דף הבית תחבורה ורכב תעופה כיצד מטוסים נשארים באוויר. עקרון העילוי.
כיצד מטוסים נשארים באוויר. עקרון העילוי.
משה - מדריך טיסה מוסמך |  01/07/08 |  צפיות: 5245
לעיתים אנחנו מוציאים את היד שלנו מחלון מכונית נוסעת. אנחנו יכולים להחזיק את כף היד כשהיא מקבילה לכביש/לקרקע. אנחנו יכולים גם להחזיק אותה בזוית כזאת שכף היד מופנית כלפי כוון הנסיעה (ואז היד "עפה" לאחור עקב התנגדות זרם האוויר שנוצר כתוצאה ממהירות הנסיעה).

 אם נציב את כף היד כשהיא שטוחה, במקביל לפני הקרקע או הכביש, תיווצר הפרעה קטנה יחסית לזרם האוויר ויהיה לנו קל לשמור את כף היד במקומה. אם לעומת זאת נטה את כף היד בזוית באופן שהאצבעות של כף היד, אשר מופנות עם כוון הנסיעה, יהיו בזוית קלה כלפי מעלה, היד כולה תישאף להתרומם, ויהיה לנו קשה להחזיק את היד במקומה. מה קרה כאן בעצם? נוצר כח/תגובה, המושפע ממהירות הנסיעה של המכונית וכן מהזוית שבה נחזיק את כף היד. ככל שהמהירות גבוהה יותר, או ככל שהזוית תהיה גדולה יותר (ביחס למישור המקביל לכביש), הכח הכללי שיפעל על כף היד וישאף להרים אותה כלפי מעלה, יהיה גדול יותר.

כף היד מפעילה התנגדות/גרר, הנובע מעצם שטח הפנים שלה המפריע לזרימת האוויר. האוויר מצידו מגיב בכח בעצמה זהה להתנגדות שמייצרת כף היד והמשקל שלה וגורם להדיפתה כלפי מעלה.

אם במקום כף יד נוציא מחלון מכונית נוסעת, לוח עץ שטוח או "דיקט", תחול תופעה זהה. אם נטה את לוח העץ בזוית כלפי מעלה, הוא ישאף להתרומם אל-על.

על לוח העץ שלנו זורם אוויר. בחלק הקדמי שלו, כלומר החלק שפוגש את מולקולות האוויר, ישנו זרם ש"עולה" או "מטפס" על הלוח. לעליית זרם האוויר על הלוח, אנחנו קוראים upwash. לשפה הקדמית של לוח העץ שלנו, זו שפוגשת את מולקולות האוויר לראשונה, אנחנו קוראים "שפת התקפה". באנגלית leading edge.

זרם האוויר זורם על הלוח ו"יורד" ממנו בחלק האחורי שלו. ל"ירידת" זרם האוויר מהלוח אנחנו קוראים downwash. לשפה האחורית של לוח העץ שלנו, זו שממנה "יורד" זרם האוויר, אנחנו קוראים "שפת זרימה". בלעז trail edge.

עד לרגע זה, הדבר העיקרי שדחף את לוח העץ או את כף היד כלפי מעלה, היה כח התגובה (החוק הראשון של ניוטון).

כעת נניח שבמקום לוח עץ שטוח, נוציא אל מחוץ לחלון המכונית הנוסעת, לוח עם קימור עליון, שנקרא לו לצורך הענין "פרופיל אווירודינמי".

הפרופיל שלנו, שהוצאנו אותו מחוץ לחלון המכונית, פוגש מאת מולקולות האוויר. נדמיין לעצמנו קבוצת מולקולות אוויר שפוגשת את שפת ההתקפה של הפרופיל שלנו. כלומר קבוצת מולקולות פוגעת בחלק הקדמי של הפרופיל, שמופנה לכוון הנסיעה שלנו.
קבוצת המולקולות "נשברת" ומתחלקת למולקולות שיעברו מתחת לפרופיל, ולמולקולות שיעברו מעל הפרופיל (בדומה למולקולות שפגשו צינור וונטורי. בשיעור שעסק בצינור דיברנו על מולקולות שעוברות בתוך הצינור ומולקולות שעוקפות אותו מסביב).

קבוצת המולקולות שואפת להיפגש שוב ולהתאחד, בקצה האחורי של הפרופיל שלנו = בשפת הזרימה שלו.

הן המולקולות שעוברות מתחת לפרופיל והן אלה שעוברות מעליו, מתחילות את דרכן בשפת ההתקפה, ומסיימות אותה בשפת הזרימה. ההבדל הוא רק, בין אורך הדרך מעל הפרופיל (ארוכה – בגלל הקימור העליון של הפרופיל), לבין אורך הדרך מתחת לפרופיל (קצרה – התחתית שטוחה לגמרי).

המולקולות שעברו מעל הפרופיל, רוצות להיפגש עם המולקולות שעברו מתחת לפרופיל, באותו זמן, בקצה האחורי של הפרופיל (ב"שפת הזרימה" שלו).

כאמור, המולקולות שיעברו מעל הפרופיל, צריכות לעבור דרך ארוכה יותר (בגלל הקימור העליון). באותו זמן - המולקולות העוברות מתחת לפרופיל צריכות לעבור קצרה יותר (תחתית שטוחה). כדי שהן ייפגשו בדיוק באותו זמן בשפת הזרימה, המולקולות שעושות את הדרך הארוכה, מעל הפרופיל, חייבות לזרום במהירות גבוהה יותר.

אם המולקולות העוברות מעל הפרופיל, זורמות במהירות גבוהה יותר, הן מייצרות לחץ דינמי גבוה יותר. למה? כי למדנו בחוקי היסוד, שלחץ דינמי שווה למהירות בריבוע כפול מחצית צפיפות האוויר:
(v² ½þ= pd).
צפיפות האוויר נשארת זהה, ורק המהירות גדלה. לכן הלחץ הדינמי גדל.

אם הלחץ הדינמי מעל הפרופיל גדל, הלחץ הסטטי באותו מקום חייב לקטון. תזכורת: הלחץ הסטטי הפועל על החלק העליון של הפרופיל, הוא הכח שמופעל על הפרופיל "מלמעלה" על ידי האוויר הזורם עליו ו"דוחף" את הפרופיל כלפי מטה. כלומר, יש פחות כח ש"דוחף" את הפרופיל כלפי מטה!

מה קורה באותו זמן מתחת לפרופיל? המולקולות שעוברות מתחת לפרופיל עושות דרך קצרה באותו זמן. כלומר מהירות נמוכה. אם המהירות נמוכה, הלחץ הדינמי בהכרח קטן.

אם הלחץ הדינמי מתחת לפרופיל קטן, הלחץ הסטטי מתחת לפרופיל גדל. במילים אחרות, הכח שפועל על הפרופיל שלנו "מלמטה" גבוה. כלומר, הלחץ הסטטי הגדול מתחת לפרופיל, "דוחף" את הפרופיל כלפי מעלה.

מסקנה: אם נוציא פרופיל אווירודינמי מחוץ לחלון של מכונית נוסעת, יהיה לו לחץ סטטי גבוה מתחת לפרופיל (וזה ישאף לדחוף אותו כלפי מעלה) ולחץ סטטי נמוך מעל הפרופיל (וזה יאפשר לו להידחף כלפי מעלה כי אין לחץ גבוה מלמעלה).

ויודגש: העילוי נוצר מההאצה היחסית של זרימת האוויר על הכנף כתוצאה מהקימור האווירודינמי, ולא ממהירות ההתקדמות של המטוס (או הפרופיל שלנו שאותו הוצאנו מחלון המכונית הנוסעת).

כמובן שכל התופעה הזאת מתרחשת רק באזור הצמוד לפרופיל הכנף, מפני שמשקל עמודת האוויר שישנה מעל הפרופיל, אינו משתנה, והפרופיל שלנו לא משנה את כל מערכת הלחצים בכל כדור הארץ.

לשכבת האוויר הצמודה לפרופיל ואשר זורמת סביבו, אנחנו קוראים "שכבת הגבול".

הכח הדוחף את הפרופיל שלנו כלפי מעלה, בניצב לזרימת האוויר הוא "כח העילוי" או "העילוי".

הרכיב המתנגד לתנועת הפרופיל, ופועל במקביל לזרימה היחסית של האוויר ("מושך לאחור") הוא ה"גרר" (או "ההתנגדות").

מסקנה: להבדיל מלוח עץ שטוח, על פרופיל קמור, פועל גם עילוי שהוא תוצאה של הפרשי לחצים לפי חוק ברנולי (ולא רק כח התגובה של זרם האוויר לפי החוק הראשון של ניוטון).

דירוג המאמר:

תגיות של המאמר:
 משה - מדריך טיסה מוסמך

משה - מדריך טיסה מוסמך.

www.tayas.co.il

 


 


מאמרים נוספים מאת משה - מדריך טיסה מוסמך
 
מדחפי (פרופלרים) מטוסים. עקרון הפעולה.
01/07/08 | תעופה
מהו מדחף? באופן גס ניתן לומר כי זהו פרופיל אווירודינמי, המסתובב במקביל למישור שהוא בערך ניצב למיתר הכנף של המטוס. למעשה זו כנף שמסתובבת ומייצרת "עלוי קדימה" שמושך את המטוס או דוחף אותו לכוון הרצוי לנו.

פרופיל אווירודינמי - צורת הכנף של מטוס.
01/07/08 | תעופה
אחד הדברים העקריים שקובעים את עצם יכולתו של מטוס לשהות באוויר, את מידת האנרגיה שתידרש ממנו כדי להתקדם בתוך גוש האוויר ואת יכולתו לדאות או לגלוש בבטחה גם כשמנועיו כבו, הוא הפרופיל האווירודינמי של הכנף.

נוסחת העילוי
01/07/08 | תעופה
אחרי שקראנו את המאמר הקודם בנושא "עקרון העילוי" והבנו כיצד מטוס יכול לשהות באוויר בלי ליפול, הגיע הזמן להבין ברמה יותר מפורטת, את הנוסחה שמאפשרת זאת.

כיצד מטוסים נשארים באוויר. עקרון העילוי.
01/07/08 | תעופה
מה גורם בעצם לאווירון להיות מסוגל להישאר באוויר? כיצד ניתן ליישם את שלושת החוקים של ניוטון (ראה מאמר נוסף שלי בקטגוריה זו בענין זה) ואת חוק ברנולי, כדי להבין את עקרון העלוי?

עקרונות יסוד באווירודינמיקה
01/07/08 | תעופה
על מנת להבין מה מאפשר לאווירון לשהות באוויר, יש להתייחס למספר עקרונות פיסיקליים פשוטים: שלושת חוקי היסוד של ניוטון. המאמר המובא כאן אינו מתיימר להיות מדעי או מקיף בנושא פיסיקה, אלא להבהיר, בצורה מעשית ובהקשר התעופתי, את העקרונות הכלליים שמאחורי שלושת החוקים של ניוטון.
     
 
© כל הזכויות שמורות לאתר מאמרים עסקיים ומקצועיים
שיווק באינטרנט על ידי WSI