Aerodünaamika esimese KT materjal (2)

Tegijapoiss
Aerodünaamika 1. KT konspekt ( Oma konspekti ja “Õpime lendame” põhjal)
Dünaamiline rõhk on rõhk , mis tekib voolu liikumiskiiruse pidurdamise tulemusena .
Õhuliikumine on gaaside ja kehade vastastikmõju uurimine.
Staatiline rõhk on rõhk mis mõjub voolus ilma liikumis kiirust pidurdamata ühtlaselt igas suunas.
Õhuhulga jäävuse seadus – ühes ajaühikus gaasijuga läbiva gaasi hulk on konstante sõltumata joa läbimõõdust.
Lennuki õhus püsimiseks on vajalik õhu liikumine .
Bernoulli seadus - Kui õhk liigub mõne pinna kõrval siis mõjub sellele pinnale väiksem rõhk kui seisva õhu korral.
Õhuhulga jäävuse seadus – ühes ajaühikus gaasijuga läbiva gaasi hulk on konstantne sõltumatta joa läbimõõdust.
Kui voolutoru väheneb kaks korda siis voolukiirus suureneb neli korda.
Kui voolutoru läbimõõt väheneb kaks korda siis dünaamilne rõhk suureneb kaks korda .
Profiili suhteline paksus näitab mitu protsenti (%) moodustab profiili paksus profiili kõõlust. Kohtumisnurk on õhuvoolu ja profiili kõõlu vaheline nurk .
Väikestel kiirustel sõltub takistuskoefitsent Cx keha kujust.
Ühes punktis ei saa olla kaks tingimust ehk näiteks kaks temperatuuri .
Laminaarne liikumine – voolujooned on eristatavad .
Turbulentne vool on selline liikumine milles voolujooned pole eristatavad .
Tihedus on seotud kiirus.
Mida väiksem on toru ristlõike pindala , seda kiiremini õhk liigub .
Gaasi voolamise üldistes seaduspärasustes eeldatakse et õhk pole kokkusurutav ja puudub hõõre . s1v1= s2v2
Gaasi liikumise kiirus ja ristlõike pindala muutused on stabiilsed suurused. Gaas on teoreetiliselt molekulide põrkamine vastu toru seintele .
pdyn= v2/2
Kogurõhk on dünaamilise ja staatilise rõhu summa. Mis on ka ühtlasi Bernoulli seaduse valem ja kogurõhk ei sõltu voolamise kiirusest.
Viskoosus on vedelike omadus takistada oma osakeste liikumist üksteiste suhtes .Vedelike kihid voolavad üksteise peal ja takistavad üksteiste liikumist. Suurema kiiruse korral ei jõua osakesed nii tihti seinale põrkuda ja seega on rõhk väiksem.
Hõõrdevabas keskonnas pole võimalik lennata .
Sisehõõrdumine e. erikoosinus e. viskoosus :
N= 1/3 lambda * v* tihedus (Pa*s)- v on soojusliikumine ; lambda – keskmine teekornd põrkest põrkeni.
Reynoldsi arv iseloomustab üleminekut laminaarsest voolamisest turbulentses.
Kehadele jääb alati mingi hõõrdetakistus – ühte panda ei saa lõplikult siledaks.
Takistusjõu koefitsent :
x=Cx v2/2
Lennukitiiva profiili piirikiht on tiival asuv koht kus kiirus on peamiselt takistatud nullini. Õhk jõuab tiivani , seal on lahknemispunkt e. seisupunkt kus tuul nö läheb pooleks , üks osa alla ja üks üles. Alguses on laminaarne piirkond ja siis üleminekuperiood ja turbulentne piirkond(Peab võimalikult kaugel olema) . Tiiva otsas on rebenemis e. erladumispunkt ( Mida taga pool see on seda parem) . Pärast turbulentset piirkonda tekib keerisjälg. Piirikiht on tavaliselt vaid paari millimeetri paksune.
Tiiva kuju pealtvaates:
Ristkülik : lihtne teha ; hea põikipüsivus väikestel kiirustel ; halvad: suur induktiivtakistus ja ebaühtlane tõstejõu jaotus.
Trapets: Ühtlasem tõstejõu jaotus ja väiksem induktiivtakistus ; halvad: halvem põikipüsivus ja keerulisem ehitus.
Ellipsiline: parim väikestel kiirustel : vähim induktiivtakistus(üleüldse) ; piisav põikipüsivus ; keerukas ja kulukas .
Nooljas: väikseim suhteline paksus sama tugevuse juures : halb: suurem takistus ja väike tõstejõud ; tõstejõu ebaühtlane jaotus ; halvad värisemisomadused/variomadused.
Tiiva peal võib õhk kiireneda kiiremaks kui helikiirus ja siis muutuvad lennuomadused ja selle tõttu antakse tiivale nooljas kuju et seda pikendada
Deltatiib – sellel on parimad omadused ülehelikiirustel ; tohutu suur induktiivtakistus.
PÕikipüsivus- on püsivus x-telje suhtes e. teisisõnu omadus vältida kallakuid . See saavutatakse lennukitiivale V kujuandmisega (eestvaade)
Induktiivtakistus - On see takistus kus teatud kohtumisnurga juures hakkab õhk tiiva tagantservast nö tiiva peale ronima . Algab servadest . Selle vältimiseks tuleb kasutada võimalikult pikki ja kitsaid tiibu ja vähendada tiiva V-kuju et aeglustada induktiivtakistust põhjustava õhuvoolu liikumist piki tiiba.
Tiiva laius – tiivakõõl (maksimaalne laius põhimõtteliselt ) (de)
Keskmine aerodünaamiline kõõl (d(joon üleval)) - keksmine laius pmst.
Otsakõõl – tiiva otsa laius (do)
Siruulatus – tiiva pikkus otsast otsani ( l)
Tiiva pindala (S) = l * d(joon üleval)
Külgsuhe = l/d(joon üleval) – näitab mitu korda on tiib pikem kui laiem.
Teine valem veel KS=l2/S
Tiiva koonilisus – näitab mitu korda on tüvekõõl suurem otsakõõlust.
Tiiva noolsus
Põikitelg on pmst horisontaaltelg joonisel.
Esiserva noolsus (e ) – nurk tiiva ja põikitelje vahel
Tiiva fookuste telg on pmst tiiva otsa keskkoha ja tiiva laiema osa keskkoha vaheline telg.
Nurk (on nurk põikitelje ja fookustelje vahel.
Dihedral on tiibade V kuju kui seista lennuki ees .
Anhedral on siis kui tiivad on pmst tagurpidi V kujuga.
Tiiva profiilid ( lõige tiivast , külje pealt vaadates) – tiiva pikiteljega täisnurga all asetsev ristlõige.
Kõõl ( d) on sirge mis ühendab profiili kaugeimat punkti ,
See mis kõõlust üles jääb on ülakontuur .
Profiilipaksus on paksusjoone pikkus (kõõluga risti asetsev pikim sirgjoon profiili kontuurijoonte vahel).
Paksusjoon ( b) vertikaalne joon , neid on terve hunnik .
Maksimaalne paksus on lmax .
Maksimaalne suhteline paksus bmax(joon peal)=bmax/kõõl * 100% .
Profiili suhteline paksus näitab mitu protsenti moodustab profiili paksus tema kõõlust.
Kaugus keskjoone ja kõõlu vahel on profiilikumerus ( k) .
Keskjooneks nimetatakse profiili esi ja tagaserva vahelist joont , mis läbib paksusjoonte keskkohti.
Kusagil on maksimaalne kumerus kmax aga millest midagi eriti siiski kasu pole .
Suhteline max kumerus K(joon üleval)max=kmax/d *100% .
Maksimaalse paksuse kaugus esiservast (db)
Maksimaalse kumeruse kaugus esiservast (dk)
Nina kumerus raadius ( r)
Profiilikumerus on suurim vahemaa profiili keskjoone ja kõõlu vahel. (f) .
Suhteline kumerus f(joon peal)=f/b * 100%
Esiserva teravus (m) – m=r/b *c2 r- esiserva radius , c-profiilisuhteline paksus , b - profiilikõõl
Profiilid võivad olla (tiiva lõige külje pealt vaadates):
Kaarekujuline – nõrk , väga õhuke , väikestel kiirustel on hea tõstejõud (Ultralight)
Kumernõgus – on sama kujuga mis eelmine , kuid paksust on küllaga , ei sobi suurte kiiruste jaoks.
Tasakumer – lihtne ehitada , tugev ja odav . Alt lame . Pealt kumer .
Kaksikkumer – Alt on ka veidi natuke kaardus aga ülevalt on rohkem . Väikeseid kiiruseid eriti ei kannata. Nõuab tagatiibu (flapse) . Kõige levinum.
Sümmeetriline – mõlemalt poolt sama kumer , vigurlennukid . Väga väike takistus . Omab tõstejõudu vaid mingi nurga all lennates
Laminaarne – Tagant alt on veidi S-kujuline , pealt veidi kumer.
Superkriitiline – Suured kiirused , helikiiruste lähedal parim .Alt veidi nõgus . Tagant poolt eriti.Teravam nina kui eelmisel vms.
S-kujuline – Sellega saab pmst ilma stabilisaatorita lennata . Ilma sabata ja (Stealth) lennuki . Suur takistus ja väike tõstejõud.
Kolmnurkne – suht õhuke
Rombikujuline ja läätsekujuline ( F-22)
K=CY/Cx – tiiva aerodünaamiline väärtus
Varisemine - Liiga suurel kohtumisnurgal kaob tõstejõud ja lennuk keerab nina alla ja võib pöörisesse sattuda.
Lennukil tekib tiivapeale alarõhk sest seal liigub õhk kiiremini ja see tekitab tõstejõudu . Kui tõstejõu koefitsent on suur siis toimub varisemine varem , kuid suurema nurga all on võimalik tõusta . Alt nõgusad tiibadel on tõstejõud koefitsent suurem aga väriseb varem seetõttu . Need mis alt kumerad on nende tõstejõukoefitsendid on väiksemad , kuid varisevad hiljem.
Õhuerikaal näitab kui palju kaalub üks kuupmeeter õhku (kG/m3)
Temperatuuri tõusmisel või rõhu langemisel õhu erikaal väheneb ning vastupidi . Järelikult erikaal ka väheneb ka kõrguse suurenedes.
Rahvusvaheline standardatmosfäär on tinglik õhkkond , mille omadused muutuvad olenevalt kõrgusest kindlate lihtsustatud seaduste kohaselt.
Õhk on siiski kokkusurutav kuid seda kiirustel üle helikiiruse .
Mida suurem on õhuvoolu kiirus , seda väiksem on staatiline rõhk.
Piirikiht on kiht liikuva keha umber , kus õhuvoolu kiirus kasvab nullist kuni kohaliku õhuvoolu kiiruseni.
Mingi väga väike konarus võib laminaarse liikumise turbulentseks muuta.
Aerodünaamilist jõudu , mis mõjub paralleelselt õhuvooluga nim. õhutakistuseks . (x = rõhu takistus + hõõrdetakistus) . tiiva juures kutsutakse seda ka profiilitakistuseks.
Õhutakistus sõltub peamiselt vaid keha kujust . Takistuse kirjeldamisel kasutatakse keha kuju koefitsenti
( Cx) , see määratakse aerodünaamilises tunnelis .
X=Cx v2/2
Tõstejõud on aerodünaamiline jõud , mis mõjub risti õhuvooluga . Tõstejõud + Takistusjõud = aerodünaamiliseks kogujõud .
Tõstejõud
Y=Cy v2/2 , milles Cy on tõstejõu koefitsent
Kui kiirus väheneb kaks korda , siis tõstejõud väheneb nelikorda
Tõstejõud tekib kahe värgi mõjul : rõhkude erinevus ja õhuosakeste põrkumisel tekkivast lükkejõust.
Kui kumerust tiival tösta siis takistus suureneb kuid reeglina ka tõstejõud.
Tavaliselt on terava profiilil väiksem takistus , kuid see on jäätumisele ja muudele kõrvalmõjudele rohkem tundlikul.
Nurka , mille juures toimub tõstejõu järsk vähenemine nimetatakse kriitiline kohtumisnurk . Teatud nurga juures ( 15-25 kraadi) tekib õhu rebenemine ja alt liikuv tuul ronib üle tagumise serva üles ja tõstejõud väheneb. Nulltõstejõu kohtumisnurk on nurk mille puhul on tõstejõud null. Kriitilisest kohtumisnurgast tuleb igaks juhuks kaugelt eemale hoida.
Rindtakistus on takistus mis tekib tiiva kohtumisnurga suurenedes. (koosneb profiilitakistusest ja induktiivtakistusest).
Tiiva aerodünaamiline väärtus on tõstejõud ja takistusjõu suhe K=Y/X
Teatud kohtumisnurkade juures hakkab takistus suurenema tõstejõud juurdekasvust.
Kasulik kohtumisnurk on nurk mille juures tiiva aerodünaamiline väärtus maksimaalne,
Tiiva aerodünaamiline väärtus on ka ühtlasi tõstejõu ja takistuse koefitsentide suhe. K=Cy/Cx
Tiiva asetusnurk on lennuki pikitelje ja tiiva tüvekõõluvaheline nurk . Asetusnurk muutub ainult tagatiibade kasutamisel .