Miksi lentokoneen pitää sakata ?

[Guest Sakari Pyörre]

Joh. Löytyihän se opus kirjahyllystä. Laine/Hoffren/Renko, Lentokoneen aerodynamiikka ja lentomekaniikka, WSOY, 2001.

 

Sivun 228 kuvassa 19.7 on selvitetty aika mukavasti painopisteen ja aerodynaamisen keskiön (neutraalipisteen) suhdetta.

 

Näiden herrojen mukaan, kun massakeskiö on siiven aerodynaamisen keskiön takana mutta koko koneen aerodynaamisen keskiön edessä, takasiipi kantaa, ja kone on staattisesti stabiili.

[Risto Niemi 0]

Joh. Löytyihän se opus kirjahyllystä. Laine/Hoffren/Renko, Lentokoneen aerodynamiikka ja lentomekaniikka, WSOY, 2001.

 

Sivun 228 kuvassa 19.7 on selvitetty aika mukavasti painopisteen ja aerodynaamisen keskiön (neutraalipisteen) suhdetta.

 

Näiden herrojen mukaan, kun massakeskiö on siiven aerodynaamisen keskiön takana mutta koko koneen aerodynaamisen keskiön edessä, takasiipi kantaa, ja kone on staattisesti stabiili.

 

Joo just noin on, mutta mietipä mitä siinä juuri sanottiin. Tuosta johtuen koneella on pikittaisakselin suhteen ns. positiivinen momentti eli se pyrkii nyökkäämään nokan alas, ellet estä sitä aiheuttamalla tavanomaisesssa koneessa korkeusvakautin-peräsin yhdistelmällä alaspäin suuntautuvaa voimaa tavalla tai toisella. Staattisesti stabiili eli vakava kone tarkoittaa konetta, jolla on tuo nokkaa alas kääntämään pyrkivä momentti.

[Jaakko Kuusisto 3]

>Tuosta johtuen koneella on pitkittäisakselin suhteen<

 

Tarkoittanet poikittaisakselia

[Guest Sakari Pyörre]

Joo just noin on, mutta mietipä mitä siinä juuri sanottiin. Tuosta johtuen koneella on pikittaisakselin suhteen ns. positiivinen momentti eli se pyrkii nyökkäämään nokan alas, ellet estä sitä aiheuttamalla tavanomaisesssa koneessa korkeusvakautin-peräsin yhdistelmällä alaspäin suuntautuvaa voimaa tavalla tai toisella. Staattisesti stabiili eli vakava kone tarkoittaa konetta, jolla on tuo nokkaa alas kääntämään pyrkivä momentti.

Siis, massakeskiö on siiven aerodynaamisen keskiön takana mutta koko koneen aerodynaamisen keskiön edessä, takasiipi kantaa, ja kone on staattisesti stabiili. Etusiiven nostovoimavektori on ylöspäin ja massakeskiön edessä (perinteisessä koneessa vain vähän). Takasiiven nostovoimavektori on ylöspäin ja massakeskiön takana (perinteisessä koneessa aika paljon).

 

Häiriö, esim nopeuden nousu, aiheuttaa siipien erilaisesta asetuskulmasta johtuen sen, että takasiiven nostovoima kasvaa vähemmän kuin etusiiven. Tämä aiheuttaa nokka ylös -momentin poikittaisakselin ympäri. Takasiipi siis kantaa, ja häiriötilanteen kompensointiin riittää nostovoimien keskinäisen suhteen muutos.

 

Mikäli tarkoitat "positiivisella momentilla" etusiiven nostovoiman ja koneen painon yhteisvaikutusta... sehän voi olla positiivinen tai negatiivinen. Momentin etumerkki riippuu vain siitä, kummalle puolelle etusiiven aerodynaamista keskiötä massakeskiö on trimmattu, eteen vai taakse. Kummassakin tapauksessa kone voi olla stabiili.

[Guest ripl]

Ehkä on hyvä vielä selventää tätä aerodynamiikan ja statiikan jargonia, jotta käsitteet tulevat kaikille selviksi.

 

On kaksi eri asiaa puhua 1. siiven aerodynaamisten voimien keskiöstä ja notovoimakeskiöstä tai koko koneen aerodynaamisten voimien keskiöstä ja nostovoimakeskiöstä.

 

Tasaisessa lentotilassa, jossa translaatiliike tapahtuu vakionopeudella eikä kulmaliikkkeitä, siis koneen pyörimistä minkään sen liikeakselin (tysty-, poikittais- tai pituusakselin ympäri tapahdu, kuten vaakalennossa, on massavoiman oltava täsmälleen yhtä suuri kuin koko koneen nostovoima ja näiden voimien (jos niitä kuvataan vektorein) lähdettävä täsmälleen samasta pisteestä (koko koneen aerodynaamisten voimien keskiö ja koko koneen massakeskiön asema). Vain tällöin voimat ovat tasapainossa, eikä kone altistu millekään kiihtyvälle asentomuutoksella, kuten nokan painumiseen tai nousemiseen. Tuo vakavuusvaatimus eli nokka alas momentti vaatimus tarkoittaa juuri sitä, että noin tulee tapahtua, ellei korkeusvakauttimesta tuoteta tuota vakauttavaa nostovoimaa, oli tuo tarvittava voima sitten negatiivinen kuten perinteisessä koneesa tai positiivinen kuten Canardi-koneissa. Ei pidä sotkea siiven ja koko koneen aerodynaamisten voimien keskiötä keskenään.

 

 

Juuri näin. Siiven nostovoimakeskiö voi olla painopisteen etupuolella, mutta tasapainotilassa koko koneen nostovoimakeskiön on oltava painopisteessä. Yleensä kuitenkin siiven nostovoimakeskiö on painopisteen takapuolella ja tällöin pyrstön alaspäinvoima siirtää nostovoimakeskiön painopisteeseen. Lisää aiheesta löytyy mm. viimeisimmän Siivet lehden 6/07 kolumnissa .

[Matti Huoviala 84]

Tämä on oikein opettavaista luettavaa.

Olenkin oman kokemukseni perusteella arvellut, että minulle(kaan) ei aikanaan kurssilla kerrottu kaikkea. En tiedä, olisinko edes halunnut, että kerrotaan. Nyt syvemmin viisaana taas osaa ehkä itselleen ainakin selittää pari juttua selkeämmin.

 

Tuo vakavuusasia on askarruttanut paljonkin, mm. täälläkin esille tulleissa asioissa (korkeusvakaaja ei ole symmetrinen, näyttäisi selvästi tuottavan nostovoimaa yms..).

 

Tulipa eräässä yleisilmailukoneessa katseltua korkeusperäsimen asentoa nousun aikana muutamalla lennolla. Se oli kovasti paljon vedettynä.

Tutkin hieman massalaskuja ja seuraavalla keikalla komensin rahdin reilusti enemmän pyrstöä kohti kesken matkan ja vot, nousonopeutta sinaantui merkittävästi lisää samalla kun peräsimen asento oli enemmän neutraaliasennossa. Ko koneen peräsin on muotoillultaan vielä sellainen, että voisi sen ajatella tuottavan nostovoimaa ko. asennossa. Ei muuten muuttunut sen muljummaksi ajella, edelleen kulki kuinkiskoilla.

 

-M-

[Kimmo Wjuga 1]

No niinpä. Ja minusta on ihan sama, vaikka lentäjäaluille opetettaisiin, että Bernoullin laki pakottaa lentokoneen lentämään.

 

Oikea asenne! Lentäjän ei tarvitse eikä kannata tietää lentämisestä kuin juuri se välttämättömin! Se on vuosien varrella todettu toimivaksi systeemiksi...

[Risto Niemi 0]

Oikea asenne! Lentäjän ei tarvitse eikä kannata tietää lentämisestä kuin juuri se välttämättömin! Se on vuosien varrella todettu toimivaksi systeemiksi...

 

Siinä kohdassa olen samaa mieltä, että tavlliselle ilmailun harrastajalle riittävät aerodynamiikan ja lennonteorioiden minimissään oleelliset perustiedot, mutta ne fataalit, lahjomattomiin fysiikan lakeihin perustuvat perusperiaatteet on kyllä ehdottomasti sisäistettävä. Hienosteluun ei tarvitse yltää, mutta ei lisätietämyksestä missään tapauksessa haittaa ole, päin vastoin.

 

On hyvä muistaa, että jos pilotin lentokäytäntö ja teoria eivät sovi yhteen,  jompi kumpi on virheellinen. Arvatkaapa kumpi se virheellinen voisi olla, fysiikan lakeihin (luonnossa ihan käytännössäkin todettuihin) perustuva teoria vai se pilotin lentokäytäntö?

[Kimmo Wjuga 1]

perustuva teoria vai se pilotin lentokäytäntö?

 

Teoria tietysti teoriahan on vain teoriaa ja sillä ei ole mitään tekemistä sen käytännön kanssa, mikä pitäisi osata vai...?

[Guest Sakari Pyörre]

Teoria tietysti teoriahan on vain teoriaa ja sillä ei ole mitään tekemistä sen käytännön kanssa, mikä pitäisi osata vai...?

 

Jos puhutaan Bernoullista, niin nimenomaan taitaakin asia olla näin; nimim. vieläkään en ymmärrä, miksi lentokone lentää.

 

Ja jos puhutaan koneen tarkasta kuormauksesta, ei siinäkään kannata ruveta itsekseen miettimään teorioita. Herra lentäjä on vaan hyvä ja kattoo Maintenance Manualista, missä massakeskiön pitäisi olla, ja samasta opuksesta, miten kone punnitaan, ja sitten kone vaa'alle. Ko mainiossa opuksessa kerrotaan sekin, miten ja mihin lisäpuntit kiinnitetään.

[Hannu Niemi 1]

Teoria tietysti teoriahan on vain teoriaa ja sillä ei ole mitään tekemistä sen käytännön kanssa, mikä pitäisi osata vai...?

 

Mitä eroa on teorialla ja käytännöllä? Teoriassa ei mitään...

 

hannu "painopiste taaimmaiselle sallitulle" niemi

[Guest Sakari Pyörre]

hannu "painopiste taaimmaiselle sallitulle" niemi

Helppohan se sinun on.

[Kimmo Wjuga 1]

Jos puhutaan Bernoullista, niin nimenomaan taitaakin asia olla näin; nimim. vieläkään en ymmärrä, miksi lentokone lentää.

 

 

Ei se Bernoullilla selviäkään, kun herra Bernoullin lailla ei ole mitään tekemistä todellisen (ilman) virtauksen kanssa. Eli josset Bernoullin pohjilta ymmärrä, niin vika ei oo sussa

 

Tästähän voisikin sitten taas näppärästi alkaa pohtimaan, että mitenkä se lentsikka sitten oikein lentääkään...  Siitähän ei olla vielä monesti täällä keskusteltukaan

[Mikael Harjunen 0]

Eli siipi sakkaa eri kohtauskulmalla riippuen lentokoneen nopeudesta?

 

EI!. Siipi sakkaa aina samalla kohtauskulmalla, nopeudesta riippumatta. Paitsi jos siiven profiilia muutetaan esim laskusiivekkeen asennolla.

[Kimmo Wjuga 1]

EI!. Siipi sakkaa aina samalla kohtauskulmalla, nopeudesta riippumatta. Paitsi jos siiven profiilia muutetaan esim laskusiivekkeen asennolla.

 

Lentäjien oppikirjoissa kyllä. Mutta niissä asiat ovat välillä rankastikin yksinkertaistettuja johtuen juuri siitä, että lentäjän ei kaikkea tarvitse tietää. Mutta tutkippas vähän eri siiville tehtyä aerodynaamista dataa jostain ihan oikeasta lähteestä, niin hoksaat, että niissä on plotattuna sakkauskohtauskulman riippuvuuksia nopeutta vasten. Ja se muuttuu niissä plottauksissa.

[Mikael Harjunen 0]

Lentäjien oppikirjoissa kyllä. Mutta niissä asiat ovat välillä rankastikin yksinkertaistettuja johtuen juuri siitä, että lentäjän ei kaikkea tarvitse tietää. Mutta tutkippas vähän eri siiville tehtyä aerodynaamista dataa jostain ihan oikeasta lähteestä, niin hoksaat, että niissä on plotattuna sakkauskohtauskulman riippuvuuksia nopeutta vasten. Ja se muuttuu niissä plottauksissa.

 

Joo, olet ihan oikeassa jos puhutaan kokoonpuristuvasta ilmavirtauksesta. Ja siinä olet aivan ERITYISEN oikeassa, ettei lentäjän tarvitse ihan kaikkea aeromystiikasta tietää. KISS on monesti aivan riittävä tieto...

[Kimmo Wjuga 1]

Joo, olet ihan oikeassa jos puhutaan kokoonpuristuvasta ilmavirtauksesta.

 

Ja sitähän ilma taitaa olla

[Guest Sakari Pyörre]

Juuri näin. Siiven nostovoimakeskiö voi olla painopisteen etupuolella, mutta tasapainotilassa koko koneen nostovoimakeskiön on oltava painopisteessä. Yleensä kuitenkin siiven nostovoimakeskiö on painopisteen takapuolella ja tällöin pyrstön alaspäinvoima siirtää nostovoimakeskiön painopisteeseen. Lisää aiheesta löytyy mm. viimeisimmän Siivet lehden 6/07 kolumnissa .

 

No nih, kavin oikein ostamassa ko lehden, ja ihan sinun artikkelisi takia. Tutun näköistä tekstiä, ihan samaa kuin kirjassa Laine/Hoffren/Renko.

 

Miksi käytät ylläolevassa lainauksessa sanaa "yleensä"? Et käytä kuitenkaan sanaa "aina".

 

Onko artikkelissasi jokin periaate, joka estää vakaan koneen takasiipeä olemasta kantava (perinteisessä koneessa)? Olisiko siitä jotain haittaa?

 

[Guest ripl]

No nih, kavin oikein ostamassa ko lehden, ja ihan sinun artikkelisi takia. Tutun näköistä tekstiä, ihan samaa kuin kirjassa Laine/Hoffren/Renko.

 

Miksi käytät ylläolevassa lainauksessa sanaa "yleensä"? Et käytä kuitenkaan sanaa "aina".

 

Onko artikkelissasi jokin periaate, joka estää vakaan koneen takasiipeä olemasta kantava (perinteisessä koneessa)? Olisiko siitä jotain haittaa?

 

 

Hienoa kun meni taas yksi lehti kaupaksi  ... Sanoin "yleensä", koska "aina" on vähän vaarallinen sana. Periaatteessa kun on mahdollista, että takasiipi = korkeusvakautin kantaa, tällöin siis siiven nostovoimakeskiö on stabiilissa tilassa painopisteen etupuolella. Oleellista on, että jos stabiili tila häiriintyy, niin koneen geometrian tulee olla sellainen, että syntyy oikaiseva momentti, eli että koko koneen nostovoimakeskiö siirtyy taaksepäin. Tämä on mahdollista, jos korkeusvakauttimen aiheuttama momentti on riittävän suuri.

 

Ei kai siitä mitään haittaa ole jos korkeusvakautin kantaa, päinvastoin. Tällöin tilanne on oikeastaan kuten Canard-koneessa: kumpikin siipi kantaa, mutta taaemmman oikaiseva momentti on suurempi kuin etusiiven epävakauttava momentti.

 

En ole muuten juurikaan lukenut Hoffren/Laine/Renko-kirjaa, mutta hauska huomata, että olemme (edelleen) samoilla linjoilla. Ei sinänsä ihme, koska Laine ja Hoffa näitä aikoinaan mulle opettivat.

 

 

[Risto Niemi 0]

Sanoin "yleensä", koska "aina" on vähän vaarallinen sana. Periaatteessa kun on mahdollista, että takasiipi = korkeusvakautin kantaa, tällöin siis siiven nostovoimakeskiö on stabiilissa tilassa painopisteen etupuolella. Oleellista on, että jos stabiili tila häiriintyy, niin koneen geometrian tulee olla sellainen, että syntyy oikaiseva momentti, eli että koko koneen nostovoimakeskiö siirtyy taaksepäin. Tämä on mahdollista, jos korkeusvakauttimen aiheuttama momentti on riittävän suuri.

 

Ei kai siitä mitään haittaa ole jos korkeusvakautin kantaa, päinvastoin. Tällöin tilanne on oikeastaan kuten Canard-koneessa: kumpikin siipi kantaa, mutta taaemmman oikaiseva momentti on suurempi kuin etusiiven epävakauttava momentti.

 

Kiitos kaima, kun otit nuo momentit keskusteluun tarkasteltavaksi!

Uskon, että se monille selventää asiaa vielä hieman lisää.

 

Nuo,  esimerkiksi minun mainitsemani, ja usein kirjoissakin käytetyt "puntarivertailut" (ne todellakin ovat vain yksinkertaistuksia itse ilmiön havainnollistamiseksi), kun yksinkertaistamissyistä, eivät tietenkään oikein kuvaa noita muita koneeseen (aerodynaamisesti lentäesssä) väistämättä syntyviä momentteja, pelkkien massojen aiheuttamien momenttien lisäksi.

 

Kuitenkin, kun noiden kaikkien aerodynaamisten  vaikuttavien voimien yhteenlaskettua pystysuoraan ylös vaikuttavaa voimavaikutusta (=ylöspäin suuntautuva pystysuuntainen kokonaisreaktion komponentti)(=nostovoimaa) kuvataan yhdellä vektorilla, asettuu se tasapainotilassa eli tasaisessa vaakalennossa täsmälleen koneen koneen massakeskiön (=painopiste) kohdalle, vastakkaisuuntaisena ja saman suuruisena. Juuri noin ymmärsin sinun sanoneen, niinkuin yritin minäkin kertoa.

 

Koneen ominaisuuksiin ns. suunnittelussa sisään rakennetu, haluttu ominaisuus eli stabiili vakavuus taas tarkoittaa juuri tuota koneen pyrkimystä palautua aiheutetun asentohäirön jälkeen takaisin haluttuun asentoon, ellei siihen edelleen aiheuteta jotain häiriövoimaa, yksinkertaisena esimerkkinä vaikkapa sakkauksen jälkeen ohjaimet irti päästettynä, ja haluttu asennon korjaantumisliikkeen suuntakin on tässä tapauksessa aika selvä eli halutaan nokan nyökkäävän alas, no sanotaanko haluttua momenntia sitten positiiviseksi vai negatiiviseksi, on sitten vaan sovittava merkinvalintakysymys.

 

Kyllähän tuosta aiheesta melko vaativan teoriatarkastelun saa aikaan, jos lähtee asiaa aivan juurta jaksain selvittämään, mutta ihan tuo perusasia on kyllä aika yksinkertainen, joka kaikkien lentäjien tulisi ilmiönä ymmärtää. Taitaa vaan olla aika lailla vaativa tehtävä esittää nuo ilmiöt samanaikasesti siten, että asiat olisivat täsmällisiä, kaikenkattavia, tosia ja yksinertaisen kansantajuisia. Kun asiat ovat monitahoisia ja monimutkaisia ei niitä voida esittää hyvin yksinkertaisesti tekemättä niistä enemmän tai vähemmän puutteelisia tai "yksinkertaisettuja osatotuuksia tietyin ehdoin".

 

Tuntemalla ainakin perusperiaatteet on paljon helpompi toisaalta hyväksyä niitä annettuja lento- tai huoltokäsikirjojen ohjeitakin, joiden noudattamisen riittävyyteen täällä joissain viesteissä viitattiin, ja toisaalta on se oma terve harkintakykykin mukana siitä, mikä on mahdollista ja mikä ei, jopa mahdolisten paino- tai lukemisvirheidenkin varalta esimerkiksi.   

[Guest Sakari Pyörre]

Kiitos kaima, kun otit nuo momentit keskusteluun tarkasteltavaksi!

Uskon, että se monille selventää asiaa vielä hieman lisää.   

 

Se on vaan jännä, että kun puhutaan neutraalipisteestä, eli aerodynaamisesta keskiöstä, jonka siis tulisi olla massakeskiön takana, niin "momentit", joiden perusteella NP lasketaan, ovatkin , sanoisinko, "virtuaalisia", tai "potentiaalisia". Tai, jos halutaan sanoa sama suomeksi, sitä vakaampi kone, mitä taaempana ja mitä isompi (pinta-alaltaan) takasiipi on.

 

Niemen Risto, onhan sinulla kirjahyllyssä tuo mainitsemani Laine/Hoffren/Renko?

[Risto Niemi 0]

Niemen Risto, onhan sinulla kirjahyllyssä tuo mainitsemani Laine/Hoffren/Renko?

 

Eipä ole ainakaan vielä, olen kyllä ajatellut hankkia senkin. Selailin sitä jo hieman ehkä kuukausi sitten SIL-shopissa, vaikuttaa asialliselta.

Muita aiheeseen liittyviä kirjoja ja materiaaliaaleja on kyllä useitakin.

[Guest Sakari Pyörre]

Eipä ole ainakaan vielä, olen kyllä ajatellut hankkia senkin. Selailin sitä jo hieman ehkä kuukausi sitten SIL-shopissa, vaikuttaa asialliselta.

Muita aiheeseen liittyviä kirjoja ja materiaaliaaleja on kyllä useitakin.

 

Myös tällainen sivu voi olla tutustumisen arvoinen: http://adamone.rchomepage.com/index5.htm

 

 

[Risto Niemi 0]

Myös tällainen sivu voi olla tutustumisen arvoinen: http://adamone.rchomepage.com/index5.htm

 

Joo lukaisin sen kyllä.

 

Vähän enemmänkin englanninkielistä aiheesta löytyy mm. NASA: n sivuilta:

 

http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/short.html

 

Siinä on heti päälimmäisenä vähän perusteorioita kaiken kaikkiaan, aivan suoraan koneen vakakavuus otsikoilla ei, mutta palasina asiaan liittyviä asioita eri kohdissa. Hakusanalla vakavuus (stability) eri muodoissaan löytyy tarkemmin kohdistuvaa tietoa asiaan. 

[Risto Niemi 0]

Joo lukaisin sen kyllä.

 

Vähän enemmänkin englanninkielistä aiheesta löytyy mm. NASA: n sivuilta:

 

http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/short.html

 

Siinä on heti päälimmäisenä vähän perusteorioita kaiken kaikkiaan, aivan suoraan koneen vakakavuus otsikoilla ei, mutta palasina asiaan liittyviä asioita eri kohdissa. Hakusanalla vakavuus (stability) eri muodoissaan löytyy tarkemmin kohdistuvaa tietoa asiaan.

 

Vielä jatkan tuohon edelliseeni, että helpointa voisi olla alkaa perusteiden selventämisestä tutustumalla ensin kotimaiseen materiaaliin.

 

Mielestäni oikein hyvin, esimerkiksi yksityislentäjälle riittävällä tietotasolla ja helposti ymmärrettävällä tavalla, lentokoneen vakavuus on esitetty suomenkielellä mm. kirjoissa:

 

- Ilmailu, kirjoittajat Juhani Kärnä, Esko Hatakka, Jaakko Kaskia, Heikki Riitaho ja Jorma Jalkaen

 

- Aerodynamiikka, kirjoittaja Erkki Haapanen