Czym są turbulizatory?

Turbulizatory to małe elementy rozmieszczane na powierzchniach nośnych oraz sterowych. Modyfikują one opływ tych powierzchni wpływając na warstwę przyścienną. Odpowiednio rozmieszczone poprawiają osiągi i sterowalność samolotu, zwłaszcza przy niskich prędkościach lotu i dużych kątach natarcia.






Jak działają?

Jak stwierdzono powyżej, turbulizatory modyfikują warstwę przyścienną. Aby dokładnie zrozumieć w jaki sposób działają, należałoby zacząć od zrozumienia pojęcia opływu i warstwy przyściennej (granicznej). Do wyjaśnienia tych pojęć warto przyjrzeć się przypadkowi opływanej bryły, a w naszym szczególnym przypadku - opływanego skrzydła.
Podczas opływu bryły, wyróżniamy część z całego obszaru przypływu będącą w bezpośrednim sąsiedztwie powierzchni opływanej bryły. Tą część obszaru przepływu nazywamy właśnie warstwą przyścienną. W warstwie tej znaczącą rolę odgrywają siły lepkości oraz tarcia. Lepkość płynu i tarcie jego cząsteczek o opływaną powierzchnie powodują powstawanie dużych poprzecznych gradientów prędkości przepływu. Poza warstwą przyścienną zakładamy zwykle, że przepływ jest nielepki. Przepływ w warstwie przyściennej może być laminarny lub turbulentny.
Nie zagłębiając się zbytnio w aerodynamikę i mechanikę płynów, w odniesieniu do samolotu wygląda to następująco: Podczas lotu powietrze opływa skrzydło. Lepkość powietrza oraz jego tarcie o powierzchnię skrzydła powodują, że cząsteczki powietrza przy samej powierzchni skrzydła są nieruchome. Te nieco bardziej oddalone od powierzchni poruszają się zgodnie z kierunkiem opływu, jednak są spowalniane przez te nieruchome. Im dalej od powierzchni skrzydła tym prędkość opływającego powietrza jest większa, aż do miejsca w którym powietrze ma stałą prędkość, równą prędkości powietrza napływającego. Miejsce to przyjmujemy jako granicę warstwy przyściennej.
Kolejnym aspektem do wyjaśnienia jest charakter przepływu w warstwie przyściennej. Może on być laminarny oraz turbulentny. Przepływ w laminarnej warstwie przyściennej jest "uporządkowany i łagodny”, nie pojawiają się w tej warstwie ruchy prostopadłe do kierunku przepływu ani zawirowania. Cząsteczki powietrza poruszają się po torach łagodnie zakrzywionych, narzuconych przez kształty ścian ograniczających te przepływy - w naszym przypadku tory te narzuca profil skrzydła. Poruszające się cząsteczki powietrza tworzą jakby kolejne warstewki ślizgające się po sobie, które mimo różnicy prędkości, nie mieszają się ze sobą. Dzieję się tak, ponieważ pomiędzy warstewkami wymiana masy i pędu zachodzi tylko na poziomie mikroskopowym, a w skali makroskopowej wymiana ta nie zachodzi. Przypadkowo powstające zaburzenia są natychmiast tłumione, gdyż siły lepkości dominują tu nad siłami bezwładności. Przepływ laminarny nazywamy więc przepływem statecznym.
W przepływie turbulentnym cząsteczki płynu oprócz ruchu głównego wykonują też ruchy drgające. Wspomniane wcześniej warstewki ulegają również przemieszczeniom prostopadłym do kierunku przepływu. Powstają też struktury wirowe. Przepływ ten nazywany jest też burzliwym.



W przypadku opływu skrzydła warstwa przyścienna w okolicy krawędzi natarcia jest cienka i laminarna. Wraz z przepływem w kierunku krawędzi spływu, stopniowo zwiększa swoją grubość. W pewnej odległości od krawędzi natarcia występuje obszar przejściowy, w którym warstwa przyścienna zmienia swój charakter na turbulentny. Za obszarem przejściowym warstwa przyścienna ma już charakter turbulentny. Mimo turbulentnego charakteru tego obszaru, tuż przy opływanej powierzchni istnieje wciąż cieniutka podwarstwa laminarna w której nie występują turbulencje. Dzieje się tak ze względu na wspomniane już tłumiące efekty lepkości. Podwarstwa ta spowalnia i staje się przyczyną oderwania oraz przepływów wstecznych, a tym samym przeciągnięcia skrzydła. Aby zapobiec oderwaniu, a raczej odsunąć moment powstawania i złagodzić intensywność, należy spowalniającą warstwę przyśpieszyć i jakby wprowadzić w nią dodatkową porcję energii. Na przestrzeni lat powstało wiele rozwiązań mających na celu wpływanie na warstwę przyścienną i jej kontrolę. Bardzo skutecznym a zarazem prostym rozwiązaniem jest zastosowanie turbulatorów. Każdy z tych małych elementów tworzy za sobą wirujący ślad, który wprowadza energię w warstwę przyścienną skrzydła. Efektem jest wyższa wartość krytycznego kąta natarcia, niższa prędkość przeciągnięcia, łagodniejszy charakter przeciągnięcia (m. in. mniejsza tendencja do "walenia się na skrzydło”).



                  Bez turbulizatorów                               Z turbulizatorami

Vortex Generators -Turbulizatory

Ingerują w warstwę przyścienną w opływie profilu.
Turbulentna warstwa przyścienna, jest bardziej odporna na oderwanie. Dzięki temu możliwy jest lot z mniejszą prędkością, oraz na większych kątach natarcia.
Turbulizatory na powierzchniach sterowych działają podobnie poprawiając skuteczność sterowania przy małych prędkościach i z dużymi wychyleniami powierzchni sterowych.




Aby turbulizatory dobrze spełniały swoje zadanie bardzo istotne jest ich odpowiednie umiejscowienie. Powinny się one znaleźć dokładnie w obszarze przejściowym warstwy przyściennej. Sytuacje jeszcze nieco komplikuje fakt, że obszar ten w zależności od warunków opływu i kąta natarcia zmienia swoje położenie. Jeżeli turbulizatory będą zbyt blisko krawędzi natarcia – znajdą się w obszarze laminarnej warstwy przyściennej i będą powodować nadmierny opór podczas przelotów, jeżeli natomiast zostaną zbyt oddalone od krawędzi natarcia – ich skuteczność przy dużych kątach natarcia i małych prędkościach lotu może być ograniczona. Optymalne miejsca montażu można wyznaczyć poprzez symulacje komputerowe, badania tunelowe, lub próby w locie. Dla przeciętnego użytkownika, dwie pierwsze metody nie są dostępne, natomiast wnikliwe próby w locie jest w stanie przeprowadzić nawet średnio doświadczony pilot. Ułatwieniem jest też fakt, że dla większości popularnych konstrukcji informacje o optymalnym punkcie mocowania są dostępne wśród użytkowników i/lub producentów. Uzyskanie takiej informacji z pewnego źródła pozwoli zaoszczędzić wiele godzin prób, wiele litrów spalonego paliwa i cieszyć się zaletami bezpieczniejszego samolotu.
Techniczne aspekty montażu wyjaśnione są w dostępnej w formacie pdf instrukcji - pobierz pdf
oraz w zakładce Montaż.



Korzyści i zalety

Jeśli ktoś jednak ma wątpliwości na temat zalet i stosowania turbulizatorów, to może przekona go fakt częstego stosowania ich przez producentów samolotów. Stosowane są też na innych statkach powietrznych (np. śmigłowcach) w miejscach które wymagają modyfikacji opływu. Od wielu lat dostępne są też zestawy do samolotów certyfikowanych po montażu których zezwala się na zwiększenie maksymalnej masy startowej właśnie za względu na obniżoną prędkość przeciągnięcia oraz lepsze wznoszenie.



Typy

W ofercie posiadamy dwa typy turbulizatorów. Oba typy wyprodukowane są z wytrzymałego i odpornego na promienie UV tworzywa.

                     Typ 1                                       Typ 2



Typ 1 - zalecany do samolotów ze skrzydłami o cieńszych profilach i większych wydłużeniach

Typ 2 - zalecany jest do samolotów ze skrzydłami o grubym profilu, dużej cięciwie i małym wydłużeniu. Miejsce montażu na takim skrzydle będzie zwykle bliżej krawędzi natarcia.

Zawartość oraz ceny poszczególnych zestawów znaleźć można w naszym sklepie (przejdź do sklepu).



Tekst oraz zdjęcia zamieszczone w instrukcji są własnością firmy Aero-Service. Nie zezwala się na publikacje, kopiowanie, oraz wykorzystywanie całości lub fragmentów bez pisemnej zgody właściciela firmy Aero-Service.