Potkurin lavan nopeus

[Gerhard Barkhorn]

Katselin tuossa WarpDriven sivuilta (http://www.warpdriveprops.com/) että potkuri kannattaisi säätää niin että potkurin lavan kärjen nopeus olisi 0.88 - 0.92 machia (tällöin käsittääkseni saavutetaan suurin työntövoima). Laskin sitten kuinka nopeasti Rotaxin 100ULS moottori pyörittää WarpDriven 68" 3-lapaista potkuria ja sain tulokseksi 206 m/s, joka ei ole kuin 0.6 machia. Asiaa sen enempää tuntematta vaikuttaa oudolta. Voisiko joku selventää miksi asia on näin?

[Kari Aspiola]

  Tehtaan tekemissä potkureissa on yleensä aina ilmoitettu maksimi sallittu pyörintänopeus, jota ei saa missään olosuhteissa ylittää. Keskipakoisvoimat kasvavat muuten liian suuriksi. Taitaa olla muutamia ennakkotapauksiakin Suomessa kun on pyöritetty potkuria yli sallitun ja lavat ovat lähteneet maatakiertävälle radalle omia aikojaan.

  Lavan kärjen ilmanopeuteen vaikuttaa myös lentokoneen ilmanopeus lennon aikana, josta käytetään nimitystä suhteellinen nopeus. Kulloisenkin suhteellisen nopeuden voit laskea samaan tapaan kuin suorakulmaisen kolmion (trigonometrian säännöillä)

esimerkki:
- lavan kärjen nopeus on 200 m/s  ( 714,3 km/h)
- koneen ilmanopeus on    50 m/s  ( 178,6 km/h)

piirrät suorakulmaisen kolmion jossa kanta (kateetti A) on 200 ja korkeus (kateetti B ) on 50. Lasket hypotenuusan (C) (joka vastaa suoraan lavan kärjen suhteellista nopeutta) joko funktiolaskimella tai sitten:

(AxA)+(BxB)=neliöjuuri C:stä  saadaan       C = 206 m/s  (735,7 km/h)

Kun kone on paikallaan, niin silloin lavan kärjellä on vain kehänopeus (m/s) minkä nyt tuulenpuuskat hiukan sekoittavat tätä koekäytössä.

Tehon tarve, käyttötarkoitus, hyötysuhde ja meluhaitat lienevät keskeisesti vaikuttamassa myytävien potkureiden mittoihin ja rakenteisiin sekä valittuihin pyörintänopeuksiin. Ja tietysti myytävien potkureiden pitää olla olemassaoleviin moottoreihin soveltuvia/hyväksyttyjä.

Joku viisaampi ehkä vois havainnollistaa tuota hyötysuhdepuolta paremmin.

[Liisa]

Käytännössä syynä on melu. Potkuriäänet kasvavat aivan suhteettomiksi noilla yli 0.8 menevillä nopeuksilla.

Teoriasta:
Äänennopeuden läheisyydessä ongelmaksi ei suinkaan nouse keskipakoisvoimat, vaan värähtelyongelmat joiden johdosta lapa hajoaa.

Trigonometriset laskelmat vs. todelliset mittatu nopeudet eivät ole samat. Todelliset ovat suurempia, miksi, en tiedä.

[Aki Suokas]

Katselin tuossa WarpDriven sivuilta (http://www.warpdriveprops.com/) että potkuri kannattaisi säätää niin että potkurin lavan kärjen nopeus olisi 0.88 - 0.92 machia

Warp on ottanut oppinsa Ponk'lta (ja kärkinopeuslaskurin), jotka näyttävät tekevän metallipotkureita Cessna 185:een ja 401:iin. Ovat hieman eri kategorian laitteita/moottoreita. Onko samat käytännön kokemukset siirrettävissä Rotaxiin, epäilenpä suuresti.

[Juha Karjalainen]

Trigonometriset laskelmat vs. todelliset mittatu nopeudet eivät ole samat. Todelliset ovat suurempia, miksi, en tiedä.

Reaalimaailmassa potkuri luistaa aina. Todellinen edetty matka on siis pienempi mitä geometrinen nousu antaisi etenemismatkaksi.

[Liisa]

Trigonometriset laskelmat vs. todelliset mittatu nopeudet eivät ole samat. Todelliset ovat suurempia, miksi, en tiedä.

Reaalimaailmassa potkuri luistaa aina. Todellinen edetty matka on siis pienempi mitä geometrinen nousu antaisi etenemismatkaksi.

Nimenomaan reaalimaailmassa saadaan geometristä nousua parempia tuloksia. Häkellyttävää, eikö totta?

[Seppo Koivisto]

Muistaakseni keskipakoisvoiman vaikutus rajakerroksen ilmamolekyyleihin saa potkurin toimimaan paremmin, kuin     
vastaava suoraan lentävä siipi.

[Juha Karjalainen]

Nimenomaan reaalimaailmassa saadaan geometristä nousua parempia tuloksia. Häkellyttävää, eikö totta?

Todella häkellyttävää. Voisitko hieman valaista mitkä tulokset ovat parempia?

Otetaanpa tähän hieman käsitteiden kertaamista. Potkurin lapakulmahan ei ole vakio, vaan potkurissa esiintyy geometrista kiertoa. Ts. lapakulma on potkurin juuressa lähellä napaa suurempi kuin kärjessä. Tämä siksi, että lavan kohtauskulma pyritään saamaan oikeaksi koko lavan pituudelta eli pyritään siihen että potkurin jokainen poikkileikkaus etenee teoriassa saman matkan yhden kierroksen aikana. Lapakulma mitataan kuitenkin 3/4 säteen etäisyydeltä potkurin navasta. Vaikka todellinen lapakulma siis muuttuukin pitkiin lapaa edetessä, pyritään potkurin geometrinen nousu pitämään likimain vakiona koko lavan pituudelta.

Valaistaan asiaa: Oletetaan että potkurin halkaisija on 3 metriä. Lavan kärki kulkee siis yhden kierroksen aikana pyörimistasossa matkan pi*D eli likimain 3*3m=9m. Vastaavasti poikkileikkaus metrin halkaisijalla pyörähtää tasossa 3*1m=3m. Jos lapakulma kärjessä on vaikkapa 5°, etenee kärki teoriassa (geometrinen nousu) 9m*sin5°=0,78m. Koska koko potkurin (ja koneen) halutaan etenevän tämän saman matkan kierrosta kohden (siis teoriassa), pitää nousun olla sama myös metrin halkaisijalla eli 0,5m etäisyydellä navasta. Saamme yhtälön 0,78m=3m*sinX°. Kun tästä ratkaistaan X, saadaan lapakulmaksi 0,5 metrin etäisyydellä navasta 15°, mikä on yhtäpitävä odotusten kanssa (lapakulma on suurempi lähellä napaa).

Tämä geometrinen nousu on kuitenkin vain teoreettinen nousu. Tehollinen nousu on etenemismatka, jonka potkuri todellisuudessa etenee kierrosta kohden. Tehollinen nousu on aina pienempi kuin geometrinen nousu, sillä potkurissa esiintyy aina luistoa. Lentokoneen ollessa paikallaan esim. lentoonlähdössä jarruilla pidäteltäessä on luisto 100%. Pienimmillään luisto matkalentotilanteessa on luokkaa 10%. Jollei luistoa olisi, ei potkuri voisi kehittää työntövoimaa, sillä lapa ei kokisi lainkaan kohtauskulmaa. Ajatellaan vaikkapa tilannetta jossa koneen lentonopeus olisi tasan sama kuin potkurin yhdellä kierroksella etenemä matka. Tällöin lavan poikkileikkausen kokema kohtauskulma olisi nolla.

Nyt on otettava mukaan vielä eräs käsite, nimittäin erotuksena geometrisesta kohtauskulmasta (lavan poikkileikkauksen geometrisen jänteen ja ilmavirtauksen välinen kulma) on huomioitava myös lavan profiilin nollanostovoimaviivan kokema kohtauskulma. Kenties Liisa tarkoitit tätä tilannetta. On tunnettu tosiasia, että tietyillä siipiprofiileilla nollakohtauskulmallakin ja jopa pienillä negatiivisilla kohtauskulmilla (siis geometrisilla) syntyy nostovoimaa. Sama pätee tietysti potkureihin. Siis vaikka geometrinen kohtauskulma olisi nolla, saattaa potkurin poikkileikkaus tuottaa vielä työntövoimaa. Tämän vuoksi potkurin aerodynaaminen nousu voi olla jopa suurempi kuin geometrinen nousu, mutta lapakulmat määritellään aina silti geometrisen nousun mukaan.

Mikäli joku haluaa laskea porkurin lavan tietyssä kohtaa kokeman kohtauskulman ilmavirtauksen kanssa, se onnistuu kaavalla alfa=beeta-arctan(v/vr) jossa alfa on kohtauskulma, beeta on lapakulma (eli geometrinen nousukulma)tarkastelukohdassa, v on lentokoneen lentonopeus ja vr potkurin poikkileikkauksen kehänopeus pyörintätasossa tarkastelukohdan etäisyydellä potkurin navasta. Havaitaan että mitä suuremmaksi lentonopeus kasvaa, sitä pienemmäksi kohtauskulma käy. Tietyssä nopeudessa potkuri ei siis enää voi kehittää työntövoimaa. Tuo nopeus riippuu lapakulmasta ja potkurin profiilista (nollanostovoiman kohtauskulma). On kuitenkin huomattava että tämä nopeus on huomattavasti suurempi kuin koneella saavutettava huippunopeus vaakalennossa, sillä potkurin on voitettava työntövoimallaan koneen vastus (tasaisessa vaakalennossa vakionopeudella työntövoima=vastus).

[Liisa]

Muistaakseni keskipakoisvoiman vaikutus rajakerroksen ilmamolekyyleihin saa potkurin toimimaan paremmin, kuin     
vastaava suoraan lentävä siipi.

Mielenkiintoista. Tuohon yleisesti tunnettuun ilmiöön, todellinen nopeus on parempi kuin potkurin nousu kertaa kierrosluku, olisi kiva saada lisää ihan oikeaa tietoakin, näiden kotikutoisten insinöörien "laskelmien" sijasta.

[Seppo Koivisto]

Keskipakois- ja Coriolis-voimien takia virtaus potkurin ympäri on kolmiulotteista ja potkuri esim. tuottaa enemmän työntövoimaa ja sakkaa suuremmalla kohtauskulmalla, kuin 2D-tarkastelulla voisi olettaa.

Asiasta löytyi hämmästyttävän vähän netistä, mutta ensimmäisenä sitä on tutkinut Hermann Himmelskamp väitöskirjassa Göttingenissä v. 1945. Omat tietoni perustuvat Fritz Dubsin kirjaan Aerodynamik der reinen Unterschallströmung, jossa siitä on kymmenkunta riviä.

[Jukka Mäkelä]

Keskipakois- ja Coriolis-voimien takia virtaus potkurin ympäri on kolmiulotteista ja potkuri esim. tuottaa enemmän työntövoimaa ja sakkaa suuremmalla kohtauskulmalla, kuin 2D-tarkastelulla voisi olettaa.

Koska Coriolis voimakin näyttelee tässä omaa osaansa, niin onkohan potkurin pyörimissuunnalla myös merkitystä ?

[Juha Karjalainen]

... olisi kiva saada lisää ihan oikeaa tietoakin, näiden kotikutoisten insinöörien "laskelmien" sijasta.

Insinööri sen potkurinkin suunnittelee. Olen pahoillani jos laskelmaesimerkkini eivät valaisseet asiaa. Valitettavasti matemaattinen esitystapa ei vain aukea kaikille vaikka kuinka vääntäisi rautalangasta.

Tuo potkurin aerodynamiikka ei ole niitä kaikkein yksinkertaisimpia asioita ymmärtää saatikka selittää. En lähtenyt spekuloimaan edellä millään keskeisvoimilla vaan pyrin vain selvittämään potkurin toimintaan liittyviä peruskäsitteitä. Potkurin lavan poikkileikkauksen profiili lisäksi muuttuu pitkin lapaa, joten lavan profiilin nollanostovoimaviiva sekä sakkauskohtauskulmakin muuttuvat edettäessä navasta kohti lavan kärkeä. Tämä antaa potkuria suunnittelevalle insinöörille mahdollisuuksia pyrkiä hallitsemaan syntyvää työntövoimajakaumaa lavassa. Useampilapaisilla potkureilla myös lapojen jääminen toistensa jättövirtaukseen (interferenssi-ilmiöt) vaikuttavat lopputulokseen.

Liisalle tiedoksi: edellisen postaukseni tiedot voit tarkistaa vaikkapa lähdeteoksesta "Lentokoneen mäntämoottorit ja potkurit", Esko Lähteenmäki 1994. Siinä asiat ovat selkeällä suomen kielellä ihan lentäjänkin käsityskyvyn rajoissa esitettynä. Niille, joille matemaattisempi lähestymistapa yhdessä ulkomaankielen kanssa ei tuota vaikeuksia, asiat voi tarkistaa sellaisesta alan insinöörien ja diplomi-insinöörien käyttämästä perusteoksesta kuin "Synthesis of subsonic airplane design", Egbert Torenbeek, Delft University Press/Kluwer Academic Publishers 1982. Eli siinähän sitä on kotikutoisien insinöörien "laskelmia" kerrakseen, joita kotikutoisten humanistien ja muiden filosofisiin spekulaatioihin mieltyneiden on hyvä arvostella.

[Liisa]

Älä Juha vedä puruja nenään. Ei väärässä oleminen ole vaarallista, ainakaan tässä yhteydessä, ei vaikka myös Esko olisi väärässä kanssasi.

[Juha Karjalainen]

...Todelliset ovat suurempia...

Mistä tuo tieto on peräisin? Vaikka aerodynaaminen nousu (Lähteenmäen mukaan) voisikin olla suurempi kuin geometrinen nousu, luistaa potkuri silti. Ok, no on tietysti tilanne jossa jokainen potkuri etenee enemmän kuin mitä sen nousu antaisi olettaa, nimittäin silloin kun kone on tyhjäkäyntiliu'ussa tai vastaavassa tilanteessa jossa potkuri "jarruttaa" menoa. Mutta ehkä on muitakin tilanteita ja tapauksia. Löytyykö tästä jotain faktatietoa, mittaustuloksia tms.? Ja nyt puhun siis tilanteesta potkurikehän kohdalla, paikallisesta virtausnopeudesta siinä. Potkurikehällähän virtausnopeus kehän läpi on V+w, jossa V on lentonopeus ja w on potkurin aikaansaama nopeuslisä.

Koetan arvata vielä kerran mitä ehkä tarkoitat. Tarkoitatko sitä, että potkurivirrassa potkurin takana virtausnopeus on suurempi kuin lentonopeus? Tämä pitää luonnollisesti paikkansa. Työntövoimahan syntyy tästä nopeuserosta (rektiovoima, täsmällisemmin potkuri aikaansaa massavirran lisääntymisen antamalla potkurikehän läpi kulkevalle ilmamassalle nopeuslisän). Virtaputki kapenee potkurin takana ja bernoullin lain mukaan virtaviivojen lähestyessä toisiaan (mikä on tilanne silloin kun nopeus kasvaa) myös paineen on laskettava. Ympäröivän ilman paine painaa siis virtaputkea kasaan, sillä nopeuslisän vuoksi paine virtaputkessa on alhaisempi kuin ympäröivässä ilmassa. Virtaputkessa pätee aineen häviämättömyyden laki, jolloin potkurikehän kohdalla oleva massavirta (joka on kokoonpuristumattomassa virtauksessa käytännössä sama kuin tilavuusvirta) on yhtä suuri kuin kaventuneessa virtaputkessa myöhemmin oleva massavirta. Virtaputkeen ei virtaa ilmaa ympäristöstä, sillä virtaviivan läpi ei tapahdu virtausta. Asia voidaan todistaa potentiaaliteorian avulla. Asia on sinänsä simppeli (potentiaaliteoria sitävastoin ei ihan niin simppeli...), mutta vaatii virtausmekaniikan perusteiden hallintaa jotta sen voisi ymmärtää.

...vaikka myös Esko olisi väärässä kanssasi...

Öh, voisitko täsmentää missä olen Eskon kanssa väärässä. En ihan itse tajua. Voisin ehkä viisastua jos joku vähän avittaa... Onko myös Torenbeek väärässä? Tai kotimaiset lentotekniikan gurut Laine, Hoffren & Renko kirjassaan "Lentokoneen aerodynamiikka ja lentomekaniikka"? Ei, en vedä puruja nenään, prujut vaan....

[Seppo Koivisto]

Lähteenmäki ja Torenbeek ovat ansioituneita teoksia tarkoitukseensa.

Teoria on oikein, mikäli virtaus on lavan poikkileikkausten suuntaista. Käytännössä saavutetaan suurempi työntövoima pienemmällä tehontarpeella, kuin laskettaessa 2D-leikkauksien perusteella lapaelementti- ja liikemääräteorian mukaan. Yleisesti hyväksytty selitys tähän eroon on keskipako- ja Coriolis-voimien vaikutus.

Pari linkkiä:
http://www.aeromech.usyd.edu.au/aero/propeller/prop1.html
http://www.aerodyn.org/Rotors/models.html
http://pdf.aiaa.org/jaPreview/JA/2005/PVJA6564.pdf

[Liisa]

Vaikka aerodynaaminen nousu (Lähteenmäen mukaan) voisikin olla suurempi kuin geometrinen nousu....

Nyt trigonometriaa on laajennettu uudella käsitteellä "aerodynaamisella nousulla"

---------------------------------------------------------------------------------------------

Sepolle suuret kiitokset, ensimmäistä kertaa elämässäni vastaan tulee järkeviä lähestymistapoja tähän mielenkiintoiseen asiaan.

[Risto Niemi]

Heippa

Kysäisenpä minäkin jotain.

Sekä Juhan että Sepon, molempien, tekstit ovat ihan hyviä ja perusteltuja.

Hyvissä esitetyissä viitemateriaaleissakaan ei kuitenkaan kovinkaan selkeästi tai tarkasti esitetä tuota koriolisvoiman vaikutusta ja suuruutta potkurin aerodynaamiseen nousuun ja sitä kautta koko kautta edelleen potkurin etenemään.

Minulla on sellainen hytinä, ettei tuo etenemän lisäys koskaan voi normaalissa vaakalentotilanteessa, jossa lentokone liikkuu ko. potkurin vetämänä tai työntämänä, olla suurempi kuin potkurin luisto. Jos näin olisi ratkeaisi ikiliikkujan ongelma samalla kertaa, eikö vain!

Sitten vielä hieman käsitteistä. Kun puhutaan potkurin aerodynaamisesta noususta, niin eikö siinä silloin jo itse asiassa pitäisi olla jo mukana myös tuo koriolisvoiman vaikutus kuten myös tuo mainittu rajakerroksen pysyminen profiilin takareunassa alemmaksi kiinni. No se lienee määrittelykysymys ja oli miten oli tuo edellisessä virkkeessä mainitsemani pätenee joka tapauksessa.

Sinänsä tuo koriolisvoiman vaikutus alkoi kiinnostaa minua kovastikin. Voisiko jompi kumpi teistä havainnollistaa sen muodostumistapaa sopivin vektoriesityksin. Asia valkenisi silloin paremmin minulle, kuten varmaan monelle muullekin. Noista mainituissa viitteissä en vektoriesityksiä asiasta löytänyt ja voiman synty- ja vaikutustapa oli muutoinkin melko vähäisin maininnoin kuitattu, eli teksteistä se on aika vaikea hahmottaa.

Terveisin
Risto Niemi

[Nils Rostedt]

Samaan hengenvetoon täältäkin kysymys, liittyen tuohon äänennopeuden lähestymiseen oikein nopeissa koneissa (sodanaikaiset hävittäjät ja modernit turbopropit (Saab, ATR ym)). Saavuttavatko näissä koneissa potkurinlapojen kärjet äänennopeuden nopeassa lennossa vai jääkö se siihen 0,8... 0,9 Machiin? Ja onko niin että merkitsevä nopeus tässä on lavankärjen "tosi-etenemissuunassa" eli potkurin pyörimisliikkeen ja koneen eteenpäinliikkeen summavektorin suunta, jolloin päädyttäisiin mielenkiintoiseen tilanteeseen että mitä suurempi haluttu lentonopeus, sen hitaammin potkurin tulisi pyöriä? Vai onko näillä lentonopeuksilla keskipako- ja Coriolis- tms. ilmiöillä jo sellainen vaikutus että tuollainen yksinkertainen vektorisummalaskenta ei enää toimi ollenkaan?

Tästä olisi mielenkiintoista tietää lisää.

[Liisa]

Yhdessäkään potkurikoneessa ei lavan nopeus ole lähelläkään äänennopeutta. Potkurikoneiden nopeusennätysten tehtailu lopetettiin aikanaan juuri tuon rajoitteen takia, lapa ei kestä aeromystisiä värähtelyilmiötä lähestyttäessä äänennopeutta.

[Jukka Mäkelä]

onko niin että merkitsevä nopeus tässä on lavankärjen "tosi-etenemissuunassa" eli potkurin pyörimisliikkeen ja koneen eteenpäinliikkeen summavektorin suunta, jolloin päädyttäisiin mielenkiintoiseen tilanteeseen että mitä suurempi haluttu lentonopeus, sen hitaammin potkurin tulisi pyöriä? Vai onko näillä lentonopeuksilla keskipako- ja Coriolis- tms. ilmiöillä jo sellainen vaikutus että tuollainen yksinkertainen vektorisummalaskenta ei enää toimi ollenkaan?

Tästä olisi mielenkiintoista tietää lisää.

Jep, potkurin aerodynamiikka on todella mielenkiintoinen ja hyvin probleemapitoinen.
hmm...tässä keskustelussa käsitellään nyt nimenomaan tilannetta potkurin lavan kärjen osalta ( siis pyörivä lapa joka on kohtaa ilmamassan vapaassa tilassa).
Pyörivässä liikkeessä olevan lavan kärjen aerodynaaminen käyttäytyminen muuttunee perusteellisesti silloin kun se on tunneloitu, kuten esim. ääntä nopeamman hävittäjän suihkumoottorin ahtimen lapa. Tässähän lapa kohtaa moottoriin sisään tulevan ilmavirran yliäänen nopeudella eikä ahtimen siivet tässä tilanteessa joudu totaalista tuhoa aiheuttavaan värähtelyyn. Kun aerodynamiikkaa en sen kummemmin tunne, niin kysyn, että onko suihkumoottorin ahtimen lavan kärkien kohtaama ilmavirta kuitenkin aina alle äänen nopeuden johtuen rajakerroskitkasta ilmamassan ja moottorin seinämän välillä ? - vai onko niin, että haitallisia värähtelyilmiöitä ei synny koska ahtimen lapaan ei muodostu kärkipyörrettä johtuen hyvin pienestä välimatkasta moottorin sisä seinään - olkoonkin, että lavan kärki kohtaa sisään tulevan ilmamassan yliääninopeudella johtuen jo pelkästään koneen etenemisnopeudesta ?

Tässä kirjallisuudesta lainattua tekstiä coriolis voimasta:
Coriolis'n ilmiö, jolla tarkoitetaan pyörivässä järjestelmässä, kuten maapallolla, liikkuvan kappaleen liikeradan näennäistä poikkeamista Newtonin dynamiikan lakien mukaisesta liikeradasta. Coriolisvoiman vaikutuksesta Maan pohjoisella pallonpuoliskolla liikkuva kappale pyrkii kääntymään oikealle ja eteläisellä pallonpuoliskolla vasemmalle. Coriolisvoiman vaikutus havaitaan selvimmin suurissa liikkuvissa kohteissa, kuten tuulissa ja merivirroissa. Coriolisvoimasta johtuu mm. päiväntasaajalta navoille päin puhaltavien tuulten kiertyminen maapallon pyörimissuuntaan eli itään ja navoilta päiväntasaajalle puhaltavien tuulten kääntyminen kohti länttä. Samasta syystä matalapaineisiin liittyvät tuulet kiertävät pohjoisella pallonpuoliskolla vastapäivään ja eteläisellä myötäpäivään. Koska coriolisvoima on melko pieni, se ei käytännössä juurikaan vaikuta niin mitättömiin kohteisiin kuin käsienpesualtaasta viemäriin valuvaan veteen. Poistuva vesi voi pyöriä kummallakin pallonpuoliskolla yhtä hyvin myötä- kuin vastapäiväänkin. Veden pyörimissuunnan ratkaisevat viime kädessä muut tekijät, kuten pesualtaan ja poistoaukon muoto ja se, miten vesi liikkuu sillä hetkellä, kun viemäritulppa aukaistaan. Coriolisvoima ei vaikuta päiväntasaajalla. Sen vaikutus voimistuu vähitellen etäännyttäessä päiväntasaajalta. Silti vielä Suomenkin leveysasteilla sen vaikutusta pieniin liikkuviin vesimääriin on vaikeaa osoittaa.
- mitenkä tämän ilmiön on mahdollista vaikuttaa potkurin aerodynamiikkaan...

[Risto Niemi]

Heippa

Pääsääntöisesti minua kiinnostaa alisooninen aerodynamikka, tällainen harrasteilmailija kun ei tuolla trans- tai ylisoonisella alueella operoi.

Kommentoin nyt kuitenkin hieman tuota virtauksen kohtaamisasiaa lennettäessä ylisoonisella alueella. Kone tietenkin kohtaa ilman yliääninopeudella, mutta ilman ollessa kokoonpuristuva kaasu, saatetaan se imukanavan muotoilulla pitkittäiseen aaltoliikkeeseen, jonka aaltoliikkeen eri vaiheissa on eri nopeus. Esimerkiksi MIG 21: n nokassa imuaukon edessä ja sisäpuolella näet säädettävän nokkakartion, jonka asemaa säädetään tarpeen mukaan tarkoituksella, että ilman virtauksen aaltoliikkeen vaihe osuu ahtimen siivistön kohdalla sellaiseksi, että virtauksen nopeus on alisooninen siitä huolimatta, että itse kone lentää ylisoonisella nopeudella. Yliääniaerodynamiikka poikkeaa aika paljon aliääniaerodynamiikasta, mutta tuossa nyt hieman yksinkertaistaen kuitenkin tuo periaate, että turbiinnin siivistö kohtaa virtauksen kuitenkin aliääninopeudella.

Risto Niemi

[JanneV]

Moi!

Tässä mietin, että kuinka nopeasti ATR-72- matkustajakoneen potkurien lapojen kärjet liikkuvat :huh:? Tämä edellämainittu kone saattaa painaa täydellä lastilla aika paljon, joten ne taitavat liikkua aika nopeasti.

[Nils Rostedt]

Moi!

Tässä mietin, että kuinka nopeasti ATR-72- matkustajakoneen potkurien lapojen kärjet liikkuvat :huh:? Tämä edellämainittu kone saattaa painaa täydellä lastilla aika paljon, joten ne taitavat liikkua aika nopeasti.

Löysin netistä seuraavia tietoja:
ATR 72-500 ja ATR 42-500 mallien kuusilapaisen potkurin läpimitta on 3,93 m.
ATR 72:n moottorin tyyppi on P&WC 127F, jonka lentoonlähtökierrosluvuksi ilmoitetaan 1200 k/min potkurilla.

Näillä arvoilla lapojen kärkinopeus koneen paikalla ollessaan olisi 3,93 m * pi * 20 s^-1 = 247 m/s = 889 km/h. Joku fiksumpi saa laskea montako Machia tämä vastaa. Mutta aika lähelle tuota edellämainittua 0,8..0,9 Machia näyttäisi osuvan?

(huomaa että Aeron ATR 72:ssa on vanhempimallinen nelilapainen potkuri, josta en löytänyt tietoja).

[Aki Suokas]

Äänen nopeus riippuu lämpötilasta ja esim nyt (17 astetta) äänennopeus on 1229 km/h.
Laskentaohjelman löytyy vaikka minun sivuilta se ylin ohjelma.

Eli 889 km/h = mach 0,723

[Risto Niemi]

Hei kaikki potkuriaerodynamiikkaviisaat

Viittaan tämän juonteen aiempaan viestiini Syyskuu 15, 2006, 11:07:47, koska kukaan ei siinä esittämiini kysymyksiin ole vielä kommentoinut.

Edelleen kysyn teiltä hieman havainnollistamista ja suuruusluokkien määrittämistä keskustelujuonteessa esiin nostetuille (Seppo ja Juha):
1. Coriolisvoiman vaikutustavalle ja vaikutukselle ja
2. rajakerroksen keskipakoisvoiman vaikutustavalle ja vaikutukselle potkurin toimintaan suhteessa kokonaisvaikutukseen sen osana.
Ennen kaikkea haluaisin, että suuret ja merkittävät asiat saavat ansaitsemansa suuren arvon ja pienet ja marginaaliset asiat selkeästi pienemmän arvon.

Terveisin
Risto Niemi   

[Risto Niemi]

Keskipakois- ja Coriolis-voimien takia virtaus potkurin ympäri on kolmiulotteista ja potkuri esim. tuottaa enemmän työntövoimaa ja sakkaa suuremmalla kohtauskulmalla, kuin 2D-tarkastelulla voisi olettaa.

Koska Coriolis voimakin näyttelee tässä omaa osaansa, niin onkohan potkurin pyörimissuunnalla myös merkitystä ?

Potkurin pyörimisssuunnalla ei ole tässä mitään muuta merkitystä kuin sen kiertosuunta ja vastaavasti sen aiheuttamien voimien suunta, kiertovaikutusvoima mukaan lukien. Samanlailla potkuri toimii onpa kiertosuunta kumpi hyvänsä.

onko niin että merkitsevä nopeus tässä on lavankärjen "tosi-etenemissuunassa" eli potkurin pyörimisliikkeen ja koneen eteenpäinliikkeen summavektorin suunta, jolloin päädyttäisiin mielenkiintoiseen tilanteeseen että mitä suurempi haluttu lentonopeus, sen hitaammin potkurin tulisi pyöriä? Vai onko näillä lentonopeuksilla keskipako- ja Coriolis- tms. ilmiöillä jo sellainen vaikutus että tuollainen yksinkertainen vektorisummalaskenta ei enää toimi ollenkaan?

Tästä olisi mielenkiintoista tietää lisää.

Jep, potkurin aerodynamiikka on todella mielenkiintoinen ja hyvin probleemapitoinen.
hmm...tässä keskustelussa käsitellään nyt nimenomaan tilannetta potkurin lavan kärjen osalta ( siis pyörivä lapa joka on kohtaa ilmamassan vapaassa tilassa).
Pyörivässä liikkeessä olevan lavan kärjen aerodynaaminen käyttäytyminen muuttunee perusteellisesti silloin kun se on tunneloitu, kuten esim. ääntä nopeamman hävittäjän suihkumoottorin ahtimen lapa. Tässähän lapa kohtaa moottoriin sisään tulevan ilmavirran yliäänen nopeudella eikä ahtimen siivet tässä tilanteessa joudu totaalista tuhoa aiheuttavaan värähtelyyn. Kun aerodynamiikkaa en sen kummemmin tunne, niin kysyn, että onko suihkumoottorin ahtimen lavan kärkien kohtaama ilmavirta kuitenkin aina alle äänen nopeuden johtuen rajakerroskitkasta ilmamassan ja moottorin seinämän välillä ? - vai onko niin, että haitallisia värähtelyilmiöitä ei synny koska ahtimen lapaan ei muodostu kärkipyörrettä johtuen hyvin pienestä välimatkasta moottorin sisä seinään - olkoonkin, että lavan kärki kohtaa sisään tulevan ilmamassan yliääninopeudella johtuen jo pelkästään koneen etenemisnopeudesta ?

Tässä kirjallisuudesta lainattua tekstiä coriolis voimasta:
Coriolis'n ilmiö, jolla tarkoitetaan pyörivässä järjestelmässä, kuten maapallolla, liikkuvan kappaleen liikeradan näennäistä poikkeamista Newtonin dynamiikan lakien mukaisesta liikeradasta. Coriolisvoiman vaikutuksesta Maan pohjoisella pallonpuoliskolla liikkuva kappale pyrkii kääntymään oikealle ja eteläisellä pallonpuoliskolla vasemmalle. Coriolisvoiman vaikutus havaitaan selvimmin suurissa liikkuvissa kohteissa, kuten tuulissa ja merivirroissa. Coriolisvoimasta johtuu mm. päiväntasaajalta navoille päin puhaltavien tuulten kiertyminen maapallon pyörimissuuntaan eli itään ja navoilta päiväntasaajalle puhaltavien tuulten kääntyminen kohti länttä. Samasta syystä matalapaineisiin liittyvät tuulet kiertävät pohjoisella pallonpuoliskolla vastapäivään ja eteläisellä myötäpäivään. Koska coriolisvoima on melko pieni, se ei käytännössä juurikaan vaikuta niin mitättömiin kohteisiin kuin käsienpesualtaasta viemäriin valuvaan veteen. Poistuva vesi voi pyöriä kummallakin pallonpuoliskolla yhtä hyvin myötä- kuin vastapäiväänkin. Veden pyörimissuunnan ratkaisevat viime kädessä muut tekijät, kuten pesualtaan ja poistoaukon muoto ja se, miten vesi liikkuu sillä hetkellä, kun viemäritulppa aukaistaan. Coriolisvoima ei vaikuta päiväntasaajalla. Sen vaikutus voimistuu vähitellen etäännyttäessä päiväntasaajalta. Silti vielä Suomenkin leveysasteilla sen vaikutusta pieniin liikkuviin vesimääriin on vaikeaa osoittaa.
- mitenkä tämän ilmiön on mahdollista vaikuttaa potkurin aerodynamiikkaan...

Tämä pyörivän potkurin toimintaan liittyvä Coriolis-ilmiö (voima) ei liity riippuvasti mitenkään pyörivän maapallon koordinaatistosta havaittavaan Coriolis-ilmiöön. Coriolis-ilmiö esiintyy kaikissa havainnoissa, jotka tehdään jossain pyörivässä koordinaatistossa liikkeistä koordinaatiston suhteen, kuten pyörivällä potkurilla tai pyörivällä maapallolla tai vaikkapa pyörivällä karusellilla.
Katso havinnollista animaatioa asiasta verkkosivulta "Coriolis Force: an artifact of the earth's rotation" ww2010.atmos.uiuc.edu/(Gh)/guides/mtr/fw/crls.rxml

Risto Niemi 

[Juha Karjalainen]

Edelleen kysyn teiltä hieman havainnollistamista ja suuruusluokkien määrittämistä keskustelujuonteessa esiin nostetuille (Seppo ja Juha):
1. Coriolisvoiman vaikutustavalle ja vaikutukselle ja
2. rajakerroksen keskipakoisvoiman vaikutustavalle ja vaikutukselle potkurin toimintaan suhteessa kokonaisvaikutukseen sen osana.

Coriolisvoima ja keskipakoisvoima.... Nyt kyllä kyselet asioita joista ei juuri painettua tietoa löydy. Saatan palata asiaan mikäli löydän aiheesta järkevää selontekoa. Toisaalta keskipakoisvoima ja coriolisvoima ovat ns. näennäisvoimia jotka siis eivät ole kappaleisiin (tai ilmapartikkeleihin) vaikuttavia todellisia voimia. Näennäisvoimien avulla dynamiikan tehtävä voidaan kyllä muuttaa (joissakin tapauksissa helpommin ratkaistavaksi) statiikan tehtäväksi, mutta muunnoksessa saattaa helposti syntyä periaatteellisia virheitä. Siksi käytännössä dynamiikan tehtävät ratkaistaan aina liike- ja voimayhtälöistä johtaen differentiaaliyhtälöinä. Newtonin liikelaki F=Ma on tässä kova sana edelleen. Mutta potkurin perusaerodynamiikasta varsin hyvät tiedot saa uudesta kotimaisesta kirjasta Laine, Hoffren, Renko: Lentokoneen aerodynamiikka ja lentomekaniikka, s.161-168. Tuohon kun vielä yhdistää siiven aerodynamiikasta kertovat luvut, niin ymmärtääkin jo tärkeimmät ilmiöt jotka liittyvät potkuriin. Kirja ei tosin sen kummemmin selvitä itse ilmiöitä sen syvällisemmin, sillä kyseessä on kuitenkin suurelle yleisölle tarkoitettu alan käsitteistöä selvittävä perusteos. Siksi ei pureuduta esim. niihin syihin joiden vuoksi potkurin hyötysuhde on parhaimmmillaan kun etenemissuhde J on välillä 1-2. ( J=V/(nd) ).

[Risto Niemi]

Edelleen kysyn teiltä hieman havainnollistamista ja suuruusluokkien määrittämistä keskustelujuonteessa esiin nostetuille (Seppo ja Juha):
1. Coriolisvoiman vaikutustavalle ja vaikutukselle ja
2. rajakerroksen keskipakoisvoiman vaikutustavalle ja vaikutukselle potkurin toimintaan suhteessa kokonaisvaikutukseen sen osana.

Coriolisvoima ja keskipakoisvoima.... Nyt kyllä kyselet asioita joista ei juuri painettua tietoa löydy. Saatan palata asiaan mikäli löydän aiheesta järkevää selontekoa. Toisaalta keskipakoisvoima ja coriolisvoima ovat ns. näennäisvoimia jotka siis eivät ole kappaleisiin (tai ilmapartikkeleihin) vaikuttavia todellisia voimia. Näennäisvoimien avulla dynamiikan tehtävä voidaan kyllä muuttaa (joissakin tapauksissa helpommin ratkaistavaksi) statiikan tehtäväksi, mutta muunnoksessa saattaa helposti syntyä periaatteellisia virheitä. Siksi käytännössä dynamiikan tehtävät ratkaistaan aina liike- ja voimayhtälöistä johtaen differentiaaliyhtälöinä. Newtonin liikelaki F=Ma on tässä kova sana edelleen. Mutta potkurin perusaerodynamiikasta varsin hyvät tiedot saa uudesta kotimaisesta kirjasta Laine, Hoffren, Renko: Lentokoneen aerodynamiikka ja lentomekaniikka, s.161-168. Tuohon kun vielä yhdistää siiven aerodynamiikasta kertovat luvut, niin ymmärtääkin jo tärkeimmät ilmiöt jotka liittyvät potkuriin. Kirja ei tosin sen kummemmin selvitä itse ilmiöitä sen syvällisemmin, sillä kyseessä on kuitenkin suurelle yleisölle tarkoitettu alan käsitteistöä selvittävä perusteos. Siksi ei pureuduta esim. niihin syihin joiden vuoksi potkurin hyötysuhde on parhaimmmillaan kun etenemissuhde J on välillä 1-2. ( J=V/(nd) ).

Heippa Juha

Noinhan se juuri menee, Coriolis- ja keskipakoisvoimat ovat vain näennäisvoimia, eivät oikeita voimia, mutta käsitteinä näistä, oikeammin ilmiöistä, on kyllä hieman apua asioiden hahmottamisessa, ainakin noin kansanomaisessa mielessä.

Se, ettei niistä potkurin kannalta tarkasteltuna kovinkaan paljoa tietoa tahdo kirjallisuudesta löytyä, saattaa johtua siitä, ettei niiden merkitys kuitenkaan niin kovin suuri ole potkurin kokonaistoiminnan kannalta, eikä niiden pilkuntarkka selvittäminen näin ollen ole kovasti tarpeen.

Suritettavilla kokeilla saadaan joka tapauksessa hyvinkin tarkasti selville mm. aerodynaaminen nousu, jossa noidenkin vaikutus on mukana ja siten huomioituna.

Konstruktiotekniikan insinöörikoulutuksen saaneena ymmärrän toki hyvin, että dynaamiikan tehtäviä ratkotaan liike- ja voimayhtälöillä, mutta se ei toki tarkoita sitä, etteikö niitä voitaisi menestyksellisesti kuvata vektoriesityksin moninaisin tavoin, mm. yksittäisinä summavektoreina tai vaikkapa vektoriparvina eri kohdissa. Vektoriesitykset ovat hyvin havainnollisia, suosittelen. Ei tule mm. kovin helposti liityttyä 180 asteen kerhoon lentosuunnistuksessa, kun piirtelee aikomansa lentosuunnan ja tuulensuunnan vektoreina edes karkeasti eteensä ennen lentoa  .

Kun nyt tuohon lopuun tuon kaavan pistit, niin pistä siihen myös käyttämiesi symboolien selitykset, jotta kaava olisi yksiselitteinen.

Tsemppiä vaan kaikille ihan omien harmaiden aivosolujen käytölle, ellei lähteistä löydy valmista vastausta. Ei ajattelu kipeätä tee.

Mielenkiinnolla odotan kuka ensimmäisenä osaa esittää hyvin ja havainollisesti nuo tarkempaa selvitystä odottavat vaikutukset pyörivälle potkurille.

Risto Niemi 

[Seppo Koivisto]

Olen itsekseni ajatellut keskipako- ja Coriolis-voimien vaikutuksen näin (joka voi olla väärinkin).

Rajakerroksen alin osa on "kiinni" potkurissa, joten siihen kohdistuu sama keskipakokiihtyvyys kuin lapaankin. Keskipakovoima saa rajakerroksen ilmamolekyylit virtaamaan kohti kärkeä.

Coriolis-voima aiheutuu siitä, että pyörivä lapa "karkaa" liikkuvien ilmamolekyylien alta, eli tässä tapauksessa kääntää kärjen suuntaista virtausta kohti jättöreunaa. Kyseessä on virtuaalinen voima, koska se muuttaa liikkeen suuntaa, mutta ei nopeutta.

Keskipako- ja Coriolis-voimien aikaansaaman virtauksen takia rajakerros ohenee ja pysyy kauemmin kiinni lavan pinnassa ennen irtoamista. Siksi, varsinkin lähellä sakkauskohtauskulmaa, saavutetaan korkeita nostovoimakertoimen arvoja ja sakkaus siirtyy suuremmalle kohtauskulmalle.

Ilmiö ei ehkä ole merkittävä säätölapapotkurilla, suurella nopeudella tai esim. helikopterin roottorissa, jossa lapojen sivusuhde on suuri. Sillä voi olla merkitystä, kun lavan kohtauskulma on suuri, kiinteällä potkurilla ja pienellä nopeudella, esim. lentoonlähdössä ja nousussa. Kiinteän potkurin lavan tyvessä kohtauskulma kasvaa vielä kärkeä enemmän nopeuden laskiessa.

Mikäli potkurin suunnitteluun käytetään tavallista siipiprofiilien mittaustietoa, niin keskipako- ja Coriolis-voimien vaikutus täytyy huomioida erikseen. Mikäli suunnittelu perustuu pyörivillä potkureilla tehtyihin mittauksiin, kuten 20-luvulla julkaistu NACA Technical Note 235, niin niiden vaikutus pitäisi olla valmiiksi mukana.

[Risto Niemi]

Olen itsekseni ajatellut keskipako- ja Coriolis-voimien vaikutuksen näin (joka voi olla väärinkin).

Rajakerroksen alin osa on "kiinni" potkurissa, joten siihen kohdistuu sama keskipakokiihtyvyys kuin lapaankin. Keskipakovoima saa rajakerroksen ilmamolekyylit virtaamaan kohti kärkeä.

Coriolis-voima aiheutuu siitä, että pyörivä lapa "karkaa" liikkuvien ilmamolekyylien alta, eli tässä tapauksessa kääntää kärjen suuntaista virtausta kohti jättöreunaa. Kyseessä on virtuaalinen voima, koska se muuttaa liikkeen suuntaa, mutta ei nopeutta.

Keskipako- ja Coriolis-voimien aikaansaaman virtauksen takia rajakerros ohenee ja pysyy kauemmin kiinni lavan pinnassa ennen irtoamista. Siksi, varsinkin lähellä sakkauskohtauskulmaa, saavutetaan korkeita nostovoimakertoimen arvoja ja sakkaus siirtyy suuremmalle kohtauskulmalle.

Ilmiö ei ehkä ole merkittävä säätölapapotkurilla, suurella nopeudella tai esim. helikopterin roottorissa, jossa lapojen sivusuhde on suuri. Sillä voi olla merkitystä, kun lavan kohtauskulma on suuri, kiinteällä potkurilla ja pienellä nopeudella, esim. lentoonlähdössä ja nousussa. Kiinteän potkurin lavan tyvessä kohtauskulma kasvaa vielä kärkeä enemmän nopeuden laskiessa.

Mikäli potkurin suunnitteluun käytetään tavallista siipiprofiilien mittaustietoa, niin keskipako- ja Coriolis-voimien vaikutus täytyy huomioida erikseen. Mikäli suunnittelu perustuu pyörivillä potkureilla tehtyihin mittauksiin, kuten 20-luvulla julkaistu NACA Technical Note 235, niin niiden vaikutus pitäisi olla valmiiksi mukana.

Kiitos Seppo

Pistit mielestäni oikein hyvää, selkeää pohdiskelua ja tekstiä asiasta. Oma ajatuskulkuni on aivan samansuuntainen, eli logiikkasi on hyvinkin perusteltu.

Kuitenkin tuota esittämääsi rajakerroksen ohenemista hieman kyseenalaistaisin. Perustelisitko sitä hieman tarkemmin, miten tai mistä syystä se tarkkaan ottaen ohenisi?

Risto Niemi

[Aki Suokas]

Tuostahan voisi päätellä että nykyiset tavalliset moottorit pyörivät väärinpäin.
Kun Coriolisvoima kääntää (täällä puolen palloa) liikettä oikealle, niin sen pitäisi siis vetävässä potkurissa repiä ilmamolekyylejä irti lavasta (lavan etupuolen virtaus).
Toisinpäin pyörivässä (esim VW) taasen suunta olisi lapaan päin.

Meniköhän päättely oikeinpäin?

[Risto Niemi]

Tuostahan voisi päätellä että nykyiset tavalliset moottorit pyörivät väärinpäin.
Kun Coriolisvoima kääntää (täällä puolen palloa) liikettä oikealle, niin sen pitäisi siis vetävässä potkurissa repiä ilmamolekyylejä irti lavasta (lavan etupuolen virtaus).
Toisinpäin pyörivässä (esim VW) taasen suunta olisi lapaan päin.

Meniköhän päättely oikeinpäin?

Heipparallaa Aki

Heitikö huumorin puolelle?

Kun Coriolisilmiö ei todellakaan ole oikea voima, vaan vain havainto, jolta jokin liike näyttää pyörivältä koordinaatistolta katsoen, tässä tapauksessa potkurilta, kääntyy havaittava liike aina koordinaatiston pyörimisssuntaa vastaan (tässä tapauksessa potkurin). Katsopa vaikka tuo animaatio, johon viestissäni Syyskuu 25, 2006 18:14:38 viitasin.
Noin se toimii tuo maapallolla esiintyvä Coriolisilmiökin eri suuntiin riippuen pelkästään siitä kummalta navaltapäin asiaa pallolla tarkastellaan, etelän tai pohjoisen kanssa sillä ei ole muuta merkitystä, kuin tuo havaittava pyörimisssunta.

Potkurilta tarkasteltuna sen pyöriessä myötäpäivään, näyttää Coriolisilmiö kiertävän liikkeitä sen suhteen vastapäivään ja sen pyöriessä vastapäivään, näyttää Coriolisilmiö kiertävän liikkeitä sen suhteen myötäpäivään, ts. kääntyy sekä vasemmalle että oikealle potkurin pyörimissunnsta riippuen, eikä välitä käytännössä mitään maapallon Coriolisilmiöstä, koska maapallon pyörimisnopeus on mitättömän hidas verrattuna potkurin pyörimisnopeuteen.

Noin minä tuon asian hahmotan, mutta mitä arvelet tuosta keskipakovoiman (no eihän sekään mikään oikea voima ole) vaikutuksesta tuohon rajakerrokseen sen mahdollisesta vaikutuksesta rajakerroksen paksuuteen ja pitempään profiililla kiinni pysymiseen, sekä edelleen suurempaan kohtauskulman sietoon.

Risto Niemi

[Aki Suokas]

Aivan niin, potkurin koordinaatistoahan siinä pitää ajatella. Eli ei väliä kummankätinen ropeli on.

Mutta normaalilla vetävällä potkurilla (edestäpäin vastapäivään pyörivällä) ilmamolekyyli joka matkaa tyvestä kärkeen päin kääntyy (potkuriin nähden) oikealle, eli ulospäin potkurin etupinnasta. Etupinta on se alipainepuoli, jolla rajakerroksen kasvaminen vaikuttaa huonosti. Coriolisvoima tuntuisi kasvattavan rajapintaa.

Ja työntöpotkurilla homma menee samoin päin, eli rajapinta kasvaa.

[Risto Niemi]

Aivan niin, potkurin koordinaatistoahan siinä pitää ajatella. Eli ei väliä kummankätinen ropeli on.

Mutta normaalilla vetävällä potkurilla (edestäpäin vastapäivään pyörivällä) ilmamolekyyli joka matkaa tyvestä kärkeen päin kääntyy (potkuriin nähden) oikealle, eli ulospäin potkurin etupinnasta. Etupinta on se alipainepuoli, jolla rajakerroksen kasvaminen vaikuttaa huonosti. Coriolisvoima tuntuisi kasvattavan rajapintaa.

Ja työntöpotkurilla homma menee samoin päin, eli rajapinta kasvaa.

Kehittelenpä vielä hieman ajatuksen tynkää tuohon aiemmassa viestissäni esittämääni kyseenalaistukseen siitä, että rajakerros ohenisi Coriolis- ja keskipakoilmiöiden vaikutuksesta potkurissa.

Minä päinvastoin luulen, että se paksunee.

Kun ajatellaan tilannetta potkurin pinnasta lähtien kerroksittain läpi koko rajakerroksen ja vielä etäämmällekin pinnasta mennee asia suunnilleen seuraavasti:
Ensimmäisen ilmamolekyylikerros on kiinni potkurin pinnassa kuin tatti eikä liiku mihinkään, seuraava kerros liukuu enemmän tai vähemmän edellisiin nähden, sitä seuraava edellisiin nähden jne. Jokaisen kerroksen välissä on kitkaa ja näin ollen virtauksien suunnan ja nopeuden välillä on gradienttia enemmän ja vähemmän erityisesti rajakerroksen alueella, mutta jonkin verran vielä sen ulkopuolellakin.

Rajakerroksessa voitanee puhua mikroaerodynamiikasta, kerroksen paksuus kun laminaarivirtauksessa saattaa olla suuruusluokkana vain muutamia millimetrejä paksu ja turbulenttisessa viratuksessa muutamia senttimetrejä paksu.

Rajakerroksen ulkopuolisessa virtauksessa voitanee puhua makroaerodynamiikasta, sen kerrospaksuuuudet voivat olla suuruusluokkaa esim. n. neljäsosa tai enemmänkin profiilin jänteestä. Pääosa virtauksen nopeus- ja suuntagradientista tapahtuu kuitenkin joka tapauksessa rajakerroksessa lukuun ottamatta sellaisia ääritiloja kuten sakkaus.

Kaikki tiedämme, että turbulenttinen virtaus pysyy paremmin kiinni profiilissa ja sietää siten suurempia kohtauskulmia, toki kasvaneen vastuksen kustannuksella laminaariseen verraten. Sitä vartenhan noita turbulaattoreitakin hidaslentokoneiden siipiin asennellaan.

Luulen, että potkurin rajakerrosvirtaus on turbulenttinen Coriolis- ja keskipakoisilmiöiden seurauksena ja virtaus pysyy siten kiinni suuremmalla kohtauskulmalla kuin pyörimättömän vastaavan siiven profiililla. Samasta syystä rajakerros on myös paksumpi, eikä suinkaan ohuempi.

Kun ajatellaan alinta ilmamolekyyliä, joka irtaantuu potkurilta, joutuu se pyörimistasoon nähden potkurin mukaansatempaamisvauhdista irtaannuttuaan samanaikaisesti potkurin kehän tangentin suuntaiseen (ei suinkaan säteen suuntaiseen) translaatioliikkeeseen ao. kohdan kehänopeudella, sekä potkurin pyörimisnopeuden mukaiseen ja suuntaiseen rotaatioliikkeeseen sen lisäksi, että sillä on lentonopeuden ja potkurin aerodynaamisen työntövoimavaikutuksen mukaiset liikekomponentit.
Mielestäni em. translaatioliikkeen ja rotaatioöliikkeen "hierto" potkuriin nähden (Coriolis- ja keskipakoilmiö) yhdessä jokaisen kerroksen välillä (gradientti) pitävät virtauksen rajakerroksessa väkisinkin turbulenttisena olipa potkurin profiili millainen hyvänsä. Tuo virtaus lavan kärkiä kohden on minun käsittääkseni em. syistä kyllä varsin vähäinen, mutta on eräs seikka, joka kyllä lisää sitä, nimittäin potkurin napa-alue.

Napaa ei tietenkään voi muotoilla työntövoimaa tuottavaksi mitenkään. Alueeseen kohdistuu lentäessä kuitenkin patopaine, joka purkautuu sinne minne se helpoiten pääsee, eli napa-alueelta kohden lavan kärkiä. Tämän otaksun lisäävän melkoisesti lavan pituussuuntaista virtauskomponenttia.

Viisaapa Aki lisää, jos olen aivan hakoteillä, tai muuten vaan.

Risto Niemi   

[Liisa]

Napaa ei tietenkään voi muotoilla työntövoimaa tuottavaksi mitenkään. Alueeseen kohdistuu lentäessä kuitenkin patopaine, joka purkautuu sinne minne se helpoiten pääsee, eli napa-alueelta kohden lavan kärkiä. Tämän otaksun lisäävän melkoisesti lavan pituussuuntaista virtauskomponenttia.

Väärin. Helpoiten se pääsee niihin suuntiin joissa ei ole lapaa tiellä.

[Risto Niemi]

Napaa ei tietenkään voi muotoilla työntövoimaa tuottavaksi mitenkään. Alueeseen kohdistuu lentäessä kuitenkin patopaine, joka purkautuu sinne minne se helpoiten pääsee, eli napa-alueelta kohden lavan kärkiä. Tämän otaksun lisäävän melkoisesti lavan pituussuuntaista virtauskomponenttia.

Väärin. Helpoiten se pääsee niihin suuntiin joissa ei ole lapaa tiellä.

Oho?

Onko mielestäsi olemassa muita mahdollisia suuntia kuin säteen suuntaan eli navasta ulospäin ja, jos on, niin mitähän suuntia?

Risto Niemi 

[Risto Niemi]

Napaa ei tietenkään voi muotoilla työntövoimaa tuottavaksi mitenkään. Alueeseen kohdistuu lentäessä kuitenkin patopaine, joka purkautuu sinne minne se helpoiten pääsee, eli napa-alueelta kohden lavan kärkiä. Tämän otaksun lisäävän melkoisesti lavan pituussuuntaista virtauskomponenttia.

Väärin. Helpoiten se pääsee niihin suuntiin joissa ei ole lapaa tiellä.

Oho?

Onko mielestäsi olemassa muita mahdollisia suuntia kuin säteen suuntaan eli navasta ulospäin ja, jos on, niin mitähän suuntia?

Risto Niemi 

Täydennän vielä hieman tuota edellistä vastausviestiäni.

Eivät ne potkurin lavat tavallaan mitenkään virtauksen tiellä ole, päin vastoin, kun ne itse asiassa ovat tuottaneet tuon työntövoimankin, jolla tuo lentonopeuden aiheuttama patopainekin aikaan saadaan. Tilanne on tietenkin toinen, jos kone on liu'ussa ja potkuri pyörii tuulimyllynä vailla moottoritehoa tai peräti seisoo paikallaan.

Risto Niemi

[Liisa]

Oho?

Onko mielestäsi olemassa muita mahdollisia suuntia kuin säteen suuntaan eli navasta ulospäin ja, jos on, niin mitähän suuntia?

Risto Niemi 

Alunperin kirjoitit: "eli napa-alueelta kohden lavan kärkiä"
Nyt esimerkiksi kaksilapaisessa potkurissa navasta ulospäin löytyy paljon muitakin reittejä kuin vain kohti lavan kärkiä. Nimittäin kaikki ne suunnat navasta ulospäin, jossa lapa ei tule eteen.

[Risto Niemi]

Oho?

Onko mielestäsi olemassa muita mahdollisia suuntia kuin säteen suuntaan eli navasta ulospäin ja, jos on, niin mitähän suuntia?

Risto Niemi 

Alunperin kirjoitit: "eli napa-alueelta kohden lavan kärkiä"
Nyt esimerkiksi kaksilapaisessa potkurissa navasta ulospäin löytyy paljon muitakin reittejä kuin vain kohti lavan kärkiä. Nimittäin kaikki ne suunnat navasta ulospäin, jossa lapa ei tule eteen.

Niinpä niin, kyllä ne lapojen kärjetkin siellä säteen suunnissa ovat tuosta navasta katsoen.

Kyllä se napa-alueen patopaineen helpoin purkaustie vaan on nimenomaan kohti potkurinlapaa tai sen välitöntä vaikutuspiiriä sen etupuolella, kun potkuri antaa lentonopeuteen tarvittavan työntövoiman.

Potkurin etupinnan kuperalla profiililla ja välittömästi sen edessä olevassa ilmakerroksessa on kokonaispaine kaikkein pienin koko potkurin pyörimiskehän alueella. Näin ollen napa-alueenkin patopaineen helpoin purkaustie on kohti noita alueita sen koko pituudelta ja jossain ehkä n. 15 ... 30 %: n paikkeilla lavan profiilin jänteestä poikittaissuunnassa, ja kuten aiemmissa juonteissa on jo selvitetty, tapahtuu myös pitkittäistä virtausta kohti lapojen kärkiä.

Virtaus ei tietenkään törmää tuohon potkurinlapaan, vain ensimmäiset ilmamolekyylit sen pinnassa ovat siinä kiinni. Etäämpänä olevat molekyylit sitten liukuvat enemmän tai vähemmän niiden ja toisiensa suhteen.

Potkurin lavan aiheuttamat kokonaispainevaikutukset, sekä etupinnan alempi paine että takapinnan korkeampi paine yhdessä sitten saavat aikaan tuon ilmaputken massakiihtyvyyden, "taakseviskauksen", jonka reaktiona potkurin lentoon tarvittava työntövoima syntyy.

Risto Niemi

[Gerhard Barkhorn]

Vaihteeksi taas tästä. Eli mulla meni yli mun ymmärryksen tuossa jossain coriolis voiman kohdalla.... Eli jos mä haluaisin nyt virittää Ikaruksen niin että siinä on mahdollisimman hyvä nousukyky niin mitäköhän sille uskaltais tehdä. Kun ihmetyttää toi asia että tällä hetkellä Ikarus ottaa kierroksia noin 5200 rpm, potkurina on 3-lapainen 68" WarpDrive. Tuolla kierrosluvullahan Rotax antaa tehoa noin 60 kW eli "vain" 86% maksimitehoista. Varmaan jotta sais parhaan nousukyvyn irti koneesta pitäisi lapakulmia pienentää niin että moottori ottaisi tuon maksimikierrosluvun 5800 rpm? Olisiko jollain antaa ihan valmiit lapakulma-asetukset tuohon? Vai olenko mä ihan väärillä jäljillä koko asiassa?

[Toma]

Tuota kulmaa joutuu yleensä säätämään kokeilujen avulla (ainakin minä teen niin), siinä kun on aika monta muuttuvaa tekijää kuten lämpötila ja tämän kautta ilman tiheys ja myös moottorin toiminta edellisestä johtuen.

Suuntaa antava "kalkulaattori" löytyy täältä: http://www.culverprops.com/pitchselection.htm

[Gerhard Barkhorn]

Kiitoksia Toma. Nyt mua jäi vaan ihmetyttämään että mikä tuo "Pitch" luku nyt oikeen on? Siis ilmeisesti se ei ole potkurin lapakulma asteina...

Ja sitten vielä tuosta WarpDriven lapakulman säädöstä. Eli warpdriven sivuilla mainitaan 'ATTENTION! Always set the degrees of pitch at the tip of the blade!' niin tarkoittaako tämä että lapakulma mitataan sieltä potkurin kärjestä. Ite olen siis näin tehnyt mutta kuullut ja nähnyt että jotkut mittailee vähän eri kohdasta.... Eihän tällä kai oikeastaan mitään väliä ole, kun mittaa vaan aina samasta paikasta....

[Toma]

Hyvä pointti, tuo pitch vaihtelee lavan matkan aikana aika reilusti
Jos sinulla on 68 tuumaa potkurin halkaisija niin propshop niminen ohjelma (liitteenä) antaa lavalle asteluvut näin (15 asteen "pitch")

Inch ..... Angle

  1 ....... 78
  2 ....... 67
  3 ....... 57
  4 ....... 50
  5 ....... 43
  6 ....... 38
  7 ....... 34
  8 ....... 30
  9 ....... 27
10 ....... 25
11 ....... 23
12 ....... 21
13 ....... 20
14 ....... 18
15 ....... 17
16 ....... 16
17 ....... 15
18 ....... 14
19 ....... 14
20 ....... 13
21 ....... 12
22 ....... 12
23 ....... 11
24 ....... 11
25 ....... 10
26 ....... 10
27 ....... 10
28 ....... 9
29 ....... 9
30 ....... 9
31 ....... 8
32 ....... 8
33 ....... 8
34 ....... 7

eli tuosta voisi päätellä että se oikea paikka olisi yhden lavan keskikohta, syy minkä takia varp drive varmaan ilmoittaa kärjen mittauspisteeksi on että se on helposti määriteltävissä

Monien muuttujien takia päädyin jo monta vuotta sitten tuohon kokeilupohjaiseen säätöön se on osoittautunut loppujen lopuksi aika helpoksi. Kone kiinni että ei pääse karkaamaan, ja säätää vaikka ensimmäiseksi kulmat niin että kone pyörii maassa täydellä teholla noin 500-600 kierrosta alle maksimin (tämä sen takia että ne kierrokset kasvaa sitten kun lähtee liikkeelle). Siitä sitten, koelentojen kautta, lähtee hakemaan sitä itselleen optimaalisinta kulmaa.
Tein itselleni myös helpon mittaustyökalun millä sai kaikki lavat samalle kulmalle (jossain malleissa tämä on jo itse potkurin konstruktiosta johtuen hoidettu). Kyseessä on tanko missä yhdessä päissä puolikuun muotoinen peltipala joka on tangon päädyssä kiinni. toinen pää tulee sitten samaan kohtaan potkurin keskiöön jotta puolikuu osuu joka lavassa samalle kohtaa. Sitten vain sopiva kulma ja säätää kaikki lavat samalle kulmalle
(voin piirtää tai otta siitä myöhemmin kuvan, on niin vaikea selittää sanoin)

eiku säätämään...

[Toma]

Ai niin, unohdin laitttaa toisen ohjelman millä voi laskea kaikkea kivaa kuten hevosvoimia, työntöä, siipikuormaa ym. se on kyllä tarkoitettu lennokeille mutta antaa jotain osviittaa, kunhan syöttä "oikean" koneen arvot.

[Bluesman]

Moro,

löysin tiedelehden keskustelufoorumilta mielenkiintoisen pätkän, jossa sivutaan tätä samaa aihetta.
http://www.tiede.fi/keskustelut/viewtopic.php?t=10206&postdays=0&postorder=asc&start=0
Ainiin, jos haluaa etsiä lisätietoa keskipakovoimasta, kannattaa käyttää termiä keskihakuvoima... on sen virallinen termi. Keskipakovoima on ns kansankielen termi ko voimalle... (jos epäilyttää, piirrä voimavektorit niin hoksaat..)

[Jyrki Viitasaari]

http://fi.wikipedia.org/wiki/Ympyr%C3%A4liike

[Bluesman]

Tässä itseasiassa tarkka määritelmä...
http://fi.wikipedia.org/wiki/Keskihakuisvoima

[backland]

Hate to crash the party but...

Aerodynaaminen nousu tarkoittanee juuri sitä, että potkurihan on siipi jossa profiili...sillä on nostovoimaa..jolloin se luonnollisesti etenee enemmän kuin geometrinen kierto antaa ymmärtää.

Miksi samalla tehopainosuhteella yleensä suurempi potkurikone lentää nopeammin kuin pieni...reynoldsinluku+luisto...saattavat antaa vastauksen kö ?

t. Jukepoksi  :knuppel2:


PS: Niin ja usean potkurikoneen potkuri pyörii yliäänipuolella Tu-92 BEARista lähtien...

[Nils Rostedt]

PS: Niin ja usean potkurikoneen potkuri pyörii yliäänipuolella Tu-92 BEARista lähtien...

En ota kantaa tuohon nousuasiaan. Mutta Tu-92 konetta ei ole olemassakaan. Tarkoittanet Tu-95 Bear-pommikonetta.
Luepas siitä hieman enemmän. Lienee tähänastisista meluisin potkurikone. Niin kovaääninen että miehistö kärsi yleisesti pysyvistä kuulo- ja päänsärkyvammoista. Ei tulisi siviilikäytyössä kysymykseenkään nykyään. Matkustajakoneversiossa Tu-114 oli sama ongelma, vaikka taisi olla hieman paremmin äänieristetty.

[backland]

PS: Niin ja usean potkurikoneen potkuri pyörii yliäänipuolella Tu-92 BEARista lähtien...

En ota kantaa tuohon nousuasiaan. Mutta Tu-92 konetta ei ole olemassakaan. Tarkoittanet Tu-95 Bear-pommikonetta.
Luepas siitä hieman enemmän. Lienee tähänastisista meluisin potkurikone. Niin kovaääninen että miehistö kärsi yleisesti pysyvistä kuulo- ja päänsärkyvammoista. Ei tulisi siviilikäytyössä kysymykseenkään nykyään. Matkustajakoneversiossa Tu-114 oli sama ongelma, vaikka taisi olla hieman paremmin äänieristetty.

Tu-92 on varmasti olemassa ( googleta ) mutta se tunnetaan paremmin nimellä Tu-16R

Alla kuva siitä..on suihkari ja korjaus oli paikallaan.



http://www.suchoj.com/andere/index.htm?http://www.suchoj.com/andere/Tu-92/home.shtml



Tätä taas on Tu142 joka on sukellusveneiden torjuntaan tarkoitettu Tu -95 ;