Hur segelflygplan flyger och hur de skiljer sig från motorflygplan

Och även om flygplan och segelflygplan har många gemensamma faktorer när det gäller konstruktion, aerodynamik och styrning, förändrar avsaknaden av motor i grunden hur ett segelflygplan flyger.

Streamlined Fuselage

Då det inte finns någon motor som tar upp utrymme är ett segelflygplan dimensionerat efter den last det bär; skrovet är utformat för att vara så litet och lätt som möjligt. De flesta segelflygplan har plats för två personer i den lilla cockpit, där piloten sitter i en liggande position, till skillnad från motorflygplan där piloten vanligtvis sitter upprätt. Varför denna skillnad? Genom att sitta i liggande ställning kan cockpit och kapell vara mer strömlinjeformade, vilket ger mindre luftmotstånd under flygning.

Området på ett segelflygplan är konstruerat för att vara så slätt som möjligt, vilket gör att planet kan flyga genom luften med litet parasitmotstånd. De tidigaste segelflygplanen var konstruerade av trä täckt med duk, senare versioner var gjorda av nitade strukturella aluminiumskinn. Tyvärr minskade de sömmar och nitar som är typiska för aluminium avsevärt prestandan på grund av det parasitära motståndet, så segelflygplanen fortsatte att anpassas. Idag är många avancerade segelflygplan konstruerade av sömlösa material som glasfiber och kolfiber.

Vingar med högt aspektförhållande

Segelflygplan har vingar med högt aspektförhållande, vilket innebär att de är längre och smalare än vingar på normala, motordrivna flygplan.

Aspektförhållandet beräknas genom att dividera kvadraten på vingens spännvidd med vingens area. Som du kan se i diagrammet ovan har segelflygplanet Schleicher ASH 31 ett aspektförhållande på 33,5, medan Piper Cherokee har ett aspektförhållande på 5,6.

Vingar med högt aspektförhållande gav upphov till mindre inducerat luftmotstånd, vilket är det som gör dem så effektiva på segelflygplan. Så varför har inte alla flygplan vingar med högt längdförhållande? Det finns flera olika faktorer.

För det första böjs vingar med högt längdförhållande mer än kortare vingar, vilket innebär att de måste utformas med starkare konstruktionsspecifikationer. Eftersom segelflygplan är lätta är böjningen inte ett lika stort problem. Men med tyngre flygplan, som flygplan, skulle en vinge med högt aspektförhållande vara opraktiskt. Vingar med högt aspektenhetsförhållande är dessutom mer mottagliga för vingförskjutning när aileroner används. Eftersom segelflygplan flyger i relativt låga hastigheter är vingvridning inte lika uttalad, men det skulle vara ett verkligt problem i ett snabbt flygplan.

Manövrerbarhet är en annan viktig faktor. Vingar med högt sidoförhållande minskar manövrerbarheten eftersom de har ett högre tröghetsmoment. Tänk på det som en linjelöpare: de bär en lång stång för att balansera sig själva, vilket hindrar dem från att snabbt falla till vänster eller höger. Det är bra om man vill stanna på ett ställe, men inte så bra om man snabbt vill förflytta sig (eller rulla) till vänster eller höger.

För det sista begränsar flygplatsstorleken det sidförhållande som ett flygplan kan ha. Ta Boeing 777 till exempel. 777 har ett sidförhållande på ungefär 9. Om det hade ett sidförhållande på 30+ skulle det inte kunna parkera i närheten av andra flygplan på rampen, och dess vingar skulle vara så långa att de skulle hänga över taxibanorna vid start och landning. Det är uppenbart att det inte skulle vara praktiskt genomförbart.

Styrytor

Som de flesta flygplan använder segelflygplanet skevroder, roder och höjdrodret för att flyga. Klaffar monteras på segelflygplan för att kontrollera nedstigningshastigheten genom att producera motstånd och öka lyftkraften. Många moderna segelflygplan använder också luftbromsar eller spoilers som, när de används, drastiskt stör luftflödet över vingen, vilket ökar luftmotståndet och minskar lyftet.

En annan viktig skillnad mellan motorflygplan och segelflygplan är att segelflygplan normalt bara har ett landningsställ, som ligger direkt under piloten. Att bara ha en växel sparar mycket vikt, men vad händer med vingarna vid start och landning när man bara har en växel? Vingspetsarna skyddas av skidor eller små hjul, och när segelflygplanet landar kommer det att vila på huvudhjulet och en av vingspetsarna.

Segelflygplanets start

Då segelflygplanet inte har några motorer använder sig normalt av en av två metoder för att ta sig upp från marken:

1) Aero-Tow: Ett motorflygplan drar upp glidaren i luften med hjälp av ett långt rep. Inne i cockpit använder segelflygpiloten en snabbkopplingsmekanism för att frigöra bogserlinan. När segelflygplanet befinner sig på önskad höjd släpps repet och segelflygplanet och det bogserade planet vänder i motsatt riktning.

2) Uppskjutning med vinsch: En motor på marken driver en vinsch, som är ansluten till ett kabellanseringssystem. Kabeln fästs sedan vid segelflygplanets undersida. När vinschen aktiveras dras glidaren längs marken i hög hastighet mot vinschen och lyfter. På kort tid vinner segelflygplanet en betydande höjd under denna process och släpper vinschlinan innan flygningen fortsätter.

I flygning

Glidekvoten mäter prestandan hos ett flygplans glidning; många moderna segelflygplan har en glidekvot som är bättre än 60:1. Detta innebär att om du startar på en höjd av 1 mil kan du glida i 60 mil. Som jämförelse har en Boeing 747 ett glidförhållande på 15:1.

Men om glidförhållandet var det enda som höll glidflygplan i luften skulle de inte flyga särskilt länge. Så hur håller de sig i luften? Det finns tre huvudtyper av stigande luft som segelflygpiloter använder:

1) Termik är kolonner av stigande luft som skapas av uppvärmningen av jordytan. Luft nära marken expanderar och stiger när jordytan värms upp. Vissa typer av terräng absorberar solen snabbare än andra, till exempel: asfalterade parkeringsplatser, mörka fält, stenig terräng osv. Dessa fläckar absorberar värme och värmer upp luften ovanför dem, vilket ger upphov till termiska luftströmmar.

Nybildade cumulusmoln eller fåglar som svävar utan att flaxa med vingarna är typiska tecken på termisk aktivitet. När en segelflygpilot ”termikflygning” hittar och rider på dessa termiska kolumner. Och eftersom termiken ofta bara kan täcka ett litet område innebär termik ofta en snäv sväng för att hålla sig inom fickan med stigande luft.

2) Ridge Lift skapas av vindar som blåser mot berg, kullar eller andra åsar. Längs bergets vindsida bildas ett band av lyft där luften leds uppåt av terrängen. Vanligtvis sträcker sig åslyft endast några hundra fot högre än den terräng som producerar den. Piloter har varit kända för att ”ridge soaring” i tusentals kilometer längs bergskedjor.

3) Wave Lift liknar ridge lift i det avseendet att den skapas när vinden möter ett berg. Våglyft skapas dock på den läsidan (i medvind) av topparna av vindar som passerar över toppen av berget. Våglyft kan identifieras genom lentikulära molnformationer – de ser ut som flygande tefat. Våglyft kan nå tusentals meter högt, och segelflygplan som åker på våglyft kan nå höjder på över 35 000 fot.

Detektering av lyft och gir

Den vertikala hastighetsindikatorn i cockpit talar om för dig om du klättrar eller sjunker. Om du flyger ett segelflygplan och plötsligt ser indikatorn för vertikal hastighet hoppa upp, har du förmodligen träffat en termisk kolonn och bör försöka hålla dig innanför den stigande luften så länge som möjligt.

Segelflygplanet glider eller slirar genom luften när det inte pekar direkt i den riktning det flyger, i förhållande till luftmassan omkring det. Ett snöre på vindrutan visar för en segelflygpilot om segelflygplanet flyger rakt (snöret är rakt) eller om den girar (snöret är till höger eller vänster). I allmänhet försöker segelflygpiloter hålla strängen rak eftersom det minsta motståndet uppstår när man flyger rakt genom luften.

Ballast

Vissa segelflygplan har ballasttankar fyllda med vatten. Tyngre segelflygplan sjunker snabbare än lättare segelflygplan. Glidförhållandet påverkas inte av vikten eftersom en tyngre glidare visserligen sjunker snabbare, men gör det med högre hastighet. Segelflygplanet kommer ner snabbare med mer vikt och täcker samma sträcka; detta är idealiskt för landskapsflygning. Ett tyngre segelflygplan, fullt av ballast, har en minskad stigningshastighet och kortare flyguthållighet när det befinner sig i en lyftmiljö. Vattenballast kan när som helst kastas ut genom dumpningsventiler för att minimera dessa flygegenskaper och för att sakta ner före landning.

Landning

Jämfört med landning i ett motordrivet flygplan finns det några viktiga skillnader när man flyger ett segelflygplan. För det första kan segelflygplan inte lägga till kraft om de inte kommer att nå landningszonen. Det kan tyckas vara ett enkelt koncept, men segelflygpiloter är tränade att bedöma sin inflygning så att de inte landar för kort, och de väntar alltid tills de är säkra på att de har gjort fältet innan de introducerar luftmotstånd med hjälp av klaffar eller spoilers.

Landningen i sig skiljer sig inte alltför mycket från landningen i vilket flygplan som helst, du flärdar tills lyftkraften minskar och försöker landa lätt. Eftersom segelflygplan har ett hjul är det lite av en balansakt att hålla vingarna från marken så länge som möjligt.

Segelflygplan är otroliga flygplan, och med rätt atmosfäriska förhållanden kan de hålla sig uppe i luften i timmar eller dagar åt gången. Den noggranna aerodynamiska designen som krävs för att bygga en sådan gör dessa fåglar snabba och unika.

Och om du aldrig har haft chansen att flyga ett segelflygplan rekommenderar vi att du ger det ett försök.