Jak je vůbec možné, že to létá

Chytré létání 3. Váží stovky tun a přesto létá. Jak a proč se s vámi vaše letadlo při cestě na dovolenou vznese a jak se zase dostane na zem?

Tuto otázku si klade kdekdo. Letadlo přeci váží desítky až stovky tun! Není tedy na první pohled jasné, že se vůbec vznese a pak dokonce ve vzduchu potřebnou dobu drží a dopraví cestující až tam, kam jim to letecká společnost slíbila. Za případnou neznalost nebo nechápání principu letu se nemusíte stydět. Vždyť lidstvo potřebovalo několik tisíciletí, aby se propracovalo k prvnímu řízenému letu motorového letadla těžšího než vzduch.

Trocha historie

Byli to až v roce 1903 bratři Wrightové v USA, kterým se to podařilo. I když letěli jen několik desítek metrů či vteřin letu, způsobili tím revoluci v tehdejších snahách o létání. Takže teprve před pár lety probíhaly oslavy sta let od prvního letu letadla s vlastním pohonem! V Česku jsme pak oslavili 100 let od prvního okružního letu Jana Kašpara 16. dubna 2010 (slavný let z Pardubic do Prahy se uskutečnil o rok později). A přitom dnes už si letecké společnosti vybíráte často podle toho, jaké filmy promítají na palubě, nebo zda vám vyhovuje značka vína, kterou společnosti během letu nabízejí.

Jak se letadlo dostane do vzduchu a jak se řídí

V základních kurzech pro začínající piloty se skutečnost, že letadlo letí, vysvětluje obvykle za pomoci Bernoulliho rovnice, kterou jsme se všichni učili někdy ve škole. Nováčci se tak snaží pochopit, proč na horní části křídla vzniká podtlak, který křídlo i s trupem na něm přidělaným saje nahoru a proč na spodní části vzniká přetlak, který jej nahoru zase tlačí. Všichni pak nějak automaticky chápou, že k tomu je potřeba ještě síla, která letadlo tlačí dopředu, aby vzduch kolem křídla mohl ten podtlak i přetlak vytvořit. Kdo má dostatečnou představivost, tak mu možná Bernoulliho rovnice pomůže, ale já s ní nechci nikoho obtěžovat (vy odvážnější klikněte na odkaz).

Nejjednodušší způsob, jak pochopit, proč se letadlo dostane do vzduchu? Z okna u auta vyndejte za jízdy dlaň a její hřbet (náběžnou hranu) kloňte nahoru nebo dolů. Okolo proudící (obtékající) vzduch vám pak celou ruku silou, která závisí na rychlosti jízdy (letu), zvedá nahoru nebo tlačí dolů. Jestliže hřbet ruky nakloníte příliš, cítíte, že proud vzduchu ji tlačí spíš dozadu než nahoru nebo dolů. U letadla bychom odborněji řekli, že ruka překročila maximální úhel náběhu, což by mělo za následek zvýšení odporu a ztrátu vztlaku.

Piloti musí za letu udržovat úhel náběhu křídel klopením letadla nahoru či dolů v určitých mezích, aby udrželi odpovídající vztlak – to je důležité zejména při startu nebo přistání, kdy letadlo letí blízko minimální rychlosti. Když by při nízké rychlosti auta proud větru vaši ruku ani nezdvihl, ani neudržel při žádném úhlu náběhu, znamenalo by to, že se pohybujete pod minimální rychlostí potřebnou k vytvoření dostatečného vztlaku. U letadla se této rychlosti přiléhavě říká „rychlost pádová“. Směrem dopředu letadlo pohání motory podobně jako v autě, jen se síla nepřenáší přes kola. 
Jak letadla startují

Stoupání a klesání a jak letadlo zatáčí

Jak víte, každé letadlo má trup a křídla. Ti všímavější pak také vědí, že má i cosi vzadu – těm malým křídlům vzadu se říká trochu neobratně „vodorovné a svislé ocasní plochy“. Pohyblivá svislá část se mírně srozumitelněji nazývá „směrové kormidlo“. Takže si můžeme domyslet, že při řízení používá pilot pro klopení letadla potřebné pro stoupání či klesání právě vodorovné ocasní plochy – výškové kormidlo ovládané prostřednictvím čehosi, co často připomíná poloviční volant (neboli „berany“), nebo u letadel řízených prostřednictvím počítače také joystickem jako u počítačových her (Fly-by-wire). Potlačení dopředu znamená klesání a přitažení dozadu naopak stoupání. K zatáčení doprava či doleva používá směrové kormidlo, které pilot ovládá nožními pedály. 

Když letadlo zatáčí, je stejně jako na motorce potřeba, aby se současně také naklonilo, protože jinak by jej to ze zatáčky vyneslo – letělo by ve „výkluzové zatáčce“. K tomu, aby pilot mohl letadlo naklánět, slouží „křidélka“, což jsou výklopné plošky na koncích hlavních křídel, které se vyklánějí nahoru a dolů, a tlačí tak za letu konec křídla dolů nebo nahoru. Kdyby ale pohyb křidélek měl na obou koncích křídel stejný směr, letadlo by se nenaklonilo, protože by obě síly působily stejným směrem, a letadlo by začalo buď jen stoupat, nebo klesat. Křidélka jsou proto zapojena asymetricky (proti sobě) a tak, když pilot svoje berany otočí nebo joystick přitlačí směrem nalevo, pravé křidélko se vyklopí směrem dolů a proud vzduchu tak zvedá pravé křídlo nahoru a levé křidélko jde nahoru a proud vzduchu tlačí levé křídlo dolů – letadlo se naklání doleva. 

Nyní jste pochopili, proč se letadlo udrží ve vzduchu a jak se udržuje jeho směr ve všech třech osách (svislý, horizontální, vertikální) – tzn. zatáčení, příčný náklon, klopení (stoupání/klesání). Teď už jsme celkem dost daleko, a tak si jen ještě něco řekneme ke startu a přistání. 

Vztlakové klapky a sloty

Základní snahou u konstrukce letadel je, aby letadla létala maximální cestovní rychlostí při minimální spotřebě paliva a zároveň, aby startovací a přistávací rychlosti nebyly příliš vysoké. Kdyby letadla totiž přistávala a startovala při velkých rychlostech, byly by potřeba velmi dlouhé vzletové a přistávací dráhy a také by se snížila bezpečnost. Aby se však letadlo vzneslo už při nižší rychlosti, je potřeba, aby mělo větší vztlak. K tomu ale potřebuje větší křídla. Velká křídla by však letadlo při větších rychlostech brzdila, což by zvyšovalo spotřebu a omezovalo maximální rychlost. Křídla by také byla extrémně namáhána odporem proudícího vzduchu, což by snižovalo jejich životnost.

Tento problém se řeší proměnlivou velikostí plochy křídla a jeho zakřivením, kterého se dosáhne vysunováním tzv. „vztlakových klapek“ na zádi křídla a případně také „slotů“ (tento počeštěný název je zkomolenina anglického „slat“) na přední hraně křídla. Při startu vidíte vysunuté vztlakové klapky u kořenů křídel v blízkosti trupu a u některých letadel na přední hraně křídel také předsunuté sloty. Za určitou chvíli po startu, když má letadlo již potřebnou rychlost, můžete vidět i slyšet, že se vztlakové klapky zasunují do křídla nebo pod křídlo. Ve stejné chvíli se obvykle zavírají i sloty. Tím se plocha i odpor křídla zmenší a letadlo svou rychlost zvyšuje až do dosažení cestovní rychlosti. 

Podobně můžete před přistáním vidět a někdy také slyšet, jak se vztlakové klapky i sloty vysunují, zvyšují tak vztlak křídel a umožňují letadlu letět a přistát při nižší rychlosti. Tento manévr je také doprovázen snížením výkonu motorů, které je patrné ze změny jejich zvuku. Se vztlakovými klapkami nesmí letadlo letět plnou rychlostí, protože zvýšený odpor vzduchu by je poškodil. Pokud je třeba rychle klesat, můžete také vidět, jak se nedaleko trupu uprostřed křídla směrem nahoru vysunují nebo vyklápějí kovové plochy rušičů vztlaku (spoilerů), které způsobují rychlejší klesání letadla.

Polovina z nich (tzn. jeden nebo dva sloty blíže k trupu letadla) se při otevření nepohybuje a jeden nebo dva vnější (na křídle dále od trupu letadla) se průběžně otvírá a zavírá podle náklonu letadla. Napomáhají tak křídélkům při klonění letadla doprava nebo doleva. Je možná složité pochopit mechaniku křídla bez obrázku, a tak pro čtenáře, kteří tuto část chtějí pochopit více nebo se chtějí podívat na fotografie křídel B737, mohu doporučit například www.b737.org.uk, zde klikněte na sekci „aircraft systems“ a poté vyberte část „flight controls“. 

Winglety

Během posledních 15–20 let se na konci křídel mnoha tryskových dopravních letadel objevily tzv. winglety, vypadající jako zúžené konce křídel zahnuté nahoru. Jejich hlavním úkolem není zvýšení elegance letadla, ale snížení jeho celkového odporu. Winglety totiž snižují tzv. indukovaný odpor, který vzniká na koncích křídel vyrovnáváním přetlaku pod křídlem a podtlaku nad křídlem. Problém indukovaného odporu byl znám již dříve, ale konstrukce wingletů potřebuje sofistikované výpočty a testování, jež nebylo možné zvládnout před nástupem výkonné výpočetní techniky.

Výrobci uvádějí, že winglety mohou uspořit až 6 % paliva, zvýšit životnost motorů jejich menším namáháním, snížit hluk vytvářený letadlem, zvýšit dolet, zlepšit ovladatelnost a další charakteristiky letadla. Stupeň přínosu wingletů však závisí na délce létaných tratí, vytížení letadla a jiných kriteriích, a tak se názory na jejich konkrétní přínos často liší. Velmi úspěšná letecká společnost Southwest wingletům natolik věří, že jimi nechala vybavit i svá starší letadla, a tak celá její flotila asi 500 letadel B 737 má dnes winglety nainstalované. Ostatní společnosti je mají především na novějších letadlech. Například Airbus jim u letounů nové generace kvůli podobě se žraločí hřbetní ploutví říká "sharklets". 

Start a přistání

Trysková letadla mají startovací a přistávací rychlosti mezi 250–300 kilometry za hodinu a cestovní rychlost kolem 800 km/h. Pilot tedy musí přistát nejdále v první třetině přistávací dráhy, aby měl dostatek volného prostoru k bezpečnému ubrzdění letadla. Kdyby z jakýchkoliv důvodů nemohl přistát tak, aby měl před sebou dostatečně dlouhou dráhu, musí přistání zopakovat. Je potřeba si uvědomit, že středně velká letadla jako Boeing B 737 váží při přistání i s cestujícími a nákladem kolem 50 tun a největší letadla jako Boeing B 747 váží při přistání s cestujícími a nákladem kolem 250 tun. Potřebná délka vzletové a přistávací dráhy je závislá na typu letadla, jeho celkové váze, teplotě vzduchu, nadmořské výšce a dalších faktorech. Pro plně naložený Boeing B 747 je však za standardních podmínek potřeba dráha o délce kolem tří kilometrů. 

Kdo létá více, už možná někdy opakované přistání zažil. K tomu, aby následné brzdění bylo co nejúčinnější, se používají nejen klasické brzdy na podvozku letadel, ale také tzv. obraceče tahu (thrust reversers), které zajistí, že motory již letadlo neženou dopředu, ale naopak jejich tah působí proti směru pohybu letadla. Využití obracečů tahu si můžete všimnout, když ihned po dosednutí na zem slyšíte, jak pilot přidá plyn na plný výkon.

Jak letadla přistávají

Když jsou proudové motory umístěny pod křídly, je obvykle vidět, jak se z jejich zádi vyklopí kovové štíty obracející směr proudu výfukových plynů. Letadlo se mírně chvěje a motory pracují jako velmi účinné brzdy nezávislé na povrchu přistávací dráhy. Brzdění s použitím obracečů tahu je proto také nutné při přistání na mokré nebo kluzké dráze. Celkově mohou obraceče tahu zkrátit brzdnou dráhu až o čtvrtinu. U vrtulových letadel pracují tak, že se přetočí listy vrtulí a vrtule tak ženou vzduch dopředu, a ne dozadu jako za letu. Po dobrzdění na pojížděcí rychlost pilot sníží výkon motorů na potřebný tah k pojíždění a letadlo se pohybuje směrem k terminálu. 

Důležitost včasného použití obracečů tahu na kluzké dráze ukázalo také vyšetřování nehody letu AF 358 z Paříže do Toronta v roce 2005. Nehoda dopadla relativně dobře především díky perfektní práci palubních průvodčích, kterým se přes některé technické problémy podařilo včas evakuovat všechny cestující. Letadlo A 340 bylo však nárazem a následujícím požárem zničeno. Pokud se chcete dovědět více, zadejte  do vyhledávače „AF flight 358“. 

Jestli se chcete o různých typech letadel dovědět více, je nejlepším zdrojem internet. Pro letadla z produkce dvou největších a nejznámějších výrobců Boeing a Airbus doporučuji www.boeing.com a www.airbus.com. Zde si najdete všechny základní informace i působivé fotografie všech typů jimi vyráběných letadel.

-fr-

Foto: theworldorbust.com