5.3 Aerodynamiikan termejä

Kuva: Siipiprofiiliin liittyvät nimitykset

Profiilin päämitat ilmaistaan yleensä prosentteina jänteestä. Jänne = siiven leveys. Jänteen suunta osoittaa etureunasta keskelle jättöreunaa. Profiilin muotoa kuvaavia mittoja ovat: Etureunan pyöristyssäde, maksimi paksuus ja sen etäisyys etureunasta, maksimi kaarevuus ja sen paikan etäisyys etureunasta sekä jättöreunan paksuus.

Profiilin muoto vaikuttaa sen ominaisuuksiin:

• Paksummalla profiililla on yleensä juoheammat sakkausominaisuudet ja suurempi vastus ja kohtuullisen hyvä nostovoimakerroin
• Suuri etureunan pyöristyssäde pehmentää sakkausominaisuuksia. Terävä etureuna johtaa helposti etureunasta alkavaan sakkaukseen, joka on arvaamaton ja vaikeasti hallittavissa.
• Kaarevuuden kasvu lisää maksimi nostovoimakerrointa ja nokka alas momenttia.
• Keskilinjan jättöreuna voi olla kääntynyt hieman yläviistoon, jolloin profiilia kutsutaan S-profiiliksi. Tämä vähentää nokka alas momenttia ja on siksi yleisesti käytetty "lentävissä siivissä", koska siten saadaan siipi stabiiliksi.

Kuva: Profiilin asento virtauksessa ja siihen liittyvät nimitykset.

Kohtauskulma α on jänteen ja vapaan virtauksen välinen kulma. Nostovoima on kohtisuoraan vapaata virtausta vastaan ja vastus sen suuntainen. Momentti on positiivinen, kun se pyrkii kasvattamaan kohtauskulmaa eli nostamaan nokkaa.

Profiilin asento määräytyy VAPAAN eli häiriintymättömän VIRTAUKSEN ja profiilin jänteen välisestä kulmasta. Tätä kulmaa nimitetään kohtauskulmaksi a. Nostovoiman L suunnaksi valitaan kohtisuora vapaata virtausta vastaan ja vastuksen D suunnaksi virtauksen suunta. Nostovoima- ja vastusvektorit piirretään aerodynaamiseen keskiöön AC:hen, jonka sijainti on noin 25 % jänteestä siiven etureunasta mitattuna. AERODYNAAMINEN KESKIÖ määritellään siten, että se on piste, jossa profiilin momentti ei muutu kohtauskulman muuttuessa. Tämä momentti M vaikuttaa aerodynaamiseen keskiöön ja on positiivinen silloin, kun se lisää kohtauskulmaa eli nostaa koneen nokkaa. Ylöspäin kaarevan profiilin momentti on negatiivinen eli se pyrkii painamaan nokkaa alas. 

Lentonopeus, IAS, TAS ja GS

Lentokoneen nopeuden ilmaisu vaatii referenssin, jonka suhteen nopeus ilmoitetaan. Lentokoneen nopeusmittari, joka on kytketty pitot-putkeen näyttää pitot-painetta vastaavaa nopeutta, joka vastaa lentokoneen aerodynaamisia ominaisuuksia kineettisen paineen avulla eli q = ½ r V2. Tämä paine-ero mitataan pitotputken päästä, jossa vallitsee pitot-paine ja pitot-putken sivusta, jossa vallitsee vapaan ilman paine eli staattinen paine. Lentotehtävän kannalta tärkeä nopeus on todellinen maanopeus, joka puolestaan on ilmanopeuden ja tuulen nopeuden vektorisumma. 

Kuva. Nopeusmittari. IAS = vihreä asteikko. TAS = valkea asteikko, kun painekorkeus ja ilman lämpötila on asetettu nupilla mittaritaulun yläosassa kohdakkain vastaamaan reitin olosuhteita. Esimerkissä 7000 jalkaa ja 15°C. Ohjaaja säätää painekorkeuden ja nupilla ilman lämpötilan. Valkea asteikko osoittaa tosi ilmanopeuden. IAS = indikoitu lentonopeus (Indicated Air Speed) on lentokoneen nopeusmittarin näyttämä ilmanopeus, joka riippuu mm. ilman tiheydestä ja mittausjärjestelmän konfiguraatiosta. Perinteinen mittaus tapahtuu Pitot-putken välityksellä mitatusta patopaineen ja staattisen paineen erotuksesta. Nopeusmittausjärjestelmän virheet on pyritty korjaamaan enemmän tai vähemmän onnistuneesti, jotta IAS olisi mahdollisimman tarkka. Kaikki lentokoneen liikehdintään liittyvät ilmiöt noudattavat IAS:n mukaista nopeutta. Erityisesti on painotettava, että sakkausnopeuden on kaikilla korkeuksilla sama. TAS = Tosi lentonopeus (True Air Speed) tarkoittaa todellista ilmanopeutta, joka yleensä on suurempi kuin IAS, koska ilman tiheys laskee korkeuden mukana. TAS määritellään korjaamalla IAS:n arvoa painekorjauksen ja ilman lämpötilan avulla. Tosi ilmanopeutta käytetään mm. suunnistus­laskelmissa. GS = Maanopeus (Ground Speed) on nimensä mukaan lentokoneen nopeus maan suhteen. Maanopeus on tuulen ja TAS:n vektorisumma. GPS-paikannukseen perustuvat nopeus­mittarit näyttävät tosi maanopeuden, lentokorkeuden ja koordinaatit.

Nopeuslyhenteitä

Lentonopeus voidaan ilmaista eri tavoin riippuen miten se on mitattu tai mihin tarkoitukseen sitä käytetään. Seuraavassa taulukossa on esimerkki erään koneen ohjekirjasta.

Taulukko. Nopeuslyhenteitä ja niiden käyttötarkoituksia. Koska lyhenteet perustuvat englannin kielisiin ilmaisuihin on englannin kielinen selostus rinnalla. 3 ensimmäistä ilmaisua liittyvät hetkelliseen lentonopeuteen ja lopput ilmaisuista liittyvät lentokoneen nopeusrajoituksiin. kts. Vn-diagrammi.

Kuva: V-kulma

 Nuolikulma Λ on siiven 25 % viivan ja keskiviivaa vastaan kohtisuoran viivan välinen kulma.

Kuva. Trapetsisuus on siiven kärjen leveyden suhde tyven leveyteen. Pienentämällä trapetsisuutta pienen­netään indusoitua vastusta, mutta lisätään herkkyyttä kärkisakkaukseen. Cr Tyvijänne, Ct kärkijänne. Mitä kapeampi kärki sitä pienempi indusoitu vastus.

 Pyörregeneraattori kiihdyttää rajakerroksen virtausta ja sallii suuremman kohtauskulman sekä parantaa nostovoimakerrointa ja kasvattaa sakkausnopeutta