Aerodynamik lektion 1

Aeronautics was neither an industry nor a science. It was a miracle.
— Igor Sikorsky
Hvem er jeg?
Rasmus Cornelius - “RAS”
•
Sangskriver/
Producent
•
Buschauffør
•
Copenhagen AirTaxi
Elev hold 30.2012
Instruktør / Pilot
Skoleflyvning
Rundflyvning
Rutetaxa
Rasmus Cornelius.com
}
3 Lektioner af ca. 3 timer
}
Mange formler
}
Meget matematik og fysik
}
Hvordan og hvorfor kan et fly flyve
}
Stabilitet og begrænsninger
3
Eksamen
Gammel Eksamen
Ny Eksamen
Love & Bestemmelser
Luftfartsret
Menneskelig ydeevne
og begrænsninger
(MYB)
Menneskelig ydeevne
Flyvningens
planlægning og
udførsel
Meteorologi Flyvpræstation og planlægning
Navigation
Luftfartøjskenskab og
flyvelære
Flyveprincipper
Operationelle Procedurer
Generel viden om Luftfartøjer
Hvorfor flyver en fugl?
Hvorfor flyver en helikopter?
Hvorfor flyver en flyvemaskine?
Hvordan det hele startede
17. December 1903
Hvordan det hele startede
General characteristics
•
•
•
•
•
•
•
•
Crew: One
Length: 21 ft 1 in (6.43 m)
Wingspan: 40 ft 4 in (12.29 m)
Height: 9 ft 0 in (2.74 m)
Wing area: 510 ft² (47 m²)
Empty weight: 605 lb (274 kg)
Max. takeoff weight: 745 lb (338 kg)
Powerplant: 1 × straight-4 water-cooled piston
engine, 12 hp (9 kW), 170 lbs (77.3 kg), (2 Wright
"Elliptical" props, 8ft. 6in., port prop carved to
counter-rotate left, starboard prop carved to
rotate to the right)
Performance
•
•
•
•
Maximum speed: 30 mph (48 km/h)
Service ceiling: 30ft (9m)
Wing loading: 1.4 lb/ft² (7 kg/m²)
Power/mass: 0.02 hp/lb (30 W/kg)
Hvordan det hele startede
General characteristics
•
•
•
•
•
•
•
•
Crew: One
Length: 21 ft 1 in (6.43 m)
Wingspan: 40 ft 4 in (12.29 m)
Height: 9 ft 0 in (2.74 m)
Wing area: 510 ft² (47 m²)
Empty weight: 605 lb (274 kg)
Max. takeoff weight: 745 lb (338 kg)
Powerplant: 1 × straight-4 water-cooled piston
engine, 12 hp (9 kW), 170 lbs (77.3 kg), (2 Wright
"Elliptical" props, 8ft. 6in., port prop carved to
counter-rotate left, starboard prop carved to
rotate to the right)
Performance
•
•
•
•
Maximum speed: 30 mph (48 km/h)
Service ceiling: 30ft (9m)
Wing loading: 1.4 lb/ft² (7 kg/m²)
Power/mass: 0.02 hp/lb (30 W/kg)
}
Vinger
}
Krop
}
Ror/styreflader
}
Motor
}
Opdrift
}
Trækkraft
}
Vægt
}
Modstand
Atmosfæren
•
78% kvælstof
•
21% ilt
•
0,9% argon
•
0,03 kuldioxid
}
}
}
}
}
}
}
}
}
Lufttryk ved havoverfladen 1013,25hPa
Temp. ved havoverfladen +15C grader
Densiteten 1,2250 kg/m3
Temperaturfald 2C pr. 1000’
Tropopause højde 11km
Temp. ved tropopausen -56,6C grader
Konstant temp. fra 11-20km
Fri for vanddamp
Ingen vind
}
Vi taler om 2 former for tryk
}
Statisk tryk – Betegnes med bogstavet p
}
Dynamisk tryk – Betegnes med bogstavet q
og udtrykkes på formel som
}
= ½ρ x V2
De to tilsammen giver totaltryk som betegnes
med pt. Totaltrykket er konstant!
}
p + q = pt
Bernoulli’s ligning
En given luftmasse med rumfanget V, trykket p,
massen m og en fart f besidder to slags energi;
en vis kinetisk energi, samt en såkaldt statisk
tryk
Dynamisk
trykenergi.Statisk
Den samlede
energi tryk
Etotal, summen
af den kinetiske energi og den statiske
trykenergi, skal være konstant. Hvis farten f
stiger, så stiger leddet ½ · m · f² – og hvis hele
summen skal være konstant, må leddet p · V
falde tilsvarende. Og så længe rumfanget V er
konstant, må trykket p nødvendigvis falde for at
opretholde samme totalenergi Etotal
Bernoulli
Hastighed
Hastighed
Tryk
Hastighed
Tryk
Tryk
Bernoulli
Lavt tryk
Højt tryk
Bernoulli
Bernoulli
Indfaldsvinkel
AoA
Alpha
Indfaldsvinkel
AoA
Alpha
}
}
}
Opdriften virker 90° på den
relative luftstrøm
Opdriften “virker” I et
samlet punkt, som kaldes
opdriftscenteret
Opdrifts centeret rykker
mod vingens forkant, i takt
med at indfaldsvinklen
øges, indtil den kritiske
indfaldsvinkel overskrides.
Strømning over vinge
}
L=
½ρ x V2 x A x CL
◦ ½ρ x V2 = Denne del af formlen er det
dynamiske tryk, så med andre ord farten
◦ A
◦ CL
}
= Er vinge arealet
= Er opdrifts koefficienten der primært
afhænger af indfaldsvinklen
Hvad kan vi som piloter ændre på?
}
L=
½ρ x V2 x A x CL
◦ Hvad kan vi ændre på hvis vi gerne vil flyve med
lavere hastighed men stadig vil holde vores højde?
}
L=
½ρ x V2 x A x CL
◦ Hvad kan vi ændre på hvis vi gerne vil flyve med
større hastighed men stadig vil holde vores højde?
}
}
}
Ved højere indfaldsvinkel
skabes mere opdrift.
Den maksimale opdrift
opnås ved den
kritiskeindfaldsvinkel.
Overskrides den kritiske
indfaldsvinkel forsvinder
opdriften fra vingen og
flyet ”Staller” (Mere om
stall i lektion 2)
}
Parasitmodstand
◦ Formmodstand opstår pga. de
ting der rager ud i
luftstrømmen f.eks. hjul og
antenner
Hvordan kan vi mindske
modstanden?
◦ Interferensmodstand opstår
pga. overgangen mellem
flykrop og vinge. Jo blødere
overgang jo mindre modstand
Hvordan kan vi mindske
modstanden?
◦ Friktionsmodstand
opstår pga. luftens
friktion med flyet.
◦ Hvordan kan vi
mindske modstanden?
}
Induceretmodstand
◦ Opstår pga. den tryk
forskel der er mellem
oversiden og undersiden af
vingen. Dette skaber det
der kaldes randhvirvler
eller waketurbulence
◦ Hvad kan vi gøre for at
mindske modstanden?
Induceret modstand
Opstår pga. tryk forskel mellem under og
overside af vingen.
Induceret modstand
Sideforhold (Aspect ratio)
Vingens “slankhed” karakteriseres ved
sideforhold (Aspect ratio)
AR = Spændevidde / Middelkorde
Jo større sideforhold - Jo mindre induceret modstand
Sideforhold (Aspect ratio)
Jordeffekt
“Luftpude” der er et halvt vingespænd. Bærer os
nær jorden pga. mindsket induceret modstand.
Jordeffekt
Induceret modstand
Lavt tryk
Højt tryk
Downwash
Jordeffekt
Induceret modstand
Jordeffekt
Mindsket induceret modstand = Mere opdrift
Jordeffekt
Mindsket induceret modstand = Mere opdrift
Jordeffekt
Pas på randhvivler!
Wake turbulence kategorier
•
Light - MTOW på 7,000kg eller mindre
•
Medium - MTOW på 7,000 kg eller mere
•
Heavy - MTOW på 136,000kg eller mere
Wake turbulence kategorier
•
Super - Airbus A380
•
Heavy - Boeing 757-300 (MTOW 123,600kg)
Modstand
Induceret modstand
Hastighed
Modstand
Parasit modstand
Hastighed
}
IAS – Indicated airspeed
◦ IAS korrigeres for instrument og positions fejl
}
CAS – Calibrated airspeed
◦ CAS Korrigeres for tryk og temperatur
}
EAS – Equivalent airspeed
◦ (EAS korrigeres for compressibility. Ikke interessant
når hastigheden er under 300kts)
}
TAS – True airspeed
}
}
}
}
}
}
VS0 – Bunden af den hvide bue. Betegner
Stall-hastigheden med flaps ude
VS1 – Bunden af den grønne bue.
Betegner Stall-hastigheden med flaps
oppe
VFE – Toppen af den hvide bue. Den
maksimale fart hvor vi kan udfælde flaps
VA – Ligger på den grønne bue og
fremgår af flyets håndbog og er en
strukturel begrænsning. Den maksimale
hastighed hvor vi kan lave fulde
rorudslag
VNO – Bunden af den gule bue. Denne
hastighed må kun overskrides i rolig luft
og med forsigitghed
VNE – Den røde streg. Denne hastighed
må aldrig overskrides
Lidt mere om farter
}
Farter
◦ IAS
◦ CAS (IAS korrigeret for position og instrument fejl)
◦ (EAS)
◦ TAS (CAS korrigeret for tryk og temperatur)
◦ GS (TAS korrigeret for vind)
Lidt mere om farter
}
IAS - Indicated Airspeed
◦ Er den fart vi ser på fartmåleren i flyet
Lidt mere om farter
}
CAS - Calibrated Airspeed
◦ Er den fart vi ser på fartmåleren i flyet når vi
korrigere for instrument og positions fejl
Lidt mere om farter
}
TAS - True Airspeed - Sand hastighed
◦ Er den fart vi ser på fartmåleren i flyet når vi
korrigere for tryk og temperatur (Hvis altså flyets
fartmåler er udstyret med et TAS bånd)
Lidt mere om farter
}
TAS - True Airspeed - Sand hastighed
◦ Ellers kan vi omregne vores CAS til TAS på vores
TPS-1 flight computer!
Lidt mere om farter
}
CAS til TAS eksempel
◦ Vi flyver i 3000’ og temperaturen udenfor er +10C
◦ Vores CAS er 90kts
◦ Sæt +10C ud for 3
◦ Sæt CAS 9 på indersiden
◦ Aflæs TAS 94 kts på
ydersiden!
Lidt mere om farter
}
CAS til TAS opgave
◦ Vi flyver i FL65 og temperaturen udenfor er -25C
◦ Vores CAS er 95kts
◦ Hvad er TAS?
◦ TAS 99 kts
Lidt mere om farter
}
TAS til CAS opgave
◦ Vi flyver i 2000’ og temperaturen udenfor er +15C
◦ Vores TAS er 110kts
◦ Hvad er CAS?
◦ CAS 106 kts
Spørgsmål!
Følgende spørgsmål er taget fra PPL eksamen.
}
A) Indfaldsvinklen mindskes
}
B) Indfaldsvinklen øges
}
C) Indfaldsvinklen øges og trykcenterets
placering holde uændret
}
D) Trykcenteret bevæger sig bagud
}
A) Forøges på oversiden
}
B) Formindskes på oversiden
}
C) Formindskes på undersiden
}
D) Forøges overalt på vingen
}
A) Er altid på samme lodrette linje som
tyngdepunktet
}
B) Bevæger sig bagud når indfaldsvinklen
mindskes
}
C) Bevæger sig bagud når indfaldsvinklen øges
}
D) Er det punkt hvor den inducerede modstand
virker
}
A) Farten er høj og indfaldsvinklen lille
}
B) Farten er høj og indfaldsvinklen stor
}
C) Farten er lav og indfaldsvinklen er stor
}
D) Farten er lav og indfaldsvinklen er lille
}
A) Halveres det dynamiske tryk
}
B) Fordobles opdriften
}
C) Firdobles det statiske tryk
}
D) Firdobles opdriften
}
A) Er konstant
}
B) Tiltager med højden
}
C) Tiltager med flyvehastigheden
}
D) Aftager med højden
}
A) Det forøgede statiske tryk på oversiden
}
B) Det formindskede statiske tryk på oversiden
}
C) Det formindskede statiske tryk på
undersiden af vingen
}
D) Det forøgede tryk på undersiden af vingen
}
A) Stigende flyvehastighed
}
B) Faldende vindhastighed
}
C) Faldende flyvehastighed
}
D) Stigende lufttemperatur
}
A) Altid lig med IAS
}
B) CAS korrigeret for tryk og temperatur
}
C) Altid lavere end IAS
}
D) IAS korrigeret for instrument og positions
fejl
}
A) IAS korrigeret for tryk og temperatur
}
B) IAS korrigeret instrument- og positions fejl
}
C) TAS korrigeret for compressability
}
D) IAS korrigeret for tæthed
}
A) Det lodrette plan
}
B) Det horisontale plan
}
C) Den frie luftstrøm
}
D) Flyets længdeakse
}
A) 1013,25HpA
}
B) 15℃
}
C) et temperaturfald på 2⁰ pr. 1000’
}
D) Både A, B og C er rigtige
}
A) Flyet kan gå i spind
}
B) Maksimal tilladte lastfaktor kan
overskrides
}
C) Venstre vinge kan risikere at stalle
}
D) Stabiliteten kan formindskes
}
A) Forholdet mellem vingespænd og
længdeakse
}
B) Forholdet mellem vingespænd og korden
}
C) Forholdet mellem vingespænd og
indfaldsvinkel
}
D) Forholdet mellem vingespænd og
krumning
}
A) Vingens sideforhold
}
B) Vingens pilform
}
C) Luftens bevægelse fra oversiden til
undersiden
}
D) Luftens bevægelse fra undersiden til
oversiden
}
A) Stall hastighed med fulde flaps
}
B) Maks. tilladte fart med flaps
}
C) Stall hastighed uden flaps
}
D) Maks. fart i urolig/turbulent luft
}
A) Interferens modstand
}
B) Turbulens modstand
}
C) Induceret modstand
}
D) Induktionsmodstand
}
A) Stiger med stigende sideforhold
}
B) Forårsages af elektrisk opladning af
vingerne
}
C) Falder med faldende indfaldsvinkel
}
D) Stiger med faldende indfaldsvinkel
}
A) Ved hastigheden for bedste glidetal
}
B) Ved størst tilladte hastighed
}
C) Ved normal marchhastighed
}
D) Ved stall under vandret flyvning
}
A) Største tilladte hastighed med flaps udfældet
}
B) Største tilladte hastighed under kørsel på
jorden
}
C) Største tilladte flyvefart
}
D) Største tilladte flyvehastighed hvor fulde
rorudslag må anvendes
}
A) Må kun overskrides i rolig luft
}
B) Største tilladte flyvehastighed
}
C) Største tilladte manøvrehastighed
}
D) Flyvehastighed for bedste stigning
Tak for i dag - Flyv pænt!