Nie dla orłów* - "Nośność".

Do napisania tego artykułu sprowokowała mnie dyskusja na grupie dyskusyjnej pl.rec.paralotnie dotycząca dosyć magicznego pojęcia "Nośności" skrzydła. Ja nie bardzo rozumiem co ten termin oznacza a większość pilotów wydaje się wiedzieć - choć mało kto potrafi to jakoś zdefiniować lub podać jednostkę fizyczna (taką z układu SI), być może udało by się wyrazić to, niewątpliwie egzystujące w środowisku pojęcie, za pomocą jakiejś innej, bardziej inżynierskiej abstrakcji?

Termin "nośność" w innych dziedzinach techniki (w/g wikipedii):

Nośność jest to pojęcie odnoszące się do możliwości przejęcia przez materiał, złącze lub konstrukcję obciążeń zewnętrznych - wytrzymałość materiałów, używane także dla określenia parametrów dopuszczalnego obciążenia (nośność wiaduktu lub mostu).

Określenie używane jest również w kontekście:
nośność statku - podstawowy parametr określający wielkość statku,
nośność podłoża gruntowego - rozumiane jako możliwość przejęcia obciążeń przekazywanych przez fundamenty na podłoże gruntowe

Idąc tym tropem, "nośność" powinna oznaczać maksymalną dopuszczalną masę podwieszona pod skrzydłem lub maksymalne obciążenie powierzchni ... ale nie oznacza (przynajmniej w moim rozumieniu 'powszechnego rozumienia' tego terminu). O ile dobrze interpretuję wypowiedzi pilotów posługujących się tym terminem, paralotnia posiadająca dużą "Nośność" powinna charakteryzować się łatwością wznoszenia (czy to na termice czy z silnikiem) się oraz łatwością odrywania się od ziemi (tutaj prośba o komentarz do Wiedzących, czy aby o to chodzi?).

W przypadku lotu silnikowego "łatwość" ową można określić jako odwrotność mocy napędu potrzebnej do oderwania się i wznoszenia (większa moc jest potrzebna - to mniejsza "nośność", wystarcza mniejsza moc - większa "nośność"). Czy też, aby bardziej precyzyjnie określić punkt badania "Nośności", z odwrotnością mocy potrzebnej do utrzymania paralotni w locie poziomym tak aby ani nie wznosiła się ani nie opadała. Należy tylko, zauważyć, że Moc Niezbędna do lotu różni się od Mocy Silnika produkującego ową moc, a powszechnie używaną wielkością fizyczna do określania tej różnicy jest Sprawność. Dlaczego Moc a nie Ciąg? Przede wszystkim dlatego, że tak jest wygodniej :-), Moc jest wielkością, która charakteryzują się praktycznie używane napędy (Ciąg byłby odpowiedni gdyby używać silnika rakietowego :-)). Ponadto Ciąg śmigła zmienia się z prędkością lotu. Drugim powodem, jest fakt, że minimalny Ciąg potrzebny do lotu jest przy Prędkości Optymalnej a minimalna Moc potrzebna do lotu przy Prędkości Ekonomicznej (mniejszej od Optymalnej) ... ale to może kiedyś ...

Moc jaką napęd przekazuje paralotni, w przypadku lotu poziomego, to siła Ciągu (pozioma) pomnożona przez prędkość paralotni (też poziomą). Ponieważ rozpatrujemy lot poziomy (jednostajny i prostoliniowy) to oznacza, że Siła Ciągu dokładnie równoważy Opory Aerodynamiczne a Siła Nośna dokładnie równoważy Ciężar. Problemem jest jednak to, że tak zdefinowana Moc jest zależna od dwóch zmiennych: Ciągu (równego oporom) i Prędkości. Spróbujmy wyrazić tą Moc za pomocą parametrów paralotni, możliwych do zmierzenia w locie ślizgowym.

Jeżeli paralotnia lecąć z pewną prędkościa potrzebuje do lotu poziomego w każdej sekundzie (lub innej jednostce czasu) pewna ilość Energii (Moc = Energia / Czas) to lecąć lotem ślizgowym z tą samą prędkością też rozprasza taką Energię (energię potencjalną ciężkości) w jednostce czasu - źródłem Energi jest wtedy Ciężar (przyciąganie ziemskie). Inaczej mówiąc Moc rozpraszana w locie ślizgowym to Ciężar (pionowy) pomnożony przez Opadanie** (pionowe). Czyli duża "Nośność" to małe Opadanie!

Całe to rozumowanie sprowadza się do mało odkrywczego ale chyba intuicyjnie łatwego do zaakceptowania, stwierdzenia, że aby paralotnia szybko i łatwo się wznosiła z napedem to musi mało opadać w locie ślizgowym (tak na marginesie: to wytłumaczenie jest też całkowicie zgodne z powszechnie przyjętą mechaniką lotu w innych dziedzinach lotnictwa). Jest chyba też oczywiste, że aby szybko wznosić się w kominie małe Opadanie też jest przydatne. Jedynym problemem pomiarowym jest zapewnienie tych samych warunków aerodynamicznych skrzydła w locie poziomym i w locie ślizgowym (czyli zapewnienie tego samego kąta natarcia - co przekłada się na taką samą prędkość) i obciążenia.

Zatem można by zdefinować "Nośność" przy zadanym obciążeniu (a może żeby nie myłiła się z innymi technicznymi nośnościami promować określenie "Unośność" lub "Wynośność") jako odwrotność Przędkości Opadania. Proponuje stosować jako jednostkę liczbę sekund potrzebnych na opadnięcie o 100 m wysokości, wtedy:

Opadanie 0.90 m/s odpowiada "Nośności" 111 [s /100 m]
Opadanie 0.95 m/s odpowiada "Nośności" 105 [s /100 m]
Opadanie 1.00 m/s odpowiada "Nośności" 100 [s /100 m]
Opadanie 1.10 m/s odpowiada "Nośności" 91 [s /100 m]
Opadanie 1.20 m/s odpowiada "Nośności" 83 [s /100 m]
Opadanie 1.30 m/s odpowiada "Nośności" 77 [s /100 m]

Opadanie 1.40 m/s odpowiada "Nośności" 71 [s /100 m]
Opadanie 1.50 m/s odpowiada "Nośności" 67 [s /100 m]

Prawda, że łatwe?

Przypomina to trochę sytuację z parametrem określającym zużycie paliwa:

• w Polsce używana jest ilość litrów paliwa zużywana na 100 km
• w krajach anglosaskich ilość mil, którą można przejechać spalając 1 galon paliwa.

Dlatego ja pozostanę przy Opadaniu ale nie mam nic przeciwko podawaniu nośności w [s/100m]

* - Ptaki drapieżne, w tym orły, nie posiadają prawdopodobnie zbyt rozwiniętego myślenia abstrakcyjnego, tym niemniej są przez ludzi (a szczególnie przez pilotów) podziwiane za umiejętności niezwykłego latania (bez machania skrzydłami) i funkcjonują w kulturze jako symbole wolności i odwagi.
** - Opadanie, to inaczej Prędkość Opadania [m/s]