Drag

Drag är den kraft som hindrar ett flygplan från att röra sig i luften. Det finns två grundläggande typer: parasitmotstånd och inducerat motstånd. Den första kallas parasitmotstånd eftersom den inte på något sätt fungerar för att underlätta flygningen, medan den andra, inducerat motstånd, är ett resultat av att en flygplansprofil utvecklar lyftkraft.

Parasitmotstånd

Parasitmotstånd består av alla de krafter som verkar för att bromsa ett luftfartygs rörelse. Som termen parasit antyder är det det motstånd som inte är förknippat med produktion av lyftkraft. Detta innefattar luftförskjutning av luftfartyget, turbulens som genereras i luftströmmen eller ett hinder för luft som rör sig över luftfartygets och flygplansytans yta. Det finns tre typer av parasitmotstånd: formmotstånd, interferensmotstånd och hudfriktion.

Formmotstånd

Formmotstånd är den del av parasitmotståndet som genereras av luftfartyget på grund av dess form och luftflödet runt omkring det. Exempel på detta är motorhuvuden, antenner och andra komponenters aerodynamiska form. När luften måste separera för att röra sig runt ett flygplan i rörelse och dess komponenter återförenas den så småningom efter att ha passerat kroppen. Hur snabbt och smidigt den återförenas är representativt för det motstånd som den skapar och som kräver ytterligare kraft för att övervinnas.

Bemärk hur den platta plattan i figur 5-7 får luften att virvla runt kanterna tills den så småningom återförenas nedströms. Formdrag är det lättaste att minska när man konstruerar ett flygplan. Lösningen är att strömlinjeforma så många av delarna som möjligt.

Interferensmotstånd

Interferensmotstånd kommer från korsningen av luftströmmar som skapar virvelströmmar, turbulens eller begränsar det jämna luftflödet. Till exempel har skärningspunkten mellan vingen och skrovet vid vingroten ett betydande interferensmotstånd. Luft som strömmar runt flygkroppen kolliderar med luft som strömmar över vingen och smälter samman till en luftström som skiljer sig från de två ursprungliga strömmarna. Det största interferensmotståndet observeras när två ytor möts i vinkelräta vinklar. För att minska den här tendensen används fållor. Om ett stridsflygplan har två identiska vingtankar är det totala motståndet större än summan av de enskilda tankarna eftersom båda dessa skapar och genererar interferensmotstånd. Fackförband och avstånd mellan lyftytor och externa komponenter (t.ex. radarantenner som hänger på vingarna) minskar interferensmotståndet.

Hudfriktionsmotstånd

Hudfriktionsmotstånd är det aerodynamiska motståndet på grund av att rörlig luft kommer i kontakt med ett luftfartygs yta. Varje yta, oavsett hur till synes slät den är, har en grov, raggig yta när den betraktas i ett mikroskop. Luftmolekylerna, som kommer i direkt kontakt med vingens yta, är praktiskt taget orörliga. Varje lager av molekyler ovanför ytan rör sig något snabbare tills molekylerna rör sig med samma hastighet som luften som rör sig runt flygplanet. Denna hastighet kallas för den fria strömningens hastighet. Området mellan vingen och hastighetsnivån i den fria strömmen är ungefär lika brett som ett spelkort och kallas gränsskiktet. I toppen av gränsskiktet ökar molekylerna sin hastighet och rör sig med samma hastighet som molekylerna utanför gränsskiktet. Den faktiska hastigheten med vilken molekylerna rör sig beror på vingens form, viskositeten (klibbigheten) hos den luft genom vilken vingen eller flygbladet rör sig och dess kompressibilitet (hur mycket den kan komprimeras).

Luftflödet utanför gränsskiktet reagerar på formen av gränsskiktets kant på samma sätt som det skulle reagera på den fysiska ytan av ett föremål. Gränsskiktet ger varje föremål en ”effektiv” form som vanligtvis skiljer sig något från den fysiska formen. Gränsskiktet kan också separera från kroppen och på så sätt skapa en effektiv form som skiljer sig mycket från föremålets fysiska form. Denna förändring av gränsskiktets fysiska form orsakar en dramatisk minskning av lyftet och en ökning av luftmotståndet. När detta inträffar har flygplansprofilen stallat.

För att minska effekten av hudfriktionsmotståndet använder flygplanskonstruktörer infällda nitar och tar bort alla ojämnheter som kan sticka ut över vingens yta. Dessutom underlättar en slät och blank yta luftövergången över vingens yta. Eftersom smuts på ett flygplan stör det fria luftflödet och ökar luftmotståndet bör man hålla flygplanets ytor rena och vaxade.

Inducerat motstånd

Den andra grundläggande typen av motstånd är det inducerade motståndet. Det är ett etablerat fysiskt faktum att inget system som arbetar i mekanisk mening kan vara 100 procent effektivt. Detta innebär att oavsett systemets beskaffenhet erhålls det nödvändiga arbetet på bekostnad av ett visst ytterligare arbete som fördunklas eller går förlorat i systemet. Ju effektivare systemet är, desto mindre är denna förlust.

I planflygning ger de aerodynamiska egenskaperna hos en vinge eller rotor en erforderlig lyftkraft, men denna kan endast erhållas på bekostnad av ett visst straff. Det namn som ges till detta straff är inducerat motstånd. Inducerat motstånd är inneboende när en flygplatta producerar lyftkraft och i själva verket är denna typ av motstånd oskiljaktigt från produktionen av lyftkraft. Följaktligen är det alltid närvarande om lyftkraft produceras.

En flygplatta (vinge eller rotorblad) producerar lyftkraft genom att utnyttja energin i den fria luftströmmen. När ett flygblad producerar lyftkraft är trycket på dess nedre yta större än trycket på dess övre yta (Bernoullis princip). Som ett resultat tenderar luften att strömma från området med högt tryck under spetsen uppåt till området med lågt tryck på den övre ytan. I närheten av spetsarna finns det en tendens till att dessa tryck utjämnas, vilket resulterar i ett lateralt flöde utåt från undersidan till den övre ytan. Detta laterala flöde ger luften vid spetsarna en rotationshastighet och skapar virvlar som släpar efter profilen.

När flygplanet betraktas från stjärten cirkulerar dessa virvlar moturs runt den högra spetsen och medurs runt den vänstra spetsen. När luften (och virvlarna) rullar av baksidan av vingen vinklar de neråt, vilket kallas downwash. Figur 5-10 visar skillnaden i downwash på höjd jämfört med nära marken. Med tanke på dessa virvelsers rotationsriktning kan man se att de framkallar ett uppåtriktat luftflöde bortom spetsen och ett nedåtriktat flöde bakom vingens bakkant. Detta inducerade nedåtgående flöde har inget gemensamt med det nedåtgående flöde som är nödvändigt för att producera lyftkraft. Det är i själva verket källan till inducerat motstånd.

Downwash pekar den relativa vinden nedåt, så ju mer downwash du har, desto mer pekar din relativa vind nedåt. Det är viktigt av en mycket god anledning: lyftkraft är alltid vinkelrät mot den relativa vinden. I figur 5-11 kan du se att när du har mindre downwash är din lyftvektor mer vertikal och motsätter sig gravitationen. När du har mer downwash pekar lyftvektorn mer bakåt, vilket orsakar inducerat motstånd. Dessutom krävs det energi för att vingarna ska skapa downwash och virvlar, och den energin skapar luftmotstånd.

Desto större storlek och styrka på virvlarna och den därav följande downwashkomponenten på nettoluftflödet över flygplansytan, desto större blir den inducerade motståndseffekten. Denna downwash över toppen av flygplansytan vid spetsen har samma effekt som att den böjer lyftvektorn bakåt; därför är lyftet något efter vinkelrätt mot den relativa vinden, vilket skapar en bakåtriktad lyftkomponent. Detta är inducerat motstånd.

För att skapa ett större undertryck på toppen av en flygplansskiva kan flygplansskivan lutas till en högre AOA. Om AOA för en symmetrisk flygkropp var noll skulle det inte finnas någon tryckskillnad och följaktligen ingen nedåtgående komponent och inget inducerat motstånd. I vilket fall som helst, när AOA ökar, ökar det inducerade motståndet proportionellt. För att uttrycka det på ett annat sätt: ju lägre lufthastighet, desto större AOA krävs för att producera en lyftkraft som är lika stor som luftfartygets vikt, och desto större blir därför det inducerade motståndet. Storleken på det inducerade luftmotståndet varierar omvänt med kvadraten på lufthastigheten.

Men omvänt ökar det parasitära luftmotståndet med kvadraten på lufthastigheten. I stabilt tillstånd, när lufthastigheten minskar till nära stallhastigheten, blir således det totala luftmotståndet större, främst på grund av den kraftiga ökningen av det inducerade luftmotståndet. På samma sätt ökar det totala luftmotståndet snabbt när luftfartyget når sin hastighet som aldrig får överskridas (VNE) på grund av den kraftiga ökningen av parasitmotståndet. Som framgår av figur 5-6 är det totala luftmotståndet minimalt vid en viss hastighet. Vid beräkning av luftfartygets maximala räckvidd är den dragkraft som krävs för att övervinna luftmotståndet minimal om luftmotståndet är minimalt. Minsta effekt och maximal räckvidd inträffar vid en annan punkt.

Flight Literacy rekommenderar

Rod Machado’s Private Pilot Handbook -Flight Literacy rekommenderar Rod Machados produkter eftersom han tar det som normalt är torrt och tråkigt och förvandlar det med sin karakteristiska humor, vilket bidrar till att du håller dig engagerad och behåller informationen längre. (se alla Rod Machados produkter).