4.1.1 Vaakalento

 Vaakalennossa potkurin vetävä voima tai suihkumoottorin työntövoima on yhtä suuri kuin koneen vastuksesta ja kiihtyvyydestä johtuva vastakkainen voima. Lennettäessä vakionopeudella kiihtyvyyden vaikutus on nolla. seuraavassa kuvassa nähdään tasapainoehdot vaakalennossa. Kiihtyvyys riippuu potkurin vetävän voiman ja vastuksen erotuksesta. Nostovoima on vaakalennossa sama kuin koneen paino. T = eteenpäin vetävä voima (käytetään myös sanaa työntövoima, joka on totta suihkukoneille)

Kuva: Tasapainoehdot vaakalennossa. Vetävä voima T on yhtäsuuri kuin koneen vastus lisättynä massahitausvoimalla eli T = D + a m. a on positiivinen, kun kone kiihtyy ja negatiivinen, kun kone hidastuu. Pystysuunnassa nostovoima = koneen paino.

Vaakalentonopeuden ja kiihtyvyyden määräytyminen:

Aikaisemmin olemme kohdassa "Kokonaisvastus" selvittäneet, miten vastus muuttuu eri lento­nopeuksilla, seuraavassa kuvassa on esitetty lisäksi moottorin vetävän voiman riippuvuus lentonopeudesta. Näiden kahden erotus ratkaisee miten nopasti voidaan lentää, kiivetä tai kiihdyttää.

Kuvassa on esitetty potkurin eteenpäin vetävän voiman, T ja kokonaisvastuksen D kuvaajien riippuvuus lentonopeudesta tietyllä korkeudella. Jos T > D, kone voi kiihtyä tai lentää nousulentoa. Mikäli lentonopeus on pienempi kuin A-pisteessä, niin vetävä voima ei riitä kiihdytykseen vaan kone hidastuu. Nopeutta A-pisteessä kutsutaan myös kriittiseksi nopeudeksi, joka on yleensä suurempi kuin sakkausnopeus. Tämä tilanne esiintyy useimmiten lentoonlähdössä, jos pyritään irroittamaan kone liian aikaisin kiitoradasta eli irtiveto on liian aikaisin. Sama tilanne syntyy, kun jyrkennetään tarkoituksellisesti nousukulmaa, jolloin nopeus vähitellen vähenee ja lopuksi kone saattaa sakata, ellei vetoa löysätä.  B-pisteessä on saatu suurin mahdollinen nopeus, joka on mahdollista tällä tehoasetuksella. Jos nopeus on suurempi kuin B-pisteessä, niin se hidastuu, kunnes ollaan takaisin B-pisteessä. Suurin kiihtyvyys, a = (T – D)/m tai jyrkin nousu saadaan silloin, kun erotus T- D on suurimmillaan. On pidettävä kuitenkin mielessä, että molemmat kuvaajat riippuvat voimakkaasti olosuhteista, tehoasetuksesta, ilman tiheydestä, koneen kuormauksesta jne. Mikäli vetävä voima vastaa suurinta käytettävissä olevaa moottoritehoa, B-piste edustaa suurinta vaakalentonopeutta.

Tehoasetuksen vaikutus vaakalentonopeuteen

Tärkein seikka, jolla ohjaaja säätää vaakalentonopeutta, on tehonsäätö, joka tapahtuu yhdessä potkurin pyörimisnopeuden ja potkurin nousun avulla. Seuraavassa kuvassa on esitetty erilaisten tehoasetusten vaikutus eri nopeuksilla. Teho ilmaistaan yleensä prosentteina nimellistehosta. Esimerkiksi nimellisteho on 200 hv, tehoasetus 50 %, jolloin todellinen teho on 100 hv.

 

 

Kuva: Tehon muuttuminen tehoasetusta muutettaessa. Vaakalentonopeus määräytyy kutakin tehoasetusta vastaavan käyrän ja vaakalentoon vaaditun tehon leikkauskohdan mukaan. Suurin nousunopeus saavutetaan nopeudella, jolla tehoylijäämä on mahdollisimman suuri.

Kuvassa kiinnittyy huomio siihen, että vakiotehoprosentilla saadaan aikaan erilaisia todellisia tehoja riippuen lentonopeudesta. Tämä johtuu mm. potkurin hyötysuhteen muuttumisesta eri nopeuksilla. Mikäli lentokorkeus muuttuu, se vaikuttaa sekä vastukseen että moottoritehoon. Tällöin jouduttaisiin piirtämään kuvan 52 mukaiset käyrästöt eri korkeuksilla, jotta saataisiin kullakin korkeudella vallitseva tilanne. Ei luonnollisestikaan voida edellyttää, että ohjaaja ryhtyisi kaivelemaan sellaisia taulukkoja lennon aikana. Sen tähden koneen käsikirjasta käy yksinkertaisesti selville moottorin tehoasetus ja tosi ilmanopeus tiheyskorkeuden muuttuessa. Seuraavassa kuvassa esitetään esimerkki näiden grafiikoiden lukemisesta.

Toimintaohje:

1. Määrittele korkeuden muuntokaavion, kakkaran tai laskimen avulla tiheyskorkeus HD.

2. Moottorin pyörimisnopeuden ja tiheyskorkeuden perusteella valitaan tehoasetus, jolloin samalta suoralta saadaan myös polttoaineen kulutus.

3. tehoasetuksen ja tiheyskorkeuden avulla saadaan tosi-ilmanopeus.

Tiheyskorkeuden määrittäminen, esimerkki.

Lennät 7.700 jalan korkeudessa pyörimisnopeudella 2.590 r/min. Mikä on tehoasetuksesi, kulutuksesi ja tosi-ilmanopeutesi? Ratkaisu: Katso vasemmalta tiheyskorkeutesi (nuoli), seuraa vaakasuoraan, kunnes tulet 2.590 r/min kohdalle. Lue tästä tehoasetuksesi ja kulutuksesi. Saat 75% tehon ja 32 l/h kulutuksen. Saadaksesi selville tosi ilmanopeuden katso oikeanpuoleisesta kuvaajasta samalta korkeudelta 75% tehon kohdalta vastaava ilmanopeus 214 km/t.

Kuva: Piper Cherokeen moottorin tehoasetuksen, kulutuksen ja tosi ilmanopeuden määrittäminen.

Google: Lentokoneen suoritusarvot, aircraft performance