Szybowiec ULS - PW 
Foto: 01-07
Wojciech Frączek, 08-10 Jarosław Żaczek, 11 Jan Filipiak,
12-14 Tomek W., 15 Krzysztof Pierzchanowski, 16-19 Jan Filipiak,
20-22 Michał Setlak
Informacje techniczne
Szybowiec
ULS-PW (zwany również eksperymentalnym) został zbudowany w jednym egzemplarzu.
Był
oblatany 21 września 1981 roku.
Obecnie przechowywany jest na wydziale MEiL
Politechniki Warszawskiej.
Opis konstrukcji
ULS-PW
to jednomiejscowy ultralekki szybowiec eksperymentalny.
Posiada zastrzałowy
górnopłat o konstrukcji z kompozytu szklano-epoksydowego.
Płat o konstrukcji
dwudzielnej, jednodźwigarowy, zastrzałowy.
Wznios 1o. Żeberka kratownicowe,
keson skorupowy laminarny szklano-epoksydowy, część spływowa pokryta tkaniną.
Płaskie
kątowe lotki poza obrysem skrzydeł.
Zastrzały osłonięte kroplowymi owiewkami.
Usterzenie
klasyczne kryte tkaniną. Kabina otwarta.
Sterowanie lotkami i sterem wysokości
popychaczowe, steru kierunku - linkowe.
Podwozie płozowe, pod kabiną - kompozytowa
płoza główna, pod usterzeniem - kompozytowa płoza ogonowa.
Awionika: podstawowe
przyrządy VFR.
Dane techniczne szybowca ULS-PW
Dane
geometryczne
- rozpiętość 10.9 m
- powierzchnia nośna 12.7 m2
- wysokość
1.5 m
- długość 5.45 m
Dane masowe
- masa całkowita
125 kg
- masa własna 57 kg
Osiągi
- prędkość
dopuszczalna VNE 126 km/h
- prędkość minimalna 40 km/h
- opadanie minimalne
0.85 m/s przy 46 km/h
- doskonałość przy 52 km/h 16
Przyrządy pokładowe
Zestaw minimum w szybowcu ULS-PW
Podstawowy
zestaw przyrządów pilotażowych szybowca obejmuje wysokościomierz, prędkościomierz,
wariometr, chyłomierz
z zakrętomierzem i busolę.
Tak naprawdę jednak absolutnie
niezbędne są pierwsze trzy (do nich ogranicza się np. zestaw zamontowany na szybowcu
ULS - PW).
Zbyt mała prędkość lotu to ryzyko przeciągnięcia i zwalenia się
szybowca w korkociąg,
zbyt duża - niepotrzebnie rosnący opór aerodynamiczny.
Wysokość
jest rezerwą paliwa szybowca - od niej zależy, jak daleko jeszcze polecimy i czy
uda się na przykład dociągnąć do lotniska. Wariometr pokazuje prędkość pionową
szybowca - wznoszenie lub opadanie.
Bez niego trudno marzyć o wyszukiwaniu
pozwalających nabrać wysokości prądów wstępujących - a to jest przecież esencja
szybownictwa!
Istotnym przyrządem jest też chyłomierz, który pomaga utrzymać
właściwą koordynację zakrętów. Jego kulka pokazuje kierunek wypadkowej przyciągania
ziemskiego i przyspieszenia dośrodkowego w zakręcie; jeśli jest pośrodku skali
- zakręt jest prawidłowo wykonywany.
Zakrętomierz pokazuje predkość kątową
zakrętu i jest przyrządem przydatnym w lotach bez widoczności.
Busola
- pozwala okreslić kurs szybowca, co jest przydatne zarówno przy przelotach, jak
i w lotach bez widoczności.
Przyrządy pokładowe można
podzielić na kilka kategorii według różnych kryteriów:
* według przeznaczenia:
-
pilotażowo-nawigacyjne (tu znajdują się wszystkie interesujące nas obecnie przyrządy),
-
kontrolujące pracę silnika (np. obrotomierz, wskaźnik temperatury głowic),
-
kontrolujące pracę płatowca (np. wskaźnik położenia klap),
- specjalne;
*
według zasady dzialania:
- manometryczne,
- barometryczne,
- żyroskopowe,
-
magnetyczne,
- elektroniczne;
* według sposobu zasilania:
- elektryczne,
-
pneumatyczne.
* inne (tutaj - mniej istotne).
Należy
podkreślić, że wskazania przyrządów nigdy nie są dokładne i zawsze odzwierciedlają
mierzoną wartość
z pewnym przybliżeniem i opóźnieniem.
Błędy przyrządów,
które powodują niedokładności to:
- błędy metodyczne (wynikające z zastosowanej
metody pomiaru),
- błędy instrumentalne (wynikające z niedoskonałości samego
przyrządu),
- błędy odczytu (np. błąd paralaksy, który powstaje, gdy obserwujemy
wskazówkę pod pewnym kątem).
Wysokościomierz
Zasada działania wysokościomierza jest
dosyć prosta: w praktyce wysokościomierz jest swego rodzaju barometrem.
Podstawowym
jego elementem jest tzw. puszka aneroidowa - szczelnie zamknięte, elastyczne,
metalowe naczynie.
Jak wiadomo, ciśnienie powietrza spada wraz z wysokością.
Im wyżej znajduje się szybowiec, tym większa różnica ciśnień pomiędzy wnętrzem
obudowy przyrządu (połączonym z dajnikami ciśnienia statycznego - malutkimi otworkami,
które znajdują się na obu bokach kadłuba szybowca) a wnętrzem puszki.
W wyniku
tego puszka rozszerza się i przez odpowiednią przekładnię popycha wskazówki przyrządu.
Wysokościomierz
zaopatrzony jest w dwie wskazówki - cieńsza i dłuższa wskazuje setki metrów,
grubsza
i krótsza - tysiące (mogą to być też setki i tysiące stóp [stopa to ok. 30,5 cm]).
Wysokość
lotu nie jest pojęciem jednoznacznym.
Należy jeszcze odpowiedzieć na pytanie:
wysokość w stosunku do czego?
Dlatego też w lotnictwie określa się kilka rodzajów
wysokości.
Najbardziej naturalna to wysokość względna, czyli po prostu odleglość
od znajdującego się pod szybowcem podłoża. Inna wysokość względna (i ta nas najbardziej
interesuje), to wysokość mierzona względem ciśnienia lotniska, określana literami
QFE.
Tą właśnie definicją wysokości posługują się statki powietrzne latające
z widzialnością Ziemi (w lotach VFR).
Wysokość bezwzględna to wysokość mierzona
w stosunku do aktualnie panującego ciśnienia zredukowanego do poziomu morza (QNH).
Natomiast wysokość tzw. standard (QNE) to wysokość mierzona w stosunku do ciśnienia
atmosfery standardowej (czyli do średniego ciśnienia na poziomie morza na 45 stopniu
szerokości geograficznej, przy 15 stopniach Celsjusza, czyli 1013,2 hPa lub 760
mm Hg).
Aby można było dostosować wskazania wysokościomierza do ciśnienia panującego
aktualnie na poziomie interesującego nas lotniska, wysokościomierz wyposażony
jest w pokrętło regulacyjne i widoczną w okienku podziałkę wyskalowaną w mm Hg
(milimetrach słupa rtęci) lub hektopascalach czy milibarach (hPa, mBar).
Za
pomoca tego pokrętła należy przed startem ustawić wskazania wysokościomierza na
zero.
Jeżeli po przelocie lądujemy na innym lotnisku, w okienku wysokościomierza
możemy ustawić otrzymaną przez radio wartość ciśnienia panującego w danej chwili
na lotnisku.
Warto jeszcze wspomnieć o pewnej rytualnej czynności, jaką jest
opukiwanie wysokościomierza.
Nie chodzi tu bynajmniej o żadne magiczne zabiegi.
Wysokościomierz
charakteryzuje się pewną bezwładnością i lekkie popukanie w tablice przyrządów
zmusza
go do pokazania aktualnych wskazań.
Prędkościomierz
Należy przypomnieć, że prędkość jest
również wielkością względną.
Tym, co najbardziej interesuje pilota, jest predkość
względem powietrza, gdyż to właśnie ona decyduje o locie szybowca.
Na szczęście
tę właśnie prędkość stosunkowo łatwo zmierzyć bez sięgania po wyrafinowane wynalazki
najnowszej technologii, wykorzystując fakt, że ciśnienie dynamiczne strumienia
powietrza jest proporcjonalne do kwadratu jego prędkości.
W zasadzie wystarczyłoby
więc zastosować odpowiednio wyskalowany manometr podłączony do skierowanej do
przodu rurki.
Problem jednak polega na tym, ze mierzone w ten sposób ciśnienie
to ciśnienie całkowite, będące sumą
ciśnienia dynamicznego i ciśnienia statycznego,
czyli ciśnienia atmosfery na danej wysokości.
Wskazania przyrządu bylyby więc
silnie uzależnione od wysokości lotu.
Aby otrzymać w miarę wiarygodny wynik
pomiaru ciśnienia dynamicznego, należy od ciśnienia całkowitego odjąć ciśnienie
statyczne. Ciśnienie całkowite doprowadzone jest do wnętrza puszki aneroidowej
(podobnej jak w wysokościomierzu), natomiast ciśnienie statyczne - na zewnątrz
puszki, do wnętrza obudowy przyrządu.
W ten sposób działające na puszkę siły,
wynikające z ciśnienia statycznego, równoważą się i deformacja puszki
zależy
tylko od ciśnienia dynamicznego.
Dla ścisłości należy zaznaczyć, że pomiar
nie jest do końca dokładny, gdyż to, co pokazuje prędkościomierz, to prędkość
przyrządowa (IAS - indicated air speed), rózniąca się nieco od rzeczywistej prędkości
powietrznej (TAS - true air speed).
W ten sposób daje o sobie znać błąd metodyczny,
wynoszący około 2% na każde 300 metrów wysokości.
Przy prędkościach powyżej
470 km/h trzeba jeszcze wziąć pod uwagę poprawkę na ściśliwość powietrza - ale
w przypadku szybowców jest to warunek mniej znaczący.
(Przykład rozbieżności:
w turboodrzutowym Canadair Regional Jet na wysokości ok. 9500 m, przy TAS rzędu
410 kts,
prędkościomierz zapasowy pokazuje IAS ok. 260 kts).
Skala prędkościomierza
szybowcowego jest zwykle wyskalowana w dziesiątkach km/h (jednostką mogą być też
węzly, ang. knots,
czyli mile morskie na godzine) i ma postać spirali.
Zielony
obszar na skali oznacza normalne prędkości eksploatacyjne, żółty - prędkości dopuszczalne,
czerwona kreska - prędkość maksymalną (VNE - never exceed speed), przekroczenie
której kończy się zwykle uszkodzeniem struktury płatowca.
Należy również wspomnieć
o kilku prędkościach charakterystycznych, właściwych dla każdego szybowca.
Definiuje
się: prędkość manewrową, zwaną też prędkością brutalnego sterowania (VA), prędkość
sterowania w atmosferze burzliwej (VB), prędkość startu za wyciagarką (VW - winch
speed), prędkość startu za samolotem (VT - tow speed) oraz wspomnianą wcześniej
VNE. Oprócz tego mamy jeszcze: prędkość minimalną (VS - stalling speed), prędkość
minimalną w locie plecowym (VS'), prędkość ekonomiczną (minimalnego opadania,
najlepsza do wykorzystania noszeń), prędkość optymalną (największej doskonałości,
czyli
największego zasięgu) oraz prędkość lotu z otwartymi hamulcami aerodynamicznymi.
Wariometr membranowy
Wariometr jest przyrządem mierzącym
prędkość pionową szybowca, czyli prędkość wznoszenia lub opadania.
Podobnie
jak prędkościomierz, wariometr działa na zasadzie pomiaru różnicy ciśnień.
Główną
częścią wariometru membranowego jest umieszczona wewnątrz szczelnej obudowy puszka
aneroidowa, do wnętrza której doprowadzone jest ciśnienie statyczne.
Puszka
zaopatrzona jest w cieniutką rurkę włosowatą (kapilare), umożliwiającą powolny
przepływ powietrza między jej wnętrzem
a wnętrzem obudowy.
Gdy ciśnienie
statyczne (i wysokość) jest stałe, ciśnienia na zewnątrz i wewnątrz puszki sa
równe - wariometr wskazuje zero.
Wznoszeniu szybowca towarzyszy spadek ciśnienia
statycznego.
Pojawiająca się różnica ciśnień powoduje deformację puszki i poruszenie
wskazówki w górę.
W chwile po ustaniu wznoszenia ciśnienia wewnątrz puszki
i obudowy przyrządu wyrównują się poprzez kapilarę i wskazówka wraca do położenia
zerowego.
Przy opadaniu - ciśnienie statyczne rośnie szybciej niż ciśnienie
wewnątrz obudowy.
Mamy do czynienia tym razem z sytuacją odwrotną - i wskazówka
opada.
Przyrząd może być wyskalowany w metrach na sekundę (m/s), węzłach (kts)
lub stopach na minutę (ft/min).
Wariometry membranowe instalowane są zwykle
w samolotach.
Wariometr skrzydełkowy
Wspomniany powyżej wariometr membranowy
to przyrząd spotykany raczej w samolotach silnikowych.
W szybowcach instalowane
są z reguły dokładniejsze wariometry skrzydełkowe.
Jak sama nazwa wskazuje,
elementem ruchomym jest w nich połączone ze wskazówką skrzydełko - delikatna blaszka,
zawieszona obrotowo wewnątrz precyzyjnie ukształtowanej obudowy.
Role kapilary
spełnia tu szczelinka między skrzydełkiem a obudową.
Ponieważ przekrój szczelinki
jest większy niż przekrój kapilary w wariometrze membranowym, aby wyrównanie ciśnień
nie następowało zbyt szybko, pojemność obudowy musi być większa.
W tym celu
dołącza się do niej naczynie wyrównawcze, zwane popularnie termosem.
Wariometr energii całkowitej
Całkowita energia poruszającego się
w powietrzu szybowca jest sumą energii potencjalnej, proporcjonalnej do wysokości,
i energii kinetycznej, proporcjonalnej do kwadratu prędkości.
Ściągając drążek
możemy część energii kinetycznej zamienić w potencjalną, zyskując nieco wysokości
kosztem prędkości - i odwrotnie, przechodząc w nurkowanie, zamieniamy energię
potencjalną na kinetyczną.
Jeżeli pominiemy opadanie własne szybowca, energia
całkowita pozostaje stała.
Zwiększenie energii całkowitej swobodnie lecącego
szybowca może nastąpić tylko dzięki prądom wstępującym - i na tym właśnie polega
zabawa w szybownictwo.
Wariometr energii całkowitej skonstruowano zatem z myślą
o mierzeniu zmian energii całkowitej, czyli zysku (lub straty) wysokości, wynikającego
z działania prądów powietrza, a nie ze zmian wysokości kosztem prędkości.
Wariometr
energii całkowitej (WEC) to właściwie zwykły wariometr, tyle że skompensowany.
Układ
wyrównawczy wariometru połączony jest z kompensatorem WEC, który z kolei dołączony
jest do dajnika ciśnienia całkowitego. Kompensator (w skrócie KWEC) to płaska,
szczelna puszka z dwoma króćcami, pomiędzy którymi znajduje się gumowa membrana.
Wzrost ciśnienia całkowitego powoduje ugięcie membrany i zwiększenie ciśnienia
w układzie wyrównawczym, co z kolei wplywa na wskazania wariometru, zmniejszając
wskazywane opadanie.
Przy wznoszeniu kosztem prędkości zachodzi sytuacja odwrotna
- ugięcie membrany zmniejsza się, powodując zwiększenie pojemności
i spadek
ciśnienia w układzie wyrównawczym oraz zmniejszenie wykazywanego wznoszenia.
Warto
wspomnieć, że wariometr energii całkowitej może być też dołączony do własnego,
niezależnego dajnika - tzw. sondy energii całkowitej, umieszczonej np. na stateczniku
pionowym.
W szybowcach instaluje się zwykle dwa wariometry, z których jeden
jest dokładniejszy, a drugi ma szerszą skalę (np. 5 m/s i 30 m/s).
Układ kompensujący
dołącza się do wariometru dokładniejszego.
Wokół skali wariometru umieszczony
jest czesto pierścien tzw. kalkulatora krążkowego, ułatwiającego wybór optymalnych
parametrów lotu.
Chyłomierz (brak w uLS-PW)
Chyłomierz to w pewnym sensie rodzaj
krzywej poziomicy.
Wewnątrz wypełnionej cieczą szklanej rurki umieszczona jest
kulka, która pokazuje kierunek działania siły będącej wypadkową przyciągania ziemskiego
i przyspieszenia dośrodkowego, wywołanego zakrętem.
Gdy kulka odchylona jest
na zewnątrz toru lotu, oznacza to zakręt z wyślizgiem (zbyt małe przechylenie
szybowca).
Przy zakręcie z ześlizgiem (zbyt duże przechylenie szybowca), kulka
niejako zjeżdża do wewnątrz łuku zakreślanego przez szybowiec.
Gdy kulka pozostaje
pośrodku skali - zakręt jest wykonywany prawidłowo.
Dla skompensowania zmian
objętości cieczy, wywołanych zmianami temperatury, w zaułku rurki pozostawiono
mały bąbelek powietrza, który ulega sciśnięciu w przypadku rozszerzenia się cieczy.
Zakrętomierz (brak w ULS-PW)
Zakrętomierz jest przyrządem żyroskopowym
pokazującym kierunek oraz prędkość kątową zakrętu.
(Żyroskop to "cialo
sztywne obracające się z dużą prędkością kątową wokół osi symetrii".)
W
zakrętomierzu zastosowano żyroskop o dwóch stopniach swobody.
Na osi zainstalowanej
w uchylnej ramce wiruje z prędkością rzędu 20 tysięcy obr./min
napędzany elektrycznym
silniczkiem masywny krążek.
Zmiana położenia osi glównej żyroskopu pod wpływem
momentu sił zewnętrznych (czyli zakręcania szybowca) wywołuje precesje - powstanie
momentu sił działającego wokół osi prostopadłej do osi wirowania krążka i osi
zakrętu.
To z kolei powoduje proporcjonalne do prędkości kątowej zakrętu wychylenie
wspomnianej ramki w kierunku zależnym od kierunku wirowania krążka i kierunku
zakrętu.
Po przejściu do lotu prostego precesja ustaje, a ramka wraca do położenia
neutralnego za sprawą dołączonych do niej sprężynek.
Poniewaz kierunek obrotów
silniczka zależny jest od polaryzacji zasilania, krytyczną sprawą jest właściwe
podłączenie baterii.
Przy niewłaściwej polaryzacji zakrętomierz będzie pokazywał
odwrotny kierunek zakrętu, co w locie bez widoczności
może pozostać niezauważone.
W
lotach z widocznością zakrętomierz jest z reguły wyłączony.
Busola (brak w ULS-PW
Busola
magnetyczna pokazuje kąt zawarty pomiędzy podłużną osią szybowca a kierunkiem
północy magnetycznej.
Busola zbudowana jest w postaci szczelnego naczynia wypełnionego
cieczą (tzw. ligroina [ciekawostka: zwyczajowa angielska nazwa
tego przyrządu
to whiskey compass]), wewnątrz którego zawieszony jest obrotowo i wahliwie pierścień
z magnesami prętowymi
i naniesiona na obwodzie podziałka wyskalowana w dziesiątkach
stopni.
Obudowa busoli połączona jest z membranowym naczyniem, zapewniającym
kompensacje rozszerzalności temperaturowej cieczy.
Krążek umocowany wokół okienka
busoli to przysłowiowe wspomaganie pamięci pilota.
Ponieważ wśród elementów
konstrukcyjnych szybowca znajdują się części stalowe, zaburzające przebieg linii
sił pola magnetycznego Ziemi, wynikiem czego jest dewiacja wskazań przyrządu,
busolę wyposażono w zestaw magnesików kompensujacych.
Połaczenia przyrządów pokładowych w ULS-PW
Ciśnienie
całkowite pobierane jest z rurki spiętrzeniowej umieszczonej w zagłębieniu na
dziobie szybowca,
a ciśnienie statyczne - z maleńkich otworków znajdujących
się po bokach dziobu.
Zachowanie drożności dajników ciśnienia jest zatem sprawą
pierwszej wagi, gdyż od tego zależy życie ludzi.
Szybkiej kontroli działania
układu można dokonać dmuchając lekko z pewnej odległości w dajnik ciśnienia całkowitego
(wskazówka prędkościomierza powinna drgnąć w prawo) i w dajniki ciśnienia statycznego
(wskazówki przyrządów powinny przesunąć się w lewo). Okresowego sprawdzenia wymagają
również odwadniacze, w których może zbierać się woda trafiająca do układu podczas
lotu w deszczu.
(źródło: http://jarek24.w.interia.pl/pw/pw1.html)
Galeria szybowców PW
