Aerodynamik eller Flygningens grundprinciper. Ivan Hedin

Transkript

1 Aerodynamik eller Flygningens grundprinciper Ivan Hedin

2

3 m F a Newton: F = m x a

4

5 Bernoulli

6 Bernoulli forts.

7 Lyftkraft Newton: Kraft: F = m x a För varje kraft som verkar på en kropp, bildas en lika stor motriktad kraft. Bernoulli: Statiskt tryck + dynamiskt tryck = konstant

8

9 Vridande moment i vingen

10

11 Angle of Incidence

12 Anfallsvinkel

13

14

15 Vid stagnationspunkten är hastigheten noll och trycket som störst. En asymmetrisk vingprofil ger lyftkraft även om anfallsvinkeln är = 0.

16

17

18 (Lyftkraft) TOTAL REACTION (Resulterande kraft) (Motstånd) Resulterande kraften delas upp i: Lyftkraft, vinkelrät mot fria strömmande luften. Motstånd, parallellt med fria strömmande luften.

19 Lyftkraften är vinkelrät mot fria strömmande luften och motståndet är parallellt med fria strömmande luften oavsett anfallsvinkel.

20 Vingens buktighet (Camber)

21 Vingform - lyftkraft

22 Även en ladugårdsdörr flyger, men inte så bra.

23

24 Lyftkraftskoefficient (C L ) Max flygvikt Lägre flygvikt Anfallsvinkel

25 CL α

26 Lyftkraftsformeln L = C L X ρ V 2 X S 2 L : Lyftkraft C L : Lyftkraftskoefficient ρ : Densitet V 2 : Hastighet i kvadrat S : Vingyta (Surface)

27 Olika motstånd

28 Formmotstånd

29 Formmotstånd

30 Formmotstånd

31 Friktionsmotstånd

32 Omslagspunkt, separationspunkt och motstånd inom respektive strömningsintervall.

33 Friktionsmotstånd

34 Friktionsmotstånd

35 Interferensmotstånd

36

37

38

39 Inducerat motstånd

40 Inducerat motstånd

41 Inducerat motstånd

42 Inducerat motstånd

43 Åtgärder för minskat inducerat motstånd

44 Även vriden vingprofil minskar inducerat motstånd

45 Motstånd Formmotstånd Friktionsmotstånd Interferensmotstånd Vågmotstånd Inducerat motstånd 0-motstånd Totalmotstånd

46 Totalmotstånd

47

48

49 Rullmotstånd

50 Sidoförhållande Sidoförhållande = Spännvidd/Medelkorda

51

52

53 Avsmalnande vingar Tapered wings

54 Anfallsvinkel - fart

55 Stallhastighet - vikt

56

57

58

59

60 Stabilisatorstall

61

62

63 Höglyftanordningar Bakkantsklaffar (Trailing Edge Flaps) Utfällda bakkantsklaffar förskjuter lyftkraftcentrum bakåt. Ger ett nossänkande moment kring tyngdpunkten men kan mer än uppvägas av att ett ökat nedsvep träffar stabilistorn vilket ger ett noshöjande moment. Framkantsklaffar (Slats and Drooped Leading Edge Flaps)

64 Klaffläge - glidbanevinkel

65 Glidbanan oberoende av vikt

66 Bakkantsklaffar (Trailing edge flaps)

67

68 (Enkel klaff)

69 Klaff med spalt

70

71

72

73

74

75

76

77 Slats

78 Effekt av slat. Slat ger stor ökning av lyftkraft med liten motståndsökning. Tillför energi till vingens översida så att stallvinkeln kan ökas exempelvis från 15 till 22

79

80 Framkantsklaff ger liknande förbättring som slat och är särskilt lämplig för vingar med tunn högfartsprofil med skarp framkant. Vid höga anfallsvinklar har luften svårt att komma runt framkanten vilket leder till tidig separation.

81

82

83

84

85

86

87

88 Markeffekt

89 Markeffekt

90

91 Ground Effect

92

93

94 Vx och Vy

95

96 Cessna 172S Vx 62 knop Vy 74 knop V bästa glidtal 70 knop Vid motorstopp är tid till stall från Vy 5 s och ännu mindre vid Vx. Utfälld klaff förkortar tiden ytterligare. Sänk nosen omedelbart!!!

97

98 Tjänstetopphöjd och absolut höjd

99

100 Höjdroder

101 Stabilator Cessna Piper

102 Skevroder

103 Sekundär skevroderverkan

104 Differentialroder minskar sekundär skevroderverkan

105 Sidoroder

106 Sekundär sidoroderverkan

107 Aerodynamisk roderbalansering för att minska manöverkrafterna

108 Viktbalansering för att motverka roderfladder

109 Trimplåtar och trimroder Trimplåtar är endast omställbara på marken.

110 Fasta trimplåtar

111

112 Lättroder minskar manöverkrafter

113 Tungroder

114 Propellern Aerodynamik

115

116 Hastighetsfördelning utefter radien

117 Dragkraftsfördelning

118 Tordering nödvändig för att få konstant anfallsvinkel

119 Hastighetsvektorer

120 Anfallsvinkel och flyghastighet

121 Propellerverkningsgrad Propellerprofiler har liksom vingprofiler bäst verkningsgrad vid 3-4 graders anfallsvinkel.

122

123 Dragkraft

124 P-faktor eller P-effekt Flygplanet girar åt vänster pga. snedanblåsning av propellern i stigning. Nedåtgående bladet får större anfallsvinkel än uppåtgående.

125 P-faktor

126 Slipström Korkskruveffekt kring flygplankroppen

127 Motstånd vid motorstopp. En stillastående propeller ger 20 % bättre glidtal då den ger mindre motstånd än då den drar runt en motor som saknar drivkraft.

128 Observera att en roterande propeller är nästan osynlig. Livsfara att låta folk stiga in eller ur flygplanet med motorn igång.

129 Stall (överstegring) och vikning

130 Stall (överstegring) och vikning Stall uppstår när kritiska anfallsvinkeln överskrids oavsett vilken fart flygplanet har.

131 Stall (överstegring) och vikning Stall uppstår när kritiska anfallsvinkeln överskrids oavsett vilken fart flygplanet har. Vikning är den rörelse flygplanet beskriver efter stall, antingen rakt fram eller över ena vingen.

132 Urgång ur vikning

133 Urgång ur vikning Urgång rakt fram sker genom att minska anfallsvinkeln dvs. sänka nosen (minska lastfaktorn) och direkt öka motoreffekten för att minimera höjdförlusten. Viktigt med denna ordning!

134 Urgång ur vikning Urgång rakt fram sker genom att minska anfallsvinkeln dvs. sänka nosen (minska lastfaktorn) och direkt öka motoreffekten för att minimera höjdförlusten. Viktigt med denna ordning! Om ena vingen sjunker sänker man också nosen och neutralställer skevrodren för att sedan räta upp flygplanet när farten gått upp. Gir hävs med motsatt sidoroder. Motorpådrag efter behov. Se upp för fartöverskridande.

135 CL α

136

137

138

139

140 Avlösning med och utan motoreffekt.

141 Tordering av vingen för att stalla vid vingroten

142

143

144 Stallvarnare

145 Spinn Ett stabilt läge där innervingen är helt överstegrad och yttervingen delvis. I ett baktungt flygplan är det svårare, kanske omöjligt att häva en spinn beroende på att momentarmen mellan sidorodret och tyngdpunkten blir kortare.

146

147

148

149 Urgång ur spinn

150 1. Motorn i tomgång. Urgång ur spinn

151 Urgång ur spinn 1. Motorn i tomgång. 2. Fullt sidoroder motsatt rotationen. Skevrodret neutralt.

152 Urgång ur spinn 1. Motorn i tomgång. 2. Fullt sidoroder motsatt rotationen. Skevrodret neutralt. 3. Så snart sidorodret nått sitt ändläge skjut bestämt fram ratten tills stallen upphör.

153 Urgång ur spinn 1. Motorn i tomgång. 2. Fullt sidoroder motsatt rotationen. Skevrodret neutralt. 3. Så snart sidorodret nått sitt ändläge skjut bestämt fram ratten tills stallen upphör. 4. Bibehåll denna roderkombination tills rotationen upphör.

154 Urgång ur spinn 1. Motorn i tomgång. 2. Fullt sidoroder motsatt rotationen. Skevrodret neutralt. 3. Så snart sidorodret nått sitt ändläge skjut bestämt fram ratten tills stallen upphör. 4. Bibehåll denna roderkombination tills rotationen upphör. 5. När rotationen upphört, centrera sidorodret och gör en mjuk upptagning från dykningen.

155 Urgång ur spinn 1. Motorn i tomgång. 2. Fullt sidoroder motsatt rotationen. Skevrodret neutralt. 3. Så snart sidorodret nått sitt ändläge skjut bestämt fram ratten tills stallen upphör. 4. Bibehåll denna roderkombination tills rotationen upphör. 5. När rotationen upphört, centrera sidorodret och gör en mjuk upptagning från dykningen. 6. Om inget hjälper: Släpp spaken!

156 Dragkraftsfördelning

157 Planflykt Stigning Plané Sväng Kraftsamverkan

158

159

160

161

162

163 Lastfaktorn (g) Lastfaktor = Lyftkraft Massa (Flygplanvikt)

164 Sväng i planflykt kräver ökad lastfaktor.

165

166

167 Krafterna är alltid i jämvikt utom tillfälligt då man ändrar flygläge eller om flygplanet påverkas

168

169 Stallfarter Bankning (grader) Stallfart (Knop) Konditioner 0 45 Lätt lastad, flygning rakt fram Fullastad, flygning rakt fram Fullastad. Lastfaktor 1, Fullastad. Lastfaktor 1, Fullastad. Lastfaktor Upptagning med 3 g

170 Stall sker alltid vid samma anfallsvinkel oavsett fart och flygläge.

171

172 Markeringar för stallfart gäller bara vid fullast och 1 g.

173

174 Glidande sväng Kanande sväng Ren sväng

175

176

177

178 Rekommendation Portalbudskap: Håll tillräcklig fart i förhållande till lastfaktorn och flyg rent. Gör inga snäva svängar på låg höjd vid inflygning för landning. Tillåt päronsvängar istället för att brant kurva in direkt på centrumlinjen. Inga stilpoäng delas ut! Gör absolut inga flatsvängar med sidorodret.

179 Stabilitet

180 Statisk stabilitet

181 Dynamisk stabilitet

182

183

184 Neutral längdstabilitet

185 Dämpad längdstabilitet

186 Statisk längdstabilitet (kring tväraxeln) Krafter vid vindstöt underifrån

187 Vridande moment i vingen

188

189

190 Aerodynamiskt centrum, a/c Kring a/c är vridande momentet konstant vid normala anfallsvinklar. Lyftkraften placeras i a/c vilket förenklar stabilitetsberäkningar och används vid projektering av flygplan.

191 Stabilitet - tyngdpunktsläge I neutralpunkten sammanfaller lyftkraft och tyngdpunkt.

192 Statisk marginal

193

194 Statiska marginalen påverkar längdstabiliteten. Ökad statisk marginal ökar längdstabiliteten

195 Baktungt flygplan

196 Framtungt flygplan

197 Statisk girstabilitet Stabilitet kring giraxeln

198

199

200 Rollstabilitet Stabilitet kring längdaxeln

201

202

203

204 Klaffutfällning ökar Wing Downwash. Verkar noshöjande och kräver trimning mot nos-ner läge. Motverkas av att lyftkraftcentrum förskjuts bakåt vilket verkar nossänkande. Minskat motorpådrag sänker nosen och vice versa. Om flygplanet är rätt trimmat bibehålls farten i stort sett konstant. Utfällning av landställ verkar nossänkande

205 T-tail

206 Operativa begränsningar Kritiska farter Flyglägen som bör undvikas

207 Markeringar för stallfart gäller bara vid max last, 1 g och tomgång.

208

209

210 Reduced Weight

211

212 Denna information finns också skyltad på instrumentpanelen: V A 113 KIAS at 2550 lbs (See P.O.H.)

213 Tillåtna lastfaktorer Normal kategori: + 3,75 g och -1,5 g Utility (begränsad avancerad flygning): +4,4 g och -1,76 g

214 Startprestanda

215 Startprestanda

216 Startprestanda

217 Flyglägen som bör undvikas

218

219

220 Vingspetsvirvlar blir intensivare vid låga flyghastigheter. Ju tyngre flygplan ju större intensitet.

221 3 min

222

223

224 Sporrhjul

225

226 Tp Noshjulsförsedda flygplan har tyngdpunkten framför huvudstället vilket verkar upprätande vid sned sättning på rullbanan.

227 Vindupphållning vid taxning Skeva mot vinden Skeva mot vinden Skeva från vinden och spaken framåt. Skeva från vinden och spaken framåt

228 Sidvindslandning

229

230 Sidvindslandning med C172 enligt Cessnas POH Although the crab or combination method of drift correction may be used, the wing low method gives the best control. After touchdown, hold a straight course with the stearable nose wheel and occasional braking if necessary.

231

232 Sidvindslandningar BCL-D Start och landning får inte utföras, om sidvindskomposanten är större än den högsta tillåtna eller demonstrerade sidvind som anges i flygplanets flyghandbok. Hänsyn skall tas till vindbyar och aktuell bromsverkan. Om högsta sidvindskomposant ej finns angiven i flyghandboken skall den beräknas genom att värdet på flygplanets stallfart med vindklaffar fullt utfällda multipliceras med 0,25

233 Kommentar till BCL-D Att ta hänsyn till vindbyarna menas att man räknar med deras fulla värde. Max demonstrerad sidvindskomponsant finns skyltad på instrumentbrädan. För Cessna 15 knop och Piper 17 knop.

234 Blandat

235 Blandat Dubbel hastighet ger 4 ggr högre lyftkraft.

236 Blandat Dubbel hastighet ger 4 ggr högre lyftkraft. 10% förändrad flygvikt förändrar stallhastigheten med 5%.

237 Blandat Dubbel hastighet ger 4 ggr högre lyftkraft. 10% förändrad flygvikt förändrar stallhastigheten med 5%. 10% förändrad flygvikt ger 20 % förändrad rullsträcka.

238 Blandat Dubbel hastighet ger 4 ggr högre lyftkraft. 10% förändrad flygvikt förändrar stallhastigheten med 5%. 10% förändrad flygvikt ger 20 % förändrad rullsträcka. Motskeva vid sidvind för att hjälpa till att säkra kurshållningen på marken.

239 Blandat forts. Fulla vingtankar minskar påkänningar vid vingroten. Friktion - Gränsskikt

240 Ligger i sväng, låg fart, nära stall. En plötslig vindby uppträder. Om spin skall undvikas skall du: 1. Skeva kraftigt emot. 2. Skeva försiktigt emot. 3. Ge sidoroder 4. Minska lastfaktorn.

241 Nosens rörelse under stigning.

242