Træk

Træk er den kraft, der modvirker et flys bevægelse gennem luften. Der er to grundlæggende typer: parasitmodstand og induceret modstand. Den første kaldes parasitmodstand, fordi den på ingen måde fungerer som hjælp til flyvningen, mens den anden, induceret modstand, er et resultat af, at en flyveplade udvikler løft.

Parasitmodstand

Parasitmodstand består af alle de kræfter, der arbejder for at bremse et flys bevægelse. Som udtrykket “parasit” antyder, er det den modstand, der ikke er forbundet med produktionen af løft. Dette omfatter flyets forskydning af luften, turbulens, der genereres i luftstrømmen, eller en hindring af luft, der bevæger sig over flyets og flyveprofilets overflade. Der findes tre typer af parasitmodstand: formmodstand, interferensmodstand og hudfriktion.

Formmodstand

Formmodstand er den del af parasitmodstanden, der genereres af luftfartøjet som følge af dets form og luftstrømmen omkring det. Eksempler herpå er motorkapper, antenner og andre komponenters aerodynamiske form. Når luften skal skilles for at bevæge sig rundt om et fly i bevægelse og dets komponenter, samles den til sidst igen efter at have passeret kroppen. Hvor hurtigt og smidigt den samler sig igen, er repræsentativt for den modstand, den skaber, hvilket kræver yderligere kraft at overvinde.

Bemærk, hvordan den flade plade i figur 5-7 får luften til at hvirvle rundt i kanterne, indtil den til sidst genforenes nedstrøms. Formmodstand er det letteste at reducere, når man konstruerer et fly. Løsningen er at strømline så mange af delene som muligt.

Interferensmodstand

Interferensmodstand kommer fra krydsning af luftstrømme, der skaber hvirvelstrømme, turbulens eller begrænser en jævn luftstrøm. F.eks. har krydsningen af vingen og fuselagen ved vingens rod en betydelig interferensmodstand. Luft, der strømmer rundt om fuselagen, støder sammen med luft, der strømmer over vingen, og smelter sammen til en luftstrøm, der adskiller sig fra de to oprindelige luftstrømme. Den største interferensmodstand observeres, når to overflader mødes i vinkelrette vinkler. Der anvendes fairings til at reducere denne tendens. Hvis et jetjagerfly bærer to identiske vingetanke, er den samlede modstand større end summen af de enkelte tanke, fordi de begge skaber og genererer interferensmodstand. Fairings og afstand mellem løfteflader og eksterne komponenter (f.eks. radarantenner, der hænger på vingerne) reducerer interferensmodstanden.

Hudfriktionsmodstand

Hudfriktionsmodstand er den aerodynamiske modstand, der skyldes, at luft i bevægelse kommer i kontakt med et luftfartøjs overflade. Enhver overflade, uanset hvor tilsyneladende glat den er, har en ru, flosset overflade, når den betragtes i et mikroskop. De luftmolekyler, som kommer i direkte kontakt med vingens overflade, er stort set ubevægelige. Hvert lag af molekyler over overfladen bevæger sig lidt hurtigere, indtil molekylerne bevæger sig med samme hastighed som den luft, der bevæger sig omkring flyet. Denne hastighed kaldes den frie strømningshastighed. Området mellem vingen og hastighedsniveauet i den frie strøm er omtrent lige så bredt som et spillekort og kaldes grænselaget. I toppen af grænselaget øger molekylerne hastigheden og bevæger sig med samme hastighed som molekylerne uden for grænselaget. Den faktiske hastighed, hvormed molekylerne bevæger sig, afhænger af vingens form, viskositeten (klæbrigheden) af den luft, som vingen eller flyvefladen bevæger sig igennem, og dens komprimerbarhed (hvor meget den kan komprimeres).

Luftstrømmen uden for grænselaget reagerer på formen af grænselagets kant, ligesom den ville reagere på den fysiske overflade af et objekt. Grænselaget giver ethvert objekt en “effektiv” form, som normalt er en smule forskellig fra den fysiske form. Grænselaget kan også adskille sig fra kroppen og dermed skabe en effektiv form, der er meget forskellig fra genstandens fysiske form. Denne ændring i grænselagets fysiske form forårsager et dramatisk fald i løft og en stigning i luftmodstand. Når dette sker, er flyvefladen gået i stå.

For at reducere virkningen af hudfriktionens modstandskraft anvender flykonstruktører flush mount-nitter og fjerner alle uregelmæssigheder, der kan rage ud over vingeoverfladen. Desuden er en glat og blank overflade med til at lette overgangen af luften over vingens overflade. Da snavs på et fly forstyrrer den frie luftstrøm og øger luftmodstanden, skal flyets overflader holdes rene og voksbehandlede.

Induceret modstand

Den anden grundlæggende type modstand er den inducerede modstand. Det er en etableret fysisk kendsgerning, at intet system, der udfører arbejde i mekanisk forstand, kan være 100 % effektivt. Det betyder, at uanset systemets beskaffenhed opnås det nødvendige arbejde på bekostning af et vist ekstra arbejde, som spredes eller går tabt i systemet. Jo mere effektivt systemet er, jo mindre er dette tab.

I plan flyvning giver en vinges eller rotors aerodynamiske egenskaber en nødvendig løfteevne, men denne kan kun opnås på bekostning af en vis straf. Denne straf kaldes induceret modstand. Induceret modstand er iboende, når en flyveplade producerer løft, og denne type modstand er faktisk uadskillelig fra produktionen af løft. Derfor er den altid til stede, hvis der produceres løft.

En flyveplade (vinge eller rotorblad) producerer løftekraften ved at udnytte energien i den frie luftstrøm. Når en flyveplade producerer løftekraft, er trykket på dens underside større end trykket på oversiden (Bernoullis princip). Som følge heraf har luften en tendens til at strømme fra det område med højt tryk under spidsen opad til det område med lavt tryk på den øvre overflade. I nærheden af spidserne er der en tendens til, at disse tryk udlignes, hvilket resulterer i en lateral strømning udad fra undersiden til den øvre overflade. Denne laterale strømning giver luften ved spidserne en rotationshastighed og skaber hvirvler, der følger efter flyvepladen.

Når flyet ses fra halen, cirkulerer disse hvirvler mod uret om den højre spids og med uret om den venstre spids. Når luften (og hvirvlerne) ruller af på bagsiden af vingen, vinkler de nedad, hvilket er kendt som downwash. Figur 5-10 viser forskellen i downwash i højden i forhold til nær jorden. Under hensyntagen til disse hvirvellers rotationsretning kan det ses, at de fremkalder en opadgående luftstrøm bag spidsen og en nedadgående strømning bag vingens bagkant. Denne inducerede downwash har intet til fælles med den downwash, der er nødvendig for at producere løft. Det er i virkeligheden kilden til induceret modstand.

Downwash peger den relative vind nedad, så jo mere downwash du har, jo mere peger din relative vind nedad. Det er vigtigt af en meget god grund: Løft er altid vinkelret på den relative vind. I figur 5-11 kan du se, at når du har mindre downwash, er din løftevektor mere lodret, hvilket er i modstrid med tyngdekraften. Og når du har mere downwash, peger din løftevektor mere tilbage, hvilket forårsager induceret modstand. Derudover kræver det energi for dine vinger at skabe downwash og hvirvler, og den energi skaber modstand.

Desto større og stærkere hvirvlerne og den deraf følgende downwash-komponent er på nettoluftstrømmen over flyvefladen, desto større bliver den inducerede modstandseffekt. Denne downwash over toppen af flyvepladen ved spidsen har den samme virkning som at bøje løftevektoren bagud; løftet er derfor lidt bagud i forhold til vinkelret på den relative vind, hvilket skaber en bagudrettet løftekomponent. Dette er induceret modstand.

For at skabe et større undertryk på toppen af en flyveplade kan flyvepladen hældes til en højere AOA. Hvis AOA for en symmetrisk flyveplade var nul, ville der ikke være nogen trykforskel og dermed ingen downwash-komponent og ingen induceret modstand. Under alle omstændigheder øges den inducerede modstand proportionalt med stigende AOA. For at sige det på en anden måde: Jo lavere flyvehastighed, jo større AOA kræves der for at producere en løftekraft svarende til flyets vægt, og jo større er derfor den inducerede modstand. Størrelsen af den inducerede modstand varierer omvendt med kvadratet på lufthastigheden.

Omvendt stiger den parasitære modstand med kvadratet på lufthastigheden. I stationær tilstand bliver den samlede modstand således større, når lufthastigheden falder til nær stallinghastigheden, hovedsagelig på grund af den kraftige stigning i den inducerede modstand. På samme måde stiger den samlede modstand hurtigt, når flyet når sin hastighed, der aldrig må overskrides (VNE), på grund af den kraftige stigning i den parasitære modstand. Som det fremgår af figur 5-6, er den samlede modstand ved en given flyvehastighed på sit minimum. Ved beregning af flyets maksimale rækkevidde er det tryk, der kræves for at overvinde luftmodstanden, mindst, hvis luftmodstanden er mindst. Den mindste effekt og den maksimale udholdenhed opstår på et andet punkt.

Flight Literacy anbefaler

Rod Machados Private Pilot Handbook -Flight Literacy anbefaler Rod Machados produkter, fordi han tager det, der normalt er tørt og kedeligt, og omdanner det med sin karakteristiske humor, hvilket bidrager til at holde dig engageret og til at fastholde oplysningerne i længere tid. (se alle Rod Machados produkter).