Ladataan 3D-laboratoriota…
Ladataan oppituntia…
← LentokouluMaailma 1 · oppitunti 3/5Kaikki oppitunnit ↓

Miksi lentokoneet tarvitsevat moottoreita.
Opetatko tätä? Avaa projektoritila
Vastus on ilman läpi liikkumisen hinta. Lentokoneinsinöörit jakavat sen kahteen tyyppiin.
1. Loisvastus. Se johtuu muodosta ja pinnasta: rungon, renkaiden ja tukien aiheuttamasta painevastuksesta, kun ne työntävät ilmaa sivuun, sekä ilman pintaa pitkin aiheuttamasta pintakitkasta. Se käyttäytyy kuten nostovoima: D_p = ½ρV²S × C_D0. Se kasvaa nopeuden neliön mukana.
2. Indusoitu vastus. Se on nostovoiman tuottamisen hinta. Siipi, jolla on rajallinen kärkiväli, työntää ilmaa alaspäin, ja ilma kiertyy siivenkärkien ympäri pyörteisiksi siivenkärkien pyörteiksi. Tämä hukattu energia näkyy taaksepäin suuntautuvana voimana: D_i = ½ρV²S × C_L² / (π e AR). Tässä AR on sivusuhde (kärkiväli² jaettuna siiven pinta-alalla; pitkillä ja kapeilla siivillä AR on suuri) ja e on hyötysuhdekerroin, joka on alle 1.
Yhdessä nämä muodostavat kokonaisvastuskertoimen: C_D = C_D0 + C_L² / (π e AR).
Lelulentokoneen luvut. Lelulentokoneen arvot ovat C_D0 = 0,03, e = 0,8 ja AR = 7,5 (opetuksessa käytettäviä arvoja). Vaakasuorassa lennossa L = W, joten C_L = 2W / (ρV²S) ja pienenee nopeuden kasvaessa. Tämä tarkoittaa, että indusoitu vastus pienenee nopeuden kasvaessa (se muuttuu suhteessa arvoon 1/V²), kun taas loistevastus kasvaa nopeuden kasvaessa (V²).
Kun piirrät kokonaisvastuksen nopeuden funktiona, saat U:n muotoisen käyrän. U:n pohjalla indusoitu vastus ja loistevastus ovat yhtä suuret. Se on parhaan L/D-suhteen nopeus: nopeudella 36,5 m/s koneen L/D = 9 810 / 783 ≈ 12,5. Suihkukoneella tämä nopeus on lähellä nopeutta, jolla saavutetaan pisin toimintasäde, vaikka tarkat parhaat nopeudet riippuvat myös moottoreista. Purjelentäjä lentää lähellä tätä nopeutta päästäkseen mahdollisimman pitkälle jokaista menetettyä korkeusmetriä kohden (World 6).
Mihin moottoria tarvitaan. Tasaisessa lennossa työntövoiman on oltava yhtä suuri kuin vastus, joten työntövoima määräytyy vastuskäyrän mukaan. Parhaan L/D-suhteen nopeudella lelulentokone tarvitsee vain noin 785 N työntövoimaa kannatellakseen 9 810 N:n painoa. Jos lennät hitaammin tai nopeammin, tarvittava työntövoima kasvaa jälleen.
Näin vähennät vastusta. Sileät muodot ja sisään vedettävät laskutelineet vähentävät loistevastusta. Pidempi ja kapeampi siipi (suurempi sivusuhde) vähentää indusoitua vastusta, koska D_i on kääntäen verrannollinen AR:ään. Siksi purjelentokoneissa on niin pitkät siivet ja matkustajakoneissa siipien kärkieviä (World 7). Moottoreita on kaksi päätyyppiä: potkurit (jotka kiihdyttävät suurta ilmamäärää hieman) ja suihkumoottorit (jotka kiihdyttävät pienempää ilmamäärää paljon nopeammin). World 4 selittää, miten suihkumoottori tuottaa työntövoimaa.
Lentokone lentää vaakasuorassa hyvin hitaasti. Mikä vastuksen tyyppi muodostaa suurimman osan kokonaisvastuksesta?
Lentokone lentää hyvin nopeasti. Kumpi vastustyyppi hallitsee?
Suunnittelija antaa siivelle suuremman sivusuhteen (siivestä tulee pidempi ja kapeampi), mutta pitää pinta-alan ja nostovoiman samoina. Mitä indusoidulle vastukselle tapahtuu?
Millä tavalla loisvastus ja indusoitu vastus ovat suhteessa toisiinsa tämän mallin pienimmän kokonaisvastuksen nopeudella?