Skyvekraft motvirker luftmotstand

Trykkmotstand er prisen for å bevege seg gjennom luft. Flyingeniører deler den inn i to typer.

1. Parasittmotstand. Denne kommer fra formen og overflaten: trykkmotstanden fra flykroppen, dekkene og stagene som skyver luften til side, og overflatefriksjonen fra luften som gnis langs overflaten. Den oppfører seg som løftekraften: D_p = ½ρV²S × C_D0. Den vokser med kvadratet av farten.

2. Indusert motstand. Dette er prisen for å skape løftekraft. En vinge med begrenset spennvidde skyver luft nedover, og luften krøller seg rundt vingetuppene og danner virvlende vingetuppvirvler. Denne bortkastede energien viser seg som en kraft bakover: D_i = ½ρV²S × C_L² / (π e AR). Her er AR sideforholdet (spennvidde² delt på vingearealet; lange, smale vinger har høy AR), og e er en virkningsgradsfaktor under 1.

Til sammen blir den totale motstandskoeffisienten C_D = C_D0 + C_L² / (π e AR).

Tallene for lekeflyet. Lekeflyet har C_D0 = 0,03, e = 0,8 og AR = 7,5 (undervisningsverdier). I horisontal flyging er L = W, så C_L = 2W / (ρV²S) og blir mindre når farten øker. Det betyr at indusert motstand minker med farten (den varierer som 1/V²), mens parasittmotstanden øker med farten (V²). For lekeflyet får vi:

• 25 m/s: parasittmotstand 184 N, indusert motstand 834 N, totalt omtrent 1 020 N. Langsom flyging domineres av indusert motstand.
• 36,5 m/s: parasittmotstand 392 N, indusert motstand 391 N, totalt omtrent 783 N. Dette er minimumsmotstanden.
• 50 m/s: parasittmotstand 735 N, indusert motstand 208 N, totalt omtrent 943 N.
• 80 m/s: parasittmotstand 1 882 N, indusert motstand 81 N, totalt omtrent 1 963 N. Rask flyging domineres av parasittmotstand.

Plott total motstand mot fart, så får du en U-formet kurve. Nederst i U-en er den induserte motstanden og parasittmotstanden like store. Dette er farten for best L/D: ved 36,5 m/s har flyet L/D = 9 810 / 783 ≈ 12,5. For et jetfly ligger denne farten nær farten som gir lengst rekkevidde, selv om de nøyaktige beste fartene også avhenger av motoren. En seilflypilot flyr nær denne farten for å tilbakelegge mest mulig avstand for hver meter høyde som tapes (Verden 6).

Hva motoren brukes til. I jevn flyging må skyvekraften være lik luftmotstanden, så skyvekraften bestemmes av motstandskurven. Ved best L/D trenger modellflyet bare omtrent 785 N skyvekraft for å bære en vekt på 9 810 N. Fly saktere eller raskere, så øker den nødvendige skyvekraften igjen.

Slik reduserer du luftmotstanden. Glatte former og innfellbart landingsstell reduserer parasittmotstanden. En lengre, smalere vinge (høyere sideforhold) reduserer indusert motstand, siden D_i er omvendt proporsjonal med AR. Derfor har seilfly så lange vinger, og passasjerfly har vingetipper (Verden 7). Motorer finnes i to hovedfamilier: propeller (som akselererer en stor mengde luft litt) og jetmotorer (en mindre mengde mye raskere). Verden 4 forklarer hvordan en jetmotor lager skyvekraft.