Artykuły

ANALIZA SIŁ OPORU AERODYNAMICZNEGO POSZCZEGÓLNYCH PODZESPOŁÓW SAMOLOTU PZL P.11c

Autor: Paweł Stalmach

Pierwsza połowa XX wieku to okres bardzo dynamicznego rozwoju lotnictwa. Patrząc na ewolucję samolotów z tego okresu bardzo łatwo zauważyć pewne charakterystyczne etapy zmiany w ich sylwetkach. Od prymitywnych (z dzisiejszego punktu widzenia) konstrukcji braci Wright po opływowe sylwetki Spitfire’ów i Messerschmitt’ów z okresu II wojny światowej. W powszechnej świadomości istnieje przekonanie, że zmiany te były zdeterminowane uzyskaniem lepszej „aerodynamiki” samolotu, jednak jak duży wpływ na osiągi miały konkretne udoskonalenia? W poniższym artykule postaram się przybliżyć odpowiedź na to pytanie. Jako przykład posłużą mi komputerowe obliczenia CFD samolotu PZL P.11c.

W celu uświadomienia sobie wymiernej korzyści płynącej z wprowadzenia konkretnego ulepszenia w geometrii samolotu należy zrozumieć naturę sił aerodynamicznych działających na samolot [1]. Na wypadkową siłę aerodynamiczną PA składają się: siła nośna PZ oraz siła oporu Px. Obie siły zależą od: gęstości, kwadratu prędkości lotu, powierzchni nośnej oraz współczynników wynikających z geometrii samolotu i kąta natarcia. Współczynnik siły nośnej CZ zależy w głównej mierze od kształtu skrzydła i jego profilu (przekroju poprzecznego), natomiast współczynnik siły oporu CX zależy od „opływowości” sylwetki całego samolotu. Korzyścią płynącą z jak najmniejszej wartości CX jest to, że samolot może lecieć szybciej (dla myśliwców) lub do lotu z daną prędkością potrzebuje mniej siły a więc i paliwa (dla samolotów komunikacyjnych).

W tabeli 1 pokazano składowe siły oporu, jaki procent całego oporu samolotu generuje konkretny podzespół. W tabeli 2 pokazano wartość teoretycznej prędkości o jaką mógłby szybciej lecieć samolot gdyby nie opór poszczególnego podzespołu. Należy oczywiście zaznaczyć tu, że podana analiza ma charakter wyłącznie poglądowy gdyż nie można rozpatrywać właściwości aerodynamicznych całego samolotu jako sumy właściwości poszczególnych podzespołów. Niemniej daje ona ogólny obraz problemu.

Pierwszymi elementami na które należy zwrócić uwagę jest stałe podwozie oraz zastrzały skrzydeł i usterzenia. Warto zaznaczyć, że w P.11 zastosowano polski patent tzw. podwozie nożycowe [2], w którym amortyzatory schowane były w obrysie kadłuba nie generując oporu. Nie zmienia to faktu, że w późniejszych konstrukcjach stosowano podwozie chowane oraz skrzydła samonośne o znacznie lepszych właściwościach aerodynamicznych. Kolejny element jaki zwraca na siebie uwagę to otwarta kabina pilota. O ile opór powstały przy opływie podwozia i zastrzałów wynika z dodatkowej powierzchni, które musi opłynąć powietrze o tyle w przypadku kabiny powstaje on na skutek powstających zawirowań (tzw. oderwanie przepływu, więcej w [3]). Z problemem tym poradzono sobie już modelu P.24 z tej samej serii, stosując osłoniętą kabinę, będącą standardem w kolejnych generacjach samolotów.

W efekcie rozwiązania wymienionych problemów można założyć, że udałoby się uzyskać dodatkowe 50 km/h maksymalnej prędkości (tabela 2), co przy około 375 km/h maksymalnej prędkości P.11 daje 425 km/h. Dla porównania prędkości maksymalne Messerschmitt’a Bf 109 (w zależności od wersji) to około 500 km/h. Różnica wynika z zupełnie innych założeń konstrukcyjnych obu samolotów, a w konsekwencji i całych sylwetek. Zastrzałowy górnopłat został zastąpiony wolnonośnym dolnopłatem, zamiast silnika gwiazdowego o dużej powierzchni czołowej użyto silnika rzędowego o większej mocy. Pokazuje to jak dynamiczny był rozwój lotnictwa w tamtym okresie oraz, że udoskonalanie konstrukcji pod względem aerodynamicznym, czy szerzej przepływowym, niesie ze sobą bardzo wymierne korzyści a współczesne narzędzia (komputerowe obliczenia numeryczne CFD) sprawiają, że są one nieporównywalnie bardziej dostępne niż kiedykolwiek wcześniej.

O AUTORZE

Mgr inż. Paweł Stalmach jest absolwentem wydziału Mechanicznego Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej kierunków Lotnictwo i Kosmonautyka oraz Mechanika i Budowa Maszyn. Obecnie prowadzi własne biuro obliczeniowo-konstrukcyjne [www.kufengineering.com] specjalizujące się w wykonywaniu obliczeń i analiz inżynierskich, w szczególności z wykorzystaniem komputerowych obliczeń numerycznych. Artykuł powstał na podstawie pracy magisterskiej autora, zrealizowanej przy współpracy z Fundacją Polskie Samoloty Historyczne [samolotyhistoryczne.org] zajmującej się budową latającej repliki samolotu PZL P11c.

LITERATURA

[1] „Konstruowanie samolotów: wyznaczanie obciążeń”, S. Danilecki, Wrocław, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 2004, 83-7085-833-3

[2] „Monografie Lotnicze – P.Z.L. P.11”, A .Glass, T. Kopański, T. Makowski, Część I i II, Gdynia, AJ-Press, 1997 [3] „Aerodynamics for Engineering Students”, E.L. Houghton P.W. Carpenter Steven H. Collicott Daniel T. Valentine, Oficyna Elsevier, 2013, 978-0-08-096632-8

Artykuł w wersji PDF

Share
Disqus Comments Loading...
Autor
Redakcja Kompozyty.net

Powiązane

The Green Machine — rodzinne dziedzictwo Frisco’s Finest

Na kolejnych zdjęciach widoczny jest The Green Machine, zielony lowrider bike zbudowany na bazie Schwinn…

% dni temu

Instrument I3 w Krakowie: Małopolska wzmacnia europejskie partnerstwa innowacyjne. Szansa także dla sektora kompozytów

17 czerwca 2026 r. Kraków stał się miejscem europejskiej dyskusji o tym, jak skutecznie łączyć…

% dni temu

Saab przedstawia wizję programu ORKA i budowy ekosystemu przemysłowego w Polsce

Okręty podwodne, technologie podwodne i nowe możliwości dla polskiego przemysłu Podczas spotkania zorganizowanego przez PAIH…

% dni temu

LIMACON 2026 w Białymstoku: kompozyty, lekkie konstrukcje i międzynarodowa współpraca dla gospodarki obiegu zamkniętego

W dniach 20–21 maja 2026 roku Politechnika Białostocka stała się miejscem spotkania nauki, przemysłu, klastrów,…

% dni temu

Studia podyplomowe „Kształtowanie przyrostowe 3D w technologiach przemysłowych” na Politechnice Warszawskiej

Politechnika Warszawska uruchomiła rekrutację na studia podyplomowe „Kształtowanie przyrostowe 3D w technologiach przemysłowych”. To propozycja…

% dni temu

Polskie kompozyty w centrum rozmów o lotnictwie i kosmosie podczas US–Poland Science & Technology Symposium 2026

W dniach 1–3 czerwca 2026 roku w Kalifornii odbyło się XXV US–Poland Science & Technology…

% dni temu