowodzi, że owiewka jest zdemontowana Grafika powyżej oraz poniższy rysunek w trzech rzutach pokazuje, że w widoku z boku Axel do złudzenia przypomina PW-5. Łatwe odróżnienie obu szybowców umożliwiają inne obrysy usterzenia pionowego. Nasz szybowiec ma jednak zupełnie inne skrzydła: krępe (o mniejszym wydłużeniu) i o obrysie prostokątnym, a nie trapezowym. Podobne są natomiast podcięcia końcówek od strony krawędzi natarcia. Mówiąc o skrzydłach muszę zwrócić uwagę na duży udział procentowy cięciwy lotki w cięciwie skrzydła oraz na hamulce aerodynamiczne w postaci uchylnych płytek. Axel w trzech rzutach Otwarte hamulce aerodynamiczne Szybowiec wykonany został z kompozytów w większości szklano-epoksydowych. Tylko niektóre elementy, jak np. skrzynka dźwigarów czy podłoga kabiny, zostały wykonane z tkaniny węglowej. Koszty zakupu wszystkich materiałów szacuję na 8-9 tysięcy złotych, a więc całkiem tanio. Uzupełnieniem ogólnego opisu niech będzie tabela podstawowych danych technicznych oraz biegunowa prędkości. WYMIARY Rozpiętość 12,2 m Długość 5,85 m Wysokość 1,85 m Powierzchnia nośna 10,9 m 2 Obciążenie jedn. pow. nośnej (masa 185 kg) 17,0 kg/ m 2 Średnia Cięciwa Odniesienia 0,913 m Profil skrzydła AXEL Wydłużenie geometryczne skrzydła 13,7 Rozpiętość usterzenia poziomego 2,50 m Powierzchnia usterzenia poziomego 1,48 m 2 2

3 MASY Masa własna 78 kg Masa startowa maks. 185 kg Masa pilota i wyposażenia kg OSIĄGI Prędkość nieprzekraczalna 135 km/h Prędkość manewrowa 99 km/h Prędkość w atmosferze burzliwej 97 km/h Max. prędkość holowania za samolotem 99 km/h Max. prędkość holowania za wyciągarką 89 km/h Prędkość przeciągnięcia 56 km/h Doskonałość 23 przy prędkości optymalnej (IAS) 70 km/h Opadanie 0.80 m/s przy prędkości ekonomicznej (IAS) 67 km/h Współczynniki obciążeń dopuszczalnych + 4,5, - 2,0 Biegunowa prędkości CAS (km/h) w (m /s ) 2 3 W powyższej tabeli wymieniono profil skrzydła AXEL opracowany specjalnie do tego szybowca, a nie wzięty z katalogu. Jest to prawda, ale opracowanie polegało na modyfikacji profilu mięśniolota Gossamer Albatros przez zastosowanie płaskiego spodu. Charakterystyki aerodynamiczne tego profilu otrzymaliśmy z wirtualnego tunelu aerodynamicznego programu XFoil. 3

4 AXEL W SZCZEGÓŁACH Axel, jak większość szybowców jest jednomiejscowym wolnonośnym górnopłatem z usterzeniem klasycznym. Kadłub, zintegrowany ze statecznikiem pionowym, ma konstrukcję skorupową wzmocnioną wręgami. Połówki kadłuba wykonane tradycyjnie, na foremnikach negatywowych. W centralnej części kadłuba zamontowana jest skrzynka dźwigarowa, w którą wsuwane są końce dźwigarów skrzydeł tak, że odpowiednio ukształtowany kawałek wystaje z niej i jest wsuwany do przeciwległego skrzydła przez prostokątny otwór w kadłubie i żebrze przykadłubowym. Ciekawostką jest, że końce dźwigarów i ich okucia są kompozytowe nie ma potrzeby mocowania tam elementów metalowych i zaklejania zamków mechanicznych. Nie uniknęliśmy tego jednak przy okuciach sworznia, którym obydwa skrzydła są spinane. W miejscu mocowania sworznia do każdego z zakończeń dźwigarów wklejony jest kawałek metalu, w którym wykonano otwór na sworzeń i drugi otwór, prostokątny na klucz, którym obydwa skrzydła są dociągane. Fragment foremnika kadłuba. Wgłębienie Fotografia pokazuje, że kadłub Axla jest naumożliwiające wykonanie przejścia skrzy- prawdę lekki można go utrzymać jedną ręką dło-kadłub zostało zaklejone Balast ogonowy. Na końcu belki ka- Kolumnowa, demontowalna tablica przyrządów egdłubowej bolce do mocowania sta- zemplarza SP-GAAC. Rzuca się w oczy wariometr tecznika poziomego paralotniarski. 4

5 Forma owiewki kabiny Centralna część kadłuba. Widoczna skrzynka dźwigarowa i szczątkowa wręga wzmacniająca. Mocowanie owiewki, umożliwiające zrzut awaryjny, zostało wykonane przy użyciu zawiasów meblowych Schemat łączenia skrzydeł. Skrzydło przed połączeniem połówek. W końcówce dźwigara widoczne okucie sworznia, a nad nim otwór na klucz do dociągania skrzydeł. Kompozytowe okucie zakończenia dźwigara przeciwległego skrzydła, owinięte rowingiem dla wzmocnienia. Zakończenie przechodzi przez prostokątny otwór w żebrze przykadłubowym 5

6 Zdjęcie na dole poprzedniej strony pokazuje wewnętrzną strukturę skrzydła. Oprócz dźwigara głównego i dźwigarka lotkowego widać na nim dodatkowy, załamany dźwigarek pomocniczy. Został on zamontowany w celu usztywnienia poszycia, a tym samym uniknięcia utraty jego stateczności (pofalowania). Układ sterowania jest w znakomitej większości linkowy. Wyjątkiem od reguły jest mieszany, linkowo-popychaczowy układ sterowania lotkami. Popychacze zostały użyte także do synchronizacji napędu hamulców aerodynamicznych. Z zastosowania linek mieliśmy dodatkową korzyść w przypadku układu sterowania sterem wysokości. Statecznik jest bowiem mocowany za pomocą dwóch bolców wystających z kadłuba i dokręcany śrubą. Jeśli zapomnimy dokręcić tę śrubę, napięcie linek uniemożliwi wysunięcie się statecznika. Układ sterowania Mocowanie statecznika poziomego: 2 bolce i śruba Schemat układu zamieszczono powyżej. Brakuje na nim jedynie bowdenu od roweru, który napędza dźwigienkę związaną z kopułkowym hamulcem kółka. Samo kółko zresztą rozpętało wielką burzę w ULC. Dla ludzi przyzwyczajonych do różnorodnych atestów na części lotnicze może to być zrozumiałe koło główne pochodziło od taczek (jedyna przeróbka to dodanie łożyska), kupione za 40 zł. Pozornie wydaje się to pomysłem absurdalnym, ale przecież te urządzenia są poddawane określonym obciążeniom i koła muszą je wytrzymać. Drugi, nawet ważniejszy argument, to filozofia fail safe. Jeśli szybowiec przyziemi zbyt gwałtownie, to lepiej, żeby zniszczyło się kółko, niż struktura kadłuba; nie mówię nawet o kontuzji pilota. To samo dotyczy kółka przedniego, zaadaptowanego z wózka inwalidzkiego. Podwozie, jak dotąd, spisuje się bardzo dobrze. Trzeba jedynie pamiętać o kontroli ciśnienia w kole głównym, gdyż w przypadku jego nadmiernego spadku dętka może obracać się na feldze. PRÓBY STATYCZNE W przypadku konstrukcji amatorskiej, jak Axel, wskazane jest przeprowadzenie dowodowych prób statycznych. Nie są wymagane próby niszczące, związane oczywiście z budową kolejnego egzemplarza; wystarczy próba do 100% dopuszczalnego obciążenia w locie. W związku z tym, jeśli konstrukcja uległaby zniszczeniu podczas prób, to znaczy, że zniszczenie mogłoby nastąpić w powietrzu. W praktyce jest to możliwe, jeśli konstruktor lub budowniczy popełnił gruby błąd a ponieważ nie ma ludzi nieomylnych, warto się o tym w bezpieczny i niezbyt kosztowny sposób przekonać. Do przeprowadzenia prób, jak pokazują poniższe fotografie, nie jest potrzebny specjalistyczny sprzęt. Axel był obciążany workami z 6

7 piaskiem lub ręcznie, za pośrednictwem wagi sprężynowej. Jedynym specjalistycznym sprzętem była spawana podstawka, na której ułożyliśmy odwrócony szybowiec. W ułożeniu i wykonaniu programu prób statycznych bardzo pomógł nam mgr inż. Jerzy Cisowski, specjalista od tego rodzaju badań. Podpora belki ogonowej na przegubie kulistym Do prób skręcania kadłuba użyliśmy rolek zamontowanych na drzewie Podstawka pod miskę siedzeniową Próba układu sterowania sterem kierunku. Ster był unieruchomiony, a siłę na pedał przykładało się ręcznie, trzymając wagę sprężynową umożliwiającą kontrolę wartości siły AXEL W POWIETRZU Pilotażowo Axel jest bardzo poprawny i przyjemny. Ciekawostką jest, że przeciągnięcie statyczne nie jest możliwe. Jest to zasługą grubego, przegiętego na końcu profilu, który cechuje się wysokim krytycznym kątem natarcia. Okazuje się, że wcześniej nastąpi oderwanie 7

8 na sterze wysokości, niż na płacie. Nie dotyczy to jednak przeciągnięcia dynamicznego, które jest możliwe do wykonania. Szybowiec przeciąga się niechętnie, bez tendencji do przechylania lub zmiany kierunku. Osiągi szybowca nie są zachwycające obliczeniowa doskonałość 23 (bez owiewki) nie zachęca do startu w zawodach. Jedyną szansą dla Axla byłyby bardzo słabe warunki termiczne. Jednak nie jest to szybowiec zawodniczy, lecz do latania rekreacyjnego. Instrukcja Użytkowania w Locie i Obsługi Technicznej dopuszcza start za samolotem, wyciągarką lub samochodem oraz co istotne inne rodzaje startu, które dają gwarancję nieprzekroczenia warunków użytkowania. Do tego zalicza się start grawitacyjny oraz start za balonem, który miał miejsce 18 kwietnia Prawdopodobnie jest to pierwszy w historii polskiego lotnictwa przypadek wykorzystania balonu jako holówki. Axel został do tego celu nieco zaadaptowany do skrzynki dźwigarowej zamontowałem zaczep szybowcowy i liny asekuracyjne. Hol na 600 m trwał ok. 10 minut, przy czym liny asekuracyjne zwolniłem wcześniej, a przez dalszą część lotu Axel był podwieszony tylko dzięki zaczepowi. Po wyczepieniu zwisający szybowiec zaczął swobodnie spadać, by dzięki oporowi na usterzeniu pochylić dziób i przejść do nurkowania. Na zakończenie plany na przyszłość. Pan Zenon wykonał Axla z chowanym napędem spalinowym, a teraz pracujemy nad wersją z napędem elektrycznym, roboczo nazwanym Axel-2. Start grawitacyjny w Bezmiechowej Pierwszy w Polsce hol za (pod?) balonem Adaptacja szybowca do holowania przez balon Axel z silnikiem spalinowym w locie Opracowanie tekstu: Paweł Ruchała SMIL Opracowanie graficzne: Paweł Ruchała SMIL Rysunki i fotografie: Dariusz Lewek, Zenon Pietruszka, IULiOT szybowca Axel 8