main page / Informacje / Historia konstrukcji paralotni ogólnie

Historia konstrukcji paralotni ogólnie

Początki

Od momentu powstania w roku 1983 pierwszej seryjnej paralotni (Ailes de K – Radonneuse) zmagania ówczesnych konstruktorów zmierzały ku poprawie osiągów tych tak bardzo prymitywnych aparatów latających. Doskonałość wspomnianej paralotni wynosiła ok. 3, i aż dziwnym wydaje się fakt, że przez okres prawie pięciu lat 1983-88 parametr doskonałości udało się poprawić zaledwie o 1 punkt a wynosiła ona w końcu 1987r. około 4. Ówczesne paralotnie swymi kształtami przypominały bardziej dmuchane materace niż jakiekolwiek skrzydła. Stopniowy ale jakościowo znaczący postęp w ulepszaniu konstrukcji paralotni rozpoczął się pod koniec lat 80-tych na przełomie lat 88/89. Wówczas dominowała w Europie ze swymi konstrukcjami szwajcarska firma „Ailes de K”. Na przełomie dekady powstało w Europie wiele nowych firm (między nimi i nasza firma Air-Sport) konstruujących i produkujących paralotnie. Firmy te niezależnie rozpoczęły poszukiwania nowych rozwiązań przyczyniając się do ogólnego postępu w osiągach i poprawy bezpieczeństwa. W roku 1995 niektóre konstrukcje wyczynowych skrzydeł (produkowanych seryjnie) zbliżyły się doskonałością do cyfry 8, a więc w przeciągu 7 lat osiągi paralotni poprawiły się dwukrotnie.
Patrząc na tak duży postęp w konstrukcjach paralotni warto przybliżyć kilka kierunków którymi następował ich rozwój. Istniało bowiem szereg nowatorskich rozwiązań, które jednak tylko nieznacznie poprawiały osiągi dużo bardziej psując bezpieczeństwo. Wspomniana firma „Ailes de K” w roku 1988 skonstruowała paralotnię o nazwie Genair w której część zewnętrznych komór była prawie całkowicie zamknięta a do ich napełniania miało służyć ciśnienie wewnętrzne oraz pionowe szczeliny usytuowane na nosku profilu. W rok później ta sama firma wyprodukowała skrzydło pod nazwą Trilair (zdjęcie), które posiadało już wszystkie komory z otworami napełniającymi w kształcie szczelin. Pomimo poprawienia kształtu noska i związanego z tym lepszego opływu profilu, parametry całego płata nie polepszyły się radykalnie natomiast zdecydowanie pogorszyło się napełnianie czaszy przy starcie oraz w sytuacjach krytycznych podczas lotu. Te ujemne cechy zadecydowały o nie rozwijaniu konstrukcji w tym kierunku. Ten typ napełniania nie znalazł już zastosowania u żadnego konstruktora.


Nosek profilu

By jednak zachować nie zniekształconą krawędź natarcia zaczęto stosować umieszczanie wlotów powietrza na dolnej części profilu poniżej krawędzi natarcia. Właściwie trudno dzisiaj powiedzieć kto pierwszy wpadł na pomysł takiego właśnie sytuowania wlotów faktem jest natomiast, że rozwiązanie to jako optymalne przyjęło się na dobre i dzisiaj wszystkie skrzydła zarówno szkolne , rekreacyjne jak i wyczynowe posiadają w ten sposób usytuowane wloty powietrza. Idąc dalej w kierunku ograniczania szkodliwych oporów wlotów powietrza niektórzy konstruktorzy zaczęli nagminnie w produkowanych modelach stosować przysłanianie wlotów siatkami (zdjęcie), lub nawet dodatkowo wszywając wentyle zamykające się pod wpływem ciśnienia panującego w komorach (paralotnia Saphir - ITV).



O ile prędkość tych skrzydeł nieco wzrosła - a w przypadku doskonałości producenci zaczęli wymieniać cyfrę 6 - to o bezpieczeństwie trudno powiedzieć coś pozytywnego. Prawie normalną cechą tych skrzydeł był bardzo trudny start - zwłaszcza w warunkach bezwietrznych - oraz karkołomne napełnianie się przymkniętej czaszy. Takie zachowania były przyczynami wielu poważnych wypadków. To właśnie one wpłynęły na zaniechanie tego typu rozwiązań w nowych konstrukcjach. Siatki można było jeszcze spotkać w wyczynowych skrzydłach np. w roku 1991 firma Firebird zastosowała je w skrzydle Ninja.

Cechą charakterystyczną wszystkich lub prawie wszystkich paralotni konstruowanych końcem lat 80-tych były małe wydłużenia 3 do 3,5 niewielkie powierzchnie rzędu 24 - 26 m2 oraz generalnie szerokie komory. Żadna z firm konstruujących i szyjących paralotnie nie prowadziła szczegółowych badań laboratoryjnych dotyczących oporów szkodliwych, wpływu stosowanych profili na współczynniki Cz i Cx. Wszelkie zmiany konstrukcyjne wynikały bardziej z intuicji konstruktorów i współpracujących z nimi pilotów niż teoretycznych wyliczeń.

W tym czasie w naszej firmie powstały modele paralotni: Air-Sport, Emitent, Dedal.

Większe powierzchnie i wydłużenia

W roku 1989 podczas pierwszych paralotniowych Mistrzostw Świata w Kossen pojawiły się dwa nowe skrzydła, które jak miało się okazać po latach - zwiastowały nadejście nowego trendu w budowie paralotni i to szczególnie skrzydeł wyczynowych. Pierwszym z nich był Comet CX 25 o imponującej powierzchni 30,8 m2 na którym latał Andre Bucher. W ciągu kilku następnych lat prawie we wszystkich konstrukcjach zawodniczych dał się zauważyć wzrost powierzchni płata, co było konsekwencją poszukiwań zwiększenia siły nośnej. Drugą charakterystyczną konstrukcją I-szych Mistrzostw Świata było włoskie skrzydło o dźwięcznie brzmiącej nazwie Bull Ball (zdjęcie). Cechą rzucającą się już na pierwszy rzut oka było niezwykłe w porównaniu z innymi wydłużenie płata które wynosiło 4,5 punkta ! Kolejną nowością zastosowaną w tym skrzydle była bardzo duża liczba komór bo aż 52 oraz zastosowanie cienkich linek o grubości 0.9 mm. Nie trzeba było długo czekać na nowe konstrukcje innych producentów, którzy w nowatorskich rozwiązaniach Bull Balla dostrzegli możliwości poprawy osiągów paralotni. Już w 1990 r pojawił się japoński Apex, Phantom z Novej oraz UP Flasch. Wspólnymi cechami tych konstrukcji były wąskie komory (ok.20 cm szer.) zastosowanie szybszych dwuwypukłych profili, zwiększenie wydłużenia i powierzchni. W konsekwencji poprawiły się osiągi, wzrosła prędkość trymowana i maksymalna, opadanie zmalało do 1.3-1.2 m/s a doskonałość przekroczyła cyfrę 6 choć niektórzy konstruktorzy bez mrugnięcia okiem podnosili tę wartość nawet o 20 procent.

Zwiększenie liczby komór oraz tendencje do jak najlepszego zachowania kształtu płata wymusiły podczepianie linek do każdej komory co z kolei powodowało wzrost liczby metrów bieżących olinowania i w konsekwencji powiększenie oporów. Najprostszym rozwiązaniem tego problemu było zmniejszenie średnic używanych „sznurków”. Cienkie linki stosowane były przede wszystkim w skrzydłach wyczynowych dla których wzrost prędkości nawet o kilka cm/sek był ważny i opłacalny. W niektórych skrzydłach średnice linek tych najcieńszych zbliżone były do grubości nici i wynosiły 0.4-0.5 mm. Innym sposobem na redukcję oporów linek był wielokaskadowy system olinowania skrzydeł (rys.). Na przestrzeni kilku lat począwszy od roku 1991 trudno dopatrzeć się radykalnych rozwiązań (poza zwiększeniem wydłużenia) w budowie paralotni. Wszelkie pomysły jak np. „klatka” zmierzały ku zmianie formy sterowania a nie ku poprawie osiągów. W niektórych przypadkach gubiła się idea samej paralotni jako aparatu dającego poskładać się do plecaka.


Profile diagonalne

W roku 1993 firma Swing skonstruowała nowe skrzydło o nazwie Minoa w którym zastosowano nowatorskie rozwiązania. Żebra skrzydła posiadały kształt litery Y tak, że pomiędzy ramionami komory powstawała dodatkowa komora. W okolicy spływu skrzydła na górze tej właśnie komory usytuowane były niewielkie otwory przez które panujące na górze płata podciśnienie zapobiegało znacznemu wybrzuszaniu się komory. W konsekwencji konstruktorowi udało się uzyskać równą i bez „balonów” górną powierzchnię skrzydła tak ważną z punktu widzenia aerodynamiki ponieważ to właśnie ta część płata odpowiedzialna jest za wielkość siły nośnej. Chociaż takie rozwiązanie budowy komór posiada oczywiste korzyści nie znalazło ono jednak szerszego uznania u innych konstruktorów.
Jednak sama idea stała się impulsem dla innych do prac nad komorami diagonalnymi, które w rok później w różnej formie stosowane były prawie przez wszystkich konstruktorów szczególnie w paralotniach wyczynowych. Nie trzeba być znawcą tematu by dostrzec oczywiste korzyści płynące z zastosowania komór diagonalnych: równiejsza górna powierzchnia czaszy, równomierniejsze rozłożenie obciążenia, zmniejszenie ilości olinowania a więc redukcja oporów interferencyjnych. W konsekwencji wzrost prędkości i siły nośnej. Oczywiście stosowanie V-komór znacznie podnosi trudność wykonania paralotni po pierwsze na etapie projektu a później wykonania samego płata. To z kolei powoduje wzrost kosztów i cenę skrzydła ale nie są to jednak czynniki istotne w pogoni za poprawą osiągów współczesnych glajtów. Obserwując masowy rozwój skośnych komór śmiało można stwierdzić, że stały się one milowym krokiem na drodze postępu w budowie paralotni. W naszej firmie po raz pierwszy zastosowaliśmy profile diagonalne w paralotni Notos Comp w roku 1996 (zdjęcie).



Nowe kształty

Jak wcześniej wspomniałem charakterystyczny dla pierwszego okresu rozwoju paralotni w latach 1983-1988 był stosunkowo powolny lub nieznaczny wpływ znanych i stosowanych w innych dziedzinach lotniczych osiągnięć aerodynamiki. Wyglądało tak jakby rozwój paralotni toczył się zupełnie niezależnym od aerodynamiki torem. No bo jak inaczej wytłumaczyć nieznaczne wydłużenia powierzchni oraz ich stosunkowo proste aerodynamicznie kształty? Nie jest bowiem tajemnicą, że np. większe wydłużenie płata nośnego można prawie bezpośrednio przełożyć na jego większą doskonałość. Wydłużenie bowiem najskuteczniej zmniejsza opór indukowany pojawiający się na końcach skrzydła. Przy małych prędkościach lotu a - więc takich na jakich latają glajty - opór indukowany może sięgać nawet 80% procent wszystkich oporów! A więc jest o co zabiegać. Aby lepiej zobrazować przyrost osiągów w efekcie zmiany wydłużenia podam za wyliczeniami naukowców, że zwiększenie wydłużenia z 2 do 4 zmniejsza o połowę opór indukowany powodując redukcję całości oporów szkodliwych o 40% i równocześnie poprawę osiągów o ponad 60%! Przypomnę, że jeszcze końcem lat 80-tych wydłużenia najlepszych skrzydeł nie przekraczały przeważnie cyfry 4. Dzisiaj z takimi wydłużeniami latają już tylko paralotnie szkolne. Także kształty obrysu pierwszych paralotni nie odbiegały zbytnio od prostokąta, z czasem przechodząc w jednostronnie trapezowy. Również i ten element miał istotne znaczenie dla osiągów skrzydeł co dalszy rozwój konstrukcji potwierdził. Pierwsze skrzydła z obrysem eliptycznym - a więc z punktu widzenia aerodynamiki optymalnym dla płata nośnego - pojawiły się dopiero w roku 1989. (zdjęcie) Co daje taki kształt? Aerodynamicy dawno sprawdzili i udowodnili, że dla danego wydłużenia skrzydła, opór indukowany jest najmniejszy jeśli rozkład siły nośnej na płacie jest eliptyczny. Oznacza to, że największa siła nośna powinna być na środku skrzydła i stopniowo ku końcom płata powinna się zmniejszać dochodząc do zera. Praktycznie do zera nie spada dlatego kształty eliptyczne również generują wiry brzegowe choć znacznie mniejsze niż inne końcówki. Eliptyczny rozkład siły nośnej najłatwiej uzyskać poprzez eliptyczny kształt płata, zastosowanie tego samego profilu i kąta natarcia na całej rozpiętości skrzydła. Paralotnie o kształtach eliptycznych były dla konstruktorów nowym i poważnym wyzwaniem. Oznaczało to bowiem jeszcze większe skomplikowanie konstrukcji niż dotychczas. Poza tym, że każda cięciwa miała inną długość a więc komplikował się kształt pokrycia czaszy, dochodziła do tego skomplikowana geometria olinowania. Jednak lepsze osiągi nowych konstrukcji i ich nowe ceny w pełni zrekompensowały nakłady pracy poniesione przez konstruktorów i producentów. Początek lat 90-tych to dominacja elips w prawie wszystkich konstrukcjach paralotni. Można by sądzić, że w temacie kształtów paralotni konstruktorzy osiągnęli już optimum. Ale jak to przeważnie w życiu bywa wszelkie teorie skutecznie weryfikuje praktyka. Owszem dla osiągów paralotni kształt eliptyczny byłby optymalny ale uwzględniając inne złe zachowania skrzydeł eliptycznych - jak np. łatwiejsze przeciąganie się lub składanie i wychodzenie z tego stanu - zaczęto poszukiwać nowych rozwiązań. Cóż bowiem warte są najlepsze osiągi jeśli nie mogą być wykorzystane w praktyce z wystarczającym marginesem bezpieczeństwa?




Liczba Re

Dodatkowym elementem - choć nie do końca rozpoznanym w przypadku paralotni - mogącym mieć wpływ na odchodzenie od kształtu elipsy jest opór profilowy związany z tzw. liczbą Reynoldsa. Problem zaczyna być poważniejszy gdy w grę wchodzą małe cięciwy profili i niskie prędkości np. w modelarstwie lotniczym a także paralotniarstwie (końcówki płata). Nie wdając się zbytnio w teorię można powiedzieć, że im mniejsza jest liczba Re tym większy opór profilowy. Samą liczbę Re można łatwo wyliczyć z uproszczonego wzoru: Re=70 000 * v * t gdzie „v” to prędkość lotu (w m/s) a „t” to głębokość (cięciwa) profilu w metrach. Łatwo policzyć, że dla glajta przy prędkości lotu 10m/s i cięciwie centropłata np.3m liczba Re wyniesie 2 100 000, zaś przy stabilizatorze o cięciwie profilu np. 0.5m Re wyniesie tylko 350 000. Oznacza to, że przy tej samej prędkości lotu, takim samym profilu i kącie natarcia środkowe komory będą miały mniejszy opór profilu niż komory przy stabilizatorze. Powyższe zjawisko aerodynamiczne sugeruje znalezienie jakiegoś kompromisu pomiędzy elipsą a trapezem czy prostokątem aby uniknąć problemu małych cięciw. Obecne kształty paralotni szczególnie wyczynowych zdają się potwierdzać poszukiwanie nowych form w celu rozwiązania wyżej omawianego problemu. Kształty eliptyczne zostały wyparte przez nowe obrysy bardziej zbliżone do prostokąta czy czegoś pośredniego między elipsą a prostokątem. Charakterystyczne stają się: lekko wygięta lub nawet całkiem prosta krawędź spływu i zdecydowanie wygięta ku tyłowi krawędź natarcia.



Patrząc na rozwój konstrukcji paralotni z perspektywy ponad 20 lat można stwierdzić, że obecnie konstruowanie jest znacznie łatwiejsze i mniej czasochłonne a budowane paralotnie są bardziej przyjazne człowiekowi. Dzieje się tak za sprawą postępu jaki dokonał się w informatyce i aerodynamice paralotniowej. Dzisiaj doświadczony konstruktor korzystając ze specjalistycznego programu do budowy paralotni może wykonać nowy projekt w niespełna godzinę. Bardziej czasochłonne jest samo uszycie prototypu i później jego oblatanie. Tu potrzebne jest doświadczenie pilota by wytrymować i wyregulować skrzydło w najdrobniejszych szczegółach. Optymalną jest więc sytuacja kiedy konstruktor jest równocześnie pilotem, który potrafi dostrzec w nowej konstrukcji takie detale o których zwykli użytkownicy nawet nie wiedzą. I chociaż czasem spoglądając na niebo pełne glajtów można odnieść wrażenie że konstruktorzy tych najprostszych aparatów latających ulegają tylko nowym estetycznym trendom czy po prostu zwykłej modzie, to w rzeczywistości ich działania mają głębsze uzasadnienie. Aby je prawidłowo odczytać trzeba głębiej sięgnąć do podstaw aerodynamiki.


                                                                                                                                              Krzysztof Dudziński