Siiven nostovoima

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Kertokaan nyt asiantuntijat mitä tarkoittaa lentokoneen siiven nostovoima.

Jotkut artikkelit mainitsevat lyhyesti, että lentokoneen siipi on laite, joka taittaa ilmavirtausta alaspäin? Onko tästä mitään kansanomaista selitystä olemassa? Mikä ihmeen sirkulaatio?

Nyt ei oikein riitä perusselitys, että lentokoneen kaarevan siiven yläpuolelle syntyy harvempi ilmakerros koska ilmalla on siellä pidempi matka kuin alapuolella. Sitten siipi yrittää muka nousta sinne ylöspäin. Nousta???
Mitä sitten tarkoittaa selitykset että siipi taittaa ilmavirtausta alaspäin?
Kitkalla ei kait tässä ole mitään merkitystä. Vai?

[size=75:2qbsn8iu](pakko saada tietoa, että uskaltaa nousta lentokoneeseen)[/size:2qbsn8iu]

Sivut

Kommentit (34)

Vierailija

Muistaakseni siivellä on useampikin erilainen "toimintatila", joka riippuu sen muodosta ja koosta, sekä pituudesta ja ilmanopeudesta.

Noste voi syntyä siitä paine-erosta, tai sitten siitä että siipi yksinkertaisesti painaa ilmamassaa alaspäin tarpeeksi suurella kohtauskulmalla, ja lisäksi on myös ns. coanda efekti, eli ilmasuihkun taipumus seurata kaarevaa pintaa koheesion takia, jonka ansiosta siiven yli virtaava ilma taittuu alaspäin.

Jokaisessa tapauksessa siipi ohjaa ilmaa ylhäältä alas ja saa nosteen sen seurauksena voiman ja vastavoiman lain mukaan.

Vierailija

Yksinkertaisesti siten, että ilma kulkee pidemmän matka siiven yli, kuin alitse. Nopeammin kulkeva ilma harvenee, ja varmaankin tiedät mitä tapahtuu kappaleelle, jos sen toisella puolella on pienempi paine kuin toisella puolella...

Lisäksi siiven (kohtauskulma?) "angle of attack" vaikuttaa nostovoimaan. Voit demonstroida laittamalla käden ulos auton ikkunasta. Pidä käsi vaakatasossa ja senjälkeen kääntele edestaas. Varo vastaantulevia autoja!

Siiven kohtauskulmaa säädellään peräsimellä, eli peräsimellä kammetaan koko kone sellaiseen kulmaan, että siivet muodostavat riittävästi nostetta.

Lisäksi laskusiivekkeillä saadaan suurennettua siipien pinta-alaa nousussa ja laskussa, jolloin voidaan lentää sellaisilla nopeuksilla, joilla kone muuten sakkaisi.

Jos palstalla on aerodynamiikkaosaajia, olisin kiinnostunut kuulemaan hyviä linkkejä aerodynamiikkalaskentaan ja -aiheisille sivuille.

Vierailija

NASA Glenin tutkimuskeskus on erikoistunut tällaiseen
tutkimukseen ja nettisivultaan löytyy kokonainen aarreaitta
siipeen liittyvää dataa. Yksinkertaistaen sanottuna, siipi
heittää ilmamolekyylejä ja niide re-aktiovoima aiheuttaa
nosteen, siipiprofiilin aiheuttamalla paine-erolla on toissi-
jainen merkitys.

Vierailija
Hannibal the kannibal
siipiprofiilin aiheuttamalla paine-erolla on toissi-
jainen merkitys.

Tuosta voidaan tapella pitkäänkin, joskin minulla ei ole siihen tarvittavaa tietoa.

Siipi kun käyttäytyy niin monella eri tavalla eri käyttötilanteissa. Ei voida sanoa mikä on ensisijainen ja toisisijainen, kun ei tiedetä missä ja minkälainen siipi siellä lentää.

Siipiprofiili mm. nostaa sen yläpuolella kulkevan ilman nopeutta, joka ilmavirtausten yhdistyessä siiven takana painaa virtauksen alaspäin ja täten ilmamassa liikkuu alas, vaikka siiven "pohja" on virtaukseen nähden täysin vaakasuorassa eikä sinänsä poikkeuta virtausta mitenkään.

Vierailija
Hannibal the kannibal
Yksinkertaistaen sanottuna, siipi
heittää ilmamolekyylejä ja niide re-aktiovoima aiheuttaa
nosteen, siipiprofiilin aiheuttamalla paine-erolla on toissi-
jainen merkitys.
Kerro lisää.

Volitans
Seuraa 
Viestejä10670
Liittynyt16.3.2005
ilesoft
Yksinkertaisesti siten, että ilma kulkee pidemmän matka siiven yli, kuin alitse. Nopeammin kulkeva ilma harvenee, ja varmaankin tiedät mitä tapahtuu kappaleelle, jos sen toisella puolella on pienempi paine kuin toisella puolella...

Höpöjä. Kohtauskulma on se, joka vaikuttaa. Suora levykin pyrkii nousemaan ilmaan, kunhan on kohtauskulmaa. Ilma kiitää silti samaa nopeutta tämän siiven ylä- ja alapuolilla. Koulussa jo kinasin tästä fysiikan opettajan kanssa, joka kivenkovaan väitti, että nostovoima syntyy siipiprofiilista, jolloin ilma kulkee eri nopeudella eripuolilla siipeä. Kinastelu päättyi, kun vein opelle näytiksi lennokin, jossa oli symmetrinen siipiprofiili.

Vierailija
Volitans
ilesoft
Yksinkertaisesti siten, että ilma kulkee pidemmän matka siiven yli, kuin alitse. Nopeammin kulkeva ilma harvenee, ja varmaankin tiedät mitä tapahtuu kappaleelle, jos sen toisella puolella on pienempi paine kuin toisella puolella...



Höpöjä. Kohtauskulma on se, joka vaikuttaa. Suora levykin pyrkii nousemaan ilmaan, kunhan on kohtauskulmaa. Ilma kiitää silti samaa nopeutta tämän siiven ylä- ja alapuolilla. Koulussa jo kinasin tästä fysiikan opettajan kanssa, joka kivenkovaan väitti, että nostovoima syntyy siipiprofiilista, jolloin ilma kulkee eri nopeudella eripuolilla siipeä. Kinastelu päättyi, kun vein opelle näytiksi lennokin, jossa oli symmetrinen siipiprofiili.

Taitolentokoneen siivessä ei kauheasti profiilia ole. Kone lentää raa'alla koneteholla ja siivet kauhovat ilmaa suurella kohtauskulmalla. Kevyen massansa ansiosta se voi tehdä vaikka mitä ihme temppuja. Voi melkein sanoa että siivet ovat toisisijaisessa merkityksessä sellaisen koneen lennossa

Sensijaan suuremmissa koneissa siipiprofiililla alkaa olla merkitystä ja niissä on lennon aikana melko pieni kohtauskulma. Ilmavirran poikkeuttaminen tapahtuu pääasiassa muulla periaatteella kuin pakottamalla se alas siiven pohjaa vasten. Mainitsinkin jo coanda-efektin ja virtauksen nopeuserojen synnyttämän suunnanmuutoksen.

Vierailija

Jos ette usko että tuolla profiililla on merkitystä, niin ottakaapa A4 arkki käteen niin että pidätte sitä kiinni yhdestä päädystä ja annatte sen taipua poispäin itsestänne että muodostuu kaari.

Kun paperin alapuolelle puhaltaa niin sen vapaana roikkuva pää nousee.

Mutta mitä tapahtuu kun puhaltaa paperin yläpuolelta hieman viistosti alaspäin. No sehän perkele nousee taas, vaikka järjen mukaan sen pitäisi painua alas!

Adheesio vetää ilman paperin pintaa pitkin alaspäin ja samalla luo nostovoimaa paperille.

Prkl kun menee sekaisin tuo adheesio ja koheesio. No tajuatte kuitenkin, että ne ilmamolekyylit hakeutuvat pinnan lähelle.

Vierailija

TUOSTA, onko vaikuttavampi Bernouilli vaiko Newtonin kolmas,
on kiistelty vuosisata. Kumpikin on oikeassa, riippuu siivestä
ja lentotilasta.

Mielenkiintoinen erikoisuus on tuo FSW eli eteenpän käännetty siipi,
jota mm. Sukhoi Su-47 kokeilee. Sillä n. 15% parempi nostovoima/
vastussuhde yliääninopeuksilla kuin "normaalilla" siivellä ja se sak-
kaa myöhemmin. Myös käännösmomentit ovat pienempiä.

JO sakemannit kokeilivat eräässä Junkers-mallissa ja jenkit DARPA-
projektissa.

Vierailija
Hannibal the kannibal
TUOSTA, onko vaikuttavampi Bernouilli vaiko Newtonin kolmas,
on kiistelty vuosisata. Kumpikin on oikeassa, riippuu siivestä
ja lentotilasta.

Mielenkiintoinen erikoisuus on tuo FSW eli eteenpän käännetty siipi,
jota mm. Sukhoi Su-47 kokeilee. Sillä n. 15% parempi nostovoima/
vastussuhde yliääninopeuksilla kuin "normaalilla" siivellä ja se sak-
kaa myöhemmin. Myös käännösmomentit ovat pienempiä.

JO sakemannit kokeilivat eräässä Junkers-mallissa ja jenkit DARPA-
projektissa.

Näinhän se on.

Mutta onko kuvia noista koneista?

Tuli mieleen tässä sivumennen se Israelilainen hävittäjä josta repesi koko siipi irti kesken harjoituslennon. En muista koneen mallia, mutta kylmäpäinen pilotti antoi lisää hanaa ja lensi vehkeen kotiin yhdellä siivellä. Siitä oli valokuvakin jossain.

Mikäs siinä lentäessä. Hävittäjän rungollakin on hieman nostetta ja kun korjaa asentoa sille puolelle missä on enemmän nostetta niin kone lentää suoraan.

http://www.youtube.com/watch?v=DT7DfS-9CFI&NR

Herra Tohtori
Seuraa 
Viestejä2613
Liittynyt18.3.2005

Yksinkertaisimmillaan nostovoima selittyy Newtonin toisen lain avulla. Jokaisella voimalla on vastavoima. Toisin sanottuna kun siipeen kohdistuu nostava voima, siiven on pakko kohdistaa johonkin alaspäin painava voima.

Tämä voima kohdistuu suureen ilmamassaan, siis siipi heivaa ison läjän ilmaa jonkin verran alaspäin ilmavirran läpi kulkiessaan.

Tätä ilmiötä voidaan helpoiten analysoida tutkimalla painetta, sillä luonnollisestikin kun ilmaa siirrellään syntyy paine-eroja - siiven yläpinnalle muodostuu alipaine kun siiven muoto kiskoo ilmaa ylhäältä alaspäin, ja alapinnalle muodostuu suhteessa yläpintaan korkeampi paine... tosin asia ei ole ihan niin yksinkertainen, koska ilmavirran kulku siiven välittömässä läheisyydessä nopeutuu siiven syrjäyttäessä ilmamassaa, jolloin sen paine laskee.

Itse asiassa siipeä ympäröivässä ilmassa on neljä painevyöhykettä; korkeapaine siiven johtoreunan ja jättöreunan kohdalla, voimakas matalapaine siiven yläpuolella ja heikompi matalapaine siiven alapuolella. Siipeen kohdistuvia voimia on usein helpointa analysoida paineen vaihtelua mittaamalla, mutta siitä sitten taitetaan useinkin peistä jotta aiheuttaako siipi painevyöhykkeiden kautta siihen vaikuttavan voiman, vai aiheuttaako siiven tuottama voima painevyöhykkeet.

Kumpikin näkemys on oikein, kunhan tajuaa vain että ilmamassa ei voi vaikuttaa siipeen ilman paineenvaihteluja (gravitaatio ei ole tässä tapauksessa merkittävässä asemassa, saatika sitten heikko ja vahva ydinvoima...) ja vastaavasti siipi ei voi vaikuttaa ilmamassaan tuottamatta paine-eroja ilmavirtaukseen. Toista ei voi olla ilman toista.

Yksinkertaisin selitys nosteelle on, että siipi antaa ohi kulkevalle ilmamassalle tietyn impulssin alaspäin ja saa itse vastakkaissuuntaisen impulssin ylöspäin. Jos nämä impulssit ovat yhtä suuret kuin painovoiman samassa ajassa lentokoneelle antama impulssi, lentokoneen nopeus korkeussuunnassa pysyy vakiona.

Helpoiten nosteen luonnetta voi tutkia ihan vesihanan alla. Lusikan profiili on aika hyvä keino tutkia missä asennoissa se tuottaa nostetta ja mitä se tekee veden virtaukselle. Huomataan että kun lusikan kupera puoli koskettaa vesivirtaa, vesi alkaa virrata lusikan kuperaa pintaa pitkin ja jättäessään lusikan alareunan jatkaa virtausta pinnan tangentin suuntaan. Tämä saa aikaan veden virtauksen suunnan muutoksen ja lusikkaan kohdistuu vastaavansuuruinen mutta vastakkaissuuntainen voima kuin mitä vaaditaan veden virtauksen muuttamiseen.

Lentokoneen siiven tapauksessa ilmavirran suunnan muutos ei ole näin suuri, koska siiven jättöreunalta alaspäin virtaava ilma törmää pian muihin ilmamolekyyleihin, ja tästä johtuen siiven aiheuttama muutos ilmavirran nopeuteen alaspäin ei ole suuren suuri, mutta se vaikuttaa varsin suureen määrään ilmaa.

Kuitenkin suurin osa niin kutsutusta downwash-ilmiöstä lentokoneiden tapauksessa ei sinänsä liity nostovoiman tuottamiseen vaikka onkin seuraus siitä. Se liittyy enemmänkin siipien kärkipyörteisiin, mutta se ei oikeastaan liity tähän aiheeseen joten ei siitä sen enempää.

Sirkulaatio liittyy siihen, että siipi aiheuttaa ilmavirtaan paljolti samoja asioita kuin pyörivä sylinteri. Niinpä siivellä voidaan katsoa olevan sama sirkulaatio kuin tietynlaisella pyörivällä sylinterillä.

Siipi tosin useimmiten tuottaa huomattavasti vähemmän vastusta kuin pyörivä sylinteri.

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
Herra Tohtori
Yksinkertaisimmillaan nostovoima selittyy Newtonin toisen lain avulla. Jokaisella voimalla on vastavoima. Toisin sanottuna kun siipeen kohdistuu nostava voima, siiven on pakko kohdistaa johonkin alaspäin painava voima.

Tämä voima kohdistuu suureen ilmamassaan, siis siipi heivaa ison läjän ilmaa jonkin verran alaspäin ilmavirran läpi kulkiessaan.

Tätä ilmiötä voidaan helpoiten analysoida tutkimalla painetta, sillä luonnollisestikin kun ilmaa siirrellään syntyy paine-eroja - siiven yläpinnalle muodostuu alipaine kun siiven muoto kiskoo ilmaa ylhäältä alaspäin, ja alapinnalle muodostuu suhteessa yläpintaan korkeampi paine... tosin asia ei ole ihan niin yksinkertainen, koska ilmavirran kulku siiven välittömässä läheisyydessä nopeutuu siiven syrjäyttäessä ilmamassaa, jolloin sen paine laskee.

Itse asiassa siipeä ympäröivässä ilmassa on neljä painevyöhykettä; korkeapaine siiven johtoreunan ja jättöreunan kohdalla, voimakas matalapaine siiven yläpuolella ja heikompi matalapaine siiven alapuolella. Siipeen kohdistuvia voimia on usein helpointa analysoida paineen vaihtelua mittaamalla, mutta siitä sitten taitetaan useinkin peistä jotta aiheuttaako siipi painevyöhykkeiden kautta siihen vaikuttavan voiman, vai aiheuttaako siiven tuottama voima painevyöhykkeet.

Kumpikin näkemys on oikein, kunhan tajuaa vain että ilmamassa ei voi vaikuttaa siipeen ilman paineenvaihteluja (gravitaatio ei ole tässä tapauksessa merkittävässä asemassa, saatika sitten heikko ja vahva ydinvoima...) ja vastaavasti siipi ei voi vaikuttaa ilmamassaan tuottamatta paine-eroja ilmavirtaukseen. Toista ei voi olla ilman toista.

Yksinkertaisin selitys nosteelle on, että siipi antaa ohi kulkevalle ilmamassalle tietyn impulssin alaspäin ja saa itse vastakkaissuuntaisen impulssin ylöspäin. Jos nämä impulssit ovat yhtä suuret kuin painovoiman samassa ajassa lentokoneelle antama impulssi, lentokoneen nopeus korkeussuunnassa pysyy vakiona.

Helpoiten nosteen luonnetta voi tutkia ihan vesihanan alla. Lusikan profiili on aika hyvä keino tutkia missä asennoissa se tuottaa nostetta ja mitä se tekee veden virtaukselle. Huomataan että kun lusikan kupera puoli koskettaa vesivirtaa, vesi alkaa virrata lusikan kuperaa pintaa pitkin ja jättäessään lusikan alareunan jatkaa virtausta pinnan tangentin suuntaan. Tämä saa aikaan veden virtauksen suunnan muutoksen ja lusikkaan kohdistuu vastaavansuuruinen mutta vastakkaissuuntainen voima kuin mitä vaaditaan veden virtauksen muuttamiseen.

Lentokoneen siiven tapauksessa ilmavirran suunnan muutos ei ole näin suuri, koska siiven jättöreunalta alaspäin virtaava ilma törmää pian muihin ilmamolekyyleihin, ja tästä johtuen siiven aiheuttama muutos ilmavirran nopeuteen alaspäin ei ole suuren suuri, mutta se vaikuttaa varsin suureen määrään ilmaa.

Kuitenkin suurin osa niin kutsutusta downwash-ilmiöstä lentokoneiden tapauksessa ei sinänsä liity nostovoiman tuottamiseen vaikka onkin seuraus siitä. Se liittyy enemmänkin siipien kärkipyörteisiin, mutta se ei oikeastaan liity tähän aiheeseen joten ei siitä sen enempää.

Sirkulaatio liittyy siihen, että siipi aiheuttaa ilmavirtaan paljolti samoja asioita kuin pyörivä sylinteri. Niinpä siivellä voidaan katsoa olevan sama sirkulaatio kuin tietynlaisella pyörivällä sylinterillä.

Siipi tosin useimmiten tuottaa huomattavasti vähemmän vastusta kuin pyörivä sylinteri.

NEWTONIN kolmas !

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat