Pituuskallistusstabiliteetti ja nopeuteen trimmaus

[Ilari Kousa 0]

Tuntuu, että missään aeromystiikan oppikirjoissa ei selitetä tätä kunnolla. Eli  oletetaan, että olen yksimoottorikoneessa joka trimmattu vaakalentoon. Nopeus pysyy vakiona. Muutan tehoasetusta. Tämän seurauksena nokan asento muuttuu siten, että IAS saavuttaa oskillaatioiden jälkeen taas lähtöarvon. Miksi? Jokin "stabiliteettiehto" siinä tuntuu olevan -- kone pyrkii asettumaan tasapainoon, mutta mitä oikeastaan tapahtuu?

[Hannu Örn 7]

Netistä löytyy John S. Denkerin erinomainen oppikirja See How it Flies:

 

http://www.av8n.com/how/

 

Luvussa 2 puhutaan kohtauskulmasta ja trimmistä.

[Hannu Örn 7]

Pituusstabiilisuus (longitudinal stability), jota oikeammin voisi kutsua kohtauskulmastabiilisuudeksi, perustuu korkeusvakaajaan.

 

Jos kohtauskulma jonkin häiriön seurauksena kasvaa, korkeusvakaajan voima muuttuu hieman ylöspäin, mikä aiheuttaa koneen nokan painumisen alaspäin, mikä puolestaan pienentää kohtauskulmaa.

 

..ja sama päinvastoin, jos alkuperäinen häiriö pienensi kohtauskulmaa. Näin kone pyrkii aina palautumaan häiriötä edeltävälle kohtauskulmalle. Trimmiasetuksesta riippuu, mikä tämä kulma on. Trimmillä ei siis oikeastaan trimmata nopeutta vaan kohtauskulmaa; vaakalennossa nämä kaksi asiaa tosin kulkevat käsi kädessä.

 

Tehonlisäyksen vaikutus on kaikkine detaljeineen melko mutkikas prosessi, mutta lopputulos on se, että kone lentää tehonlisäyksen jälkeen samalla kohtauskulmalla kuin aiemminkin. Kone tosin kiipeää nyt ylöspäin ja nokka on hieman ylempänä.

 

Useimmissa koneissa trimmi ei toimi ihan ideaalisti, vaan teho- tai laippa-asetuksen muutos vaatii myös trimmin hienosäätöä, jotta nopeus säilyisi.

[Erkki Pulkkinen 0]

Eihän se kone välitä siitä saako ilmanopeuden aikaiseksi moottorivoima vai alamäki.

 

Vastapuolina ovat koneen massa ja nostovoima sekä toisaalta staattinen vastus ja sen kumoamiseen vaadittava voima. Kun kyse on liikkeestä niin voimien sijasta voidaan puhua tehoista.

Esimerkiksi kun pienennämme moottoritehoa, pyrkii ilmanopeus pienenemään, joka samalla pienentää nostovoimaa. Koneen nokka painuu tämän vuoksi alaspäin ja kone aloittaa liu'un alaspäin. Tämä tarkoittaa sitä, että kone alkaa käyttämään varastoitua potentiaalienergiaa moottorienergian sijasta, jonka vuoksi ilmanopeus pysyy suunnilleen samana kuin alkuperäisellä moottoriteholla.

Sama asia toimii moottoritehoa lisätessä, mutta toisin päin.

Potentiaalienergia on sitä, mitä varastoidaan suurella moottoriteholla, vaikka kone kulkisi yhtä lujaa pienemmälläkin teholla. Kun tätä varastoitua potentiaalienergiaa tuhlataan ylettömästi, törmätään maapalloon.

 

Mitä korkeusperäsin-trimmiin tulee, sen tehtävä on korjata koneen lentoasento ilmanopeuden, kuormauksen, laippojen ja muiden vastaavien muutoksista aiheutuvaa epätasapainoa, mutta se ei ole syy mysteeriin, joka itsessään stabiloisi ilmanopeutta tehon muutoksen mukaan.

 

[Ilari Kousa 0]

Nyt alkaa tajuta...

[Erno Berger 0]

Minä olen aina ajatellut asian seuraavasti, tässä ei liene koko totuus, mutta ainakin omasta mielestäni on yksikertainen tapa ajatella asiaa.

 

Koneen siipi pitää konetta ilmassa ja korkeusperäsin ohjaa nokkaa ylös tai alas. Normaalisti lennettäessä korkeusperäsin painaa alaspäin, eli pitää nokkaa ylhäällä. Vaakalennossa kone on puolestaan tasapainossa siten, että korkeusperäsin painaa alaspäin juuri sen verran, että nokka pysyy oikeassa asennossa ja siiven kohtauskulma on oikea vaakalentoon.

 

Trimmi puolestaan säätää sitä, että kuinka paljon koneen korkeusperäsin painaa alaspäin, ilman että sitä työnnetään/vedetään käsin ohjaimista.

 

Nyt jos tehoa vähennetään, pienenee nopeuskin hetkellisesti. Tästä seuraa, että korkeusperäsimen voima alaspäin pienenee ja koneen nokka painuu horisontin alle. Kone lähtee liukuun ja nopeuden kasvaessa korkeusperäsimen voima alaspäin kasvaa. Nokka nousee hieman yli tasapainoaseman, nopeus tippuu ja taas mennään alaspäin. Tästä muutaman oskillaation jälkeen kone asettuu taas tasapainoasemaan. Koska trimmiin ei ole koskettu, saavutetaan vaakalentoa vastaava tasapainoasema samassa nopeudessa kuin vaakalennossa, nyt tosin liu'ussa, sillä tehoa on vähemmän.

 

Tästä vois myös tehdä sellaisen ajatusleikin, että jos lentokoneen korkeusperäsin tekisikin nostetta. Silloin nokan painuessa alaspäin ja nopeuden kiihtyessä korkeusperäsimen noste kasvaisi, jolloin nokka painuisi vielä enemmän alaspäin ja kone lähtisi nopeasti syöksyyn. Tällainen kone olisi hyvin epästabiili lentää.

 

  -Erno

[Toni Korppi 0]

 

Tästä vois myös tehdä sellaisen ajatusleikin, että jos lentokoneen korkeusperäsin tekisikin nostetta. Silloin nokan painuessa alaspäin ja nopeuden kiihtyessä korkeusperäsimen noste kasvaisi, jolloin nokka painuisi vielä enemmän alaspäin ja kone lähtisi nopeasti syöksyyn. Tällainen kone olisi hyvin epästabiili lentää.

 

Hmmmm.... Joidenkin koneiden korkeusvakaaja tosiaan aikaansaa plusmerkkistä nostovoimaa. Mutta tuota, kun nokka painuu, pienee myös vakaajan kohtauskulma ja nostovoima...

[Hannu Örn 7]

Hmmmm.... Joidenkin koneiden korkeusvakaaja tosiaan aikaansaa plusmerkkistä nostovoimaa. Mutta tuota, kun nokka painuu, pienee myös vakaajan kohtauskulma ja nostovoima...

 

... mikä aiheuttaa nokka ylös -momenttia reaktiona alkuperäiseen kohtauskulman pienenemiseen - eli kone on stabiili, vaikka korkeusvakaaja tuottaa nostovoimaa ylöspäin.

 

Ajatus siitä, että koneen massakeskiön on aina oltava siiven nostovoimakeskiön etupuolella, että korkeusvakaaja painaa aina alaspäin ja että tämä on edellytys koneen stabiilisuudelle, on todella sitkeä myytti.

 

Näihin harhoihin päädytään, kun unohdetaan kohtauskulman keskeinen rooli, tai kun stabiilisuus ymmärretään väärin. Stabiilisuus liittyy systeemin tapaan reagoida häiriöön. Jos kone pyrkii palaamaan alkuperäiseen kohtauskulmaan, se on stabiili riippumatta siitä, mihin suuntaan korkeusvakaajan voimavektori osoittaa. Ratkaisevaa on häiriön aiheuttaman muutoksen suunta, ei kokonaisvoiman suunta.

[Janne Pöykiö 0]

... mikä aiheuttaa nokka ylös -momenttia reaktiona alkuperäiseen kohtauskulman pienenemiseen - eli kone on stabiili, vaikka korkeusvakaaja tuottaa nostovoimaa ylöspäin.

 

 

Eikös se Hannu ollut niin, että pitää olla dynaamisesti ja staattisesti stable.  Muuten ei hjuva