Kuinka lentokone toimii.. (linkki)

[Jari Varje 0]

Tämä kuva havainnollistanee Jounin viestiä. a)-kohdassa voima on nolla. A ja B ovat patopisteet. b)-kohdassa viskoosittoman ideaalifluidin virtaus (ei nostovoimaa, virtaus tekee mutkan jättöreunan kohdalla, ja takimmainen patopiste on siiven yläpinnalla). c)-kohdassa todellinen tilanne, jossa takimmainen patopiste on jättöreunalla, ja siipi tuottaa nostovoimaa. Sakkaustilanteessa takimmainen patopiste irtoaa jättöreunalta, ja siiven yläpuolelle muodostuu turbulenttinen virtaus.

 

[Kimmo Wjuga 1]

Siksi olisi syytä unohtaa teoriat "Newton" ja "Bernoulli" ja puhua vain sirkulaatiosta.

 

Mä taas sanoisin just toisinpäin, eli unohtaa sana sirkulaatio ja puhua newtonista Koska sirkulaatio on vaan osa tuota Kutta-Zjukovskin teoreemaa. Ja tuo teoreema on taasen newtonin toinen laki vain toisennäköiseksi muotoiltuna, mutta kun sitä oikein tarkkaan katsoo, niin sehän on dp/dt.

Ja siis kun puhun newtonin toisella lailla tämän jutun selittämistä, niin en tarkoita sitä hauliteoriaa vaan siis ihan newtonin toista lakia. Yläpinta huomioiden.

[Jaakko Kuusisto 3]

Tämä kuva havainnollistanee Jounin viestiä. a)-kohdassa voima on nolla. A ja B ovat patopisteet. b)-kohdassa viskoosittoman ideaalifluidin virtaus (ei nostovoimaa, virtaus tekee mutkan jättöreunan kohdalla, ja takimmainen patopiste on siiven yläpinnalla). c)-kohdassa todellinen tilanne, jossa takimmainen patopiste on jättöreunalla, ja siipi tuottaa nostovoimaa. Sakkaustilanteessa takimmainen patopiste irtoaa jättöreunalta, ja siiven yläpuolelle muodostuu turbulenttinen virtaus.

 

 

A) Ei ole nolla. Epäsymmetrinen profiili synnyttää nostovoimaa jo Nolla kohtauskulmalla

  Vain A on patopiste

 

Nostovoima syntyy kohtisuoraan jännettä vastaan ja vaikuttaa kohtisuoraan virtausta vasten

[Kimmo Wjuga 1]

A) Ei ole nolla. Epäsymmetrinen profiili synnyttää nostovoimaa jo Nolla kohtauskulmalla

  Vain A on patopiste

 

Nostovoima syntyy kohtisuoraan jännettä vastaan ja vaikuttaa kohtisuoraan virtausta vasten

 

Totta. Tosin jos virtaus käyttäytyisi niinkuin tuossa kuvassa, niin nostovoimaa ei syntyisi, sillä sirkulaatio/alastaite on nolla (vertaa virtauksen tulo- ja lähtösuuntia). Se tuossa kuvassa on se pointti. Mutta se on totta, että siihen olisi ollut ehkä fiksumpaa piirtää symmetrinen profiili, sillä se virtaus ei tosiaan todellisuudessa käyttäydy noin jättöreunalla.

[Guest apheino]

Oikeasti asian ymmärtämiseksi se sirkulaation periaate täytyy ymmärtää ja hyväksyä ennen kuin asiaan tulee tolkkua. Se on ainoa tapa selittää miten pingispallo, ladon ovi tai selällään olevan lentokoneen siipi yleensä kehittää nostovoimaa.

 

Kerronpa tarinan pikku-Teekkarista joka ensimmäistä kesää Aerolabralla kesämannena ollessaan jutteli silloisen aeron assarin kanssa. Takana oli suurinpiirtein Johdatus kuljetusvälinetekniikkaan, mutta halu oppia oli kova. Assari siinä kysymään että 'Mistäs muuten nostovoima syntyy?'. Pikku-Teekkarimme oli mielestään nokkela ja kertoi ettei ainakaan siitä ylä- ja alapinnan pituuserosta kuten lukiossa oli opetettu(harhautettu). Assari vastasi tähän että 'Sirkulaatiosta'. Juttu jatkui kertomalla kuinka upea uusi sci-fi sarja Babylon 5 alkaa lähiakoina... Pikku-Teekkarimme oli hieman hämmillään, sillä sirkulaatio ei kertonut hänelle yhtään mitään! Seuraavana syksynä pikku-Teekkari luki kovasti sirkulaatiosta ja oppikin käyttämään tuota maagista työkalua. Vieläkin mieltä kaihersi pieni kysymys: Mistähän se sirkulaatio mahtaa sitten johtua..?

 

Kuten Kimmo jossain kirjoitti on sirkulaatio kuitenkin vain virtausnopeuden integraali suljettua viivaa pitkin. Kun sirkulaation arvo on tiedossa on nostovoima yksinkertaisesti vapaan virtauksen tiheys kertaa vapaan virtauksen nopeus kertaa sirkulaatio. Sittenhän me aerodynaamikot lätkäisimme virtaukseen joukon pyörteitä ja lähteitä, tai niiden jakaumia, joiden voimakkuudet ratkaistiin ehdoilla että virtaus ei kulje pinnan läpi, ja että Kutta ehto on voimassa jättöreunan patopisteessä. Sitten laskin tai tietokone rouskutti ja saatiin vastauksia. Hieno homma, muttei vieläkään kerro kauheasti siitä miksi nostovoima syntyy. Tämän takia vältän yleensä sirkulaation mainitsemista kun kysytään selitystä.

 

Siipi taittaa virtausta. Siinä ei ole mitään kiistettävää. Ja koska Sir Isaac meni sanomaan että massan liiketila säilyy jollei massaan kohdistu ulkoisia voimia on ilmamassaan siis kohdistuttava voima taittumisen suuntaan. Jos vapaaseen virtaukseen asetetaan esine ja sen jälkeen virtaus alkaa taittua, on ilmeistä että voima johtuu tuon esineen läsnäolosta. Edellisen lisäksi Sir Isaac tokaisi että jokaista voimaa vastaa yhtä suuri mutta vastakkaissuuntainen voima. Tämä ilmamassan kappaleeseen kohdistuva voima on vielä yleensä suuntautunut hieman virtauksen suuntaan, mutta kun jaetaan tämä voimaresultantti vapaata virtausta vastaan kohtisuoraan komponenttiin ja virtauksen suuntaiseen komponettiin saadaan nostovoima ja paineesta aiheutuva vastus.

 

Nyt kun joku miettii että eikö Heino juuri aloittanut koko sopan kieltämällä Newtonin selityksen niin huomautan että kyse on eri asioista. Newtonin lakeja en ole kieltänyt. Ainoastaan Newtonin esittämän selityksen jossa ilmamolekyylit törmäävät alapintaan.

 

Jatketaan sitten paineeseen. Fluidi, joka ilmakin on, pystyy vaikuttamaan ympristöönsä vain paineen ja kitkan välityksellä. Paine on aina pintaa vasten kohtisuorassa kun taas kitka on pinnan suuntainen ja liikettä vastustava. Jos siis edellä päädyttiin siihen että ilmavirtauksesta kohdistuu voima kappaleeseen, on virtauksen aiheutettava jokin painejakauma kappaleen pinnalle. Paine, kuten tässäkin ketjussa on ollut esillä, on voima pinta-alayksikköä kohden. Kun painejakauma lasketaan kappaleen pinta-alalla yhteen(yhtegroidaan) saadaan tulokseksi tuo yllä mainittu resultanttivoima ja edelleen nostovoima ja vastus. Jotta nostovoimaa syntyisi on paineen oltava keskimäärin pienempi kappaleen ylä- kuin alapinnalla.

 

Kun ilmavirtaus kohtaa kappaleen syntyy paikka jossa virtaus on kohtisuorassa pintaa vastaan. Siinä paikallinen virtausnopeus on nolla ja paine suuri. Tämä on Jounin esiintuoma patopiste. Patopisteen paine kääntää virtausta kappaleen ylä- ja alapuolelle. Kääntyminen alkaa jo ennen kappaleeseen osumista. Tarkastellaan sitten virtausta pinnan lähellä. Nyt muistetaan että massa jatkaisi suoraviivaista liikettään jollei siihen kohdistu voimia. Jos kappaleen pinta kaartuu 'virtauksen alta pois' syntyisi virtauksen ja pinnan väliin tyhjiö. Kaasulle tyhjiö on kuitenkin vieras asia ja virtauksen paine työntää virtauksen kohti syntyvää alipainetta. Newtonin toinen laki sanoo että massaan kohdistuva voima kiihdyttää nopeutta joten näin paikallinen virtausnopeus kasvaa.

 

Profiilien ollessa kyseessä yläpinnan kaarevuus siis kiihdyttää virtausta. Jos nopeuden kiihdyttämistä jatketaan liiaksi, laskee paikallinen paine niin pieneksi että muodostuu takaisinvirtausta jolloin virtaus äkillisesti irtoaa pinnalta, eli tapahtuu sakkaus. Alapinnalla virtaus voi myös paikallisesti kiihtyä, varsinkin paksuilla profiileilla ja pienillä kohtauskulmilla, mutta keskimäärin virtaus joutuu taittumaan pinnan edestä alaspäin nostaen painetta.

 

Sama pätee niin profiilille, tasolevylle, kuin paperiarkillekin. Tasolevyllähän valtaosa nostovoimasta johtuu alipainepiikistä joka syntyy kun virtaus kiertää terävän johtoreunan. Samasta syystä tasolevy, tai  johtoreunaltaan terävät profiilit,  eivät siedä suuria kohtauskulmia, sillä paine yläpinnalla on jo johtoreunan jälkeen pieni.

 

Jos puhalletaan suoraan paperiarkin alareunalle, ei kyse ole tasaisesta virtauskentästä vaan ilmasuihkusta. Tällöinkin johonkin kohtaan muodostuu patopiste ja virtaus leviää siitä joka suuntaan ja samat periaatteet kyllä pätevät. Jos paperiarkki asetetaan tuuleen on se taas erittäin ohut, muotoaan muuttava profiili 

 

Pingispallo puolestaan ei tuota nostovoimaa jollei siinä ole kierrettä, sillä painejakauma ylä- ja alapinnoilla olisi sama. Kierteen tapauksessa kitka aiheuttaa sen että pallon pinnalla pinnan suuntainen virtausnopeus on kehänopeuden suuruinen, ja että tämä reunaehto nostaa virtausnopeutta pallon yläpuolella ja hidastaa sitä ala puolella. Siis alakierteen ollessa kyseessä, yläkierteellä päinvastoin.

 

Kaikki joita kiinnostaa virtauksen käyttäytyminen voi tarkastella sitä vaikka NASA:n FoilSim softalla ( http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/foil2.html ).

 

Jos jouku jaksoi lukea tänne asti niin mielelläni otan kommentit vastaan ylläolevasta. Vaikka sitten osottautuisinkin kerettiläiseksi 

 

Pete

 

[Jouni Laukkanen 55]

Pingispallo puolestaan ei tuota nostovoimaa jollei siinä ole kierrettä, sillä painejakauma ylä- ja alapinnoilla olisi sama. Kierteen tapauksessa kitka aiheuttaa sen että pallon pinnalla pinnan suuntainen virtausnopeus on kehänopeuden suuruinen, ja että tämä reunaehto nostaa virtausnopeutta pallon yläpuolella ja hidastaa sitä ala puolella. Siis alakierteen ollessa kyseessä, yläkierteellä päinvastoin.

 

Urheilusta en paljoa piittaa, mutta futista ja pöytätennistä on tullut pelattua puolitosissaan. Yhteistä niille molemmille on se, että pallon "lentämään" tai "kaartamaan" kierteellä. Teoria siitä miksi näin tapahtui, avautui vasta Ulf Holmlundin virtausmekaaniikan luennoilla. Vaikka siipiprofiili onkin muodoltaan erilainen on virtauskentän käyttäytyminen samanlainen.

 

Tämä esimerkki voi luonnollisesti avautua vain jos on leikkinyt joskus liikaa palloilla, mutta antaa huomattavasti paremmat lähtökohdat tajuta asia: näinhän se toimii luonnossakin. Miten selittää asia ihmiselle, joka ei pidä palloista, se onkin hankalampi juttu...

 

Nyt kun joku miettii että eikö Heino juuri aloittanut koko sopan kieltämällä Newtonin selityksen niin huomautan että kyse on eri asioista. Newtonin lakeja en ole kieltänyt. Ainoastaan Newtonin esittämän selityksen jossa ilmamolekyylit törmäävät alapintaan.

 

Ja teit siinä aivan oikein. Tätä selitystä ei liiemmälti ole viljelty suomalaisissa ilmailupiireissä, mutta ainakin internetissä se näyttää olevan voimissaan. Nykyisin sen olemassaolosta on viitteitä lähinnä siksi, että löytyy entistä enemmän sivuja joissa ko. teoria kielletään harhaoppisena - muutama vuosi sitten asia oli toisinpäin. Siksi minusta on on hyvä käyttää jotakin muuta nimitystä nostovoiman syntymisen teoriasta kuin "B" tai "N".

 

Minusta se assarin tarjoama sirkulaatio on edelleen hyvä, vaikka silloin joskus vituttikin kuin hampaatonta oravaa kun asiasta ensi kertaa teekkarinplanttuna kuuli.

 

 

[Håkan Sandberg 5]

Hölökyn kölökyn

 

Mulla on taas vuodenvarma tieto siitä miten helikopterit pysyvät ilmassa. Lähde kertoi, että kopterit eivät oikeasti osaa lentää. Ne ovat vain niin pirun rumia, että maa hylkii niitä

Kun katselee kaiken maailman väkisin lentäviä, teoria taitaa päteä niihinkin. Purjekone käyttää aurinko energiaa

HS

[Guest apheino]

 

Mulla on taas vuodenvarma tieto siitä miten helikopterit pysyvät ilmassa. Lähde kertoi, että kopterit eivät oikeasti osaa lentää. Ne ovat vain niin pirun rumia, että maa hylkii niitä

 

 

Joo, ja kuten entinen esimieheni tapasi sanoa, suihkumoottorin toiminta perustuu väärinkäsitykseen 

 

Pete

 

[Jaakko Kuusisto 3]

Onneksi on huonot kelit, ettei pääse kouluttamaan.

 

Ei sitä tiedä vaikka startissa rupeis siivet sirkuloimaan ja rata jäis lyhkäseksi.

 

Onneksi mopo-cessnan siipi ei tiedä tuosta teoriasta mitään, kumartaa vain nopeutta ja kohtauskulmaa.

 

 

 

 

[Jukka Siirilä 80]

Onneksi mopo-cessnan siipi ei tiedä tuosta teoriasta mitään, kumartaa vain nopeutta ja kohtauskulmaa.

 

Samaa varmaan kiittelee mig-21 lentäjätkin. Tai entiset sellaiset.

[Manu Skyttä 0]

Onneksi mopo-cessnan siipi ei tiedä tuosta teoriasta mitään, kumartaa vain nopeutta ja kohtauskulmaa.

 

Näinhän se on. Lentolupakirjatiedoilla (edes ATPL) ei hyvää siipeä/lentokonetta osaa suunnitella - eikä ajokortin omistaja autoa. Lennonopettajat älköön sekoittako oppilaittensa ajatuksia sirkulaatiolla.

 

Jäämme innolla odottamaan S. Laineen eläkepäivillä valmistelemaansa selkokielistä(?) oppikirjaa, joka kuuleman mukaan alkaa pikku hiljaa olla valmis. Toivon mukaan se täyttää nyt olevan ammottavan aukon lentäjäkurssien ja TKK:n välissä...

[Håkan Sandberg 5]

Joo, ja kuten entinen esimieheni tapasi sanoa, suihkumoottorin toiminta perustuu väärinkäsitykseen   

 

Pete

 

Niin ja

Jenkkien esitellessä hornettia itänaapurille kaikkine maharottumuuksineen totesivat naapurit, että meilllä lentää vaikka sikakaukalo ku on riittävästi potkua takana

HS

[Guest Tape]

Niin ja

Jenkkien esitellessä hornettia itänaapurille kaikkine maharottumuuksineen totesivat naapurit, että meilllä lentää vaikka sikakaukalo ku on riittävästi potkua takana

HS

 

Terveisiä vaan kaikille Draken-miehille , 80-luvulla oli tapana sanoa että lentää se silitysrautakin kun on tarpeeksi iso puhallin osoitettuna oikeaan suuntaan.

 

Kaartotaisteluominaisuuksista puhumattakaan , Kuopiossa 15:ltä ylös ja heti 33:lle laskuun kutsuttiin "Olavinlinnan kierroksi".

 

Tulipa vaan tosta edellisestä mieleen...

 

--        --

[Guest Rikuuho]

http://manufacturing.stanford.edu/ (keskellä linkki how everyday things are made)

 

Kiva (ehkä hieman turha ja epäselvä) video kuinka lentokone valmistetaan (ja muitakin välineitä)..