AERODYNAMIK HOS ETT FLYGPLAN

 

 

Aerodynamiken bestämmer lyftkraften hos en vinge.

 

 

Aerodynamik betyder enkelt uttryckt “Läran om luftens rörelse”.

Att en vinge skapar lyftkraft, beror på att en vinge är en anordning, som ändrar riktningen på den förbipasserande luften. En fungerande vinge behöver innehålla följande egenskaper:

Den måste ha en yta, den måste ha en anfallsvinkel, den måste ha en hastighet gentemot den omgivande luften.

Med dessa egenskaper kommer vingen att skapa lyft, vilket ju ska motverka tyngdkraften, som vill dra den mot marken.

En vinge kan se ut på många sätt. Du kan ta en plan plywoodskiva som vinge. Med anfallsvinkel och hastighet genom luften kommer den att åstadkomma “Cirkulation”, runt vingen, som ett resultat av främst Bernoullis lag.

En vinge är en maskin som ändrar riktningen på den passerande luften och ökar dess hastighet, då den lämnar ovansidan på vingen.

Vi vet att enligt Newton, så svarar varje kraft mot en annan lika stor i motsatt riktning. Alltså luften som lämnar bakkanten av vingen har en nedåtriktning och högre hastighet jämfört med den passerande luften.

Detta skapar en kraft som ger lyft.

Ibland hörs förklaringen att det är undertrycket på ovansidan av vingen, som ett resultat av Bernoullis Lag, som “Lyfter” planet. Skulle denna regel ha validitet, skulle en Cessna 172 behöva flyga med mach 1 för att flyga…

Alltså efter en vinge som flyger finner vi ett utpräglat nedåtriktat dynamiskt tryck från vingen. Det är detta, som gör att vingen producerar lyft.

Här kommer några instruktiva bilder med förklaringar av vad lyft från en vinge är.

Bilder från NASA/Edu

Här ser du hur “Cirkulationen” runt vingen ser ut.  Detta rörelsemönster fastställdes av en vetenskapsman som hette Khutta.

Här ser du hur en spin på en boll påverkar dess rörelse.
Den röda bollen får tillfört energi till ovansidan, vilket gör att det skapas extra lyftkraft. Trycket sjunker på ovansidan på grund av tillförd energi (hastighet” vilket skapar en kraft.

En yta som rör sig genom luften. Som du ser möts inte färgfälten vid bakkanten, utan de på ovansidan rör sig snabbare, Bernoullis Lag, och lämnar vingen med högre hastighet än de på undersidan.

Foto från en vindkanal som visar skillnaden i hastighet på vingens ovan– respektive undersida.

Här syns spetsvirvlarna från en vinge tydligt. Virvlarna i vingarna uppstår då övertryck från undersidan flyttas till ovansidans lågtryck. Naturen vill alltid jämna ut. Man motverkar detta motstånd, genom att applicera exempelvis Winglets i spetsarna på vingarna.

Cirkulationen runt en vinge och ändvirvlarna från vingarna startar så snart planet börjar röra sig och fortsätter tills det landat och stoppat.

Strömning runt en vinge vid olika anfallsvinklar.
över en viss anfallsvinkel slutar cirkulationen att fungera och vi får en avlösning av strömningen runt vingen, vilket gör att lyftkraften går förlorad. Du kan prova principen genom att hålla din flata hand utanför ditt bilfönster.
Då kommer du att förstå, att för mycket anfallsvinkel gentemot den passerande luften, gör att lyftkraften försvinner och det blir en turbulent strömning, vilken orsakar luftmotstånd och inget lyft.

Ännu en förklaring varför en boll “skruvar” sig.
En skruvad boll flyttar energi från en sida till en annan, vilket ökar lyftkraften.

Denna bild visar omslagspunkterna för cirkulationen på en vinge. Ju högre anfallsvinkel ju längre bak på undersidan hamnar stagnationspunkten. Vingen hämtar alltså energi från undersidan till ovansidan för att möjliggöra högre hastighet på den passerande luften. Högre hastighet ger lägre tryck enligt Bernoullis Lag.