Fire kræfter i balance

Alle luftfartøjer – fra et papirfly til et passagerfly – bliver skubbet og trukket af de samme fire kræfter. En kraft måles i newton (N), og hver kraft tegnes som en pil.

• Vægt (W) trækker luftfartøjet nedad mod Jordens centrum. Den er masse gange tyngdekraft: W = m × g, hvor g = 9,81 m/s². Et let fly på 1.000 kg vejer 9.810 N.
• Opdrift (L) er den kraft, luften udøver på vingen vinkelret på luftstrømmen. I vandret flyvning betyder det opad.
• Stød (T) er skubbet fremad fra en propel eller en jetmotor.
• Luftmodstand (D) er den modstand, luften yder mod bevægelsen. Den peger bagud, langs luftstrømmen.

Både opdrift og luftmodstand kommer fra den luft, der skubber på luftfartøjet. Vægten skyldes, at Jorden trækker. Stødet kommer fra motoren. Bemærk, at motoren ikke holder flyet oppe. Det er vingens opgave.

Balance betyder stabil flyvning. Newtons første lov siger, at et objekt fortsætter med at bevæge sig med konstant hastighed, når kræfterne på det giver nul tilsammen. Så et luftfartøj, der flyver vandret med konstant hastighed, har:

• L = W (opad er lig med nedad), og
• T = D (fremad er lig med bagud).

Der er ikke noget "til overs", så intet ændrer sig. Hvis kræfterne ikke er lige store, træder Newtons anden lov i kraft: nettokraft = masse × acceleration. Forestil dig, at legetøjsflyet på 1.000 kg har 200 N mere stød end luftmodstand. Nettokraften fremad er 200 N, så a = 200 / 1.000 = 0,2 m/s². Flyet sætter farten op, langsomt i begyndelsen, indtil den stigende luftmodstand indhenter stødet, og kræfterne igen er i balance ved en højere hastighed.

Den samme logik gælder op og ned. Hvis opdriften er større end vægten, bliver luftfartøjet skubbet opad, og flyvebanen buer opad. Hvis opdriften er mindre, buer den nedad.

Hvor store er tallene? Forholdet mellem løft og modstand, L/D, fortæller, hvor effektivt en vinge bærer sin vægt. Ved stabil, vandret flyvning er L = W og T = D, så T = W / (L/D). Det lille legetøjsfly i dette kursus har et bedste L/D på cirka 12,5 (du får at se hvorfor i lektion 3). Så:

T = D = 9.810 N / 12,5 ≈ 785 N, altså kun cirka 8 procent af vægten. Et fly er en meget effektiv måde at flytte vægt på, fordi vingen bærer den. En helikopter, der svæver, har ikke den hjælp: Dens rotor skal skabe et stød, der svarer til hele dens vægt (Verden 5).

Stigning og nedstigning. Ved en stabil stigning hælder flyvebanen med en vinkel γ. Nu skal motoren også trække flyet opad mod en del af dets vægt: T = D + W sin γ. Ved en stigning på 5° er W sin 5° ≈ 9.810 × 0,087 ≈ 855 N ekstra stød. Når flyet glider med slukket motor, trækker den samme del af vægten i stedet flyet fremad. Det skal du bruge i Verden 6.

Dette kursus er undervisning. Det forklarer flyvningens fysik, så fly giver mening. Det er ikke flyvetræning, og det er ikke en betjeningsvejledning til noget fly. Rigtige piloter lærer af certificerede instruktører og af manualen til det fly, de flyver. Tallene bruger et forenklet legetøjsfly, så de passer ikke helt med nogen virkelig flytype.