Lentokoneen siipien noste

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Tästähän on virheellisiä teorioita joka suunnassa, Nasan sivuilla (http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/wrong1.html) on esillä tuo "yläpinnalla nopeammin" teoria. Tuolla on myös "skipping stone" teoria. Mikä on sitten oikein?

Googlella tulee melkein 2 miljoonaa hakutulosta, yksi niistä oli tämä: http://www.allstar.fiu.edu/aero/fltmidfly.htm

Tuo on siis Nasan vääräksi esittämä teoria.

Jos siiven pinta on välillä [0, 1] määritelty näin:
f(x) = 0.1*sin(pi*(exp(ax)-x*exp(a))

Nyt kun siiven profiili on tarkasti määritelty, sille voidaan (ainakin teoriassa) laskea nosteen. Jos a = -2, siiven muoto on ihan kivan näköinen. Siiven alapinta saa olla täysin suora. Jos siiven nopeus on ilmaan nähden 100 m/s, miten suuri noste tuosta aiheutuu? Kokoa voisi skaalata vaikka siten, että siiven leveys on metri ja paksuus 10 cm.

Tuloksena olisi tietysti noste / siiven pituus.

Sivut

Kommentit (86)

Vierailija

Lentokoneet pysyvät ilmassa, koska siivet painavat ilmaa alaspäin lentokoneen painoa vastaavalla voimalla. Ja suurin osa tästä ilman pystyliikkeestä johtuu siiven kohtauskulmasta.

Olen käsitellyt mm. tähän aiheeseen liittyviä virheellisiä käsityksiä kotisivuillani: vasemman reunan "Salattuja totuuksia" -linkki.

Ertsu
Seuraa 
Viestejä6541
Liittynyt8.11.2007
tkarttu
Lentokoneet pysyvät ilmassa, koska siivet painavat ilmaa alaspäin lentokoneen painoa vastaavalla voimalla. Ja suurin osa tästä ilman pystyliikkeestä johtuu siiven kohtauskulmasta.

Olen käsitellyt mm. tähän aiheeseen liittyviä virheellisiä käsityksiä kotisivuillani: vasemman reunan "Salattuja totuuksia" -linkki.


Tuo pitää paikkansa, mutta toinen yhtä tärkeä tekijä on siiven ylä- ja alapinnan välinen paine-ero.
Paine-eron aiheuttama noste on suoraan paine-ero kerrottuna pinta-alalla.

Vierailija
tkarttu
Lentokoneet pysyvät ilmassa, koska siivet painavat ilmaa alaspäin lentokoneen painoa vastaavalla voimalla. Ja suurin osa tästä ilman pystyliikkeestä johtuu siiven kohtauskulmasta..

Osittain, pelkästään tähän malliin perustuvalla siivellä olisi älyttömän kova ilmanvastus, ainakin alle äänennopeuden liikuttaessa. Ainakin ali-äänennopeudella tuo noste suurimmaksi osaksi perustuu juurikin tuohon yläpinnalla nopeammin virtaavaan ilmaan.

Siiven profiilin muotoilulla pisaranmuotoon, saadaan siis laskettua ilmanvasus minimiin.

Yli-äänennopeuksista en osaa sanoa mitään..

Vierailija
OzziXX
Osittain, pelkästään tähän malliin perustuvalla siivellä olisi älyttömän kova ilmanvastus, ainakin alle äänennopeuden liikuttaessa...

Siiven profiilin muotoilulla pisaranmuotoon, saadaan siis laskettua ilmanvastus minimiin.




Juuri näin. Pisaranmuotoa käytetään lähes ainoastaan virtausvastuksen minimoimiseen.

OzziXX
Ainakin ali-äänennopeudella tuo noste suurimmaksi osaksi perustuu juurikin tuohon yläpinnalla nopeammin virtaavaan ilmaan.

Ilma todella virtaa nopeammin siiven yläpinnan yli, mutta sen merkitys kokonaisnosteen kannalta on hyvin vähäinen. Siiven toiminta on kuvattu oikeoppisesti mm. täällä http://www.allstar.fiu.edu/AERO/airflylvl3.htm ja täällä
http://www.boeing.com/commercial/aeromagazine/aero_12/attack_story.html

Volitans
Seuraa 
Viestejä10670
Liittynyt16.3.2005

Siiven kohtauskulmasta se noste tulee. Nostetta syntyy tasaiselle levyllekin, kun siinä on kohtauskulmaa.

Lentokoneessa siiven kohtauskulmaa voidaan muuttaa korkeusperäsimen avulla - näin onnistuu myös selkälentokin - jonka pitäisi olla mahdotonta tämän virtausnopeuteen nojautuvan teorian perusteella.

Todellisuudessa siiven noste ei ole kuitenkaan helppo ilmiö, siihen vaikuttaa siipiprofiili, kulma ja virtauksen laminaarisuus.

Vierailija

Kiitoksia.. mutta osaako joku laskea kuvailemani siiven tuottaman nosteen? Haittaako se, että siiven etureuna on (noin) 45 asteen kulmassa pystysuoran sijaan?

Ajattelin huvikseni kokeilla mallintaa numeerisesti tuulen nopeuksia eri osissa, mutta mallista tulee varmaankin todella kehno. Pitää jostain etsiskellä materiaalia.

Herra Tohtori
Seuraa 
Viestejä2613
Liittynyt18.3.2005

Ylä- ja alapinnan välinen paine-ero tietty on se välitön mitattava siipeä ylöspäin työntävän voiman lähde, mutta laajemmasta näkökulmasta tarkasteltuna nuo samaiset paine-erot myös heivaavat siipeä ympäröivää ilmamassaa hiukkasen alaspäin, liikemäärän säilymislain mukaisesti. Alapuolella oleva ylipainealue pyrkii tasoittumaan sekä siiven suuntaan että alapuolisen ilmamassan suuntaan - jolloin siiven alapuolinen ilmamassa virtaa hivenen verran alaspäin - ja vastaavasti yläpuolinen alipainealue pyrkii täyttymään paitsi siiven suunnasta (jolloin siipi kuskoutuu ylöspäin), myös ylhäältäkäsin - jolloin yläpuolinen ilmamassa virtaa hivenen verran alaspäin kohti alipainealuetta.

Yksinkertaisimmin noste selittyy näin - siipi on muotoiltu siten että se kääntää ilmavirtauksen suuntaa alaspäin eli antaa ohivirtaavalle ilmamassalle tietyn liikemäärän alaspäin ja saa itse vastaavan liikemäärän ylöspäin. Ilmavirtauksen kääntyminen aiheuttaa yli- ja alipainealueita siiven ympärille, ja lentokoneen koordinaatistossa tarkasteltuna näiden painealueiden analysointi on helpoin tapa määrittää nosteen suuruus. Näitä puolestaan voidaan approksimoida Bernoullin yhtälön ja Venturi-ilmiön avulla, mutta osein unohdetaan että nämä ovat analysointivälineitä, eivät pohjimmainen syy aerodynaamisen nosteen olemassaoloon.

Pohjimmiltaan noste perustuu liikemäärän säilymiseen kuten kaikki muukin fysiikassa. Se miksi siipi on muotoiltu alapuoleltaan litistyneen pisaran muotoiseksi johtuu siitä että lentokonetta suunniteltaessa halutaan yleensä saavuttaa suurin mahdollinen noste pienimmällä mahdollisella vastuksella. On aivan mahdollista lentää siivellä jolla on symmetrinen sivuprofiili, mutta se tuottaa suhteessa enemmän vastusta tuottaessaan saman nosteen, kuin valmiiksi muotoiltu siipi joka tuottaa nostetta "suoraan" ilmavirrassa ollessaan.

Se miksi ilma kulkee nopeammin siiven yläpinnalla johtuu siitä että siipi kääntää ilmavirtausta, mikä aiheuttaa alipainealueen, mikä vaatii ilmaa kulkemaan nopeammin jotta termodynamiikan lait säilyvät voimassa. Kyseessä ei varsinaisesti ole sama ilmiö kuin kuristusputkessa tapahtuva virtausnopeuden kasvu ja paineen aleneminen (Venturi-ilmiö), koska kyseessä ei ole suljettu symmetrinen putki.

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.

teme
Seuraa 
Viestejä191
Liittynyt24.9.2005
Ertsu
tkarttu
Lentokoneet pysyvät ilmassa, koska siivet painavat ilmaa alaspäin lentokoneen painoa vastaavalla voimalla. Ja suurin osa tästä ilman pystyliikkeestä johtuu siiven kohtauskulmasta.

Olen käsitellyt mm. tähän aiheeseen liittyviä virheellisiä käsityksiä kotisivuillani: vasemman reunan "Salattuja totuuksia" -linkki.


Tuo pitää paikkansa, mutta toinen yhtä tärkeä tekijä on siiven ylä- ja alapinnan välinen paine-ero.
Paine-eron aiheuttama noste on suoraan paine-ero kerrottuna pinta-alalla.

Näin olen itsekkin käsittänyt eli molemmat vaikuttavat. Riippuen sitten tilanteesta kumpi enemmän.

Vierailija

En kiistä paine-eroja siiven eri puolilla. Juuri paine-erojen seurauksena ilma liikkuu alaspäin, minkä reaktiona on noste. Päinvastoin kuin yleisesti vielä uskotaan ja opetetaan - jopa tieteellisissä julkaisuissa, suurin osa tästä paine-erosta/nosteesta on kohtauskulman ansiota. Tyypillinen pienlentokone pysyisi ilmassa pelkästään siiven kaarevan yläpinnan tuottaman nosteen avulla vasta yli 600 km/h lentonopeudella. Tällöinkin ilma ohjautuisi vaakasuoran siiven jättöreunan jälkeen alaspäin (yläpinnan kaarevan muodon ansiosta).

Vierailija

Onko lentokone vaakalennossa paine-eron vai rekyylin takia ?

Voin kuvitella reikäisen siiven, jonka yli ei ole juurikaan paine-eroa. Esim sodissa niitä oli paljon. Silti lensivät.

Taipuuko siipi juuri niin paljon, kuin paine-ero -teoria edellyttää ?

Vierailija

Toivoisin edelleen jonkun esittävän laskelman määrittämäni siiven kantokyvystä, kun tuuli tulee vaakasuoraan x-akselin suunnassa. Tällöin kohtauskulma on nolla, eli kaikki voima aiheutuu tuosta paine-erosta.

Helposti kuvittelisi että paine kasvaisi siiven yläpinnalla, koska se joutuu pakkautumaan tiiviimmin kun siipi tulee tielle. Ilmeisesti ilma on lähes kokoonpuristamatonta niissä olosuhteissa?

Vierailija

Vaikka Newtonin toinen eli F=ma on oleellinen, ei Bernoullia sovi unohtaa,
virtauksen irtoaminen siivestä vaikkapa sakkauksessa todistaa tuon. Hyvä
esimerkki tästä on myös mm. venäläisten Su-47 "Berkutin" käyttämä FSW eli
eteenpäin käännetty siipi, joka sakkaa myöhemmin, koska virtaus pysyy
kiinni pidempään:

( Tietenkin sama mitä Busse sanoo, komukoiden on mitätöitävä
Busse ja puolue on antanut keskustelukiellon - no, vttu te pellet
mitään tiedä, menkää alakouluun !!! )

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat