Õhusõidukitele mõjuvad jõud (0)

Lähte Ühisgümnaasium
ÕHUSÕIDUKITELE MÕJUVAD JÕUD
Referaat
Autor: Olgert Viitak
Juhendaja : Eric Virk
Lähte 2015

SISUKORD

SISSEJUHATUS 3
1.JÕUD, MIS MÕJUVAD ÕHUSÕIDUKILE 4
1.1. TÕSTEJÕUD 4
1.2. FRONTAALTAKISTUS 6
1.3. VEOJÕUD 6
1.5. HÕÕRDEJÕUD 8
1.6. INERTSJÕUD 10
1.7. TSENTRIFUGAALJÕUD 10
1.8. TAKISTUSJÕUD 10
2.KOKKOVÕTE 12
3.KASUTATUD MATERJAL 13

SISSEJUHATUS

Töö teemaks oli „ õhusõidukitele mõjuvad jõud“. Käesolevas referaadis toon välja jõud, mis mõjuvad õhusõidukitele, näiteks tuulelohele, lennukile jne. Nendeks jõududeks on tõstejõud, frontaaltakistus, veojõud, hõõrdejõud, inertsjõud, tsentrifugaaljõud ja takistusjõud. Esimeses peatükkis on välja toodud kõik jõud ja lühike ülevaade nendest jõududest. Töös on kasutatud erinevaid pildimaterjale, misteevad teksti mõistmise lihtsamaks. Kasutasin töö valmimiseks erinevaid interneti allikaid ja teemakohast raamatut. Töö eesmärgiks on informeerida inimesi jõududest, mis mõjuvad õhusõidukitele.

1.JÕUD, MIS MÕJUVAD ÕHUSÕIDUKILE

1.1. TÕSTEJÕUD

Tõstejõud on jõud, mis hoiab õhusõidukit õhus. See tekib õhusõiduki või õhu liikumise tõttu ( Abel & Helme , 2015).
Kui näiteks plaatlohe asub õhuvoolus:

serviti , siis tõstejõudu ei teki ja lohe langeb raskustungi mõjul maha (Abel & Helme, 2015).

lapiti, siis ei teki tõstejõudu, kuid siis hakkab kasvama rindtakistus (Abel & Helme, 2015).

kaldenurga 10-15 % all, mis on ka ühtlasi parim kaldenurk lohel õhuvoolu suhtes (Abel & Helme, 2015).
Joonis 1. Tõstejõu tekkimine plaatlohel (Abel & Helme, 2015)
Jooniselt 1 on näha, et plaatlohel tekib kalduasetatud takistus, ning see takistus on suunatud ülesse ja taha. Plaatlohe püüab tuule mõjul taganeda ja ka samaaegselt tõusta . See jõud ehk takistus, mis tekkis nimetatakse aerodünaamiliseks kogujõuks. Seda jõudu võib jagada kaheks:

rindtakistuseks (joonis 1. tähis X), mis on parralleelne õhuvoolu suunaga (Abel & Helme, 2015).

tõstejõuks (joonis 1. tähis Y), mis on teise joone või pinna suhtes 90 kraadi. (Abel & Helme, 2015) ( Kristel , 2015)
Tõstejõud Y ongi see jõud, mis tõstab tuulelohe ülesse. Samuti ehitati esimesed lennukid lamedate tiibadega. Lamedate tiibade nõrkus oli see, et nad olid õrnad (Abel & Helme, 2015).
Siis tehti tiivad, mis sarnanesid linnu tiibadele - pealt kumerad ja alt nõgusad. Neid tiibu katsetati ja avastati, et see annab sama nurga all (10-15 %) suuremat tõstejõudu, kui lame tiib. Samuti olid kumerad tiivad tugevamad ja tekitas tõstejõudu juba 00 nurga juures (Abel & Helme, 2015).
Loodi lennukeid, mis hakkasid lendama aina kiiremini ja siis avastati, et kumerad plaattiivad ei pidanud enam vastu ning hakkasid purunema. Samuti kaotati ka kiiremini ja kergesti püsivust. Tehti uuringuid , mille tulemused näitasid, et suuremate nurkade juures eraldub sujuv õhuvool tiiva pinnalt ja siis tekib tiiva peale keeriseline õhuvool. Keeriseline õhuvool suurendab rindtakistust ja vähendab tõstejõudu. Kohtumisnurka, mille juures tiib arendab maksimaalset tõstejõudu, nimetatakse kriitiliseks. Kriitilise nurga ületamisel tõstejõud langeb, mis põhjustabki lennuki püsivuse kaotust (Abel & Helme, 2015).
Joonis 2. Õhuvooluse rebenemine õhukeste profiiliga tiiva ülekriitilise nurga juures
Hakkati mõtlema lahendusi, mis arendaks suuremta kiirust ja aitaks parandada lennuki püsivust. Esimene inimene, kes soovitas kasutada linnutiivadele sarnanevaid kumeraid , kuid nüüd juba pakse tiibu oli professor Zukovski. Selliseid tiibu kasutatakse ka tänapäeval. Zukovski mõeldud tiivad tekitavad suuremat tõstejõudu ja neil on suurem kriitiline nurk ning tõstejõud tekib juba väikeste negatiivsete nurkade juures. Tänu paksusele on võimalik ehitada tiivad tugevamad, kui olid õhukesed plaatiivad (Abel & Helme, 2015).

1.2. FRONTAALTAKISTUS

Frontaaltakistuseks nimetatakse takistust, mis takistab õhus õhusõidukit. Mida kiiremini õhusõiduk lendab või liigub, seda suurem on ka frontaaltakistus. Frontaaltakistuse üheks probleemiks on see, et väga kiirete lennukitre konstrueerimisel, on takistus väga suur, kuna frontaaltakistus suureneb juba väikeste kiiruste juures kõvasti. Selleks, et takistus oleks väiksem, peavad olema lennuki kõik välispinnad voolujoonelised. (Miksike, 2015).
Frontaaltakistus:

on võrdeline keskkonna dünaamilise viskoossusega (Miksike, 2015).

on võrdeline keha liikumiskiirusega u vedeliku suhtes (Miksike, 2015).

on võrdeline keha ristlõike iseloomustava mõõtmega l (Miksike, 2015).

1.3. VEOJÕUD

Veojõuks nimetatakse jõudu, mis on liiklusvahendi motoorne tõmbe- või tõukejõud , mis mõjub liikumise suunas (EE, 2015).
Veojõu tähis on Fv
Kui keha on asetatud horisontaalsele alusele, siis ei saa keha enne paigast liikuda, kuni sellele pole rakendatud püsiva suurusega veojõudu.
„Paljud kaasaegsed lennukid on varustatud reaktiivmootoritega. Need gaasiturbiiniga mootorid põletavad kütusena petrooleumi, et tekitada lennukit ettepoole tõukav väljalaskegaaside juga. Väljalaskegaasid panevad mootori tagaosas pöörlema turbiini, mis käitab eespool asuvat kompressorit. Turbopropellermootorid kasutavad osa sellest võimsusest propelleri ringiajamiseks. Turboventilaatormootoritel on tohutud kompressorid, mis paiskavad õhku läbi mootori, tekitades enamiku mootori veojõust.“ (Miksike, 2015)
1.4. RASKUSJÕUD
Raskusjõuks nimetatakse jõudu, millega maa tõmbab enda poole mingit keha. Seda nähtust nimetatakse gravitatsiooniks (joonis 3). Näiteks kui visata palli siis lendab see natukese ajapärast maha (joonis 4). Mida suurem keha mass, seda suurem on ka raskusjõud (joonis 5). Kehadele mõjuv raskusjõud on suunatud alati Maa keskkoha poole ( Wikipeedia , 2012). Raskusjõud sõltub Maa külgetõmbejõust ja keha massist (Raskusjõud ja üleslükkejõud vedelikes , 2015).
Raskusjõu tähis on Fg, ning seda arvutatakse valemiga
Fg = m * g,
Kus m on keha mass ja g on vaba langemise kiirus.
Joonis 3. Gravitatsioon
Joonis 4. Pallile mõjub raskusjõud
Joonis 5. Mida suurem keha mass, seda suurem on ka raskusjõud

1.5. HÕÕRDEJÕUD

Hõõrdejõuks nimetatakse jõudu, mis takistab kokkupuutes olevate kehade liikumist teineteise suhtes. Hõõrdejõud on vastassuunaline veojõuga (joonis 6).
Joonis 6. Hõõrdejõud on vastassuunaline veojõuga
Paigalpüsivale kehale mõjub seisuhõõrdejõud ja liikuvale kehale liugehõõrdejõud. Et keha liikuma hakkaks peab veojõud olema natuke suurem kui seisuhõõrdejõud, mis peab olema omakorda suurem kui liugehõõrdejõud. Näiteks igapäevases elus, selleks, et keha liikuma hakkaks on vaja suuremat jõudu, kuid kui keha juba liigub ei ole vaja edasiliikumiseks enam nii suurt jõudu vaja (Mudelid, 2015).
Hõõrdejõu tähis on Fh ning seda arvutatakse valemiga
Fh = µ • Fr
Hõõrdejõud sõltub ka keha raskusest (Fr) (joonis 7). Hõõrdejõudu mõjutab samuti ka pindade materjal ja omadused. Näiteks karedus, mida iseloomustabbhõõrdetegur µ. Kui pind on väga konarlik, siis on ka suur hõõrdejõud, ehk mida suurem on pindade konarus, seda paremini keha ja alus haakuvad ja seda suurem on hõõrdejõud. Hõõrdejõu vähemdamiseks kasutatakse pindade lihvimist ja igasuguseid määrdeaineid.
Fr saab arvutada valemiga (mudelid, 2015)
Fr = m • g,
siis saame hõõrdejõu arvutamiseks valemi
Fh = µ • m • g
Kui keha liigub aluse suhtes ühtlase kiirusega, on veojõud võrdne liugehõõrdejõuga (Joonis 6)
Fv = Fh
Joonis 7. Hõõrdejõud sõltub keha raskusest
Lennukite maandumisdistant oleneb sellest, kui kõva või sile on pind. Näiteks kui maas on muru (lühem kui 20 cm), siis see vähendab hõõrdumist ratta ja maa vahel ning vähendab ka pidurdamise jõudu. Pidureid ei saa vajutada nii kõvasti, rattad libisevad ja maandumisdistants pikeneb. Samuti on lood märja rajaga . See v’hendab hõõrdumist ratta ja raja vahel ning pidurdamisjõud väheneb ning maandumisdistants pikeneb. Näiteks kui rohi on kuiv ja umbes 20 cm siis pikeneb maandumisdistants 20 %. Märg rohi umbes 20 cm pikendab maandumisdistantsi 30 % võrra. Lumine ja pehme maandumisrada pikendab maandumisdistantsi 25 % võrra. ( Kulmar , 2015)

1.6. INERTSJÕUD

Inertsjõuks nimetatakse jõudu, mis on näiv ja mis mõjub kiirendusega liikuvale kehale, kui vaatleme seda keha paigalseisvana. Tuntuim inertsjõud on tsentrifugaaljõud. Newtoni 1 seadus ehk inertsiseadus väidab, et kõik kehad liiguvad ühtlaselt ja sirgjooneliselt senikaua, kuni teised kehad tema olekut ei muuda.

1.7. TSENTRIFUGAALJÕUD

Kesktõukejõud ehk tsentrifugaaljõud on üks inertsjõududest. Tsentrifugaaljõuga on tegu inertsist tuleneva nähtusega, mitte ringliikumise põhjusega. Jõud tekib punktmassi või keha kõverjoonelisel liikumisel. Jõud mõjub liikumissuunaga risti ning ringliikumise keskpunktist eemale. Tsentrifugaaljõudu arvutatakse valemiga
kus R on kõverraadius, v on keha liikumiskiirus ja m on mass (Vikipeedia, 2015).

1.8. TAKISTUSJÕUD

Igale liikuvale kehale mõjub takistusjõud olenematta sellest, kas ta on õhus või vedelikus . Takistusjõud oleneb/sõltub keha või eseme kujust. Mida voolujoonelisem keha, seda väiksem on takistus (joonis 8). Liikuvale kehale mõjuv takistusjõud on võrdeline kehalt keskkonnale üle kantava liikumishulga kiirusega keskkonna poolt ( taskutark , 2015).
Joonis 8. Erinevatel kehadel on erinev õhutakistus
Tuul mõjutab lennukite maandumist- mõjutab kiirust maapinna suhtes, kuid vastu tuul vähendab teekonnakiirust ja vähendab maandumisdistantsi. Seevastu aga pärituul suurendab reekonnakiirust ja pikendab maandumisdistantsi. Taganttuulega ei ole soovitatav maanduda, kuna taganttuul suurendab maandumisdistantsi, kuid vastutuul vähendab. (Kulmar, 2015)

2.KOKKOVÕTE

Igat keha mõjutab mingi jõud. Käesolevas referaadis puudutasin ma ainult õhusõidukeid mõjutavaid jõude, kuid olemas on ka muid kehi. Saab uurida , mis jõud mõjuvad vedelikes liikuvatele kehadele. Jõud käituvad erinevates keskkonna tingimustes erinevalt.
Õhusõidukeid on palju ja neile mõjub päris palju jõude, kuid inimesed on saanud nendest jõududest võittu. Näiteks hõõrdejõu vähendamiseks kasutatakse määrdeaineid või lihvitakse krobedaid pindu, et jõud oleks väiksem.

3.KASUTATUD MATERJAL

Abel, A., & Helme, E., 1955. Mudellend. Tallinn (kasutatud 17.10.2015).
Eesti Entsüklopeedia ., 2015. Veojõud. http://entsyklopeedia.ee/artikkel/veoj%C3%B5ud2 (kasutatud 17.10.2015).
Kristel., 2009. 10 – ruubiku kuubiku. http://kosmoseajastu.blogspot.com.ee/2009/11/10-ruubiku-kuubik.html (kasutatud 17.10.2015).
Miksike., 2015. Lendamine. http://miksike.ee/docs/referaadid2005/lendamine_evelin.ht m (kasutatud 17.10.2015).
Mudelid., 2015. Hõõrdejõud. http://mudelid.5dvision.ee/hoordejoud/hoordejoud_teooria.ht m (kasutatud 17.10.2015).
Raskusjõud ja üleslükkejõud vedelikes., 2015. http://bio.edu.ee/visual/CVW/ujuvus_teooria.ht m (kasutatud 28.10.2015).
Taskutark., 2015. Keskkonna takistusjõu tekkemehhanism . http://www.taskutark.ee/m/keskkonna-takistusjou-tekkemehhanism/?auth=dGFza3V0YXJr (kasutatud 28.10.2015).
Wikipeedia., 2012. Raskusjõud. https://et.wikipedia.org/wiki/Raskusj%C3%B5ud (kasutatud 28.10.2015).
Vikipeedia., 2014. Tsemtrifugaaljõud. https://et.wikipedia.org/wiki/Tsentrifugaalj%C3%B5ud (kasutatud 28.10.2015).
Kulmar, M., 2007. Lennu planeerimine ja teostamine. Konspekt. http://www.tackmerair.ee/public/files/planeerimine.pdf (kasutatud 28.10.2015).