Seuraa 
Viestejä45973

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.

  • ylös 1
  • alas 0

Sivut

Kommentit (86)

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 
Viestejä7609
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.

Sisältö jatkuu mainoksen alla
Sisältö jatkuu mainoksen alla
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..

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

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.

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

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
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.

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).

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 ?

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?

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 !!! )

teme
Seuraa 
Viestejä191
msdos464
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?

Itse miellän tuon niin että jurkkä etureuna kyllä aiheuttaa paineen nousua ja tietysti vastusta mutta heti sen jälkeen alkaa laskeva reuna joka ikäänkuin pakenee ilmamassan alta ja massan hitauden takia ilmamassa ei pysy perässä ja aiheuttaa alipaineen siiven pintaan. Tuohon liittynee varmaan muutakin. Siiven nopeudella verrattuna väliaineen tiheyteen lienee myös merkitystä.

Ei se taida kuitenkaan näin yksiselitteistä vielä olla ja lienen muutenkin väärässä...

msdos464
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.

Kaunis siipiprofiilihan tuolla yhtälöllä piirtyy, valitettavasti vain ei riitä taidot eikä aika nosteen laskemiseen. Voisit kokeilla täältä löytyvää applettia, jolla voi itse kokeilla mm. siiven muodon, kaarevuuden, kohtauskulman, nopeuden vaikutusta nosteeseen. Aivan kuvaamaasi profiilia ei löydy, mutta ainakin sinne päin päästään.

tkarttu
msdos464
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.




Kaunis siipiprofiilihan tuolla yhtälöllä piirtyy, valitettavasti vain ei riitä taidot eikä aika nosteen laskemiseen. Voisit kokeilla täältä löytyvää applettia, jolla voi itse kokeilla mm. siiven muodon, kaarevuuden, kohtauskulman, nopeuden vaikutusta nosteeseen. Aivan kuvaamaasi profiilia ei löydy, mutta ainakin sinne päin päästään.

Likimääräisesti
Fnoste = Cnoste*0,5*ilmantiheys*nopeus^2*(siiven pinta-ala)
ja vastus samasta kaavasta, kun kerroin Cnoste korvataan Cvastus.
Cnoste riippuu kohtauskulmasta ja Cvastus myös siiven pituus leveys suhteesta. Cnoste voi olla noin 0,5, jolloin Cvastus hyvällä kapealla pitkällä siivellä voi olla jopa vain 0,015. Purjeveneen purje on huono ja Cvastus on noin 0,2, mutta huippulaatuisilla takiloilla paljon pienempi.

msdos464
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?


Ei kai tuosta nyt kukaan mitään helppoa laskelmaa pysty esittää. Jos oletetaan nopeuden olevan niin pieni, että virtaus on ensinnäkin laminaari ja toisekseen että virtaus ei niin sanotusti irtoa siiven yläreunan takaosasta (tai että sillä ei ole merkitystä), niin silloin voi käyttää ihan potentiaalivirtauksen teoriaa. Sitä käytetään kyllä melko yleisesti siipiprofiilien kantovoimakertoimien arviointiin. Siinä sinun mainitsemassasi profiilissa ongelmana on terävä kärki siiven tuloreunalla, joka kyllä nollakohtauskulmalla menettelee, mutta muutoin se aiheuttaa turbulentin irtoamisen siitä kohtaa, ja sen vaikutusta kokonaisuuteen en osaa arvioida.

Tehtävä ratkeaa asettamalla siipiprofiilin pinnalle pyörrejakauma ja ratkaisemalla pyörretiheys siten että pinnan normaalin suuntainen nopeus on nolla. Kyseessä on 2-d reunaelementtimenetelmä (BEM), joka on sinänsä aika yksinkertainen, mutta en tietenkään jaksa itse sellaista tähän hätään koodata. Eikä ole tarvettakaa, sillä sellaisia on jo olemassa pilvin pimein.

Tässä yksi oivallinen:
http://www.mathworks.com/matlabcentral/ ... tType=file
Se on siis MATLABiin tehty ohjelma.

Näin sen verran vaivaa, että tein haluamasi
f(x) = 0.1*sin(pi*(exp(ax)-x*exp(a)), jossa a = -2
mukaisen siipiprofiilin, joka näyttää tältä:
http://img2.freeimagehosting.net/uploads/4fa76b0708.jpg

jolle ohjelma ratkaisi nopeuskentän ja kantovoimakertoimen nollakohtauskulmalla:
http://img2.freeimagehosting.net/uploads/465a415cff.jpg
eli C_L = 0.39, joten siipi kantaa vaikka kohtauskulma on nolla.

ja tässä vielä kantovoimakerroin kohtauskulman funktiona

Kantovoiman saat laskettua kantovoimakertoimen määritelmästä: http://en.wikipedia.org/wiki/Lift_coefficient

Laitan tähän vielä sen profiilin jos joku sitä haluaa kokeilla. Se tulee tallentaa esim. msdos464.dat tiedostoon ..\Potential_Flow_Simulator\Airfoil_Coordinate_Files\Current_Files hakemistoon:
[code:12ey69tc]
msdos464
1.00 0.00000
0.95 0.00659
0.90 0.01362
0.85 0.02109
0.80 0.02899
0.75 0.03729
0.70 0.04592
0.65 0.05479
0.60 0.06374
0.55 0.07256
0.50 0.08094
0.45 0.08847
0.40 0.09463
0.35 0.09873
0.30 0.09997
0.25 0.09740
0.20 0.09004
0.15 0.07695
0.10 0.05745
0.07 0.04261
0.05 0.03148
0.04 0.02557
0.03 0.01945
0.02 0.01313
0.01 0.00664
0.00 0.00000
0.01 0.00000
0.02 0.00000
0.03 0.00000
0.04 0.00000
0.05 0.00000
0.07 0.00000
0.10 0.00000
0.15 0.00000
0.20 0.00000
0.25 0.00000
0.30 0.00000
0.35 0.00000
0.40 0.00000
0.45 0.00000
0.50 0.00000
0.55 0.00000
0.60 0.00000
0.65 0.00000
0.70 0.00000
0.75 0.00000
0.80 0.00000
0.85 0.00000
0.90 0.00000
0.95 0.00000
1.00 0.00000
[/code:12ey69tc]

Volitans
Seuraa 
Viestejä10670

Kannattaa myös muistaa, että lentokoneissa siiven paksuuteen vaikuttaa myös sen aiottu kestävyys. Siivessä on usein vielä polttoainetankit, jotta koneen painopiste ei muuttuisi polttiaineen kulutuksen mukaan. Laskutelineetkin pitää saada siiven sisälle ilmanvastuksen pienentämiseksi.

Tämä kaikki johtaa siihen, että siipi ei voi olla ideaalisen ohut.

Varsinkin yliäänennopeudessa siipiprofiilin paksuus muodostuu ongelmalliseksi - siksi keksittiin nuolikulmainen siipi, jolloin siiven profiilista tulee virtaviivaisempi ja siten vähemmän vastusta aiheuttava.

Sivut

Suosituimmat

Uusimmat

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Suosituimmat