27. Korak elise
Vsebina
Prva risba prikazuje prerez skozi krak elise na določeni razdalji od središča vrtenja.
Za merjenje koraka se uporablja prerez, ki se nahaja na razdalji 75% od središča vrtenja kraka. Ta je običajno podan v cm ali inčah.
Če je profil na spodnji strani raven ali usločen, se za merjenje uporablja črta dotikalnica. Večina profilov pa na spodnji strani ni ravna. Tu gre prava tetiva od zadnjega do prednjega roba profila, kot pri profilih na krilu. Kot prikazuje diagram, je geometrijski korak večji od merjenega. Zaradi tega lahko pride do vidnih razlik pri merjenju različnih elis.
Zaradi konstrukcijskih razlogov pa je profil od korena do vrha kraka različen. Prerez na koncu je veliko tanjši od korena. Zaradi tega nam dotikalno merjenje geometrijske tetive na različnih prerezih kraka daje zelo različne rezultate.
Vsak profil ima določen nični vpadni kot in samo pri simetričnih profilih ta sovpada z geometrijsko tetivo profila. Ukrivljeni profili imajo veliko večji vpadni kot glede na vrteči se disk, kot je njihov nični vpadni kot.
Aerodinamična linija nič predstavlja nični vpadni kot za vsak prerez na kraku, kjer ne proizvaja vzgona in zato tudi ne potiska. Tak pogoj se lahko doseže v strmem spuščanju z minimalnimi vrtljaji. Pri tem negativnem vpadnem kotu postane elisa zračna zavora.
VZGON KRAKA IN POTISNA SILA
Druga risba prikazuje kako je proizvajanje potisne sile odvisno od hitrosti vrtenja in hitrosti letenja.
Hitrost kraka v neki radialni točki glede na zrak je rezultanta te hitrosti po obodu krožnice in hitrosti naprej. Relativni tok se tako izrazi s hitrostjo in smerjo z diagonalno črto. Vpadni kot merjen od geometrijske tetive in relativnega toka prikazuje medsebojno povezavo in je manjši od koraka.
Vpadni kot je večji kot nični vpadni kot, vzgon pa se proizvede glede na pravi kot med krakom in tokom zraka ne glede na disk elise. Vektor vzgona je taki ustrezno nagnjen nazaj na ravnino diska. Razmerje vzgonske sile razloži učinkovito potisno silo, ki je manjša od vzgona, saj moramo vzgonu dodati tudi celotni upor kraka.
V vsaki radialni točki blizu osi vrtenja mora biti hitrost naprej enaka, čeprav je hitrost vrtenja manjša. Sorodstvo med hitrostjo in smerjo zračnega toka v taki točki prikazuje tretja risba.
Da korak obdrži isti vpadni kot glede na zračni tok, se mora vpadni kot glede na ravnino diska povečati. Posledica tega je, da je vektor vzgona nagnjen nekoliko bolj proti osi vrtenja, zato je razmerje sil manjše za potisk in se bolj upira vrtenju.
Če ima krak elise po celi dolžini enak korak se vzgonska sila proti osi vrtenja manjša, saj se manjša tudi hitrost relativnega toka. Zaradi tega notranji del elise proizvaja veliko manj potiska kot zunanji del.
Blizu osi vrtenja je relativni tok skoraj vzporeden z osjo, zato tu ni potiska. Zardi tega lahko 20% dolžine kraka v sredini zanemarimo in površino vrtečega se diska primerno zmanjšamo. Ponavadi je zaradi boljšega obtekanja ta del pokrit s spinerjem.
ENAKOMERNI KORAK
Za minimalni upor profila moramo za vsak del kraka določiti vpadni kot, kateri daje najboljše razmerje med vzgonom in uporom. V vetrovniku lahko za vsak vpadni kot določimo najboljši profil. Za spremembo profilov od korena do konca kraka tako potrebujemo serijo testov v vetrovniku. Pri modelarskih elisah tako točnost zelo redko najdemo takšno točnost.
Za nekoliko manj točno določanje vpadnih kotov na elisi se lahko poslužujemo načina, ki ga prikazuje risba.
Zahtevani korak je predstavljen z navpično razdaljo in se izraža z dolžino. Osnova te metode je umišljena razdalja, ki jo naredi elisa v enem obratu, podobno kot vijak, ki se uvija v matico. Zaradi tega imenujemo eliso tudi zračni vijak, korak pa pot, ki ga naredi vijak v enem obratu. Razdaljo, ki jo prepotuje določen del kraka je prikazan na vodoravni liniji. Skrajni vrh kraka sledi po obodu kroga, katero dolžino lahko izračunamo iz osnovne enačbe:
V diagramu se tako upošteva vodoravna in navpična ordinata. Poljubno število prerezov določimo z diagonalami, ki potujejo iz levega spodnjega kota, do zgornje ravne črte na razdalji, kjer želimo določiti vpadni kot. Ta kot lahko direktno prenesemo na eliso lastne izdelave. Če je to narejeno točno, bo vsak del kraka imel najbolj zmogljiv vpadni kot. Na ta način dobimo eliso s tako imenovanim enakomernim korakom, rezultat pa prikazuje risba.
Jasno je, da bo taka elisa imela najboljšo učinkovitost le pri določeni hitrosti za katero je izdelana. Tu je velik poudarek na primerjavi z uporabljenim motorjem, saj mora biti motor zmožen določen premer in korak elise tudi vrteti. Veliko pozornost je potrebno posvetiti tudi modelu, da bo lahko dosegel želeno hitrost.
Model, ki proizvede preveč upora ni zmožen doseči hitrosti, pri kateri je elisa najbolj učinkovita. Tudi, če model proizvede manj upora kot smo pričakovali in doseže večjo hitrost, se učinkovitost elise zmanjša. Tu bomo boljši rezultat dobili z večjim korakom elise.
Elisa z enakomernim korakom je zasnovana le za eno hitrost letenja in določene vrtljaje. Z nihanjem teh dveh parametrov, niha tudi učinkovitost elise, kar prikazuje risba.
Z manjšanjem vrtljajev se manjša tudi hitrost letenja. Tako ugodna skladnost pa se lahko v določenih trenutkih poruši. Tak primer je pristajanje, ko je hitrost letenja manjša, vrtljaji pa višji. Elisa z velikim korakom ima v takem primeru višji vpadni kot, ki lahko poruši vzgon (zgornji risbi).
Nekateri hitrostni modeli imajo zaradi tega lahko težave pri pristajanju. Če je potrebno med pristajanjem pri majhni hitrosti dodati plin, je to zaradi porušitve vzgona na elisi lahko pogubno. Elisa z majhnim korakom pri nizki hitrosti letenja lahko zelo hitro pospeši, vendar pri večji hitrosti zelo hitro tudi izgubi učinkovitost (spodnji risbi).
NEENAKOMERNI KORAK
Diagram lahko nekoliko spremenimo, da dobimo neenakomeren korak vzdolž kraka. Vpadni kot se na skladen način spreminja. Na razdalji 75 % od osi kraka lahko vpadni kot ostane enak, zato se razmerje ne spremeni. Zaradi tega prihaja med različnimi elisami do velikih razlik, čeprav sta korak in premer enaka.
Elisa z enakomernim korakom ima najboljšo učinkovitost le pri eni hitrosti letenja, medtem ko ima elisa z neenakomernim korakom nekoliko širši pas hitrosti, v kateri je učinkovita. Za športne in akrobatske modele ima taka elisa več prednosti. Spreminjanje koraka vzdolž kraka prikazuje risba, kjer dobimo enak učinek kot zvitje krila.
Vpadni kot zmanjšamo na obeh straneh kraka. Različne načine spreminjanja vpadnega kota prikazuje naslednja risba.
Krak pri osi vrtenja je najmanj učinkovit, zato tu ni potrebnih veliko sprememb. Na zunanji tretjini kraka pa je elisa veliko bolj učinkovita, zato spremembe na tem delu lahko naredijo zelo velike razlike med elisami.
SPREMENLJIV KORAK
Veliko pravih letal uporablja eliso s spremenljivim korakom, kjer pilot prilagaja korak elise glede na trenutni režim letenja. Korak se spreminja glede na hitrost letenja in tako dobi najboljšo učinkovitost elise pri vseh hitrostih. Tak mehanizem je zelo zapleten in temelji na osnovi vrtenja osi kraka.
Možno je spreminjati le vpadni kot celotnega kraka, ne pa tudi zvitja, zato taka elisa še vedno izgubi nekaj učinkovitosti. Tako spreminjanje koraka zahteva veliko izkušenj, saj se elisa lahko zelo hitro preobremeni, kar je lahko vzrok za odpadli krak ali lom.
Obstajajo mehanizmi, kjer se korak elise avtomatično spreminja pri enakih vrtljajih. Za porabo motorja je to najbolj varčno, saj motor deluje pod enakimi pogoji čez cel spekter hitrosti letenja.
RAZMERJE PREMER – KORAK
Elise za modele imajo nespremenljiv korak in so označene z razmerjem premera in koraka. Takšno razmerje je neodvisno. Elisa npr. 28 x 18 ima razmerje premer/korak 1,56, medtem, ko ima elisa 40 x 26 razmerje enako.
Upor elise je odvisen od premera in koraka. Če se premer elise poveča, se mora zmanjšati korak, da motor lahko dosega enake vrtljaje. Pri povečanju premera elise se mora za dano moč motorja razmerje premer/korak povečati.
RAZMERJE POSPEŠKA
Uporaben podatek lahko dobimo z razmerjem pospeška, ki ga označujemo s črko J.
Kot smo omenili že prej, je vpadni kot kraka pri elisi z enakomernim korakom odvisen od hitrosti letenja in vrtljajev. Spremenljiv premer pri danih vrtljajih določi pravo hitrost vrha elise skozi zrak, kar je zelo pomemben podatek za zahtevano moč motorja pri določenih vrtljajih.
ZVEZA KORAKA IN HITROST
Od koraka elise je odvisna daljava, ki jo naredi korak v enem obratu, zato je hitrost letenja določena s korakom in vrtljaji elise. To ne pomeni, da bo model takšno hitrost tudi dosegel ker je to odvisno tudi od moči motorja, da doseže določene vrtljaje in upora celotnega modela. Zaradi tega imajo motorji že določene dimenzije elis, ki jih predlaga proizvajalec.
Dobro je vedeti kakšno hitrost bo model lahko dosegel pri določenih vrtljajih in uporabljeni elisi. Tabela prikazuje sorodstvo med vrtljaji, korakom in hitrostjo letenja.
Če so maksimalni vrtljaji motorja znani, sledimo po tej diagonalni črti in lahko razberemo kakšen korak potrebujemo za doseganje določene hitrosti. Določanje hitrosti letenja je lahko začetna točka, nato pa sledijo zahtevani vrtljaji in korak. Če tabela ne vključuje podatkov za naše zahteve jih lahko izračunamo iz enačbe:
Pravo hitrost bomo dosegli le z modelom, ki ima pravo razmerje vlečne sile in upora.
PRILAGODOTIV ELISE MOČI MOTORJA
Izbira prave elise za določen motor in model zahteva veliko izkušenj in poskusov. Veliko pomagajo testi motorjev, kjer se vidi kakšne vrtljaje dosega motor pri različnih elisah. Tak test pogosto vključi tudi graf, ki prikazuje zvezo med močjo motorja in vrtljaji. Moč je izražena v KW ali KM.
Enačba, ki pomaga izbrati premer elise za določen motor je:
Čeprav je ta enačba razvita za prava letala, je primerna tudi v modelarstvu, čeprav v določenih primerih ni najbolj točna.
