Nopeusmatikkaa???

[4trade]

Pystyykö laskemaan huippunopeuden suuremmalla teholla mikäli teho/nopeus on tiedossa. Esimerkkinä 100 hp/210 mph. Uusi teho 140 hp=???mph. Muut muuttujat kuten paino ja ilmanvastuskerroin samat,siis jonkinlainen suunilleen arvo uusilla tehoilla?

[PFL]

Pystyykö laskemaan huippunopeuden suuremmalla teholla mikäli teho/nopeus on tiedossa?
Esimerkkinä 100 hp/210 mph. Uusi teho 140 hp=???mph. Muut muuttujat kuten paino ja ilmanvastuskerroin samat,siis jonkinlainen suunilleen arvo uusilla tehoilla?

Voi.
Kaavasta:
V = (611 111 * Hp * n / CdA * s )^1/3 tai mph:lle THPa = Ad Vmax^3 / 146625
voi ottaa tehon ulos omaksi kuutiojuurelliseksi termikseen ja olettaa muut samana pysyvät tekijät kertoimeksi k, jolloin saadaan:

V = Hp^1/3 * k

Lasketaan k, pätee samalle korkeudelle, potkurin hyötysuhteelle ja vastuspinnalle:

k = V / (hp^1/3)  =  210/ (100^1/3) = 45,243

V2 = 140^1/3 * 45,243 = 234,92 mph.

Saman saa, kun kertoo perusnopeuden tehoeron kuutiojuurella: (140/100)^1/3 * V1 = 1,118.. * 210 = 234,92 mph

K-kertoimen käyttö on siitä kätevämpi, että sen kanssa voi helposti arpoa mitä vaikuttaa suurempi korkeus tai pienempi vastuspinta-ala. k vaan jaetaan ilmantiheyden eron tai vastuspinnan muutoksen kuutiojuurella.

[ps. Toma: pitäskö tää siirtää lentolaitesuunnitteluun? ]

[4trade]

Kiitos! 40% tehoa lisää vaikuttaa siis melko vähän lopputulokseen,mielenkiitoista.

[pimattil]

Kiitos! 40% tehoa lisää vaikuttaa siis melko vähän lopputulokseen,mielenkiitoista.

Nyt alkaa varmaan useille valkenemaan, kuinka vaikeaa onkaan lentää nopeasti (ja miksi niitä 400 - 500 km/h lentäviä harrasterakenteisia koneita on niin vähän). Toisaalta tuo tehon nostaminen on usein se helpoin keino nopeuden lisäämiseksi.

[mzeta]

Niin, tämä siis sisältää oletuksen että cd pysyy samana.
Voi olla mahdollista tietyin varauksin / tietyissä tilanteissa lentää nopeammilla nopeuksilla matalammalla kohtauskulmalla jolloin sekä cl että cd pienenevät.
Jos niiden suhde eli liitoluku L/D pysyy vakiona, silloin teho on suoraan verrannollinen nopeuteen. 10% tehonlisäys tuo 10% lisää nopeutta.
Asiat riippuvat siitä, mihin nopeuteen kone on suunniteltu (etenkin siivet - niiden koko ja profiili).

[mzeta]

Jos esimerkiksi pientä moottoria suurennetaan (vaikkapa ultrassa) ja kone on suunniteltu suurille nopeuksille eli pieni siipi tai profiilin paras L/D erittäin pienellä nostovoimakertoimella niin silloin ei voida arvioida cd:tä vakioksi siellä matalan cl:n alueella. Tietysti runkokin vaikuttaa. Suuren nopeuden saavuttamiseen on siis monta keinoa.

Joko suunnitellaan kone toimimaan optimaalisesti suurella nopeudella (pieni siipi ja/tai matalalle nosteelle optimoitu profiili) ja sitten nähdään vaivaa siedettävän laskeutumisnopeuden saavuttamiseksi (solalaskusiivekkeet). Osittain näin esim Colombanin koneet on tehty. Tietysti pitää olla vähävastuksinen runkokin ettei se dominoi vastusta täysin.

Tai sitten lisätään vain johonkin tietyllä nopeudella parhaan liitoluvun omaavaan koneeseen tehoa. Liitoluku tippuu kovasti suuremmilla nopeuksilla, sitä voi kuvailla romahdukseksi. Nopeus kasvaa vain vähän ja polttoaineenkulutus paljon. Näin suurin osa koneista on toteutettu.

[Koneen nostehan pysyy vaakalennossa vakiona. Jos liitoluku (nosteen suhde vastukseen) on myös vakio jollain alueella, nopeuden kasvaessa koneen noste pysyy samana kohtauskulmaa laskemalla. Jos noste pysyy samana, vastus pysyy samana. Moottorin tarvittava teho riippuu nopeus kertaa vastuksesta. Joten tarvittava teho kasvaa suoraan suhteudessa nopeuteen.
F=D
D = mg/(L/D)
P=F*v
P=v*mg/(L/D)]

Fysiikan lait eivät siis sano että tehon on kasvettava nopeuden kuutiona. Se riippuu koneen aerodynamiikasta ja kyseessä olevasta nopeusalueesta. Useissa koneissa ja useissa tilanteissa kuutio on varmasti erittäin hyvä approksimaatio.

[PFL]

Mielenkiintoinen kommentti. Meille "otsalla katsoville" esimerkkisi on ilmiselvästi kompa, mutta se miten sen voi kirjoittaa auki, aiheuttaa kyllä päänvaivaa...

Tässä tulee tuttuja asioita, mutta perustelu vaatii sitä...

Voi olla mahdollista tietyin varauksin / tietyissä tilanteissa lentää nopeammilla nopeuksilla matalammalla kohtauskulmalla jolloin sekä cl että cd pienenevät.

Kyllä, kun lähestytään sakkausnopeuden Vs puolelta pienimmän vajoamisnopeuden nopeutta Vref.i :tä.



Trimmattaessa pienemmälle kohtauskulmalle eli pienemmälle Cl:lle, kasvaa nopeus indusoidun vastuksen Cdi pienentyessä. Pienimmän vajoamisnopeuden nopeus Vref.i on se piste, jossa suoran lennon tehovaaatimus on pienin. Sieltä tehokäyrä on molempiin suuntiin katkeamatonta ylämäkeä, taaksepäin nostovoimavastusta vastaan ja eteenpäin paine-ja kitkavastusta vastaan.

Nähdäkseni ainut tapa hyödyntää tätä huippunopeuden suhteen, on suunnitella siipi niin pieneksi, että Vref=Vmax=550 km/h. Silloin kone voi säilyttää lentokorkeutensa vain maksimiteholla, ja täytyy tiputtaa pommikoneesta. Sakkausnopeuttakin voi siitä laskea, se lienee mielenkiintoinen.

Vref ei ole kuitenkaan ensisijaisesti kiinnostava normaalisti suunniteltujen koneiden huippunopeuden kannalta, eikä useinkaan myöskään matkanopeuden ellei kone ole rankasti alitehoinen.

Peruskaavaan kannattaa kyllä lisätä Cdi, silloin sillä saisi käyttökelpoiset käyrät koko Vs-Vref-Vmax alueelle, eikä pelkästään Vref-Vmax. Teen sen kun ehdin.

Jos niiden suhde eli liitoluku L/D pysyy vakiona, silloin teho on suoraan verrannollinen nopeuteen. 10% tehonlisäys tuo 10% lisää nopeutta.

Mitattu L/D pysyy "vakiona" vain hetken, mittausvirheen puitteissa Vref nopeuden molemmin puolin.
Teorian kannalta L/D ei ole vakio hetkeäkään, koska dD/dv on muualla kuin nollakohdassa koko ajan + tai -.
Esimerkki on siis turhan synteettinen.

Asiat riippuvat siitä, mihin nopeuteen kone on suunniteltu (etenkin siivet - niiden koko ja profiili).

Niin... keskusteluna olleiden tunnettujen lentokoneiden huippunopeuden alueella ei nostovoima- eli indusoidulla vastuksella ole kuin muutaman prosentin osuus kokonaisvastuksesta, eikä siipiprofiilin nostovoimasta riippumaton osuus Cd0 (tai rungon osuus vastuksesta) muutu juuri lainkaan muutaman asteen sisällä nollanostovoimasta. Cdi kuivuu siis poskiin eli virhemarginaaliin.

Matka- ja etenkin huippunopeudella märkäpinnan aiheuttama kitkavastus, poikkipinnan yhdessä muodon kanssa aiheuttama painevastus ja interferenssivastukset ovat pääosassa.

Fysiikan lait eivät siis sano että tehon on kasvettava nopeuden kuutiona.

Kyllä sanoo. Tehotarve-nopeus -käyrän nolladerivaatan ympärillä hierominen ym. navan kaivelu ei muuta tilannetta

[Siinä suhteessa olet oikeassa, että kun indusoitu vastus otetaan huomioon, tehotarve-nopeuskäyrällä on tosiaan piste Vref:in jälkeen, jossa kulmakerroin on 1 (+10% = +10%) Mutta yhtälön termit ovat edelleen k*V^3 muotoa. Ja normaalissa koneessa Vref.i vastaa jotain 50% tehoasetusta...]

Useissa koneissa ja useissa tilanteissa kuutio on varmasti erittäin hyvä approksimaatio.

Eli voinemme olla samaa mieltä siitä, että normaalisti suunniteltujen koneiden kannalta  huippu- ja matkanopeuksia voi helpoimmin ja selkeimmin mallintaa EFPA-kaavalla ?

Parhain terveisin,
Petri

ps. EFPA-kaava:  V = (611 111 * Hp * n / EFPA * s )^1/3
EFPA= Equivalent Flat Plate Area.
Eri asia kuin CdA, koska:
- EFPAssa asetetaan Cd=1.0,
- kun se CdA:ssa on tosiarvo (levylle Cd=1.14).
Esim. vaikka Toyota Priuksen CdA: 1,9 m2 * 0,25 Cd = 0,475 m2.

EFPA m2:na on siis sama lukuarvo 0,475 m2, mutta muodostuu eri termeillä (1.0 Cd, 0,475 m2). Asia vaikuttaa lähinnä vain kaavan tekemisessä ja todistuksessa.

[mzeta]

Eli voinemme olla samaa mieltä siitä, että normaalisti suunniteltujen koneiden kannalta  huippu- ja matkanopeuksia voi helpoimmin ja selkeimmin mallintaa EFPA-kaavalla ?

Jep, ilmaisin asian varmaankin melko epäselvästi.

[PFL]

Jep, ilmaisin asian varmaankin melko epäselvästi.

Enemmänkin haastavasti. Asiaa oli pakko miettiä
Yhtenä esimerkkkinä voi olla vaikka ohjukset, joilla ei ole mainittavaa kaartokykyvaatimusta. Niiden siivet voidaan toki suunnitella suoraan huippunopeuteen optimoiden. Niiden kun ei tarvitse liittyä laskukierrokseen...

[Karoliina]

Ja ohjuksessa teho lienee myös vakio, moottori täydellä teholla.

GA-sovelluksessa järkevää on saada optimoitua L/D arvoa Cl:n alueelle 0.15-0.5. L/D arvolla sen ylä ja alapuolella
ei ole niin suurta merkitystä kunhan tehoa paitsi nousukyvyn kannalta. Mitä siiven nostovoimaan tulee, niin se taas
täytyy optimoida halutun sakkausnopeuden mukaan ja kompromissia voi lieventää tehokkailla laipoilla. Mielestäni
ohjus-casella ei ole merkitystä kun puhutaan lentokoneista vaan lentokoneissa liikkumavara on rajallinen suuntaan ja toiseen.

[JuhLa]

Yhtenä esimerkkkinä voi olla vaikka ohjukset, joilla ei ole mainittavaa kaartokykyvaatimusta. Niiden siivet voidaan toki suunnitella suoraan huippunopeuteen optimoiden. Niiden kun ei tarvitse liittyä laskukierrokseen...

Ei, mutta ketteryys on poikaa, kun pitää kurvata maalin perään

[PFL]

Mulla on just tenttikausi päällä, joten en pääse osallistumaan tähänkään hauskaan ...

ps. Vetokokeet tehty, hiekkavaletut AC-42000 /AC-AlSi7Mg0.5 -koesauvat antoi murtolujuudeksi 320 N/mm2 !!
Ne tarkkuusvaletut napsui jo 120N/mm2. Jotain valussa tai muotissa - tai olisko liuotuskarkaisu mennyt vinoon... ... hiton outoa. Pitää tehdä vielä hieet ja hyötykäyttää elektronimikroskooppia, niin voisi valjeta