|
|
|
oricare corp de masa (m) care se deplaseaza cu o viteza (V) are o energie cinetica (in miscare) (Ec), a carei valoare este:
Ec =
m V2
2
Masa (m) reprezinta raportul intre greutatea corpului (G) si acceleratia gravitatii (g = 0,81 m/s2).
Energia cinetica are ca unitate de masura: kgf x m.
in cazul deplasarii unei cantitati de aer se ia in considerare masa specifica (densitatea), care se noteaza cu ρ si are unitatea de masura kgf x s2 / n4;
Cantitatea de aer cu masa specifica (ρ) care se deplaseaza cu o viteza (V), are o energie cinetica specifica (Ecs) a carei unitate de masura este: kgf x m2.
energia cinetica specifica se transforma direct in presiune aerodinamica (Pad): forta aerului in miscare relativa exercitatta pe unitatea de suprafata frontala a corpului respectiv:
Pad = ρ / 2 x V2 (kgf / m2)
actionind asupra suprafetei frontale (S) a corpului (sectiunea maxima perpendiculara pe directia vitezei) afectata de un coeficient aerodinamic (Ca), presiunea aerodinamica (Pad) produce o forta totala aerodinamica (Fta):
Fta = Pad x S x Ca ; (kgf).
Daca se ia in considerare aripa ca pe un organ specific al avionului, atunci suprafata pe care actioneaza presiunea aerodinamica (Pad) se ia chiar suprafata neta a aripii (A) si atunci forta totala aerodinamica pe aripa devine:
Fta = ρ / 2 x V2 x A
Forta totala aerodinamica de pe aripa este transformata in alte doua forte.
Fig. 6b
Forta de portanta (Fz) - perpendiculara pe directia vitezei,
Forta de rezistenta (Fx) - paralela cu directia vitezei.
Aceasta transformare se face prin coeficientii de transformare:
Coeficient de portanta (Cz),
Coeficient de rezistenta (Cx).
caracteristici formei si pozitiei aripii fata de directia deplasarii in aer.
Fz = Fta x Cz = ρ / 2 x V2 x A x Cz,
Fx = Fta x Cx = ρ / 2 x V2 x A x Cx.
acestia depind de unghiul de incidenta (α) cu care curentul de aer produs de deplasarea aeronavei cu viteza (V) intalneste profilul aerodynamic, conform unor curbe: Cz = f1 (α) si Cx = f2 (α).
Definim unghiul de incidenta ca fiind unghiul format intre directia vitezei (V) si o linie conventionala a profilului aerodinamic.
Fig. 6c
Aceste curbe sunt caracteristice fiecarui profil aerodinamic in parte (sectiunea rezultata din intersectia aripii cu un plan care contine simultan directia vitezei de zbor si directia greutatii aeronavei).
Coeficientii Cz si Cx cresc odata cu cresterea incidentei pana la unghiul critic (αcrt.), dupa care Cz scade mult iar Cx creste rapid. La un unghi mai mare decat cel critic aripa nu mai are portanta iar rezistenta la inaintare va creste.
Atunci cand aeronava zboara incorrect (inclinat sau derapat), rezulta un alt profil de zbor, empiric, cu caracteristici inrautatite fata de cele proiectate initial.
Fig. 6d
acum cunoastem si sunt stabilite elementele constructive de baza a aripii (profilul aerodinamic si suprafata portanta Fz); la o anumita inaltime si temperatura depind de patratul vitezei de deplasare a aeronavei in aer (V2) si de unghiul de incidenta (α):
Fz = C x V2 x Cz, unde C = ρ / 2 x A = constant.
Stim ca forta portanta depinde exclusiv de relatia V2 x Cz, iar la unghiul de incidenta critic unde Cz este maxim, viteza necesara zborului este minima:
aceasta este viteza de mentinere in aer a aeronavei, de greutate G:
Fz = G = C x Vmin2 x Czmin;
Vmin = G / C x Czmin sau Vlimita = 3,6 x √ 2G / ρ x A x Czmin [km/h].
aceasta viteza mai este denumita si viteza limita de zbor orizontal (VL).
La o viteza mai mica decat cea limita, denumita si "viteza de angajare", zborul nu mai este posibil deci aeronava "se angajeaza" intr-o evolutie necontrolata.
Putem remarca ca unul din factorii importanti care garanteaza siguranta zborului este acela de a evita pe cat posibil atingerea unghiului critic sau de valori ale acestuia, subcritice.
1. Unghiul de incidenta oarecare.
Fiecarui unghi de incidenta ii corespunde o anumita valoare a coeficientilor Cz si Cx care determina existenta unui anumit regim de zbor a aeronavei.
Daca unghiul de incidenta se masoara fata de o linie conventionala a profilului (vezi figura 6b), atunci la un unghi de incidenta 00 (α =00), exista un coefficient de portanta Cz pozitiv.
2. Unghiul de portanta nula.
Trecand la un unghi de incidenta mai mic de 00, negativ, vom ajunge la o valoare a unghiului de incidenta la care coeficientul de portanta (Cz) este nul (indeosebi pentru zborurile acrobatice) - vezi figura 6c.
Acest unghi este denumit "unghi de portanta nula", iar dreapta care trece prin bordul de fuga a profilului si face un unghi mai mic decat unghiul de incidenta 00 (-α) cu linia conventionala, se numeste "axa de portanta nula" (APN).
Acest unghi (α0), ii corespunde aproape intotdeauna valoarea minima a coeficientului Cz.
Unghiul pe care il face linia conventionala a profilului aripii cu axul fuselajului se numeste "unghi de calaj". Valoarea lui se determina pentru obtinerea fortei Fx minma si un regim de zbor predeterminat.
Unghiul de portanta nula, coeficientul Cz si unghiul de calaj al aripii pe fuselaj, determina "pozitia" aeronavei fata de directia de deplasare (traiectorie).
De ex.: bracarea flapsului produce o marire substantiala a unghiului de portanta nula, acest fapt facand ca pe panta de aterizare axul fuselajului sa ramana aproximativ orizontal, desi unghiul de incidenta aerodinamic este aproape de cel critic.
O situatie de zbor periculoasa pentru toate aeronavele poate apare daca la zborul cu unghiuri de incidenta mari, apropiate de cele critice normale, se mareste curbura profilului (ex. bracarea profundorului in sus sau a unei aripioare in jos), pe zona respectiva este posibil depasirea unghiului critic pentru noul profil format, grabind in acest mod angajarea aeronavei.
variatia comandata a unghiurilor de incidenta ale aripii se face numai de catre profundor (prin impingerea sau tragerea de mansa), indifferent de pozitia pe care o ocupa aeronava in spatiu.
Atentie: schimbarea rolului comenzilor (directie ca profundor si profundorul ca directie) se refera la comandarea pozitiilor aeronavei in spatiu (de exemplu executarea virajelor, maneabilitati, zbor acrobatic, etc) si nu la comandarea unghiului de incidenta cu ajutorul directie in locul profundorului.
Factori necomandati
curenti de aer verticali; la viteze de zbor mai mici influenta curentului de aer vertical asupra unghiului de incidenta este mai mare fata de vitezele de zbor mai mari, si produc un unghi de incidensa majorat care se apropie rapid de unghiul de incidenta critic.
deplasarea aripii in sus sau in jos (inclinarea laterala a aripii).
Unghiul de incidenta critic.
daca aeronava se afla la un regim de zbor in apropiere de unghiul de incidenta critic (aproape de zona vitezei limita), o anumita crestere a unghiului de incidenta poate conduce la depasirea unghiului de incidenta critica, deci la intrarea in angajare a intregii aeronave sau numai a unei jumatati de aripa, dupa caz.
Cazuri caracteristice de zbor, in care se produce depasirea unghiului critic.
Imediat dupa desprinderea aeronavei la decolare (viteza mica, unghiul de incidenta apropiat de incidenta critica), daca:
Se trage de mansa incercand sa se inceapa urcarea sau sa se treaca peste un obstacol; se depaseste unghiul critic pe intreaga aripa si aeronava se angajeaza.
Apare o rafala verticala generala sau numai pe o aripa; se depaseste unghiul de incidenta critica pe intreaga aripa sau numai pe o aripa si aeronava se angajeaza.
Se inclina sau se scoate brusc din inclinare se depaseste unghiul de incidenta critica pe aripa care coboara - incercind sa se pareze brusc inclinarea, aripioara din partea inclinarii va cobori si va precipita angajarea.
Se zboara inclinat sau derapat; in aceste cazuri se inrautateste calitatile aerodinamice initiale din cauza stricarii profilului aerodynamic, aparand premature caracteristici pentru unghiul de incidenta critic si grabind angajarea aeronavei.
Se executa virajul; se depaseste unghiul critic pe intreaga aripa si in mod sigur pe aripa din interiorul virajului, producandu-se angajarea.
La viteze de zbor normale, se executa viraje cu inclinare mare
Cazuri de utilizare a compunerii vitezelor:
- viteza rezultanta pe un element de pala a unei elice de avion se compune din viteza de rotire (u) si viteza de zbor (V) - vezi elicea.
Asa cum s-a aratat, pe timpul inclinarii laterale apare o crestere a unghiului de incidenta pe aripa care coboara si o scadere a lui pe aripa care urca, in timp ce aeronava isi pastreaza traiectoria de zbor. Stim ca fortele Fz si Fx sunt perpendiculare si respective paralele cu directia vietezei, iar o forta rezultanta poate ajunge sa fie orientata fata de perpendiculara pe traiectorie, astfel:
spre in fata la aripa care coboara,
spre in spate la aripa care urca.
In acest mod apare o componenta in planul de rotire:
spre in fata la aripa care coboara,
spre in spate la aripa care urca.
Aceste forte produc un moment resultant de rotire in sens invers celui normal, pentru viraj, in special la aripa care urca.
Exemplu: daca se incepe un viraj spre dreapta, odata cu inclinarea spre dreapta va apare un moment de rotire spre stanga ("botul" aeronavei fuge spre stanga), in timp ce rotirea normala trebuie sa fie spre dreapta. Aceasta tendinta care ca orice comanda laterala (de inclinare sau de parare a inclinarii) sa fie neaparat insotita si de o comanda de rotire in sensul inclinarii (de exemplu mansa dreapta, palonier inspre dreapta).
Cantitatile de miscare a comenzilor ("coordonarea comenzilor") difera de la aeronava la alta, dar comanda de directie nu se poate exclude daca este necesara o comanda laterala. Contrar, zborului va fi incorect iar in unele situatii chiar contraindicat din punct de vedere al sigurantei zborului.
Pentru reducerea momentului de rotire inversa la inclinari mari si rapide, se pot lua si masuri constructive:
curse diferentiate la aripioare (eleroane), bracaj mai mare in sus decat in jos), precum si o anumita forma a bordului de atac al eleroanelor.
Contributia spoilerelor (trimer fix sau comandat) la comanda inclinarii laterale (cele din partea aripioarei care se ridica se bracheaza suplimentar, iar celelate se reduc).
Viteza indusa care apare pe aripa avionului.
se reduce substantial la zborul in imediata apropiere a solului, producind o majorare a unghiului de incidenta critica - coeficientul Cz - permitand avioanelor sa aterizeze si sa decoleze cu viteze mai mici. Acest fenomen este numit si "efect de sol" sau "perna de aer".
