Asfaltin painuminen

[Esa Karanko 1 225]

Tämän unohdin aikanaan kysyä insinööreiltä. Teekkareille varmaan ihan veryttelyä.

Rautatiekiskoilla tasaisella olevaa rautatievaunua pystyy siirtämään helposti. Maantiellä ja kiitotiellä tilanne muuttuu. Asfaltti ja sora painuu hieman. Pyörän alla on hyvin matala kuoppa. Pyörän liikkuessa kuoppa siirtyy. 

 

Airbus A-380 painaa 575 tonnia. Lentoonlähtönopeus 280 km/t.  Kiihtyvyys 1,0 m/s^2.  Lentoonlähtö kiitotiellä kestää 78 sekunttia. Pystytäänkö laskemaan paljonko enegiaa (kerosiinia) kuopan siirtämiseen lentoonlähdössä kuluu?

 

Esa

[Heikki Tynys 40]

En ole teekkari mutta kuitenkin...

Kumirengas antaa periksi enemmän kuin asfaltti. Se kuoppa/ylämäki on suurimmaksi osaksi se renkaassa oleva pyörimisen mukana kulkeva epäkeskeisyys.

Rautapyörä joustaa aika vähän.

[Seppo Koivisto 200]

Jos renkaan vierintäkitkakerroin on vaikka 0,02; täytyy äkkiä laskettuna tehdä työtä 175 MJ. Vastaava energiamäärä on 4 kilossa polttoainetta, jos moottorin hyötysude lentoonlähdössä on 10%, tarvitaan 40 kg kerosiinia renkaiden vastuksen voittamiseen.

[Seppo Kohonen 311]

Kuten Heikki kirjoitti, itse asfaltin jousto on useita kertaluokkia pienempi kumipyörän vierintävastukseen verrattuna. Ja joustoonkin vaikuttaa enemmän sen asfaltin alla oleva maaperä tai betonilaatta, kuin itse pinnoite. Asfaltin jousto voi kyllä tulla esiin, jos A380 seisoo useamman päivän helteessä ja liikkumatta samassa paikassa. Siinä kohtaa pyörien alle saattaa tulla ihan selkeä kuoppa.

Tekussa aikanaan (>30 v sitten) näitä laskettiin pyöräkalustolle: Vierintävastuskertoimena rautapyörälle ratakiskolla käytettiin 0,001, kumipyörälle asfaltilla 0,013 ja soratiellä 0,02. Näissä kertoimissa on mukana pinnoitteen jousto.

Kaavahan on tasamaalla simppeli Fr = fr * m * g eli vierintävastusvoima ei riipu nopeudesta sen jälkeen, kun systeemi on saatu liikkeelle. Tarvittavaan tehoon, Pr, nopeus kyllä vaikuttaa. Tuolla kaavalla A380:n vierintävastukseksi tulee vähän yli 73 kN. 4 x Trent 970:ä työntävät konetta täydellä teholla 1 400 kN voimalla, eli vierintävastukseen menee n. 5 %.

Sitten vähän mutuilua mutkia oikoen. Paremmin tietävät korjatkoot: Lentokoneen ilmanvastuskerroin on pienillä nopeuksilla (< 20 m/s) luokkaa 0,10-0,15, eli karkeasti kymmenkertainen vierintävastukseen verrattuna. Nopeuden kasvaessa ilmanvastus kasvaa tunnetusti nopeuden neliönä, joten nopeudella V2 vierintävastus on enää tuhannesosia kokonaisvastuksesta. Lentoteekkarit osaavat varmaan selittää siipien nostovoimasta johtuvan vastuksen mukaan tähän kuvioon?

 

[Matti Hyötyniemi 411]

No sanotaanko vaikka niin että jos ajatellaan kuluvaa energiaa per rahtitonni per kilometri niin laiva tms on ihan paras jos ei ole kiire. Kun nopeus on olematon, riittäisi pienikin teho siirtämään lastia. Seuraavaksi tulee kiskokalusto, sitten maantiekalusto, ja valitettavasti, kaukana takana, lentoliikenne, joka nyt vaan ei pysy ilmassa pienellä nopeudella ja ilman indusoitua vastusta. Mutta vielä huonompia ne olisivat jos ne rullaisivat kentältä toiselle! 

[Tatu Koiranen 1 630]

Ei liity varsinaiseen kysymykseen, mutta liittyy asfaltin painumiseen ja vähän siihen kerosiinin polttoonkin. Melko jämäkät kuopat saa asfalttiin aikaiseksi sillä, että koneet työnnetään seisontapaikalta "aina" samaan paikkaan lähtöä varten ja vielä sen verran tarkasti, että päätelineet osuvat samalle kohdalle samassa konetyypissä. Vaikka yksittäinen kone on paikallaan vain pari minuuttia työnnön jälkeen, niin melko messevät kuopat sillä on saatu aikaiseksi mm. Lutonissa, jossa näitä tug release pointteja käytetään ahkerasti varsikin east apronilta lähtevälle liikenteelle. TP-Y:llä tarvitsee kuumalla kelillä luokkaa 50-60 % N1 jotta painavan koneen saa siitä liikkeelle, kun renkaat oikein osuvat monttuihin. Jettiäkin palaa kun konetta irroitellaan rullausta varten. Se on melko hurja teho, jos samaan aikaan taakse rullailee joku pienempi bisnesjetti, joita tuolta "stand 62 arealta" lähtee paljon, varovainen pitää yrittää olla, mutta alle tietyn tehon ei yksinkertaisesti pääse liikkeelle.

Aika näyttää, keksiikö britti asentaa joskus betonilaatat tuohon pääpyörien kohdalle (kun ilmaston lämpeneminen jatkuu..) tai vaihtoehtoisesti hieman pidentää sitä aluetta, johon kone täytyy työnnön jälkeen pysäyttää, ettei se olisi aina just se yksi ja sama piste.

Muokattu: Marraskuu 8, käyttäjä: Tatu Koiranen

[Aki Suokas 78]

22 tuntia sitten, Seppo Kohonen kirjoitti:

Sitten vähän mutuilua mutkia oikoen. Paremmin tietävät korjatkoot: Lentokoneen ilmanvastuskerroin on pienillä nopeuksilla (< 20 m/s) luokkaa 0,10-0,15, eli karkeasti kymmenkertainen vierintävastukseen verrattuna. Nopeuden kasvaessa ilmanvastus kasvaa tunnetusti nopeuden neliönä, joten nopeudella V2 vierintävastus on enää tuhannesosia kokonaisvastuksesta. Lentoteekkarit osaavat varmaan selittää siipien nostovoimasta johtuvan vastuksen mukaan tähän kuvioon?

En ole enään teekkari, enkä muutenkaan osaa kertoa absoluuttista totuutta.

Mutta ilmanvastuskerroin referoi lentokoneessa yleensä siipipinta-alaan.  Siinä ei paino vaikuta mitään.
Sanoisin A380 ulkonäön perusteella  että se on luokkaa 0,015 (sileänä)
(katso perusteita vaikka <https://www.researchgate.net/figure/Statistical-values-of-zero-lift-drag-coefficients-for-different-types-of-aircraft-16_tbl1_373462850>

Joten 20 m/s nopeudella ilmanvastus on noin 3 kN.
eli noin 4% em vierintävastuksesta.  Ja vaikka laipat ja laskuteline tuplaisi vastuksen, se olisi vasta 8%.

 

Muokattu: Marraskuu 8, käyttäjä: Aki Suokas