SIL/FFF/Exp.&UL-kommittén. Aerodynamik – föreläsningsunderlag 23.10.2009/TB 1 AERODYNAMIK – BEGREPP OCH DEFINITIONER Aerodynamik är en vetenskap som undersöker de krafter som uppstår eller som förändras när: a) luft i rörelse träffar en fast kropp som hålls på plats b) en fast kropp rör sig i luften c) luftströmningar av olika egenskaper påverkar varandra Atmosfärens lägsta luftskikt där vi flyger benämns troposfären. De aerodynamiska krafterna beror på följande faktorer: lufttryck, uttryckt med symbolen ("P") = kraft / ytenhet temperatur, uttryckt med symbolen ("T") = rörlighet hos ämnets molekyler täthet, uttryckt med symbolen ("") = massa / volym ICAO:s standardatmosfär ICAO har upprättat vissa referensvärden som bildar den s.k. standardatmosfären (International Standard Atmosphere). Standardatmosfären utgör en jämförelsegrund i syfte att underlätta behandlingen av vetenskapliga och aerodynamiska mätresultat. 1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
- Lufttrycket är vikten av en luftpelare som befinner sig på en viss höjd.
- Standardatmosfärtrycket på MSL-nivån är 1013,25 hPa = 29,92 in Hg.
- Atmosfärtrycket avtar med tilltagande höjd
- Lufttrycket inverkar på luftens täthet - när trycket avtar, avtar tätheten
- På ca. 5,5 km:s höjd utgör trycket hälften av trycket på MSL-nivån
Temperaturen
Temperaturen kan uttryckas enligt olika mätskalor, t.ex:
isens smält- ICAO:s std vattnets temperatur temperatur kokpunkt
MSL
Celsius 0 C + 15 C +100 C
Fahrenheit +32 F + 59 F +212 F
Kelvin + 273 K + 288 K + 373 K
- Temperaturen avtar lineärt med tilltagande höjd enligt ISA-värdena. - Temperaturen inverkar på lufttätheten – vid stigande temperatur – avtagande lufttäthet
- Temperaturen har sjunkit till +5,09C = (-0,65C/100m.) då man nått en höjd om 5000 FT (enligt ISA-värdena)
Luft i viloläge åstadkommer ett jämnt tryck vinkelrätt mot alla ytor hos en kropp.
Detta tryck benämns statiskt tryck (p).
2) Dynaamiskt ”tryck”:
Dynamiskt tryck avser inte något tryck i egentlig mening, utan det är ett uttryck för luftens rörelseenergi.
Med dynamiskt tryck klargör man sambandet mellan tryckskillnader och energi, alstrad av luft i rörelse.
Det dynamiska trycket (q) dvs luftens rörelseenergi = ½ρ V 2 dvs hälften av luftens masstäthet gånger lufthastigheten i kvadrat
Av detta följer att även andra aerodynamiska krafter ökar i förhållandetill lufthastigheten i kvadrat.
Luftens rörelseenergi
Luft som befinner sig i rörelse åstadkommer lokala tryckskillnader då den träffar en fast kropp.
Det dynamiska ”trycket” d.v.s. luftens rörelseenergi kan mätas konkret först då strömningen stannats upp. Det dynamiska ”trycket” är i verklig-heten det uppmätta statiska trycket på respektive observationsställe.
Strömningen kring ett fast formstycke – luftmotståndet
Luftmotstånd förekommer i följande grundläggande former:
När en luftström passerar tätt intill ytan av en fast kropp och i dess längdriktning:
- tätt intill ytan kommer luftmolekylernas rörelser att avstanna.
- luftskiktet närmast ytan alstrar motstånd som påverkar hastigheten för följande luftskikt. - därpåföljande skikt rör sig under påverkan av föregående luftskikt, osv.
- på ett tillräckligt stort avstånd från ytan uppnås fri strömningshastighet.
- det skikt där stömningshastigheten är reducerad benämns gränsskikt.
Slutsatser av gränsskiktsteorin:
- gränsskiktet åstadkommer friktionsmotstånd
- tjockleken av gränsskiktet beror på hur slät kroppens yta är
- en skrovlig yta alstrar ett tjockt gränsskikt och ett högt friktionsmotstånd
- därför är det viktigt att vingen hålls ren (och fri från frost etc.)
- det är farligt att flyga med frostbeläggning på vingen – lyftkraftsbortfall!
Strömningens karaktär – 1) Laminär strömning
- Då strömningen är störnings- och friktionsfri kallas den laminär strömning
(Bland övriga begrepp kan nämnas medelkorda (MAC) och lyftkraftscentrum).
Definitioner: anfallsvinkel, vingkorda och linje för nollyftkraft.
Vingkorda = en rät linje som bildar ett så långt avstånd som möjligt mellan vingens framkant och bakkant.
Vingkordan är ofta referenslinje för bestämning av vingens anfallsvinkel.
En mer exakt utgångspunkt är profilens linje för nollyftkraft, dvs en tänkt rätlinje som visar vingens neutralläge i luftsströmmen när ingen lyftkraft uppstår
Anfallsvinkel = vinkeln mellan anströmningsriktning och (nollyftkraftslinje)
Strömningen runt vingprofilen och vingen – lyftkraften
- Lyftkraften har till sin främsta uppgift att upphäva tyngdkraften
- Lyftkraften uppstår huvudsakligen kring flygplanets vingar
- Därutöver kan roderytorna och flygkroppen alstra lyftkraft i någon mån
- Då vingen intar ett sådant läge att en anfallsvinkel bildas, alstras lyftkraft.
- när kantvirveln träffar marken ger den ett litet tillskott till vingens rekyl- kraft, vilket här kallas markeffekt.
- markeffekten uppträder omedelbart ovan markytan, i praktiken upp till ca 10 m höjd.
- till följd av markeffekten minskar flygplanets stallfart ”på konstgjord väg”.
- som följd av markeffekten förlängs utrullningen vid landning, särskilt med lågvingade flygplan
Var upphör markeffekten?
- markeffekten upphör på den höjd som motsvarar vingens spännvidd
- detta är en faktor som är ytterst viktig att beakta vid start och påbörjad stigning
- därför är en inledd stigning med brant stigvinkel i lågfart ytterst riskfylld!
Ett varnande exempel!
Om du tar till vana att flyga på det här sättet, gör du skrot av flygplanet inom kort… sannolikt vaknar du upp först på sjukhuset… eller så har du farit till sällare jaktmarker…
Förhållandet mellan lyftkraft och motstånd i rak planflykt
När man utvecklar lyftkraft, uppstår också luftmotstånd
3) Resultanten av lyftkraft och motstånd (luftkraften) R =
4) Dragkraften (rekylen) T
5) Tyngdkraftens delkomposant P
Lyftkraften är vinkelrätt riktad från flygbanan (eller från dess tangent):
Om flygplanet låg vertikalt i störtdykning skulle lyftkraften bli i stort sett noll.Dragkraften och luftmotståndet skulle närma sig varandra förutsatt att flyg-planet då skulle ha accelererat upp till sin teoretiskt maximala hastighet.
Krafter som inverkar på ett flygplan i sväng 1)
När man övergår från rak planflykt till horisontal normalsväng:
- strävar flygplanets massa att bibehålla sin kurs och hastighet.
27
R = RESULTANT AV LYFT-KRAFT OCH MOTSTÅND
L = LYFTKRAFT
P = TYNGDKRAFTENS DELKOMPOSANT SOM VERKAR VINKELRÄTT FRÅN FLYGBANAN
Ett kraftigare drag i spaken resulterar i en större totallyftkraft och därför övergår svängen i en stigande sväng
Lv = lodrät lyftkraftskomposant (i plansväng) L = total lyftkraft (i plansväng) Lt = vågrät lyftkraftskomposant (centripetalkraft) W = flygplanets vikt När Lv är lika stor som W, ligger flygplanet i en horisontalsväng.
När Lv’ är > W, är planet i en stigande sväng (samma radie och lutning)
Förhållandet mellan svänghastighet, lutningsvinkel och flyghastighet
Om man hade för avsikt att ändra kurs 180 i tomgångsplané (glidflykt)så att man förbrukar så lite höjd dom möjligt under manövern:
- skall man då göra en flack sväng eller svänga brant?
Med en mycket flack sväng:
gör man en jättestor halvcirkel och förbrukar alltför mycket höjd då planet sjunker betydligt till följd av den långa distansen =
dvs det blir ett ”misslyckat experiment” därför att man inte når dit man avsett…
Med en mycket brant sväng > 60:
kommer flygplanet att ”sluka” höjden snabbt även om sväng-radien är liten. Beakta dessutom risken för stall och spin – med ett sådant här tilltag hamnar du lätt i skogen.
En balanserad sväng med 45 lutning:
utgör teoretiskt optimal lutning om man håller en hastighet som svarar mot det bästa glidtalet multiplicerat med faktorn 1,2.
Håll dock därutöver .en tillräcklig hastighetsreserv.
En sväng med vilken annan lutning som helst förbrukar mer höjd under en kontinuerlig sväng..
FLYGPLANETS RODER OCH DERAS INVERKAN PÅ FLYGLÄGET -
Flygplanets tre axlar – tre referensplan
För att kunna studera förändringar i flygläget, relaterar man dem till flygplanets tre ”axlar”.
Detta åstadkommer en ”lyftkraft” som verkar vertikalt på stjärtpartiet. v
Piloten ”drar i spaken”. Manövern får höjdrodret att ändra läge.
När flygplanets stjärt trycks nedåt, stiger nosen samtidigt uppåt.
Flygplanet ändrar läge genom att vända runt tväraxeln som går genom tyngdpunkten..
Från cockpiten ser man hur planet ändrar flygläge genom att iaktta nosenshöjd mot horisonten.
Höjdrodrets uppgift är att reglera längdlutningen. Manövern åstadkommerockså aerodynamiskt motstånd.
Då man tar spaken åt sig, stiger nosen jämfört med horisonten och farten avtar, och omvänt: när man trycker spaken framåt sjunker nosen jämfört med horisonten och farten ökar.
Sålunda har höjdrodret direkt inverkan på flyghastigheten.
RODERVERKAN – Skevrodren (styrning av sidolutning)
Skevrodren är lagrade i bakkanten på respektive vinge.
När man ger skevroderutslag, förändras vingprofilens geometri så att den
34
TYNGDPUNKT
Kraften som höjdrodret åstadkommer, trycker ned flyg-
Det skevroder som har rört sig nedåt, bromsar mer än det som har rört sig uppåt.
Det skevroder som har rört sig nedåt bildar tillsammans med vingensprofil en större anfallsvinkel än det andra skevrodret.
En ökad välvning åstadkommer ett större aerodynamiskt motstånd
Detta får planet att gira runt lodaxeln, åt motsatt håll jfrt med lutningen.
Exempel
När man börjar luta flygplanet t.ex. åt vänster rör sig höger skevroder nedåt.
Det skevroder som är nedåtvänt, bromsar mer än det andra och resulterar i: att flygplanets nos samtidigt strävar att gira åt höger.
Flygplanets tendens att gira = skevoderbromsen hävs genom att samtidigtge fot åt det håll man för spaken.
Det skevroder som har rört sig nedåt (V) bromsar mer än det som har rört sig uppåt (H). Flygplanet börjar luta åt höger men nosen strävar att gira åt vänster.
Aerodynamisk balansering av roderytor
Pendelroder
Ett pendelroder består av en enhetlig roderyta som är en kombination av både stabilisatorn och rodret.
Luftströmmen som träffar den del av pendelrodret som befinner sig fram-för gångjärnslinjen, underlättar manövreringen av rodret.
Gångjärnslinjen går på ca. 1/4 avstånd mätt från framkanten av roderytan.
Fördelar: lägre tryck- och friktionsmotstånd och känsligare roderrespons.
Hornbalans
Ett annat sätt att balansera och underlätta manövreringen är att bygga ett utskjutande formstycke framför gångjärnslinjen hos ett konventionellt roder
Flygplanet skulle i annat fall kännas tungt att manövrera och kräva känn-bar fysisk ansträngning – detta gäller särskilt tunga flygplan.
Därför har man aerodynamskt balanserade roderytor hos en det flygplan.
Risker som aeroelastisk vibration medför
Farlig aeroelastisk vibration dvs roderfladder (eng. flutter) uppstår till följd av samverkan mellan aerodynamiska krafter och konstruktionsdelens elasticitet.
Varje konstruktionsdel har sitt givna specifika resonanstal.
37
gångjärnsslinje
roderyta
Aerodynamisk balansering med pendelroder och med hornbalans
ena skevrodret för att motverka propellerströmmens vridmoment.
Trimplåten är i allmänhet liten och kan justeras för hand.
Åtminstone tunga flygplan har trimroder som manövreras från cockpiten.
Trimroder som manövreras från cockpiten
S.g.s. alla flygplan har sådana trimroder som kan manövreras från cockpiten och som är infästa och lagrade i höjdrodrets bakkant, s.k. höjdrodertrim.
Med trimmen kan piloten trimma bort roderkrafterna så att flygplanet kan bibehålla sitt flygläge och sin hastighet utan att han skulle vara tvungen att kontinuerligt hålla spaken dragen eller tryckt.
För att underlätta manövreringen används också s.k. spiralfjädertrim.
Trimmen är nödvändig särskilt i snabba och tunga flygplan
När trimmen är rätt inställd blir manövreringen noggrannare och flygplanets hantering underlättas särskilt under landning.
Höjdrodertrimmens funktion och manövrering
Med trimroderutslag kan man partiellt förändra roderytans välvning.
Som följd av detta kommer trimmen att påverka höjdrodrets läge.
39
Trimroder som kanmanövreras från cockpiten
Trimplåt som kan justeras för hand: vänster skevroder och sidrodret
Trimrodret åstadkommer en liknande kraft som en spakrörelse skulle ge.
Trimmen manövreras så att man först väljer lämplig fart eller flygläge antingen med drag eller tryck i spaken, varefter man trimmar planet.
Stabilisator, höjdroder och trimroder i genomskärning. Bilden föreställer rodrens läge då flygplanet är trimmat för lågfart. (kraften som trimrodret åstadkommer, har vänt höjdrodret uppåt).
Man trimmar flygplanet genom att föra trimreglaget t.ex. bakåt om man vill avlasta den roderkraft som kräver drag i spaken.
Om man vill lätta på trycket på spaken, för man trimreglaget framåt. Trimreglaget är vanligtvis försett med följande text:
Nosen ned (trimma framåt) Stjärten ned (trimma bakåt)
I stället för trimspak används också trimhjul, trimvev eller tvåvägsavbrytare som manöveranordning beroende på konstruktionen.
Landningsklaffar, vingspalter och dykbromsar
Landningsklaffar
Landningsklaffarna är utfällbara aerodynamiskt utformade rektangulära bärytor som befinner sig vid vingarna bakkanterna, och som i utfällt läge
Vingspalterna på ett motorflygplan är oftast av automatisk typ, luftströmmen öppnar dem vid hög anfallsvinkel och de fälls också in när anfallsvinkeln minskar.
Vid flygning med stor anfallsvinkel är vingspalterna i öppet läge. Då styrs luftströmmen så att den hålls kvar på vingens yta.
När man flyger med öppna vingspalter har flygplanet har svaga stigprestanda.
Om ett ultralätt flygplan är utrustat med vingspalter, är de fast installerade i öppet läge.
Flygning med öppna vingspalter och med stor anfallsvinkel
Dykbromsar – (segelflygplan och motorsegelflygplan)
Med dykbromsarna reglerar man sjunkhastigheten och glidvinkeln.
Dykbromsarna ökar motståndet och försvagar vingens lyftkraft.
Med dykbromsarna kan man undvika överhastighet t.ex. i ovanliga flyglägen.
Med utfällda dykbromsar är flygplanets stallfart högre än med infällda bromsar.
Utfällning av dykbromsar bör ske försiktigt, särskilt i hög fart.
Låsningen av dykbromsarna bör kollas före start. . Undertrycket på vingens ovansida strävar att ”suga ut” olåsta bromsar med allvarlig incident som följd.
De vanligaste dykbromsarna är av s.k. Schempp-Hirth –typ eller spoilers.
Dragstång
Vingbalk Lagring i vingbalken
STALL OCH VIKNING – Allmänt
Stall är ett okontrollerat flygläge, där vingens anfallsvinkel är för stor:
- det aerodynamiska motståndet har ökat våldsamt.
- flygplanet förlorar lyftkraften nästan helt – med snabb höjdförlust. 43
Dykbromsar av Schempp-Hirth -typi öppet läge, vy från
Under stigning utvecklas stall i rask takt därför att flygplanet har redan då en hög anfallsvinkel – ju brantare stigningen är, desto högre är anfallsvinkeln.
I händelse av motorstörning bör man snabbt trycka ned nosen annars avtar farten varvid anfallsvinkeln antar sitt kritiska värde och flygplanet stallar.
Särskilt farligt är det att hamna i stall i en stigande sväng på låg höjd.
Stall under plané
Under plané kan stall uppträda förrädiskt utan tydliga kännetecken.
Om piloten koncentrerar sig ensidigt och för mycket på anflygningen, kan han instinktivt men utan avsikt ta åt sig spaken långsamt ända tills flygplanet stallar. Denna risk är stor vid tomgångsplané eftersom propellerströmmens förstär-kande effekt på stabilisator och höjdroder saknas.
Om planet stallar med högt nosläge och på tomgång, och man i misstag ger ordentligt gas,
kantrar flygplanet och går plötsligt in i störtspiral. – närmast till följd av propellerns vridmoment som överförs till flygkroppen.
Om flygplanet stallar och vill kantra, och om man försöker göra en korrigering med spaken åt motsatt håll, förvärras läget, eftersom det skevroder som har rört sig nedåt ökar vingens anfallsvinkel varför flygplanet är redo att gå i spin.
.
o
o
o o
Stall i rak flygning och upptagning
Upptagning ur stall i sväng
i princip på samma sätt som upptagning ur rak stall
anfallsvinkeln återställs genom att lätta på draget i spaken – med skevroder och sidroder centrerade
Oriktig upptagning ur stall i sväng leder lätt till spin!
Beskrivning av flygläget hos ett plan när det har gått i spin
Spin är ett okontrollerat flygläge, ett slags stall med flygplanet i autorotation.
Flygplanets nos pekar nedåt mot marken i ca. 45- 60 vinkel.
Längdstabilitet innebär att flygplanet är stabilt kring tväraxeln (nickande).
Det strävar tillbaka till sitt normala flygläge utan vidare dröjsmål, beroende på:
1 Flygplanets tyngdpunkt som inte får ligga för långt bak (oerhört viktigt).
2 Lyftkraftscentrets rörelser i vingarna. Även vingens tordering och pilform inverkar på detta.
3 Stabilisatorns yta och avstånd från tyngdpunkten. Stabilisatorns mon- teringsvinkel inverkar mera på flygplanets längdlutning än på stabiliteten. 4 Flygkroppen påverkas av aerodynamiska krafter. Förändring i flygläget kan få flygkroppens tryckcentrum att förflytta sig och påverka längdstabiliteten. Tyngdpunktsläget
Tyngdpunktsläget har avgörande betydelse för längdstabiliteten.
Längdstabilitet erhålls när tyngdpunkten ligger framför lyftkraftcentrum.
Stabilisatorns uppgift är att balansera flygplanet genom att sänka stjärten.
Ett flygplan som är lastat på det sättet förmår väl återställa sitt flygläge. Detta förutsätter att stabilisatorn har tillräcklig yta och aerodynamisk effekt.
Lyftkraft
Negativ lyftkraft Tyngdkraft
Statiskt och dynamiskt stabil.i egenskap
52
Det är lätt att lära sig att flyga och det är cool!
Höjdrodret på ett framtungt flygplan förlorar sin effekt innan planet stallar. Noshjulet får den första markkontakten med studsar som följd.
Kursstabilitet (Directional Stability)
Med kursstabilitet avses flygplanets tendens att bibehålla sin styrkurs.
På detta inverkar flygkroppens sidoytor och fenans avstånd från tyngdpunkten.
Om den sidkraft som får planet att gira och som verkar bakom tyngdpunkten, är större än kraften framför densamma, strävar planet tillbaka till sin styrkurs.
Fenans huvuduppgift är att garantera tillräcklig kursstabilitet.
En stor fena och ett stort sidroder kan erbjuda god kursstabilitet, men planet kan bli alltför sidvindskänsligt vid landningen.
Tvärstabilitet = planet förmår återställa vingarna i horisontalläge.
Om planet börjar luta t.ex. åt vänster från rak planflykt, kommer den vänstra vingens effektiva anfallsvinkel att öka momentant under rörelsen i rollplanet.
När anfallsvinkeln ökar momentant, ökar också vingens lyftkraft momentant.
Denna kraft som motverkar lutningen, verkar endast under rörelsen i rollplanet.
Inverkan av vingens V-form
Tvärstabilitet kan förbättras med positiv V-form, där vingspetsarna ligger högre än vingroten.
När planet lutar, börjar det kana i lutningsriktningen. Luftströmmen träffar planet då både framifrån och snett underifrån och från sidan.
Den lägre vingen vars relativa spännvidd blir större, ger mer lyftkraft än den övre vingen.
Pendelstabilitet
Pendelstabiliteten beror på att vingarna ligger högre än planets tyngdpunkt.
Ett högvingat flygplan som börjar luta, återställer läget till följd av att tyngd-punkten strävar tillbaka till sitt ursprungliga läge.
När planet lutar, börjar det kana varvid luftströmmen träffar flygkroppen en aning sidledes.
Den del av flygkroppen som befinner sig ovan tyngdpunkten, bildar den största delen av sidoytan.
Denna del av flygkroppen kommer härvid att ta emot den största delen av det tryck som kommer sidledes, vilket får planet att återta horisontalläget.
Hur positiv pilform inverkar på tvärstabiliteten
Om planet börjar luta t.ex. åt vänster, börjar det kana i lutningsriktningen.
Luftströmmen träffar då framkanten på den vänstra vingen i en brantare vinkel än på den högra.
Till följd av detta kommer den relativa anfallsvinkeln och spännvidden på den vänstra vingen att bli större varför den ger större lyftkraft än den högra.
SEKUNDÄRA EFFEKTER AV TVÄR- OCH KURSSTABILITET – Förhållandet mellan tvär- och kursstabiliteten
När ett kursstabilt flygplan börjar luta, strävar det att kana i lutningsriktningen och samtidigt börja planet också gira åt samma håll.
Förändringen av styrkursen åstadkommer en gir runt lodaxeln, som resulterar i att den högre vingen utvecklar mer lyftkraft (av hastighetsskillnaden).
Om vingen har V-form har den lägre vingen i detta läge en högre anfallsvinkel än den högre. Härvid uppstår två motsatta effekter:
1 Då flygplanet kanar, strävar kursstabiliteten att öka hastigheten i giren som övergår i en sväng som i sin tur sänker nosen eftersom vertikalaxeln lutar.
2 Tvärstabiliteten strävar däremot att få vingarna att återta horisontalläget.
Förhållandet mellan tvär- och längdstabiliteten
Om flygplanet har god längdstabilitet och svag tvärstabilitet:
- strävar planet att öka lutningen och sänka nosen kontinuerligt - som följd av detta kan planet gå i störtspiral utan pilotens medverkan- härvid har planet svag spiralstabilitet.
Motsatsen till detta är en s.k. Dutch Roll tendens dvs svag kursstabilitet: (Dutch-roll –rörelser bör alltid undvikas).
- flygplanet kanar i lutningsriktningen men girar åt motsatt håll. - flygplanet ändrar lutning växelvis åt ena hållet och det andra. - nosen svänger (girar) samtidigt åt motsatt håll
Hur flygplanets gir inverkar på lutningen
Om man med sidrodret tvingar planet att gira runt sin lodaxel:
- börjar det till följd av inertiakraften kana utåt i giren - Kanandet utåt giren resulterar i ökad lyftkraft åt den vinge som ligger framom
den andra till följd av V-form, positiv pilform eller pendelstabilitet.- Detta åstadkommer ett rollmoment som tenderar att lyfta på den vinge som
ligger framom den andra och sålunda avbryta giren. Å andra sidan girar planet momentant också kring sin lodaxel, varvid:
- girens yttervinge rör sig snabbare och ger mer lyftkraft än den andra. - beroende på kursstabiliteten hålls planet i kurs eller så girar det i den riktning
planet kanar.
Kurs- och tvärstabilitet vid ingång i svängar
Om kursstabiliteten är svag och tvärstabiliteten god:
- om man enbart ansätter sidroder, påbörjar planet en gir och kanar utåt giren. - flygplanet börjar luta i girens riktning till följd av V-formens inverkan.- flygplanet inleder en sväng utan skevroderutslag
Om kursstabiliteten är god men tvärstabiliteten svag:- om man enbart ansätter skevroder får man planet att luta - kursstabiliteten försätter flygplanet i vingglidning - flygplanet påbörjar en sväng utan tillhjälp av sidrodret (Då man konstruerar flygplan strävar man efter både kurs- och tvärstabilitet).
Tyngdpunktsläget bör beaktas vid manövrering av flygplanet på marken.
Ett högt tyngdpunktsläge i förening med ett landningsställ som har smal spår-vidd, innebär en risk för planet att kantra till följd av girar vid taxning.
Som följd av detta kan flygplanet göra en s.k. ground loop. eller om situationen förvärras, kan planet slå runt via markkontakt med nos och vingspets.
Ett lätt flygplan med effektiv motor kan plötsligt gira av banan i starten om man ger fullgas för snabbt propellerströmmens vridmoment ”får övertaget” över sidrodereffekten.
Ett högvingat flygplan eller en stor V-form kan göra planet sidvindskänsligt.
Lågt tyngdpunktsläge och stor spårvidd minskar risken att kantra på marken.
Flygplan med sporrhjulsställ tenderar att gira av banan till följd av slarvig manövrering vid utrullningen efter landningen.
Hos dylika flygplan ligger huvudstället framför tyngdpunkten.
Om flygplanets nos pekar något åt sidan under en sidvindslandning, kommer planets tyngdpunkt att sträva förbi mittpunkten av huvudstället, vilket medför risk för en oavsiktlig gir eller avkörning från banan
FLYGPLANSPROPELLRAR
Propellerns geometri och rörelsebana
Flygplanets propeller fungerar på sätt och vis som en roterande vinge.
Propellerbladets genomskärning har formen av en vingprofil.
Rörelsebanan är skruvformad i luftströmmen som löper igenom propellern.
Den vinkel som propellerblades profil bildar med rotationsplanet, benämns bladvinkel.
Vinkeln vid rotprofilen är större än spetsprofilen
Propellerbladets tordering
I propellerns centrum monteras ofta en spinner för att minsa motståndet. Luftströmmen träffar propellerns centrum rakt framifrån, dvs anfallsvinkeln är där 90º.
Ju längre man förflyttar sig mot bladspetsen, desto lägre blir bladvinkeln.
Propellerbladet är torderat (vridet) i syfte att få alla bladprofiler att anta i stort sett samma anfallsvinkel i förhållande till luftströmmen.
Med en dylik tordering försöker man få propellern som helhet att fungera så effektivt som möjligt.
När propellern gör ett varv, rör sig kordan för varje profil både i kordans och i propellerns rotationsplan en viss sträcka. Denna kallas geometrisk stigning.
Bladvinkeln = vinkeln mellan profilkordan och rotationsplanet.
Anfallsvinkel = vinkeln mellan profilkordan och anströmningsriktningen. (anfallsvinkeln är under flygning mycket mindre än bladvinkeln).
Effektiv stigning = den sträcka som propellern i verkligheten avancerar / varv.
Experimentell stigning = den sträcka propellern skulle avancera under ett varv i ett sådant läge att den varken skulle dra eller bromsa, t.ex. i plané (glidflykt).
Propellerns slip = skillnaden mellan experimentell och effektiv stigning.
Variationer i propellerns dragkraft
Propellern utvecklar dragkraft vid start, stigning eller planflykt.
Om man minskar gasen och övergår till glidflykt som blir allt brantare, kommer propellern i något skede att utveckla varken dragkraft eller bromskraft.
Om glidbanan ytterligare blir brantare, börjar propellern småningom bromsa.
Propellertyper med olika stigning
Olika propellrar har olika stigning beroende på deras användning.
En propeller för distansflygning har stora bladvinklar och är effektiv i hög fart.
En bogserpropeller har flacka bladvinklar och är effektiv i lågfart. Den ger god dragkraft i start och stigning.
LASTFAKTORN OCH FLYGMANÖVRAR
Hur man beaktar konstruktionstekniska krav
Strukturhållfastheten för ultralätta flygplan är fastställda i kraven enligt JAR-22.
Dessa krav har upprättats för normal flygverksamhet, varför avancerad flyg-ning inte är tillåten enligt dessa minimikrav, där strukturernas hållfasthet för flygmanövrar åtminstone bör nå upp till följande gränsbelastningsvärden:
positiv lastfaktor om 3,8 g, ochnegativ lastfaktor om 1,5 g.
Under flygning utgör lastfaktorn (g) relationen mellan lyftkraft och totalvikt.
Därutöver bör hållfastheten uppnå kraven i JAR-22 beträffande belastning i vindbyar. I planeringen av konstruktionerna bör också beaktas de i JAR-22 fastställda säkerhetsfaktorerna. (I allmänhet är hållfastheten beräknad enligt en säkerhetsfaktor om 1,5).
Lastfaktorerna är specificerade för manövergränserna och max. tillåten fart.
Gränsbelastningsvärden för manövrering och belastning i vindbyar
Konstruktionen bör hålla största förväntade belastningar, dvs. gränsbelast-ningsvärdet utan att strukturen antar några permanenta formförändringar.
Gränsbelastningsvärdet är den största belastning som förutsätts kunna upp-stå under flygmanövrar. Eventuell formförändring upp till gränsbelastnings-värdet får inte medföra olägenheter (risk) för betryggande bruk av flygplanet.
Brottgränsen utgör gränsbelastningen multiplicerad med säkerhetsfaktorn som bör uppgå till minst 1,5 om inte något annat har fastställts.
Det är synnerligen viktigt att man beaktar flyghandboken / instruktionsbokens uppgifter om hur man lastar (och belastar) flygplanet. Dessutom bör man anpassa flyghastigheten och manövreringsstil till rådande förhållanden.
Flygning i byigt väder förutsätter framför allt sansad hantering och skälig fart. Det finns talrika exempel på hur flygning med överhastighet i byigt väder har fått flygplanet att kollapsa i luften.
Kurvor för gränsbelastning – kombinationer av fart och lastfaktor
De värden som fastställts för flygplan gällande begränsningar i form av kombi-nationer av fart och lastfaktor avbildas med kurvor över sådana gränsvärden.
Dessa kurvor har fastställts med både vindby- och manöverkriterier.
Uppgifterna därav har sammanställts i ett schema där den lodräta axeln motsvarar lastfaktorn och den vågräta axeln motsvarar flyghastigheten.
I kurvan över gränsvärdet är linjer insatt för vindbybelastning enligt följande:
- Gränsvärdekurvan för vindbybelastningar avser flygning med infällda klaffar;
- Flygplanet bör enligt planerad maxfart i byigt väder, tåla en vindby vars lod-räta fart kan uppgå till ±15 m/sek vinkelrätt i förhållande till flygbanan;
- I maxfart bör flygplanet klara av en vindby om 7,5 m/s (uppåt/nedåt);
För avancerade manövrar bör tillåten gränsbelastning = minst +3,8 ja –1,5g.
Exempel på ett gränsbelastningsdiagram inklusive vindbylinjer
I diagrammet uppvisas följande farter: VS = stallfart; VA = avancerad flygning (aerobatic) ; VC = fart i distansflygning (cruise) och VD = max tillåten fart i störtdykning (dive).
Operativa begränsningar enligt flyghandboken
I flyghandboken kan därutöver finnas uppgifter om begränsningar gällande osymmetriska flyglägen:
Dylika osymmetriska flyglägen belastar också flygplanets sidoytor.
Av andra begränsningar som hänför sig till belastning av planet kan nämnas:
- motorns torsions- och gyroskopkrafter,- belastning av manöversystem och roderytor, samt- belastning av landningsställ och flottörer
Begränsning av lastfaktorer vid olika klafflägen
Utfällning av landningsklaffarna medför momentant en ökning lyftkraften.
Hastighetsområdet flygning med utfällda klaffar har markerats med en vit båge på fartmätaren.
Förutom att iakkta tillåten hastighet är det dessutom viktigt att även flygläget är lämpligt för utfällning av klaff även om hastigheten i övrigt vore OK.
Under flygningen är det i allmänhet rekommendabelt att fälla ut klaff gradvis.
Förändringar i lastfaktorn i sväng och vid upptagning ur dykning
Emedan termik- o.a. vindbyar ibland överskrider 2 g i turbulens, är det skäl att anpassa flyghastigheten till rådande vädersituation.
Särskilt bör man undvika att överbelasta flygplanet vid upptagning ur brant dykning eller störtdykning.
Lastfaktorn växer om radien för flygbanan i sväng eller vid upptagning ur dykning minskas genom ökat drag i spaken.
Man bör också beakta att säkerhetsfaktorernan för ett äldre flygplan möjligtvis har ”förbrukats” så att de inte längre motsvarar faktorerna för ett nytt flygplan.
Hastighetsbegränsningar vid avancerad flygning
Hastighetsbegränsning vid avancerad flygning är relaterad till hållfastheten.
Denna omnämns i handboken men den är inte alltid markerad på fartmätaren.
Maxfart vid avancerade manövrar är den högsta tillåtna fart med fulla roder-utslag och snabb rodermanövrering.
Det är dock inte skäl att praktisera en dylik manövreringsstil.
Sådan hantering innebär ökad förslitning på flygplanet och det kan leda till oväntade situationer, dessutom är det inte förenligt med god pilotsed.
Man bör dock inte dra sig för att styra med kraftiga rörelser om situationen kräver det, men att hålla uppsikt på farten är i detta sammanhang lika viktigt.
Användning av dykbromsar – gäller segelflygplan och motorsegelflygplan
När man fäller ut dykbromsarna är det skäl att undvika alltför snabb utfällning.
För bruket av dykbromsar gäller hastighetsbegränsningar. Observera att dådykbromsarna är utfällda, är planets stallfart högre än när de är infällda.
Motorsegelflygplanet G109:s max tillåten fart med utfällda dykbromsar är 130 knop, men farten motsvarar också maxfart i vindstilla.
Vid kontroll före start bör låsningen av dykbromsarna kollas upp så att de inte kan slå upp av sig själv under flygningen.
ALLMÄNNA SÄKERHETSÅTGÄRDER UNDER FLYGNINGEN
För att flygläget skall väl hållas under kontroll, bör man trimma planet tillräck-ligt omsorgsfullt.
De operativa begränsningarna för ultralätta flygplan och motorsegelflygplan tillåter flygning endast i VFR under dagstid i icke isande förhållanden.
Dessutom bör man beakta skillnaden mellan verklig lufthastighet och indikerad fart om man flyger på avsevärd höjd.
Störtspiral (Spiral Dive)
Störtspiral är ett flygläge som helt avviker från spin.
Den tar sin början från en alltför stor lutning i en mycket brant sväng.
Oftast sker det när piloten förlorar sin lägesuppfattning i dåligt väder då lutningen i en brant sväng ökar snabbt. I en störtspiral ökar hastigheten våldsamt och alla roder har en kraftig och omedelbar effekt.
Innan man förlorar kontrollen över flygplanet bör man omedelbart vidta åtgärder för att återställa flygläget från en begynnande störtspiral.
Korrigering: 1) överlopps lutning bort. 2) försiktig upptagning, och 3) om flygplanet har dykbromsar öppnar man dem försiktigt med ett kraftigt grepp. Frost- och isbeläggning samt föroreningar – inverkan på flygprestanda
Många flygplan reagerar starkt på frost som avsatt sig på stabilisator och vingar.
T.o.m. ett tunt lager frost på vingen bildar en avsevärd riskfaktor och detta kan omöjliggöra starten.
Stallfarten tilltar märkbart och flygprestanda försämras i oroväckande grad.
Det har också hänt att frost- eller isbeläggning på stabilisatorns framkant har förorsakat störtdykning till följd av sk. stabilisator- eller roderstall.
Stabilisatorn har till uppgift att balansera flygplanet genom att trycka ned stjärten därför att tyngdpunktsläget ligger sig framför det område där lyftkraftscentrum i normala flyglägen befinner sig.
Om stabilisatorn förlorar sin effekt, går planet omedelbart in i störtdykning.
Piloten bör särskilt komma i håg att planets vingar, stabilisator och roderytor bör vara helt fria från frost och andra föroreningar. Detsamma gäller propeller- blad och spinner.
Observera: Piloten bör alltid vara medveten om att varje flygplansexemplar har sina särdrag och planet bör flygas på dess egna villkor.
BILAGA 1: Aerodynamiskt centrum och momentkoefficient
Bilden visar läget för det aerodynamiska centret (AC)
Längdlutningsmoment
När vingen utvecklar lyftkraft, uppstår förutom motstånd även en kraft som strävar att vrida runt vingen, dvs det s.k. längdlutningsmomentet som kan uttryckas: M = (½ ρ V2 ) * Cm, där (Cm) är profilens momentkoefficient.
Det aerodynamiskea centret = en upphängningspunkt för vingprofilen, där längdlutningsmomentet föblir konstant oberoende av anfallsvinkeln.
Läget för det aerodynamiska centret = i stort sett 25 % av vingkordans längd.
Med positiva anfallsvinklar är momentet i allmänhet negativt, dvs. det strävar att trycka flygplanets nos nedåt.
Momentkoefficienten är av viss betydelse för flygplanets längdstabilitet.
Ju mer progressivt momentkoefficienten minskar samtidigt som lyftkraft-koefficienten ökar, desto mer längdstabilt är flygplanet.
Bilaga 2: Lutningsvinkel, flyghastighet, svängradie och svänghastighet
Vid flygning i horisontalsväng
- med bestämd lutningsvinkel och - med bestämd flyghastighet, är