Aerodynamik & flygplansteknik

[Olof Larsson]

Jag tänkte tillägna den här tråden åt frågor rörande aerodynamik
och övriga generella tekniska frågor rörande flygplan.


Min första fråga är:

Kan någon förklara vad inducerat luftmotstånd är och hur det fungerar,
samt varför deltavingar sägs ha större inducerat luftmotstånd än t.ex. pilvingar?

[Belisarius]

Väldigt snabbt: Inducerat luftmotstånd är de virvlar som bildas vid vingspetsarna där trycket mellan ovan- och undersida utjämnas.

Kan inte på rak hand förklara varför deltavingen skulle ge större motstånd, men... deltavingen ger förhållandevis större tryckskillnad/bättre lyft i höga hastigheter än vad pilvingen gör. Detta borde väl innebära att tryckskillnaderna är större och som följd ger större inducerat motstånd?

Ändra: Hepp, kolla här: http://142.26.194.131/aerodynamics1/Drag/Page6.html

[Olof Larsson]

Ändra: Hepp, kolla här: http://142.26.194.131/aerodynamics1/Drag/Page6.html

Tack för den du. Nu kommer jag inte få något vettigt gjort på flera dar:)

[J.K Nilsson]

Tack för den passningen Larson...

Belsarius har rätt i angående det inducerade motståndet. Det är förhållandet mellan en vinges area och dess korda (korda = ett tvärsnitt av vingen) som ger det inducerade motståndet. Av detta inses att en förlängning av vingens spännvidd ger en sänkning av det inducerade motståndet.

En Deltavinge har stor area i förhållande till kordan vilket gör J35 drakens lösning så intressant det ger en areaminskning på ett smart sätt samtidigt som det inte knaprar för mycket på deltavingens fördelar. Deltavingen lever för de virvlar som det inducerade motståndet skapar, vingens framkant skall fungera som vingens sida och generera virvlar som sänker trycket på ovansidan likt en humlas flykt. Ju högre anfallsvinkel vingen får desto kraftigare blir virvlarna och ju högre blir motståndet och deltavingen får bättre lyftkraft - till en viss gräns. När motståndet blir för högt så motorns dragkraft inte räcker till att ge fart framåt kommer vingen att stanna upp i luften och falla nedåt med framkanten tittandes uppåt, s.k. superstall.

"Strakes" på F-18 och F-16 genererar lyftkraft till vingen trots att dessa skulle stalla på dessa flygplan, en nosvinge med deltaform i miniatyr alltså.

J.K Nilsson

[J.K Nilsson]

Aerodynamik delas in i underljudsaerodynamik och underljudsaerodynamik. Dessa benämningar är självförklarande då dessa beskriver aerodynamiken när hastigheten överstiger respektive understiger den lokala ljudhastigheten. Ljud i det här fallet definieras som tryckstörningar och ljudhastigheten blir då således vilken hastighet som tryckstörningen utbreder sig.

I underljud anses luften ha "inkomprisibel" strömning, den strömmar som en vätska och komprimeras alltså inte när luften skall följa en kropps formförändring. I överljudshastighet komprimeras luften vid strömning kring en kropp. En vinges framfart i överljud kommer sålunda inte att kunna förklas av tryck/hastighetsförändringar som uppstår vid strömning över en vinge. En vinge skall i överljud ha så litet motstånd som möjligt. Vingens luftkraft kommer då att vara beroende av anfallsvinkeln (den vinkel vingen möter luftströmmen med). I underljud kommer tryckstörningarna orsakade av styrytorna att påverka hela ytan de sitter på t.ex. ett höjdroder på stabilisatorn (den horisontella ytan på stjärtpartiet) kan påverka hela stabilisatorn, i överljud kommer tryckstörningen naturligtvis att bara påverka styrytan, den framförliggande ytan kommer ju att flyga ifrån störningen. Överljudsflygplan som F-4 Phantom II och F-15 Eagle vrider ut hela stabilisatorn för att kunna använda stabilisatorn för att påverka flygplanet i tippled (upp och ned med nosen).

Om det blev för avancerat så säg till, så går jag igenom de flygmekaniska grunderna.

J.K Nilsson

[J.K Nilsson]

Ang nosvingar till deltavingar.

En deltavinge behöver duktigt med fart och lite anfallsvinkel för att kunna lyfta, se t.ex. J35 eller Mirage III. En lösning för lyftkraftshöjande åtgärder är att montera en nosvinge som på fpl 37 och 39. Under flygning genererar nosvingen en virvel över den inre delen på huvudvingen. Denna virvel sänker trycket på översidan av vingen och lyftkraft har skapats. Under start och landning fälls en klaff ut från nosvingen, vilket genererar lyftkraft till nosvingen och höjer flygplanets nos. För att kompensera detta nos upp-moment droppas vingrodret ned några grader och lyftkraft till huvudvingen skapas, vilket sänker nosen. Den extra lyftkraften byts mot lägre fart och start och landningssträckan har kortats avsevärt.

Nosvingen på fpl 39 fungerar likadant, dock är nosvingen aktiv under hela flygpasset och anpassar lyftkraften för att balansera ut flygplanet och hjälpa till i svängar. Möjligheten finns att implimentera sidledes förflyttningar i styrprogramet vilket skulle kunna höja showvärdet rejält. En möjlighet som nosvinge på Gripen gav var att korta nosstället, nosvingen lyffter upp nosstället från banan och rättar upp huvudvingen så att den börjar producera lyftkraft. Vid landning ställs nosvingen

SKillnaden mellan fpl 37 och fpl 39 är att den senare är instabil i tippled, d.v.s. att nosen hela tiden vill sträva uppåt. För att kompensera detta används höjdrodret för att trycka ned nosen, likt starten med fpl 37. Fördelen med detta arrangemang är att ingen energi går åt att trycka stjärten nedåt som på stabila flygplan likt fpl 37, vi vill ju ändå uppåt. Ett instabilt flygplan kommer således att ha väldigt höga svängprestanda, rolla så att kabinhuven pekar åt det håll du vill svänga åt och minska lite gran på höjdrodret och flygplanet svänger utan att rodret behöver trycka det åt det hållet, nosvingen hjälper till att hålla nosen rätt.

Kort sagt en nosvinge är ett bra hjälpmedel, fråga bröderna Wright de använde nosvinge tillsammans med instabilitet.

J.K Nilsson

[Ori]

Oj, detta var intressant. Om du inte redan jobbar som lärare så skulle du nog bli en bra sådan, lättbegripliga förklaringar på ett avancerat ämnde !

Mitt intresse för flyg är stort, men jag har aldrig hittat några böcker som går så pass djupt som dina små föreläsningar på ett begripligt sätt. Har du några boktips ? Dessutom hoppas jag att du har tålamod att svara på en (stor?) hög (kanske naiva?) följdfrågor.

Under start och landning fälls en klaff ut från nosvingen, vilket genererar lyftkraft till nosvingen och höjer flygplanets nos. För att kompensera detta nos upp-moment droppas vingrodret ned några grader och lyftkraft till huvudvingen skapas, vilket sänker nosen. Den extra lyftkraften byts mot lägre fart och start och landningssträckan har kortats avsevärt.

Görs detta automatiskt av styrsystemet i fpl 37 och/eller 39 ?

Hur pass mycket kan piloten (flygföraren ?) kontrollera roderytorna på nosvingen i fpl 37 ?
I fpl 39 antar jag att piloten har mycket liten eller ingen direkt kontroll av nosvingen ?

En fråga som delvis hänger ihop med ovanstående frågor: Jag har läst någonstans eller ev hört av en tekniker på fpl 35 att akan i fpl 37 var för exakt för att åstadkomma "tillräckliga" skador och därför infördes att styrsystemet "fladdrade" med rodren under avfyrning av akan för att få en större spridning på träffbilden. Stämmer detta ?

Ett instabilt flygplan kommer således att ha väldigt höga svängprestanda, rolla så att kabinhuven pekar åt det håll du vill svänga åt och minska lite gran på höjdrodret och flygplanet svänger utan att rodret behöver trycka det åt det hållet, nosvingen hjälper till att hålla nosen rätt.

Under mina lekstunder i diverse flygsimulatorer så har jag upptäckt att detta fungerar på de flesta flygplan. Nu är det ju stor skillnad på simulator och verklighet, så jag vill passa på att fråga om detta också. Fungerar detta i verkligheten på stabila stridsplan (några svenska ex: J31, J26, Sk60, fpl 35) eller finns det fysikaliska begränsningar i flyplan eller aerodynamik ? Är det något som lärdes/lärs ut till stridspiloter på denna typ av flygplan ?

Ytterligare frågor på temat: Om man rollar 90 grader (vingarna helt lodräta), vad generar lyftkraft ? Kan sidorodret användas för att stiga i det läget ? Jag tycker intutivt att det inte borde "räcka till", åtminstone inte för kraftiga stigningar ?

Jag hoppas att frågorna inte är alldeles för grundläggande för att vara intressanta att besvara .

/Jörgen

[J.K Nilsson]

Oj, detta var intressant. Om du inte redan jobbar som lärare så skulle du nog bli en bra sådan, lättbegripliga förklaringar på ett avancerat ämnde !

Mitt intresse för flyg är stort, men jag har aldrig hittat några böcker som går så pass djupt som dina små föreläsningar på ett begripligt sätt. Har du några boktips ? Dessutom hoppas jag att du har tålamod att svara på en (stor?) hög (kanske naiva?) följdfrågor.

Under start och landning fälls en klaff ut från nosvingen, vilket genererar lyftkraft till nosvingen och höjer flygplanets nos. För att kompensera detta nos upp-moment droppas vingrodret ned några grader och lyftkraft till huvudvingen skapas, vilket sänker nosen. Den extra lyftkraften byts mot lägre fart och start och landningssträckan har kortats avsevärt.

Görs detta automatiskt av styrsystemet i fpl 37 och/eller 39 ?

Hur pass mycket kan piloten (flygföraren ?) kontrollera roderytorna på nosvingen i fpl 37 ?
I fpl 39 antar jag att piloten har mycket liten eller ingen direkt kontroll av nosvingen ?

En fråga som delvis hänger ihop med ovanstående frågor: Jag har läst någonstans eller ev hört av en tekniker på fpl 35 att akan i fpl 37 var för exakt för att åstadkomma "tillräckliga" skador och därför infördes att styrsystemet "fladdrade" med rodren under avfyrning av akan för att få en större spridning på träffbilden. Stämmer detta ?

Tackar, lärarrollen finns i bakhuvudet efter försvarsbeslutet.

I kabinen på fpl 37 sitter en spak för att manvrera dessa funktioner. Nosvingeklaffen påverkas direkt av att ett ventilpaket öppnar och släpper på hydraltryck till manövercylindern och ställer då ut nosvingeklaffen, denna funktion är endast påverkad av denna spak. Vingroderdroppningen påverkas genom styrsystemet via en vajer från nosvingeklaffens manövrering. Styrsytemet på fpl 37 är ett konstverk i sig genom att vingrodret fungerar både som höjd och skevroder. På låg höjd krävs ett litet roderutslag för att kunna styra då luften är tätare, likadant hög hastighet kräver ett lågt styrutslag för att inte bryta sönder roderinfästningar m.m. För att kunna kombinera dessa funktioner sitter det en "rollväxel" som kontrollerar dessa utslag med avseende på hastighet, höjd, skevroderutslag och höjdroderutslag. Att kombinera en vingroderdroppning i dessa funktioner är en smal sak då det i princip innebär att trimma om flygplanet i tippled. Flygföraren har direkt auktoritet över när nosvingeklaffen skall fällas ut genom att den kommer ut när landstället beordras ut. I fpl 37 finns också en elektrisk styrautomat som skall hjälpa flygföraren att flyga flygplanet, små korrigeringar av vind och oren flygning görs automatisk. Även J 35 hade en elektrisk styrautomat för att avlasta föraren.

I fpl 39 har föraren ingen auktoritet över roderutslagen då det beroende på hur det blåser kring flygplanet krävs olika stora roderutslag och dessa utslag kan vara åt olika håll under skenbart lika situationer. Det är "styrautomaten", en dator som beräknar dessa utslag. Föraren beställer sidvinkel, rollvinkel eller tippvinkel, styrautomaten beräknar roderutslag med hjälp av anfallsvinkel och belastningar och flygplanet styr dit föraren beställde i kabinen.

Sätts AKAN på fpl JA 37 i bänk så skjuter den hål i hål på två kilometer så de efterföljande granaterna gör ingen skada när de paserar den första granatens hål. Styrsystemet i JA 37 kan med hjälp av radar och belastningen rikta in flygplanet så att, utan inblandning av piloten, bästa riktning uppnås vid skjutning med AKAN mot luftmål. P.g.a. kanonens precision måste en spridningseffekt uppnås, detta görs genom att bygga in ett glapp i eldrörets främre lagring. Denna lösning tillämpades på JAS 39 som därför sköt sig själv i nosen.... Åtgärden blev "viagramodden" - en förstyvning av eldröret på Jasens mauserkanon.

Ett instabilt flygplan kommer således att ha väldigt höga svängprestanda, rolla så att kabinhuven pekar åt det håll du vill svänga åt och minska lite gran på höjdrodret och flygplanet svänger utan att rodret behöver trycka det åt det hållet, nosvingen hjälper till att hålla nosen rätt.

Under mina lekstunder i diverse flygsimulatorer så har jag upptäckt att detta fungerar på de flesta flygplan. Nu är det ju stor skillnad på simulator och verklighet, så jag vill passa på att fråga om detta också. Fungerar detta i verkligheten på stabila stridsplan (några svenska ex: J31, J26, Sk60, fpl 35) eller finns det fysikaliska begränsningar i flyplan eller aerodynamik ? Är det något som lärdes/lärs ut till stridspiloter på denna typ av flygplan ?

Ytterligare frågor på temat: Om man rollar 90 grader (vingarna helt lodräta), vad generar lyftkraft ? Kan sidorodret användas för att stiga i det läget ? Jag tycker intutivt att det inte borde "räcka till", åtminstone inte för kraftiga stigningar ?

Jag hoppas att frågorna inte är alldeles för grundläggande för att vara intressanta att besvara .

/Jörgen

Begreppen tipp och roll är grundläggande för att beskriva hur ett flygplan styr. I tippled påverkas nosens up och ned styrning. Roll beskriver att flygplanet snurrar kring sin längdaxel. För att flygplanet skall kunna svänga åt ett håll måste hastigheten riktas i den önskade flygriktningen genom att rolla och tippa flygplanet precis som du gör i flygsimulatorerna. Så funkar alla flygplan, enklare radiostyrda flygplan saknar skevroder dock så ger ett stort sidroderutslag tillsammans med höjdroderutslag samma effekt p.g.a tryckförhållandena på stjärtpartiet. En sväng går till så att flygplanet rollas - tvingas i rolled till en viss lutning beroende på hur kraftig sväng som önskas. Sedan tvingas flygplanets nos i tippled uppåt så svänger flygplanet i den riktning du önskar.

Att "tvinga" flygplanets nos uppåt i tippled är energikrävande, därför vill man slippa det. Lösningen heter att gör flygplanet instabilt i tippled. Ett instabilt flygplan har sin tyngdpunkt bakom flygplanets "lyftkraftcentrum". Lyftkraftcentrum är den punkt på flygplanet där lyftkraften kan anses angripa. Momentarmen som bildas mellan tyngdpunkten och lyftkraftcentrum vill vrida nosen uppåt, fpl 39 fördubblar sin anfallsvinkel varje sekund om den inte korrigeras, rollhastigheten kan uppgå till 220 grader per sekund. Resultatet blir att flygplanet svänger snabbt och effektivt då det inte går åt någon energi att lyfta upp nosen som på stabila flygplan. Svängen går alltså till på samma sätt oavsett om det är ett instabilt flygplan eller ett stabilt. Ett instabilt flygplan svänger direkt medans ett stabilt måste "tryckas" dit. En flyguppvisning med JAS 39 och JA 37 visar tydligt på skillnaderna. JA svänger sävligt och motvilligt, JAS 39 sprätter till så har flygplanet svängt.

Kniveggsflygning som du beskriver sist används sidoroder som höjdroder och fenan och kroppen används för att generera lyftkraft. Flygningen kan beskrivas som flygning med ett ytterst stabilt flygplan, det är som du säger inte riktigt säkert att sidorodret räcker till för att ens hålla höjden någon längre stund.

Börja läsa i modellflygböcker, dessa brukar beskriva aerodynamikens praktiska grunder bra, vingprofiler och tyngdpunkt. Efter detta rekomenderar jag fysikböcker om strömning innan du går in på böcker om aerodynamik.

J.K Nilsson

[Olof Larsson]

Appropå akan och SAAB-flygplan.

Jag vill minnas att jag läst något om att JA37 och/eller JAS 39
har någon form av styrautomatik för akanskjutning mot luftmål,
d.v.s. att styrsystemet helt eller delvis tar över styrningen av flygplanet
då flygföraren bekämpar luftmål med akan.

[J.K Nilsson]

Jag skrev tydligen otydligt.

Denna funktion kallas kopplad styrning eftersom styrningen är kopplad mot något som radar och accelerometrar för att beräkna vart målet finns och var granaterna hamnar.

JA 37 tar hjälp av radar och belastningen för att kunna rikta in kanonen automatiskt. En lustig detalj är att första editionerna med denna funktion placerade flygplanets rollaxel i eldrörets centrum. Detta gav flygsjuka förare, numer är rollaxel något uppflyttad dock ej till den normala platsen.

JAS 39 använder inte den funktionen ännu dock är den införd från och med styrsystemedition 12.4. Möjligheten att välja den är borttagen.

J.K Nilsson

[Ori]

Tack för bra svar och tålamod, jag frestar lite till på det. Min fråga om att svänga var dumt ställd, jag har hyggligt grepp om styrningen (roll/tipp/gir) och styrytor (skev/höjd/sido) för flygplan även om det inte verkade så. En korrekt sväng ska ju enligt skolboken göras koordinerat med skev- & sido-roder så att flygplanet inte "sladdar" i luften. Men jag har upptäckt att oavsett flygplanstyp så kan man svänga mycket snävt om man rollar 90 grader så att flygplanet står på "kant" (vingar lodrätt) och därefter ger i princip fullt höjdroder "uppåt" (drar spaken mot sig). I flygstrids-simulatorer kan man ofta vinna dogfights med denna teknik genom att man svänger snabbare än (out-turns) sin fiende, antingen direkt i en sväng eller rolla 180 grader och byta riktning på svängen (eventuell upprepning av detta flera gånger). Det funkar bra i simulatorer, men frågan är om det går att använda i "verkliga" livet med de begränsningar som finns där på flygplan och pilot ? Och om det isåfall är en teknik som lärs ut under den "dogfight"-utbildning som jag antar ingår i en stridspilots träning ?

Mina kunskaper har jag plockat upp genom blandade böcker om flygplan & flygning, manualer för & böcker om flyg-simulatorer och lite sidor på internet. Jag är medveten om att kunskapen är begränsad och av skiftande kvalité. Förhoppningsvis har du förståelse för mina naiva och kanske dumma frågor i och med denna bakgrund.

/Jörgen

[J.K Nilsson]

Det skulle kunna funka om man har tillräckligt med motor för att kunna "trycka" flygplanet igenom svängen. Det som kommer att hända är att fenan kommer att "skuggas" aerodynamiskt av vingen. och inte kommer att fungera att hålla flygplanet stabilt i tippled.

Du kommer inte att kunna möta vinden med mer vinkel än vad du tillåts med under landning - anfallsvinkel eller om du uppnår max belastning före kommer du upp i max 9g t.ex. Belastningen talar om hastigheten på riktningsförändringen - accelerationen. Detta innebär att om du kommer med lite fart kommer du att uppnå maxbelastning vid en viss sväng och därmed kommer det inte att spela någon roll om du lutar omkull flyplanet mer. Så en sväng är att jämföra med en snabb upptagning, nosen pekandes uppåt.

Anledningen till att man måste styra med i svängen med sidoroder är att det nedfällda skevrodret bromsar mer än det uppställda, lyftkraft uppåt kostar mer motstånd än lyftkraft neråt. Flygplanet kommer att gira emot svängen. Det finns vissa saker för att minska effekten av s.k. skevroderbroms, t.ex. att "diffrentiera" utslagen - minska på utslaget nedåt iförhållande till utslaget uppåt och du kommer inte att få lika mycket skevroderbroms dock försämras rollprestanda. Motsatsen kallas skevrodergas och uppträder på flygplan där du har skevrodret i närheten av fenan som på fpl 37. Det uppfällda rodret orsakar en tryckökning på den sidan fenan och flygplanet kommer att gira med i svängen, vilket innebär att man måste styra emot med sidorodret.

Ber om ursäkt att det tagit tid, jag upptäckte nyss inlägget....

J.K Nilsson

[Ori]

Det skulle kunna funka....

Jag ska läsa ditt inlägg och fundera några gånger till så att jag verkligen förstår detaljerna, men vad jag förstått hittills så var det som jag misstänkte: "don't try this in real life, guys !" . Dessutom uppskattar jag att du inte bara svarade rakt av, passar mig bättre att få detaljer (på rätt nivå) och själv få ihop helhetsbilden.

Ber om ursäkt att det tagit tid, jag upptäckte nyss inlägget....

Absolut inget att be om ursäkt för ! Jag är väldigt tacksam för att du tog dig tid att förklara och så pass utförligt dessutom . Frågan var ju trots allt ganska OT och mest en tanke som fastnat i min skalle, men det var skönt att få den besvarad och få en skopa kunskap på köpet.


Förhoppningsvis har jag inte avskräckt dig ifrån fler små intressanta "föreläsningar" i det egentliga ämnet . Fast, jag kan inte lova att det inte blir fler frågor .

/Jörgen

[J.K Nilsson]

Något annat ni vill att jag skall resonera om?

J.K Nilsson

[Ori]

Jag var på flygmuseumet i Ängelholm (gamla F10) igår. Dom har fått dit en SF37 nu (fast jag har sett Viggar tidigare så
går det inte att undvika att imponeras av storleken ) och jag lade märke till att framkanten på den yttre delen av
vingen samt hela nosvingen är välvd på undersidan. När jag väl hade sett då så kunde jag inte släppa tanken på det
eftersom det var en så markant skillnad mot resten av vingen. Nu har jag försökt hitta någon information om detta,
utan större framgång och tyckte att det kanske kunde vara en intressant fråga i denna tråd.

Alltså:
- Finns det någon specifik orsak till denna form (i stil med sågtanden på senare fpl 29 för att öka fart/stabilitet) ?

Min egen gissning är att det har att göra med de virvlar som ökar lyftkraften, men det är bara baserat på en skiss
som visar dessa. Eller är det helt enkelt den vanliga formen på en flygplansvinge som syns tydligare i den yttre
delen av vingen kanske ?

/Jörgen