poniedziałek, 20 stycznia 2020

Ster Wagnera

czyli

Sukces teorii praktycznej

Uważny czytelnik (a może raczej obserwator) niejednokrotnie zauważy, że niektóre budowane pod koniec wojny prototypowe pociski kierowane firmy Henschel nie posiadały zwykłych powierzchni sterowych - lotek czy steru wysokości - w miejscu których dostrzec można wąziutkie, podłużne przerywacze za krawędzią spływu skrzydeł czy statecznika.
Przerywacze te zwane są nieraz w literaturze anglojęzycznej sterami, czy też prętami, Wagnera (od nazwiska Herberta Wagnera, głównego konstruktora pocisków kierowanych Henschla), spotkać można też wobec nich niemieckojęzyczną nazwę sterów listwowych.


No właśnie, jak zwał, tak zwał - ale skąd one stery się wzięły, o co w nich chodziło i jak w zasadzie wyglądały?

U ich podstaw legły teoretyczne badania asystenta Wagnera, dr. Samu von Borbely'ego, węgierskiego matematyka parającego się lotnictwem na politechnice berlińskiej, który analizując opływy profili aerodynamicznych odkrył, że nawet bardzo mała powierzchnia sterowa na krawędzi spływu, wychylona o 90 stopni, powoduje bardzo dużą zmianę siły nośnej. Teoria ta sprawdzona została w praktyce przez projektantów Henschla w tunelu aerodynamicznym - i ku zaskoczeniu wszystkich okazało się, że wyniki praktyczne jak najbardziej pokrywają się z mniej lub bardziej uproszczonymi obliczeniami Herr Doktora.
Testy przeprowadzone w tunelu aerodynamicznym DVL wykazały, że stery takie nie wykazują znacznego spadku skuteczności do najwyższej osiągalnej w tunelu liczby Macha, 0,88, acz przyznać i trzeba, że stery listwowe przewidziane zostały w końcu w studialnym projekcie naddźwiękowego pocisku Zitterrochen, osiągać mającego 1,5 Macha.


Dla sterów listwowych przyjęto ogólną zasadę, że wychylenie steru (a więc zarazem mniej więcej jego wysokość) wynosi 2-3% (czy jak chcą inni 2,5%) cięciwy profilu aerodynamicznego, na którym jest zamontowany (choć tak na oko, a raczej na zdjęcia, odnoszę wrażenie, że jest to reguła dotycząca raczej skrzydeł, a na statecznikach poziomych o cięciwie w rodzaju 30 cm musiały być one przerywacze proporcjonalnie chyba nieco większe niż wychodzące matematycznie 7-8 mm - ale może to złudzenie?).
 

A jak on ster wyglądał w szczegółach? Na powyższym rysunku pokazany został przykładowy acz konkretny przekrój steru Wagnera, posiadającego trójkątną stronę tylną o kącie rozwarcia 120 stopni. Acz były i przerywacze o ściętym wierzchołku, zbliżone nieco zatem do trapezu.


Stery listwowe poruszane były dźwigniowo, za pomocą elektromagnesów, a więc przyjmować mogły tylko pełne wychylenia - natomiast sterowanie proporcjonalne uzyskiwane było za ich pomocą poprzez odpowiednią zmianę częstotliwości tychże wychyleń. W niektórych konstrukcjach (np. Hs 293 C czy Hs 298 V2) uwzględniana była przy tym w układzie kierowania dodatkowo prędkość lotu, czy to elektrycznie wpływając na działanie układu przerywaczy, czy to mechanicznie ograniczając zakres ich wychyleń. Poza tym, stery listwowe posiadały wszelakie zalety sterowania przerywaczami - małe opory aerodynamiczne, bardzo prostą konstrukcję (także przy sterowaniu proporcjonalnym) i wynikłe z ich małych rozmiarów minimalne zapotrzebowanie na energię.
Linią przerywaną zaznaczony został na rysunku alternatywny obrys wspomnianego powyżej przerywacza o przekroju trapezowym.

Chcąc jakoś zwymiarować sobie taki przerywacz, choćby na potrzeby modelu, przyjąć można także zgrubnie - poza wspomnianą powyżej zasadą 2,5% cięciwy, że wysokość przerywacza wynosiła chyba najczęściej około 4% jego długości, zaś oś obrotu oddalona była od jego przedniej krawędzi o około 1,5-1,7 wysokości przerywacza.