Lentokoneen kantokyky

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Rahtikone voi kuljettaa hyvinkin raskaita kuormia ja tietysti niiden ilmaan nostaminen ja siellä pitäminen vaatii enemmän tehoa kuin tyhjänä. Siipiprofiili on molemmissa tapauksissa sama ja kantokyky on kiinni nopeudesta, miten käytännössä lisäteho toteutetaan, lisätäänkö nopeutta, lisätäänkö laskusiivekkeillä kohtauskulmaa, vai miten?

Sivut

Kommentit (40)

Vierailija

Luulen että moottorien tehoa lisätään pitämään kone ilmassa, laskusiivekkeitä käytetään mielestäni laskuissa ja nousuissa, lennon aikana ne ovat "ylhäällä".

Vierailija

Myös siipien pinta-alan ja pituuden lisäämisellä parannetaan kantokykyä.
Ne täytyy tehdä kuitenkin jo suunnittelupöydällä.

Heksu
Seuraa 
Viestejä5463
Liittynyt16.3.2005

Lentokoneissa ylipäänsäkin siiven kohtauskulmaa säädetään lennon aikana jatkuvatoimisesti koneen pyrstössä sijaitsevan ns. korkeusperäsimen avulla, jota taas säädetään ohjaussauvalla ja trimmillä. Siiven nostovoimaan voidaan vaikuttaa ilmanopeuden, kohtauskulman ja laskusiivekkeiden avulla. Laskusiivekkeiden vaikutus perustuu siihen, että ne muuttavat siiven kaarevuutta ja kokonaispinta-alaa.

Eli siis, täydellä rahdilla konetta joudutaan ajamaan suuremmalla kohtauskulmalla eli enemmän "vedettynä". Suurempi kohtauskulma tietää suurempaa ilmanvastusta, mitä pitää kompensoida suuremmalla moottoriteholla.

Herra Tohtori
Seuraa 
Viestejä2613
Liittynyt18.3.2005

Ihan oikein.

Eli fysikaalisesti ajateltuna suuremman massan pitäminen ilmassa vaatii suurempaa jatkuvaa impulssia siipien tuottamana.

Nostovoima syntyy siitä, että tietylle ilmamassalle annetaa tietyssä ajassa tietty liikemäärä, jolloin kone saa samassa ajassa vastaavan liikemäärän ylöspäin. Jos liikemäärän muutos on riittävä kumoamaan painovoiman yrittämän liikemäärämuutoksen, koneen korkeus ei muutu.

Siipien nostetta voidaan tosiaan kasvattaa

-lisäämällä alaspäin suunnatun ilmamäärän massaa
-lisäämällä alaspäin suunnatun ilmamäärän nopeutta.

Ilmanopeuden kasvattaminen lisää molempia, koska siipi liikkuu pitemmälti samassa ajassa ja pääsee siis liikauttamaan enemmän ilmaa alaspäin. Lisäksi ilma saa suuremman nopeuden alaspäin kuin pienemmillä nopeuksilla lennettäessä.

Kohtauskulma lisää enemmän alaspäin suunnatun ilman massaa kuin sen varsinaista nopeutta... tosin alaspäin suuntautuva nopeuskomponentti kasvaa nopeasti ilmavirran suuntautuessa enemmän alaspäin koneeseen suhteutettuna, joten kohtauskulmakin vaikuttaa itse asiassa molempiin.

Kohtauskulmaa on kuitenkin epäedullista kasvattaa, sillä se lisää vastusta tolkuttomasti. Niinpä kantokyky tuotetaan mieluummin isolla, mahdollisimman suoraan ilmavirrassa kulkevalla siivellä sekä riittävällä ilmanopeudella.

Kun lentokoneella lennetään hitaasti, voidaan käyttää laskusiivekkeitä, jotka muuttavat siipiprofiilia aggressiivisemmaksi ja lisäävät kohtauskulmaa ilman, että koneen nokkaa tarvitsee nostaa. Tämä helpottaa koneen hallintaa, kun ohjauspintojen ohi kulkeva ilmavirtaus säilyy paremmin lineaarisena.

Niin, kohtauskulma on periaatteessa siiven johtoreunan ja jättöreunan kautta kulkevan suoran kulma vaakatasoon nähden.

Capito tutto, perchè sono uno
Persona molto, molto intelligente...

-Quidquid latine dictum sit, altum viditur.

If you stare too long into the Screen, the Screen looks back at you.

Heksu
Seuraa 
Viestejä5463
Liittynyt16.3.2005
Herra Tohtori
Niin, kohtauskulma on periaatteessa siiven johtoreunan ja jättöreunan kautta kulkevan suoran kulma vaakatasoon nähden.

Jos vähän tarkennetaan, niin kohtauskulmalla tarkoitetaan kyllä siiven jänteen ja vapaan ilmavirran välistä kulmaa, ei vaakatason. Lentokonehan voi lentää missä asennossa vaan, eikä siiven nostovoima kohdistu välttämättä ylöspäin.

Ilman virtaus siiven ympärillä on sikälis jännittävä juttu, että jouduin mainitsemaan "vapaan" ilmavirran. Siipi vaikuttaa nimittäin ilmavirtaan niin edessä- kuin takanapäinkin! Niinpä esim. suurella kohtauskulmalla ilmavirta kohtaa siiven johtoreunan paljon jyrkemmässä kulmassa kuin mitä varsinainen kohtauskulma voisi antaa ymmärtää.

Herra Tohtori
Seuraa 
Viestejä2613
Liittynyt18.3.2005

Jees, vapaata ilmavirtaa tarkoitin.

Toisin sanottuna, tyynessä ilmassa lentokoneen nopeusvektorin ja siiven kulman välinen ero.

Mielikuvana toimi tässä vain rahtikone vaakalennossa, ei taitolentokone lentelemässä >90 asteen kohtauskulmilla...

Capito tutto, perchè sono uno
Persona molto, molto intelligente...

-Quidquid latine dictum sit, altum viditur.

If you stare too long into the Screen, the Screen looks back at you.

Herra Tohtori
Seuraa 
Viestejä2613
Liittynyt18.3.2005

Sanotaan nyt suoraan.

Voiman ja vastavoiman laki on kiistelemätön. Samoin liikemäärän säilymislaki.

Jos jotain menee ylös, jotain on tultava myös alas samassa suhteessa.

Siipi tuottaa ylöspäin suuntautuvan voiman lentokoneelle. Tämän se tekee kohdistamalla ilmamassaan alaspäin suuntautuvan voiman, jolloin ilmamassa suuntaa vastakkaisvoiman siipeen.

Käytännössä tämä tapahtuu niin, että siipi muuttaa ilmavirtauksen suuntaa hiukan.

Tämä on kaikkein yksinkertaisin ja toimivin selitys nosteen synnylle. Bernoullin ilmiöllä voidaan analysoida nostetta kyllä, mutta jää huomaamatta se, että paineen vaihtelut ovat enemmänkin seuraus kuin syy nosteelle. Minkä tahansa nostetta aiheuttavan kappaleen yläpuolelle muodostuu alipaine ja alapuolelle ylipaine, mutta loppupeleissä siiven tuottama noste vaatii aina alaspäin suuntautuvan vastavoiman - ilman poikkeuksia.

Siiven profiililla ei loppupeleissä ole nosteen tuottamisen kannalta juurikaan merkitystä; sen sijaan sillä on suuren suuri merkitys vastuksen tuottamisen kannalta. Hyvä siipiprofiili tuottaa samansuuruisen nosteen pienemmällä vastuksella kuin ladonovi, jolloin päästään lujempaa pienemmällä energiankulutuksella.

Capito tutto, perchè sono uno
Persona molto, molto intelligente...

-Quidquid latine dictum sit, altum viditur.

If you stare too long into the Screen, the Screen looks back at you.

Vierailija

http://www.ilmailutoimittajat.fi/seli/n ... synty.html
" 2. Newtonin nostovoimateoria
Tässä teoriassa oletetaan, että siipi aiheuttaa virtauksen kääntymisen siksi, että ilmavirtaus osuessaan siipeen kimpoaa takaisin alaspäin. Koska Newtonin lain mukaan jokaisella voimalla on samansuuruinen vastavoimansa, muodostuu lentokoneen siiven nostovoima tästä ilmiöstä. Teoria on nimetty Newtonin lain mukaan, vaikka Newtonilla ei ole tämän teorian synnyssä osaa eikä arpaa.

Teorian heikkoutena on se, että lentävästä siivestä mitatut voimat ovat ristiriidassa teoreettisten laskelmien kanssa. Toisekseen kuvatunlainen mekanismi ei sovi siihen miten neste todellisuudessa käyttäytyy.

Tämä teoria ottaa huomioon vain lentokoneen (siiven) nopeuden, ilman tiheyden sekä siipiprofiilin alapinnan muodon. Tällöin siiven yläpinnan muodossa ei pitäisi olla mitään vaikutusta siiven nostovoimaan. Jokainen erityyppisillä koneilla lentänyt lentäjä tietää, ettei asia kuitenkaan ole näin. Varsinkin purjelentäjä, joka tietää siiven yläpinnalle aukeavien lentojarrujen vaikuttavan huomattavalla tavalla siiven nostovoimaan. "

Olisiko sittenkin Newton ja Bernoulli yhdessä ja jotain muutakin?

Tuulitunnelit olisivat rahan ja vaivan haaskausta, jos virtaukset voiitaisiin laskelmin selvittää riittävällä tarkkuudella.

Volitans
Seuraa 
Viestejä10670
Liittynyt16.3.2005
tietää
Jokainen erityyppisillä koneilla lentänyt lentäjä tietää, ettei asia kuitenkaan ole näin. Varsinkin purjelentäjä, joka tietää siiven yläpinnalle aukeavien lentojarrujen vaikuttavan huomattavalla tavalla siiven nostovoimaan.

Lentojarrut lisäävät kohtaavan ilman pinta-alaa ja sitäkautta merkittävästä lisää ilmanvastusta.

Merkittävä vaikutus on myös siiven aiheuttamalla turbulenssilla, eli ilman pyörteilyllä, joka voi joko nostaa tai laskea nostovoimaa.

Heksu
Seuraa 
Viestejä5463
Liittynyt16.3.2005
Volitans
Lentojarrut lisäävät kohtaavan ilman pinta-alaa ja sitäkautta merkittävästä lisää ilmanvastusta.

Lentojarruja kutsutaan myös spoilereiksi (eng. spoil tarkoittaa pilaamista), ts. ne tärvelevät ilmavirran siiven yläpuolella ja seurauksena siiven "tehollinen pituus" pienenee. Lentojarrut eivät kuitenkaan jarruta purjelentokonetta, vaan niiden avaaminen voi konetyypistä riippuen jopa lisätä ilmanopeutta.

Nostovoiman alkuperästä puhuttaessa mainitaan usein mystinen sirkulaatio, joka ainakin itselleni oli pitkään suuri mysteeri. Miten siiven ympäri voi muka kiertää jokin ylimääräinen ilmavirta, jos koko ilmamassa virtaa kuitenkin siiven ohi? Nostovoiman synty avautuu ihan uudella tavalla, jos asiaa tarkastelee toisesta perspektiivistä, eli siten että ilmamassa pysyy paikallaan ja ohi kulkee kohtauskulmallaan ilmamassaa lanaava siipi. Esimerkiksi tällä sivullaasia on selitetty sangen kansantajuisesti. Siipi yksinkertaisesti siirtää ilmamassaa alaspäin ohi kulkiessaan.

Vierailija

Mitenkä tähän liittyvät potkurikoneiden aina vaan tehokkaammat moottorit ja/tai useammat lavat roottoreissa? Eikös viimeisimmissä roottoriviritelmissä ollut jo kahdeksan siipeä?

Herra Tohtori
Seuraa 
Viestejä2613
Liittynyt18.3.2005

Uusimmissa potkuriviritelmissä on kyllä aika paljon enemmän lapoja.

Ja niin... ilmajarrut purjelentokoneissa vaikuttavat siten, että noste pienenee huomattavasti. Tällöin voidaan kohottaa kohtauskulmaa nostamatta korkeutta, jolloin vastus kasvaa huomattavasti, ja ilmanopeus laskee tällaisen tien kautta.

Matkustajakoneissa siiven yläpinnalta nousee huomattavan suuria reikälevyjä pystyyn, ja ne vaikuttavat tosiaan laskukiidossa suoraan poikkipinta-alaa lisäämällä nopeutta hidastavasti.

Tuo "ilmavirran lanaaminen" on aika kuvaava tapa sanoa mitä tapahtuu. Siipi heivaa tietyn ilmamassan alemmas kuin missä se alun perin oli, ja saa itse impulssia ylöspäin.

Ylipaine ja alipaine ovat siis enemmänkin seurauksia kuin syitä tälle ilmiölle, kuten sanottua.

Capito tutto, perchè sono uno
Persona molto, molto intelligente...

-Quidquid latine dictum sit, altum viditur.

If you stare too long into the Screen, the Screen looks back at you.

Vierailija

Hmm... aivan totta, en tullutkaan ajatelleeksi turbiinimoottoreita. Mutta onko työntövoiman periaate oikeastaan (lapojen kannalta) sama?

Heksu
Seuraa 
Viestejä5463
Liittynyt16.3.2005
Herra Tohtori
Ja niin... ilmajarrut purjelentokoneissa vaikuttavat siten, että noste pienenee huomattavasti. Tällöin voidaan kohottaa kohtauskulmaa nostamatta korkeutta, jolloin vastus kasvaa huomattavasti, ja ilmanopeus laskee tällaisen tien kautta.

No itse asiassa yritin kyllä sanoa, ettei purjelentokoneen ilmajarruilla edes yritetä laskea ilmanopeutta. Niillä kontrolloidaan laskussa yksinomaan koneen vajoamista ilmanopeuden pysyessä vakiona.

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat