Matkustajakoneiden suoritusrajat korkealla

[Vesa Rautakoura 0]

Itse olen enemmän GA miehiä, mutta katselin tuossa tuon AirFrance dokkarin, jossa tuli ilmi miten FL350:ssä koneen sakkausnopeus ja "huippunopeus" ovat lähellä toisiaan. Tämä ei sinänsä mitään uutta, esim U2 vakoilukonehan lentää todella kapealla nopeusvälillä korkealla.

 

Ilmeisesti matkustajakoneissa (lue: nopeissa ja korkealla lentävissä) myös IAS sakkausnopeus nousee korkeuden myötä, toisin kuin pikkukoneissa. Käsitin että tämä on jonkinlaisen ilman pakkautumisen tms syytä pitot-putkessa. Joku voi kansankielellä selventää tarkemmin. Kuitenkin ilmeisesti tässä tulee nyt se EAS nopeus kuvioihin? Tai sitten ei =)

 

Anyways. Dokkarissa näytettiin miten lentäjät vähensivät tehoa ennen myrskyä vähentääkseen koneeseen tulevaa stressiä (ja näyttivät myös, käsittääkseni tyynelläkin kelillä, että standardi on 85% tehoa ja 5% pitch up käsipelillä jos pitot putket tukkeentuu), mutta tämä herättää minussa kysymyksiä:

 

Miksi niin ohuessa ilmassa, jossa kone sakkaa pienestäkin pudotuksesta nopeudessa, taas vastaavasti pieni lisänopeus kuormittaa konetta liikaa? Miksi ilmasta tulee yhtäkkiä sellaista, että se pieni nopeuden muutos joko ei enää kanna konetta, tai vastaavasti rikkoo sen? (tai vie riskinopeuksille), eli toisin sanottuna miksi korkealla ja kovaa lennettäessä on vain kapea nopeusalue missä lentokone toimii. Tiedän, että sakkaus ei sinänsä johdu nopeudesta, vaan AOA:sta, mutta en nyt äkkiseltään osaa hahmottaa asiaa järkeenkäyvästi. Mikä yleisesti on rajoittava tekijä matkustajakoneiden maksimivauhtiin FL300+? Ilmeisesti moottorien teho ei, mutta tuntuu oudolta että koneteho riittää rikkomaan koneen noin ohuessa ilmassa, vaikka koneella alkaa olla vaikeuksia ottaa korkeutta(?).

 

Googlella tuli vastaan termi "coffin corner" mutta ei ihan aukene tyhmälle perusidea syistä.

 

Kiitos ja toivottavasti joku sai tästä viestistä selkoa =)

[Tuomo Seppälä 0]

Hei Vesa,

 

Tätä asiaa auttaa ymmärtämään kun selvittää käsitettä Coffin corner.

 

[size=9pt] [url]http://en.wikipedia.org/wiki/Coffin_corner_%28aviation%29[/url]

The coffin corner or Q-Corner is the altitude at or near which a fast fixed-wing aircraft's stall speed is equal to the critical Mach number, at a given gross weight and G loading. At this altitude the airplane becomes nearly impossible to keep in stable flight. Since the stall speed is the minimum speed required to maintain level flight, any reduction in speed will cause the airplane to stall and lose altitude. Since the critical Mach number is the maximum speed at which air can travel over the wings without losing lift due to flow separation and shock waves, any increase in speed will cause the airplane to lose lift, or to pitch heavily nose-down, and lose altitude. The "corner" refers to the triangular shape at the top right of a flight envelope chart where the stall speed and critical Mach number lines come together.

[/size]

 

Tässä myös kuvana:

 

 

Ja tässä coffin cornerissa perusidea on siinä että kone sakkaa myös ylemmällä nopeusalueella, eli Mcrit yläpuolella. Tämän ilmiön nimi on shock stall ja se johtuu shokkiaallon aiheuttamasta nosteen katoamisesta. Nää on näitä aerodynaamisia juttuja .

 

-tuomo

[Vesa Rautakoura 0]

Kiitos vastauksesta. Tuo oli kyllä selvää tuo coffin cornerin luonne, eli ylempänä sakkausnopeus ja huippunopeus kohtaavat, tai yleensä lähenevät. Mutta aidosti en ymmärrä tuossa kaaviossa sitä, että miksi tuo "overspeed" linja menee vasemmalle, eikä edes about lineaarisesti oikealle tuon sakkausnopeuden kanssa. Ts miksi ylinopeusraja alkaa pienentyä korkeuden myötä, vaikka suurin rasite lentokoneelle pienenee: ilmanvastus.

 

Voisin veikata että tuossa kaavioissa on selkeyden vuoksi virhe, eli menisikö oikeasti MMo ja Vs viivat toistensa kanssa samaan suuntaan mutta MMO hieman jyrkemmin tms.

 

 

[Olli Jaarinen 0]

Moi Vesa,

 

Tuomo vähän selittikin jo coffin corneria, mutta yritän vielä selvittää asiaa.

 

Lentokoneilla on kolme toimintaa rajoittavaa nopeutta. Sakkausnopeus, rakenteellinen huippunopeus ja suurin sallittu Mach:n luku. Näistä kaksi ensimmäistä koskee kaikkia koneita, mutta kolmas, eli machin lukuun perustuva rajoitus tulee vastaan vain suihkukoneilla, koska ainoastaan niiden suorituskyky riittää nopeuksille ja korkeuksille jossa on mahdollista päästä lähelle äänennopeutta.

 

Koneen sakkausnopeus on vakio (EAS) ja sitä vastaava mittari-ilmanopeus (IAS) tosiaan nousee hieman korkealla lennettäessä johtuen ilman kokoonpuristuvuudesta. Näin tapahtuu myös mopo-Cessnassa, mutta ilmiö ei ole havaittavissa. Vastaavasti ilmakehän matalissa osissa (noin alle FL300) on mahdotonta lentää konetta sellaiselle nopeudelle että suurin sallittu Machin luku tulee vastaan, koska suurin sallittu IAS (Vne, suihkokoneilla puhutaan Vmo, maximum operating speed) tulee vastaan. Koska ylöspäin noustessa ilman lämpötila laskee ja äänennopeus hidastuu, pienemmällä IASilla saadaan suurempia machin lukuja ja jossain vaiheessa tulee vastaan tilanne, jossa suurinta sallittua machin lukua (Mmo) vastaava nopeus on pienempi kuin Vmo. Jos (ja kun) nousua tästä vielä jatketaan, Mmo:ta vastaava ilmanopeus pienenee edelleen. Kun ollaan tarpeeksi korkealla, kasvava sakkausnopeus ja pienenevä Mmo vastaava IAS tavoittavat toisensa ja ollaan "coffin cornerissa": nopeudella, jossa kone ei voi kiihdyttää eikä hidastaa.

 

Mmo on mielenkiintoinen nopeus. Sen ylittäminen ei riko konetta kuten Vmo/Vne:n ylittäminen, vaan kyse on aerodynamiikasta. Kun kone lähestyy äänennopeutta, jossain vaiheessa siiven yläpinnalla kiihtynyt ilmavirta saavuttaa äänennopeuden Mach 1.0, vaikka itse kone onkin vielä aliääninopeudella. Machin lukua jolla tämä tapahtuu, kutsutaan kriittiseksi Machin luvuksi (Mcrit) ja koneen sanotaan olevan transsoonisella nopeudella. Kun ilmavirta siiven yläpinnalla saavuttaa äänennopeuden, tähän kohtaan syntyy paineaalto, jota kutsutaan shokkiaalloksi (shock wave). Se aiheuttaa vastusta ja häiritsee ilman virtausta muuttaen tasaisen (laminaarisen) ilmavirran takanaan pyörteiseksi (turbulenttiseksi). Miten nopeasti shokkiaalto nopeuden kasvaessa voimistuu ja mihin kohtaan siipeä se muodostuu riippuu siiven profiilista. Tyypillistä sille kuitenkin on, että se siirtyy nopeuden kasvaessa lähemmäs siiven johtoreunaa ja voimistuu. Kun shokkiaalto on voimistunut tarpeeksi, siipi sakkaa virtauksen irtoamisen takia ihan kuten tavallisessa hidaslentosakkauksessakin. Mmo siis tarjoaa riittävän turvavälin tähän ns. high-speed-stalliin. Ongelma tässä mach-sakkausessa on se että sitä ei voi korjata laskemalla koneen nokkaa, koska silloin nopeus kiihtyy ja kone menee vain syvemmällä sakkaustilaan, saattaa menettää ohjattavuutensa ja nopeus kiihtyy syöksyssä edelleen niin, että lopulta saavutetaan Vne ja kone alkaa hajota.

 

Kriittisen Machin luvun jälkeen myös lennon taloudellisuus alkaa heiketä kasvaneesta vastuksesta johtuen. Nykyisillä siipiprofiileilla voidaan viivyttää shokkiaallon voimistumista niin, että koneella voidaan ajaa suurille nopeuksille. Vastaavasti tarvitaan valtavat ja monimutkaiset laskusiivekkeet, koska siipeä ei ole tehty hitaasti lennettäväksi eikä se tuota pienillä nopeuksilla riittävästi nostovoimaa.

 

Anekdoottina kerrottakoon, että "äänivalli" on juuri tuon shokkiaallon aiheuttamaa vastuksen kasvua. Kun 40-luvulla yritettiin lentää ääntä nopeammin vastus sen aikaisilla siipiprofiileilla (joita ei siis ollut suunniteltu ko puuhaan) kasvoi niin nopeasti, että moottorin työntövoima ei riittänyt sen voittamiseen - kuin seinää vasten kiihdyttäisi.

 

blue skies,

-- Olli

[Oskari Tähtinen 0]

Lisäksi kannattaa huomioida sakkauskohtauskulman huomattava pieneneminen (jopa kolmasosaan) lennettäessä suurilla machin luvuilla.

 

Tuolta löytyy lisätietova sitä janoaville

 

http://pilotlab.net/library-2/systems-performance/understanding-aoa-part1.pdf

 

-Oskari

[Antti Laukkanen 15]

Suuri ilmailuguru Jerry Laine kirjoitti Ilmailuun (muistaaksein toissanumeroon) pitkähkön kirjoituksen, jonka motivaattori taisi olla tuo dokumentti. Samoista asioista on kyse. Kannaattaapi lukaista.

 

-A-

[Tero Hannula 14]

Koska ylöspäin noustessa ilman lämpötila laskee ja äänennopeus hidastuu, pienemmällä IASilla saadaan suurempia machin lukuja ja jossain vaiheessa tulee vastaan tilanne, jossa suurinta sallittua machin lukua (Mmo) vastaava nopeus on pienempi kuin Vmo. Jos (ja kun) nousua tästä vielä jatketaan, Mmo:ta vastaava ilmanopeus pienenee edelleen. Kun ollaan tarpeeksi korkealla, kasvava sakkausnopeus ja pienenevä Mmo vastaava IAS tavoittavat toisensa ja ollaan "coffin cornerissa": nopeudella, jossa kone ei voi kiihdyttää eikä hidastaa.

 

Kuis sitten käy jos noustaan (ehkäpä jollakin U-2:n tapaisella subsoonisella koneella) tropopaussista läpi stratosfäärin puolelle, jossa lämpötila nousee ylöspäin mennessä eli äänennopeus kasvaa, mutta paine edelleen alenee. Äkkiä ajatellen tuo kuvassa oleva kolmio taipuu silloin huipustaan oikealle, eli voitaisiin joutua alueelle, jossa sekä nopeutta että korkeutta ei voisi muuttaa mihinkään suuntaan joutumatta sallittujen nopeusrajojen ulkopuolelle. Pitäisi siis sekä hidastaa että laskeutua yhtäaikaa. Meneeks se näin ja onko tälle nimeä olemassa? Coffin tip? 

[Vesa Rautakoura 0]

Moi Vesa,

 

Tuomo vähän selittikin jo coffin corneria, mutta yritän vielä selvittää asiaa.

 

 

Kiitos Ollille ja muillekkin vastauksista!

[Jukka Takamaa 0]

Eikös koko dokkarin pointti ollut siinä että mittarit alkoi näyttämään liikaa nopeutta ja laskivat sen takia tehoa...sakkasivat koska eivät

tajunneet todellista tilannetta...ja olisivat selvinneet jos olisivat lisänneet tehoa ja lopettaneet uskomasta mittareihin ja näyttöihin jotka olivat sekaisin...eli peräänkuulutettiin sitä kuuluisaa perstuntumaa.

 

Tällanen mielikuva mulle siitä jäi.

[Vesa Rautakoura 0]

Eikös koko dokkarin pointti ollut siinä että mittarit alkoi näyttämään liikaa nopeutta ja laskivat sen takia tehoa...sakkasivat koska eivät

tajunneet todellista tilannetta...ja olisivat selvinneet jos olisivat lisänneet tehoa ja lopettaneet uskomasta mittareihin ja näyttöihin jotka olivat sekaisin...eli peräänkuulutettiin sitä kuuluisaa perstuntumaa.

 

Tällanen mielikuva mulle siitä jäi.

 

Mulle jäi sellanen mielikuva, että jää tukki pitotputket kokonaan, nopeustieto katosi/näyttäen aivan puuta heinää joka sulki automaatin käytöstä. Teho jäi ilmeisesti laittamatta, mutta aikaa reagoida ei ollut paljon ja kone antoi hälyn hälyn perään.

 

Mittarilento-olosuhteissa "perstuntuma" taitaa olla yhtä turha kuin väärää näyttävä mittari? Eli siihen ei voi luottaa pätkääkään, ainoastaan visuaalinen näköhavainto yliajaa mittarinäyttämän, ei perstuntuma, tai näin olen ymmärtänyt.

[Jari J Sivula 1]

Ei taida todellakaan istuinlihaksissa olla lentotuntumaa yöllä pinnalla 300+, tokko päivälläkään.

[Jukka Takamaa 0]

No perstuntumalla tarkoitan juuri sitä kokemusta enkä mittareita. Eli järjen pitäisi alkaa koputtaa jos kaasukahvat takana ja lentokorkeus 48000 jalkaa. Kai nyt kaarto ja kallistusmittari edelleen toimii vaikka pakkanen olisi vetänyt nopeusnäyttämän mykäksi.

 

Tukkeutumisen/jäätymisen aikana ilmeisesti se anturin reikä pienenee ( virtausnopeus kasvaa ) ja näyttää hetken liikaa ennen kokonaan umpeenmuuraantumista ?

 

Eilen satoi vettä Oulussa vaikka oli -4 C. Paha lentokeli ?

[Guest teemuki]

 

 

Tukkeutumisen/jäätymisen aikana ilmeisesti se anturin reikä pienenee ( virtausnopeus kasvaa ) ja näyttää hetken liikaa ennen kokonaan umpeenmuuraantumista ?

 

 

pitot-staattinen järjestelmä vertaa paineita, ei virtausta.

[Jari J Sivula 1]

Niinpä. Kyseisessä tapauksessa varmaankin osansa lentäjien kapasiteetista on vaatinut yllättävä virheilmoitusten suma. Pitot-putkessa ei varsinaisesti käy virtaus. Nopeusmittari on oikeastaan ilmapuntari kuten korkeusmittari ja variometrikin (Teemu ehti ensin).

 

Minua askarruttaa tuo Airbusin kaasukahvojen toiminta. Oletetaan, että kahvat ovat asennossa 75%. Autothrust säätää tehot 85%, mutta kahvat jäävät "asentoon" 75%. Nyt kuski vetää tyhjäkäynnille. Tuli mieleen, että nythän sinne jää 10% tehoa päälle, jos käyttää suoraviivaista (KISS) logiikkaa. Vai pitäisikö käyttää jonkinlaista ranskalaista logiikkaa, vai pitäisikö olla koskematta kaasuun....

[Jukka Takamaa 0]

pitot-staattinen järjestelmä vertaa paineita, ei virtausta.

 

No ihan sama miten se mittaa jos lopputulema on sama ?

 

 

Minua askarruttaa tuo Airbusin kaasukahvojen toiminta. Oletetaan, että kahvat ovat asennossa 75%. Autothrust säätää tehot 85%, mutta kahvat jäävät "asentoon" 75%. Nyt kuski vetää tyhjäkäynnille. Tuli mieleen, että nythän sinne jää 10% tehoa päälle, jos käyttää suoraviivaista (KISS) logiikkaa. Vai pitäisikö käyttää jonkinlaista ranskalaista logiikkaa, vai pitäisikö olla koskematta kaasuun....

 

Siis eikö ne kahvat kääntyile itsestään autopilotilla ? Eikö pilotilla ole referenssiä mikä asetus on kaasulla ?

[Olli Jaarinen 0]

Moi,

 

Minua askarruttaa tuo Airbusin kaasukahvojen toiminta. Oletetaan, että kahvat ovat asennossa 75%. Autothrust säätää tehot 85%, mutta kahvat jäävät "asentoon" 75%. Nyt kuski vetää tyhjäkäynnille. Tuli mieleen, että nythän sinne jää 10% tehoa päälle, jos käyttää suoraviivaista (KISS) logiikkaa. Vai pitäisikö käyttää jonkinlaista ranskalaista logiikkaa, vai pitäisikö olla koskematta kaasuun....

 

bussin autokaasun ollessa päällä kaasuvivut ovat CLB-gatessa. Autokaasu vaihtelee tehoa tällöin tarpeensa mukaan tyhjäkäynnin ja climb-tehon välillä. Jos vipuja vetää taaksepäin, rajoittuu autokaasun toiminta-alue siten, että vipujen asento määrittää suurimman sallitun kierrosluvun. Jos vivut vetää tyhjäkäynnille moottorit menevät tyhjäkäynnille ja autokaasu irtoaa. Jos vipuja uudelleen nostetaan tyhjäkäynniltä käytössä on siis normaali käsikaasu.

 

blue skies,

-- Olli

[Oskari Tähtinen 0]

No ihan sama miten se mittaa jos lopputulema on sama ?

 

Mitäs Bernoulli tuumasikaan paineelle käyvän virtausnopeuden kasvaessa? Toisaalta jos pitot-anturiin pääsee vähemmän ilmaa, patopaine varmaan pienenee?

 

-Oskari

[Markku Koivurova 367]

Kun kone lentää vakio nopeudella, pitotputkeen ei virtaa ilmaa. Jos tässä tilanteessa pitotputki jäätyy umpeen, mittariin jää se nopeus mitä kone lensi jäätymishetkellä, edellyttäen, että tukos on ilmatiivis eikä järjestelmä vuoda muualta. Esimerkiksi vesi tekee nopeusmittarinäytölle sen, että näyttö jää jälkeen todellisesta nopeudesta nopeuden muuttuessa. Jos nopeus pienenee, mittari näyttää liian suurta nopeutta. Tästä on omakohtainen kokemus vesikoneellla (kova lasku).

[Matti Huoviala 84]

Jep, ja koska nopeusmittari mittaa paine-eroa tuollainen tukkeutunut putki aiheuttaa käytännössä nopeusmittarin muuttumisen korkeusmittariksi. Pelkistettynä näihin pienempiin koneisiin...

 

-M-

[Olle Sälgmark 2]

Jep, ja koska nopeusmittari mittaa paine-eroa tuollainen tukkeutunut putki aiheuttaa käytännössä nopeusmittarin muuttumisen korkeusmittariksi. Pelkistettynä näihin pienempiin koneisiin...

 

-M-

 

Jep,ja vaikka nouset vakionopeudella lentäen niin näyttö suurenee,ja pienenee vakionopeudella jos pudotat korkeutta....

[Vieras]

Ehkä tämä pitäisi olla osastolla "Tyhmät kysymykset ilmailusta" mutta kysyn täällä kuitenkin: Miksi pitotputkia ei lämmitetä niin kuumiksi etteivät varmalla jäädy ?

 

Hannu

[Juha Kallioinen 2]

Ehkä tämä pitäisi olla osastolla "Tyhmät kysymykset ilmailusta" mutta kysyn täällä kuitenkin: Miksi pitotputkia ei lämmitetä niin kuumiksi etteivät varmalla jäädy ?

 

Kyllähän ne lämmitetäänkin, mutta lämmitys voi joskus vikaantua. Pikkukoneissakin on pitotputkenlämmitysmahdollisuus. Se päällä ei kuitenkaan lennetä koko aikaa, koska.. no enpäs oikeastaan tiedäkään miksi, mutta voisin arvella että se rasittaa pikkukoneen sähköjärjestelmää kohtuuttomasti taikka sitten se pitotputki saattaa lämmetä vähän liian paljon ja aiheuttaa muunlaista vaaraa

 

t. Juha

[Juha-Matti Keränen 3]

No perstuntumalla tarkoitan juuri sitä kokemusta enkä mittareita. Eli järjen pitäisi alkaa koputtaa jos kaasukahvat takana ja lentokorkeus 48000 jalkaa. Kai nyt kaarto ja kallistusmittari edelleen toimii vaikka pakkanen olisi vetänyt nopeusnäyttämän mykäksi.

 

Air Francen onnettomuudessa moottoritehot/tehovivut eivät käsittääkseni olleet 'takana' ja miksi olisivatkaan olleet eikä lentokorkeus ollut lähelläkään 48 000 jalkaa. Toisekseen; eipä taida Airbussista löytyä kaarto- ja kallistusmittaria.

[Kimmo Huoviala 1]

Kaarto- ja kallistusmittarilla onkin hirveä merkitys nopeuden indikoimiseen?

[Jukka Takamaa 0]

Niin mutta helpottaa perstuntumalla lentämistä hirveesti jos joku kuula löytyy koneesta.

 

Jos tietää olevansa vaakatasossa niin kaasusäädöistä voi kuitenkin olettaa jotensakin olevansa menossa eteenpäin.

 

Pilvessä ja yöllä ei varmaan ole hirveesti referenssejä ulkona mistä voi tehdä vertailua vai mitä ...siis jos nopeusmittarikin on rikki jne. ?