Turinys / T-1. Aerodinamika ir skrydžio dinamika

Bendroji aerodinaminė jėga | Slėgio centras ir aerodinaminis centras | Sparno profilis | Sparno geometrija | Atakos kampas | Smuka | Flateris | Autorotacija | Propeleris | Centruotė | Perkrovos | Skrydžio etapai | Skriejimas | Lėktuvo dalys, sistemos

Keliamoji sparno jėga

Kodėl lėktuvai, sklandytuvai skrenda ?

Virš sparno rodyklėmis pavaizduota susidaranti jėga, kurios dėka orlaivis sklendžia.

1.1. Bendroji aerodinaminė jėga.

Apibrėžimas, nuo ko priklauso, slėgio centras, Bernulio dėsnis, kaip skaidoma į keliamąją ir pasipriešinimo jėgas, jėgų koeficientai, formulės.

Aerodinaminės jėgos ir momentai kūno paviršiuje susidaro dėl dviejų pagrindinių priežasčių:

1. Oro srauto rekcija į sparno plokštumą, kaip veiksmas ir atoveiksmis. Reiškinys atitinka antrojo Niutono dėsnio sąlygoms. Inercinėje atskaitos sistemoje kūno judesio kiekio kitimo greitis yra proporcingas veikiančiai jėgai. F=m*a; F=m*v^2/Δt;

Oro masės veikia sparną jėga lygia oro masei judančiai greičiu v.
m = V*ρ
V - oro tūris
ρ - oro tankis

V = Q*Δt; Q - oro debetas
v - oro srauto greitis
Δt- laikas
S - sparno plotas
α - atakos kampas
S'=S*sinα
S'- sparno ploto vertikali dedamoji prie atakos kampo α
Q=S'*v
Sparną veiks srauto impulsas statmenai sparno stygai R=2*ρ*v²*S*sin²α

R=2*q*v²*Ssin²α

L - keliamoji jėgos atstojamoji;
Cl- keliamosios dedamosios keficientas;
D - pasipriešinimo jėgos dedamoji;
Cd- pasipriešinimo jėgos koeficiantas;

L=Cl*ρ*v²*S
D=Cd*ρ*v²*S

2. slėgio p pasiskirstymo sparno paviršiuje

Plačiau apie Bernulio dėsnį

Tose vietose, kur slėgis padidėjęs, vektoriai nukreipti profilio paviršiaus link, vektoriai nukreipti nuo profilio rodo išretėjimą.

Simetrinis profilis, atakos kampas 0°

Gaubtas profilis, atakos kampas 0°

Simetrinis profilis, atakos kampas 3°

Gaubtas profilis, atakos kampas 4°

Sparno keliamoji jėga ir dedamosios, išsidėsto analogiškai srauto atstojamosios atvejui

1. pav. sparno profilio sukeliamos jėgos.
c - profilio styga
R - profilį veikianti jėga
D - pasipriešinimo jėga, dedamoji
L - keliamoji jėga, dedamoji

Analogišgai keliamosios ir pasipriešinimo jėgų dedamosios skaičiuojamos tomis pačiomis išraiškomis:
L=Cl*ρ*v²*S
D=Cd*ρ*v²*S

Slėgio centras ir aerodinaminis centras

Profilio momento dydis ir kryptis priklausys nuo atskaitos taško vietos. Kai atskaitos taškas yra profilio priekyje, momentas yra neigiamas – veikia atakos kampo mažinimo krytimi. Kai atskaitos taškas yra profilio gale, momentas yra teigiamas – veikia atakos kampo didinimo kryptimi.
Galima rasti tokį atskaitos tašką, kuriame veikia tik keliamoji jėga, o momentas yra lygus nuliui. Slėgio jėgų atstojamosios jėgos veikimo taškas, kai atstojamasis momentas lygus nuliui, vadinamas slėgio centru.

Sparną veikia jėga ir momentas aerodinaminio centro atžvilgiu

Slėgio centro vieta priklauso nuo profilio gaubtumo ir atakos kampo. Kai atakos kampas didėja, teigiamai gaubto profilio slėgio centras juda pirmyn Kai atakos kampas mažėja, slėgio centras juda atgal. Paprastai sparno profilio jėgas ir momentus vertiname fiksuoto taško atžvilgiu. Kiekviename profilyje ant stygos yra taškas, kurio atžvilgiu momentas yra pastovus ir vadinamas aerodinaminiu centru. Aerodinaminis centras yra arti stygos ketvirčio.

1.2. Sparno profilis

Apibrėžimas, profilių rūšys, pagrindiniai parametrai, poliarė.

2. pav. sparno profilis.
c - profilio styga
T - profilio aukštis
t=T/c - santykinis profilio storis
Xt - dižiausio storio vieta , atstumas nuo profilio priekinės briaunos
Linija, vienodai nutolusi nuo apatinio ir viršutinio kontūro, va- dinama vidurine profilio linija
F - profilio gautumas
Pasipriešinimo jėgos ir keliamosios jėgos priklausomybės kreivė vadinama poliare.

Cd = 2

Cd = 1.2

Cd = 0.12

Keliamosios Cl(α) ir pasipriešinimo Cd(α) koeficientų priklausomybė nuo atakos kampo α vadinama Poliare

1.3. Sparno geometrija

Apibrėžimas, proilgis, forma (plane), sparno “V”.

Išilginis sparno strėliškumas įtakoja orlaivio pastovumą išilginės ašies atžvilgiu

Stačiakampės, trapecinės, geometrijos sparnai demonstruoja gerasias svybes mažų greičių diapozonuose. Trikampiai, strėliški sparnai išlieka stabilūs plačiame sparno slėgio pokyčio diapozone, kas aktualu didelio greičio atveju. Ypatingą vietą sparno aerodinamikoje užima elipsinis sparnas. Viena iš elipsinio sparno ypatybių yra ta, kad jame atskirų pjūvių keliamosios jėgos koeficientas yra pastovus beveik iki pat sparno galo.

Sparno keliamosois jėgos pasiskirstymas priklausomai nuo sparno geometrinės formos

Oro srautas po sparnu, dėl didesnio slėgio, apteka sparną per jo galus į virštinę sparno dalį, sukeldamas srauto sūkurį. Skirtingais greičiais judančio oro srautai sukuria indukcinį pasipriešinimą.

Didėjant sparno proilgiui, indukcinio pasipriešinimo koeficientas mažėja. Sklandytuvai konstruojami didelio proilgio sparnais, kad sumažinti šį pasipriešinimą.

Sparno proilgis yra lygus sparno mosto kvadrato ir sparno ploto santykiui A = b² / S

Dauguma šiuolaikinių lėktuvų yra su vertikaliais sparnų galiukais. Jie vadinami vingletais ir skirti mažinti indukcinį pasipriešinimą. Sparno galų paskirtį atlieka ir aptakios formos kuro bakai

1.4. Atakos kampas

Apibrėžimas, įtaka sparno aerodinamikai, kritinis atakos kampas.

Kampas tarp sparno profilio stygos ir sparną aptekančio srauto vektoriaus vadinamas atakos kampu α

Sparno profilio atakos kampas, profilį vekiančių jėgų kitimas. Didėjant atakos kampui didėja keliamoji jėga ir pasipriešinimo jėga.

Kritinis atakos kampas rodo keliamososios jėgos staigų mažėjimą.

1.4.1. Smuka

Srauto atitrūkimas didėjant atakos kampui.

Srauto atitrūkimas

Stačiakampio sparno srauto atitrūkimas prasideda nuo šaknis, kas leidžia išlaikyti orlaivio pavaldumą.

Trapecinių, strėlinių sparnų atveju srautas linkęs pradėti atplšti nuo sparno galų, kas pirmiausia pakenkia orlaivio pavaldumui

Viršijus kritinį atakos kampą, gali prasidėti smuka ir lėktuvo elgesys gali būti trejopas:

  1. lėktuvas gali parašiutuoti, t. y. skristi tiesiai virškritiniu atakos kampu;
  2. virsti ant sparno;
  3. virsti ant nosies.

Skrendant atakos kampu, artimu kritiniam, staigūs vairų atlenkimai yra pavojingi, nes gali prasidėti smuka. Ypač atsargiai reikia valdyti eleronais. Tuose sparno pjūviuose, kur eleronas atlenktas žemyn, kritinis atakos kampas sumažėja ir vietoj posvyrio į vieną pusę, lėktuvas gali nuvirsti į kitą pusę.

Smukos pradžios požymiai:

Smuką skatina ledas, šerkšnas ir sniegas sparno paviršiuje pakeičia (pablogina) sparno paviršiaus kokybę. Dėl to pasienio sluoksnis nuo pat sparno priekinės briaunos jau būna turbulentinis. Maksimali keliamoji sparno jėga tampa mažesnė, smukos greitis padidėja.

Taip pat atliekant manevrą, kai perkrovos koeficientas nelygus vienetui, smukos greitis didėja. Didėjant posvyrio kampui Φ viraže didėja ir perkrovos koeficientas.

Posvyrio įtaka smukos greičio padidėjimui viraže

Didėjant sparno atakos kampui srauto atitrūkimas prasideda tuose pjūviuose, kuriuose keliamosios jėgos koeficientas yra didžiausias.

Orlaivio plokštumų apledėjimas komplikuoa smukos indikacinių prietaisų veiksmingumą, didina iki 30 % smukos greitį už neapledėjusio lėktuvo smuką

Pagrindiniai veiksmai išeinant iš smukos: mažinti atakos kampą, eleronus laikant neutraliai, posvyrį koreguojant krypties vairu.

Kiekvieno orlaivio smukos greitis turi būti žinomas ir artėjimas prie smukos rėžimų privalo turėti piloto perspėjimo ar kitas priemones.

1.5. Flateris

Apibrėžimas, atsiradimo priežastys, pavojingumas, išvengimo metodai.

Flateris - (angl. flutter) - av. greitai didėjanti lėktuvo sparnų ar uodegos plokštumų vibracija, dėl kurios gali suirti vibruojančioji dalis ir baigtis lėktuvo avarija.

Orlaivio konstrukciniai įpatumai lemia polinkį flateriui. Dėl nepakankamo atskirų mazgų standumo, atsiranda virpesiai. Veikiant vienodo ar panašaus dažio virpesiams konstrukcija gali pradėti rezonuoti, ko pasekoje jos suirimas trunktų keletą sekundžių.

1.6. Autorotacija

Apibrėžimas, veikimo principas, pritaikymas praktikoje.

Savaiminis rotoriaus įsisukimas oro sraute. Besisukanti rotoriaus plokštuma sukelia keliamąją jėgą, analogiškai sparnui judančiam sraute.

Rotorius turi dvi ar daugiau menčių. Mentė - specifinis sparnas judantis apie tą patį rotoriaus sukimosi centrą

Rotoriai sraigtasparnių , malūnsparnių pagrindinės keliamosios jėgos sukūrėjai. Rotoriaus pagalba šio tipo orlaiviai sugeba sukurti vertikalią jėgą, kuri pakelia ar išlaiko orlaivį viename aukštyje.

Savirotacijos atveju rotorius tarnauja, kaip dinaminė lokštuma, kuri leidžia tokio tipo orlaiviui saugiai nusileist.

Malūnsparniai

1.7. Propeleris

Paskirtis, propelerių tipai, veikimo principas, pagrindiniai parametrai.

Propelerio paskirtis - variklio veleno galingumą paversti trauka, sukurti pakankamą trauką orlaiviui.

Fiksuoto žingsnio, pastatomo žingsnio, keičiamo žingsnio

Keičiamo žingsnio sraigtai:
Pastovaus greičio reguliavimo sistemos
Kontraversiniai, mečių persukimas atvirkščiu atakos kampu - efekltyvaus stabdymo būdas
Fliugerinę padėtį turintys propeleriai. Sraigto pasipriešinimas srautui variklio neveikimo atveju minimizuojamas pasukus mentes 90 kampu į srautą. Sklandytuvuose naudojami sudedami, užlenkiamomis mentėmis.

1.8. Centruotė

Apibrėžimas, įtaka skridimui, pasikeitimo priežastys, leistinos ribos.

Orlaivio masė ir centruotė yra labai svarbūs parametrai norint sėkmingai ir saugiai naudoti orlaivį. Nuo teisingai įvertintos orlaivio masės ir centruotės labai priklauso skrydžio saugumas. Pasislinkęs už leistinų ribų masės centras gali taip pabloginti orlaivio pavaldumą, kad orlaivis tampa sunkiai valdomas arba visai neįmanoma juo skristi. Taip pat neteisingas orlaivio pakrovimas blogina orlaivio manevrin-gumą, vertikalų kilimo greitį, kuro sąnaudas ir kitos charakteristikos. Jeigu orlaivis pakrautas taip, kad jo masės centras persikelia į priekinę orlaivio dalį, tuomet norint išlaikyti horizontalų orlaivio skrydį, gali-nės horizontalios plokštumos turės generuoti didesnes jėgas. Didesnės galinių horizontalių plokštumų jėgos sukuria didesnę pasipriešinimo jėgą, dėl to reikia didesnės variklio galios, padidėja ir kuro sąnaudos.
Geriausia, jei orlaivio masės centras yra arti arba sutampa su ke-liamosios jėgos centru. Tada užtenka minimalių valdymo plokštumų jėgų norint nuolat palaikyti horizontalią padėtį.

Orlaivio masė yra visų orlaivio konstrukcijos, mazgų, ekipažo, bagažo masių suma

Orlaivio suminės masės padėtis orlaivio keliamosios jėgos atžvilgiu sukuria sukamą momentą išilginės ašies atžvilgiu, kuria turi kompensuoti aerodinaminės plokštumos, aukščio vairai.

Nustatyti ir reguliariai patikrinti svorio centro teisingumą orlaiviai sveriami ir skaičiuojamas svorio centras.

Orlaivio viso svorio centro (SC) padėtis vidutinės aerodinaminės stygos (VAS) atžvilgiu išreikšta %. Paprastai centruotė būna 15% > Centruotė < 40%

Kad lėktuvas būtų statiškai stabilus, svorio centras turi būti prieš neutralųjį tašką.
Gamintojas nustato kiekvieno lėktuvo leistinas svorio centro ribas. Galinė leistina centruotė nustatoma iš stabilumo sąlygų. Priekinė leistina centruotė nustatoma pagal aukščio vairo efektyvumą ir maksimalias valdymo jėgas. Viršijus galinę centruotės ribą, lėktuvas būtų nestabilus ir labai pavojingas. Viršijus priekinę leistiną centruotės ribą, lėktuvas turėtų kilti ir leistis didesniu greičiu negu paprastai, ir toks skrydis būtų nesaugus.

1.9. Perkrovos

Apibrėžimas, perkrovų rūšys, priežastys, ribos, žmogaus atsparumas perkrovoms.

Keliamosios jėgos ir lėktuvo svorio santykis vadinamas perkrovos koeficientu ir žymimas n. Jis parodo, kiek kartų keliamoji jėga didesnė už lėktuvo svorį.

Manevruojant orlaivį pasiekiamos teigiamos ar neigiamos perkrovos. Staigus aukščio padidėjimas įprastine

1.10. Skrydžio etapai

Apibūdinimai, paskirtis.

(Plačiau)

1.10.1. Pasiruošimas

1.10.2. Kilimas

1.10.3. Skriejimas

1.10.4. Užėjimas tūpti

1.10.5. Tūpimas

1.11. Skriejimas

Apibrėžimas, skriejimo rūšys, termikas.

Literatūra:

  1. Eduardo Lasausko knyga Skrydžio principai

TOP