Performanțele de zbor ale planorului în fazele de decolare, aterizare și în zborul liber depind de mai mulți factori: construcția aeronavei, condițiile meteorologice, vânt și alte fenomene atmosferice. Performanțele planorului în timpul decolării depind de puterea dispozitivului de lansare în zbor și de eficiența aerodinamică proprie planorului. Cei pat ru factori majori care afectează performanța planorului sunt altitudinea densimetrică, greutatea planorului, tipul constructiv și vântul.
Condiții de altitudine densimetrică mare și mică
Fiecare pilot trebuie să înțeleagă termenii ”altitudine densi metrică mare” și ”altitudine densimetrică mică”. În general, primul termen se referă la aerul rarefiat, în timp ce al doilea termen se referă la aerul dens. Condițiitle care determină o altitudine densimetrică mare (aer rarefiat) sunt: altitudini mari, presiune atmosferică scăzută, temperaturi mari, umiditate mare sau o combinație a acestora. Altitudini mai mici, presiune atmosferică ridicată, temperaturi scăzute și umiditatea scăzută sunt factorii care determină o altitudine densimetrică mică (aer dens).
Cu toate acestea, o altitudine densimetrică mare poate fi prezentă la cote mai mici în zilele toride, de aceea este important să calculăm altitudinea densimetrică și să determinăm performanțele planorului î nainte de zbor. O modalitate de a determina altitudinea densimetrică este utilizarea diagramelor specializate în acest scop Fig.
2.1 Graficul altitudinii densimetrice Exemplu: dacă am planificat un zbor de la un aerodrom având elevația (cota) de 1600 ft MSL, setarea altimetrului la valoarea 29.8 și temperatura egală cu 85°F (29.4°C), atunci cât va fi altitudinea densimetrică? Pasul 1: vom corecta valoarea presiunii, referindu-ne la coloana din partea dreaptă a diagramei și vom adăuga 112 ft la cota aerodromului. Rezultă o presiune altimetrică de 1.712 ft. Pasul 2: vom trasa pe diagramă o linie verticală, începând din partea de jos a diagramei corespunzător valorii de 29,4°C (85°F), până intersectăm diagonala de 1.712 ft, vom continua orizontal spre stânga și vom citi altitudinea densimetrică de ap roximativ 3.500 ft.
Aceasta înseamnă că un motoplanor sau avion de remorcaj va avea performanțele corespunzătoare unei zile cu condiții standard, ca și cum ar evolua la altitudinea de 3500 ft MSL. Cele mai multe grafice de performanță nu necesită ca pilotu l să calculeze altitudinea densimetrică, acest calcul fiind conținut în graficul de performanță propriu-zis. O altă metodă de a determina altitudinea densimetrică este folosirea de computere de zbor.
Presiunea atmosferică
Datorită schimbării condiții lor meteorologice, presiunea atmosferică la o locație dată se schimbă de la o zi la alta. Exemplu METAR: KDAL 232153Z 21006KT 7SM –RA BKN025 BKN 060 OVC110 12/11 A2953 RMK AO2 PRESFR SLP995 P0005 T01220106 Acesta este un mesaj de informare meteorologică METAR emis pentru Aerodromul Love în data de 23 la ora 21:53Z (GMT), care ne indică o presiune locală de A2953, sau setarea altimetrului pe 29,53”Hg. Când presiunea barometrică scade, densitatea aerului scade. Densitatea redusă a aerului are ca rezultat o creștere a densității altimetrice și o scădere a performanțelor planorului.
Aceasta va reduce performanțele la decolare și în faza de urcare și deasemenea va mări lungimea pistei necesară pentru aterizare. Termenul 12/11 a acestui mesaj indică temperatura aerului și temperatura punctului de rouă. Când presiunea barometrică crește, densitatea aerului crește. O densitate mai mare a aerului are ca rezultat o scădere a altitudinii densimetrice și o creștere a performanțelor planorului. Astfel se îmbunătățesc performanțele de decolare și urcare, iar lungimea pistei necesară pentru aterizare scade.
Altitudinea
Odată cu creșterea altitudinii, densitatea aerului scade. La altitudine, presiunea atmosferică care acționează asupra unui volum de aer dat este mai mică, permițând moleculelor de aer să se poziționeze mai departe una de alta. Rezultatul este că un volum de aer la altitudine mare conține mai puține molecule de aer decât același volum de aer la altitudine mică. Pe măsură ce altitudinea crește, altitudi nea densimetrică crește, iar performanțele de decolare și urcare scad.
Temperatura
Modificările de temperatură au un efect mare asupra densității altimetrice. Când aerul este încălzit, acesta se extinde, moleculele se îndepărtează, făcând aerul să f ie mai puțin dens. Performanțele de decolare și urcare se reduc, în timp ce lungimea pistei necesară pentru aterizare crește. Luați în considerare următorul METAR pentru două aeroporturi cu aceeași setare la altimetru, temperatură și punct de rouă. Elevați a aerodromului Love (KDAL) este 487 ft, iar elevația aerodromului Denver (KDEN) este 5.431 ft. KDAL 240453Z 21007KT 10SM CLR 25/15 A3010 RMK A02.... KDEN 240453Z 24006KT 10SM FEW120 SCT200 25/15 A3010 RMK A02...
Altitudinea densimetrică calculată pentru ae rodromul Love este 1.774ft, iar pentru aerodromul Denver este 7.837 ft. Se observă o creștere aproape dublă la al doilea aerodrom față de primul. Influența altitudinii și a temperaturii este semnificativă. Piloții trebuie să țină cont de acest fapt, atunci când calculează performanța aeronavei. 2.2.4 Vântul Vântul afectează performanța planorului în multe feluri. Vântul de față în timpul decolării determină un rulaj la sol mai scurt, în timp ce vântul de spate va determina un rulaj mai lung la decolare. Fig.
2.2 Efectul vântului asupra distanței de decolare și a pantei de urcare Vântul lateral necesită proceduri adecvate de control, sau folosirea comenzilor primare de zbor pentru a păstra aeronava pe direcția pistei. În timpul zborului de croazieră, vânt ul de față va reduce viteza față de sol a planorului. Un planor care zboară cu o viteză indicată de 60 de noduri, având vânt de față de 25 de noduri, va avea o viteză față de sol de 35 de noduri. Pe de alță parte, vântul de spate va mări viteza față de sol a planorului. Astfel, un planor care zboară cu viteza indicate de 60 de noduri, având vânt de spate de 25 de noduri, va avea o viteză față de sol de 85 de noduri.
Vântul lateral în timpul zborului, va determina modificarea capului compas (direcția în care este îndreptat botul planorului) dar și a traiectoriei pe care se deplasează planorul. În timpul zborului cu planorul, în condiții de vânt lateral, trebuie să ne amintim că există o componentă de față sau spate a vântului, care duce la o viteză față de so l mai mică sau mai mare. Când planificăm aterizarea, trebuie să luăm în considerare efectul vântului asupra pantei de aterizare și trebuie să ne luăm rezervă de înălțime în funcție de vântul indicat sau de vântul la care ne așteptăm.
Este mult mai ușor să pierzi înațime decât să recuperezi, în situația când planorul este prea jos față de panta ideală. Când zboară cu vânt lateral spre un obiect aflat pe sol ( ex. în saltul final dintr-un zbor de distanță), pilotul planorului trebuie să mențină botul planoru lui orientat oarecum înspre vânt. De exemplu, dacă vântul are o componentă laterală dinspre dreapta, botul planorului este orientat puțin spre partea dreaptă a obiectului de pe sol. Orientarea botului planorului ( capul compas) este în vânt ( dreapta în ac est caz), iar dacă unghiul de contra-derivă este corect, atunci traiectoria planorului va fi direct înspre obiectul de pe sol. Fig.
2.3 Efectul vântului lateral în saltul final Fig. 2.4 Efectul vântului asupra pantei de aterizare și a distanței de aterizare În timpul aterizării în condiții de vânt rafalos, apare o tendință de scădere a vitezei și creștere a înfundării. Forța de frecare din zona de contact a masei de aer cu solul, determină o scădere a intensității vântului. Planorul poate zbura la u n moment dat cu vânt de față puternic, iar după câteva secunde viteza vântului poate să scadă până aproape de zero. Un pilot care aterizează cu vânt de față, se așteaptă de obicei la o scădere a vântului de față în timpul apropierii de sol, scădere datora tă frecării cu solul care încetinește vântul.
Când schimbarea este bruscă pilotul înregistrează o pierdere de viteză deoarece este nevoie de puțin timp și o pierdere de înălțime pentru a accelera planorul până la viteza afișată anterior, când zbura cu vânt de față puternic. Acest fenomen ne dă impresia că e necesar să plonjăm spre sol pentru a menține viteza de zbor. Pentru a menține o viteză peste cea de angajare a planorului, se recomandă să zburăm cu o viteză mărită în faza de apropiere. Rulajul pe sol l a aterizare va fi influențat, în funcție de schimbarea vântului. Dacă acest fenomen are loc în proximitatea solului, planorul va pierde din pierde viteză, iar înălțimea ar putea fi prea mică pentru a recupera din viteza pierdută.
Aceasta se numește gradientul vântului. Este importantă luarea în considerare a gradientuui vântului în timpul lansării pentru decolare, deoarece o creștere bruscă a vitezei vântului poate duce la depășirea vitezei maxime admise în decolare Fig. 2.5 În condiții de vânt rafalos, pilotul trebuie să supravegheze panta în timpul remorcajului Un pilot care aterizează cu vânt de spate va avea o viteză față de sol mai mare decât viteza indicată. Pe măsură ce frecarea cu solul încetinește vântul, pilotul poate observa o creștere a vitezei indicate, înainte ca viteza indusă de inerția mai mare să fie disipată, ceea ce va duce la o creștere a distanței parcurse până la contactul cu solul.
Acest fenonem ar putea să apară în vecinătatea obstacolelor din preajma pistei, ducând la apariția rotorilor. Trecerea prin curenți rotorici poate duce la o traiectorie mult sub panta ideală de apropiere și implicit la o aterizare scurtă. Piloții locali pot fi o sursă bogată de informații despre curenții și pericolele locale ale vântului. Piloții de planor trebuie să înțeleagă faptul că vântul din proximitatea solului se comportă altfel decât cel de la înălțime. Condițiile atmosferice, cum ar fi curenții termici, turbulența, rafalele sau vântul calm schimbă semnificativ comportamentul în zbor al planorului.
Pe măsură ce aerul se deplasează peste obstacole cum ar fi clădiri, copaci, dealuri sau alte formațiuni neregulate la nivelul solului, acestea interfererează cu fluxul vântului scăzându-i viteza și întrerupându-i curgerea lină ( laminară) care apare la înălțimi mai mari. Gradientul vântului afecteză un pilot care virează prea strâns pe panta finală și zburând cu viteză prea mică în proximitatea solului. În timpul virajului pe aripa inferioară curgerea vântului este mai lentă decât pe aripa din exterior. Forța de înclinare ( moment de rotire) creată de gradientul vântului afectează întreaga zonă a aripilor.
Acest lucru poate reține pilotul de la a controla înclinarea cu eleroanele, pentru a preveni o înclinare exagerată peste verticală. Fii precaut cu orice înclinare și la orice viteză în apropiere solului! Fig. 2.6 Efectul gradientului de viteză a vântului asupra planorului în viraj către vânt. Fluxul de aer mai puternic pe aripa în urcare, determină o înclinare accentuată a planorului în apropierea solului, unde vântul scade datorită forțelor de frecare. Când vă apropiați de aterizare în condiții de vânt și de rafale, adăugați jumătate din viteza vântului la viteza de apropiere pentru a vă asigura viteza adecvată pentru o posibilă întâlnire cu un gradient de vânt.
În timpul aterizării în aceste condiții, este acceptabil să permitem planorului să ia contact cu solul mai repede, în loc de a insista pentru o viteză scăzută la aterizare. Folosirea frânelor aerodinamice la contactul cu solul în timpu l acestor aterizări, va împiedica pe deplin o re-desprindere de sol a planorului, datorată unei rafale de vânt în timpul rulajului. Unele planoarele cu auto-lansare sunt destinate zborurilor de croazieră motorizat mai îndelungat. Distanța maximă de zbor și autonomia acestor planoare sunt limitate de capacitatea rezervorului de carburant. Vântul nu are efect asupra duratei zborului, dar are un efect semnificativ asupra razei de acțiune.
În timpul zborului de croazieră cu motor, vântul de față va reduce raza de acțiune iar vântul de spate va crește raza de acțiune. Manualul de operare al planorului spacifică vitezele de zbor recomandate precum și setările de putere pentru a maximiza raza de acțiune atunci când zburați în condiții fără vânt, cu vânt de față sai de spate.
Greutatea
Caracteristicile de portanță, rezistență și planare ale planorului sunt reglementate doar prin proiectarea și construcția sa și sunt predeterminate la decolare. Singura caracteristică controlată de pilot este greutatea planorului. La unele planoare de performanță, piloții pot schimba configurația planorului prin montarea unor extensii la capătul aripii, opțiune care nu este disponibilă la alte tipuri de planoare. O creștere a greutății va duce la scăderea performanțelor de decolare și urcare a planorului, în schimb va mări performanța în zborul de disțanță (croazieră). În timpul lansării, un planor mai greu va avea nevoie de mai mult timp pentru a accelera până la viteza de zbor.
Altfel spus, este mai dificil să accelere zi o masă mai mare. După decolare, un planor mai greu va urca mai lent, deoarece are mai multă masă de ridicat în altitudine decât planorul mai ușor. ( indiferent de metoda de lansare în zbor: autolansare, remorcaj de automosor sau avion). Fig. 2.7 Efectul greutății asupra distanței de decolare, ratei de urcare și pantei de urcare. Un planor mai greu are o viteză limită și o viteză minimă de zbor, mai mari decât un planor altfel identic dar mai ușor. Viteza limită crește cu rădăcina pătrată din creșterea în greutate. Dacă greutatea se dublează (X2), atunci viteza limită va crește cu peste 40 de procente (1,41 este aproximativ rădăcina pătrată din 2).
De 1,41 ori crește viteza limită pentru dublarea greutații. Exemplu: un planor cu masa de 540 kg are viteza l imită de 40 noduri. Pilotul adaugă 300 kg de balast de apă. Noua masă a planorului este 540+300=840 kg. Noua viteză limită este de aproximativ 57 noduri: 300 + 40 = 57,3 kts Când zboară în căminul termic pentru a urca, un planor mai greu este dezavantaj at față de planorul ușor. Greutatea crescută înseamnă o viteză limită și o viteză minima de înfundare mai mari. Zburând în curentul ascendent termic la aceeași înclinare, viteza mai mare de zbor obligă pilotul planorului mai greu să zboare cu o rază mai ma re de viraj decât pilotul planorului ușor.
Întrucât cea mai bună urcare o găsim în zona îngustă din centru termicii, o rază mai mare de spiralare însemnă că planorul greu nu este capabil să exploateze la fel de bine curentul ascendent din miezul termicii. Constatăm o inabilitate a planoarelor grele de a urca la fel de rapid în căminul termic, comparat cu planoarele mai ușoare. Fig. 2.8 Efectul greutății adăugate (balast) asupra razei de viraj în zborul termic. Planorul mai greu va zbura cu viteză mai mare menținând aceeași finețe. Avantajul greutății mari devine evident în timpul zborului de distanță la saltul între termici.
Dacă mărim masa de operare a planorului, atunci viteza limită, viteza minimă de zbor, viteza minimă de înfundare și viteza optimă vor crește cu un factor egal cu rădăcina păt rată din creșterea în greutate. Finețea planorului nu este afectată de creșterea greutății, deoarece planorului îi cresc atât viteza de înfundare cât și cea de zbor pe pantă. Planorul pierde înălțime mai repede, dar parcurge aceeași distanță pe orizontală ( cu viteză mai mare) ca un planor ușor, menținând același raport H/D (finețea) Pentru a ajuta planoarele să zboare mai repede, se poate adăuga balast de apă, până la 200 litri, în rezervoare speciale încastrate în a ripi.
Vitezele mari sunt de dorit în zborurile de distanță și în competiții. Dezavantajele acestui balast de apă sunt viteza redusă de urcare în termică și posibilitatea de a nu găsi curentul termic după lansarea planorului în zbor. Pentru a evita acest lu cru, balastul de apă poate fi eliminat oricând prin robinetele de golire, permițând pilotului să reducă greutatea planoruluii pentru a ajuta la creșterea ratei de urcare. Adăugarea balastului pentru a crește greutatea permite planorul să zboare la viteze crescute, păstrându-și raportul L / D. Figura 2.9 ne arată că adăugarea a 400 de kilograme de balast de apă crește viteza la finețe maximă de la 60 de noduri la 73 de noduri. Fig.
2.9 Efectul greutății adăugate asupra vitezei de zbor pentru finețea maximă Un planor greu are mai multe dificultăți de urcare în termică decât unul ușor, dar dacă ascendența este suficient de puternică pentru ca planorul să urce rezonabil de bine, avantajul planorului greu în timpul zborului de distanță depășește dezavantajul pla norului din timpul urcărilor. Apa este adesea folosită ca balast pentru a crește greutatea planorului. Cu toate acestea, greutatea crescută necesită o viteză mai mare în timpul apropierii și un rulaj de aterizare mai lung. Odată încheiat zborul de distanță, balastul nu mai filosește nici unui scop.
Pilotul trebuie să elimine în aer balastul înainte de a intra în turul de pistă pentru aterizare. Reducerea greutății înainte de aterizare, permite pilotului să facă o apropiere și aterizare în condiții normale. Greutatea mai mică la aterizare, reduce deasemenea efortul la care este supus trenul de aterizare. Cunoscând datele referitoare la finețea planorului (polara), disponibile în diaframe/grafice din Manualul de utilizare al planorului, pilotul poate calcula m ai multe combinații specifice între viteza de zbor (față de fileurile de aer) și finețe (portanța/rezistența Fz/Fx ).
Graficul rezultat, Fz/Fx în funcție de viteză (unghiul de incidență) arată că finețea crește spre maxim la viteze mici. Raportul maxim portanță/rezistență (finețea maximă), are loc la o anumită viteză (unghi de atac și coeficient de portanță). Dacă planorul zboară fără să-și modifice panta, atunci rezistența la înaintare totală este minimă. Aceasta lucru se bazează numai pe viteză. La oric e altă viteză (unghi de incidență mai mic sau mai mare), decât pentru unghiul de incidență corespunzător fineței maxime, aceasta scade pentru că rezistența la înaintare crește pentru aceeași portanța generată de aripa planorului (raportul Fz/Fx este mai mic).
Rețineți că o modificare a greutății brute ar necesita modificarea viteză de zbor pentru a susține noua greutate la același coeficient de portanță și unghiul de atac. Acesta este motivul pentru care Manualul de Exploatare are viteze diferite de zbor cu sau fără balast. Configurația unui planor în timpul zborului are un efect deosebit asupra Fineții L/D. Una din cele mai inportante caracteristici pentru un planor de performnță este Finețea maximă L/Dmax.
Rata de urcare
Rata de urcare a planorului î n timpul remorcajului la automosor depinde de puterea echipamentului de lansare. In remorcajul la automosor, rata de urcare este destul de mare, putând depăși 2000 fpm dacă troliul sau vehiculul de remorcare este foarte puternic. La decolarea prin remorcaj de avion, rata de urcare este determinată de puterea avionului remorcher. Este important să folosiți un avion care să fie capabil să remorcheze planorul, ținând cont de condițiile existente și de greutatea planorului. Rata de urcare a planoarelor cu autol ansare este determinată de tipul constructiv, puterea motorului și greutatea planorului. La acest tip de planoare, rata de urcare poate varia între 200 fpm și 800 fpm sau chiar mai mult. Pilotul trebuie să consulte Manualul de Exploatare pentru a determina rata de urcare în condițiile existente.