1

1MTM175 – Allmän flygteknik

Svängprestanda & styrningSvängprestanda

Hur påverkas flygplanet vid sväng?Begrepp: lastfaktor, vingbelastning

Styrning av flygplanFlygplanets sex frihetsgraderStyrning av flygplanOlika metoder för styrning av flygplan

2MTM175 – Allmän flygteknik

SvängprestandaPlanflykt: ingen accelerationStart- och landning: Rätlinjig acceleration

Vid sväng: Radiell acceleration, krökt flygriktning

Newtons ”etta”: Ett föremål i rörelsefortsätter i samma bana så länge detinte påverkas av yttre krafter

Bil: Använder däckens friktion i en kurvaför att motverka rörelsen rakt fram

Funkar inte för flygplan, här krävs”ändring” av lyftkraftsriktning

2

3MTM175 – Allmän flygteknik

Svängprestanda, forts.Vid sväng lutas flygplanet med vinkel ϕ (= bankningsvinkel)L blir lutad med vinkeln ϕ. För bibehållen höjd måste L ta upp W, dvs. ökas enl.

Detta ger upphov till en komposant i horisontalled, nämligen centripetalkraften. Får flygplanet att röra sig i cirkelbana

WL =φcos

4MTM175 – Allmän flygteknik

Svängprestanda, forts.Vid sväng måste L balansera både W och centripetalkraftenMedför att:

Större L krävsÖkad anfallsvinkel nödvändigÖkat motståndEffekttillskott nödvändigtStallfarten ökar

Motor kan vara begränsandefaktor

Begrepp: Lastfaktor, nAnges i g

3

5MTM175 – Allmän flygteknik

Svängprestanda, forts.M h a Newtons ”tvåa” fås följande uttryck för svängradie R och vinkelhastighet ω:

För bra svängprestanda, minimalt R och maximalt ωEnl. ekv:

Så stor lastfaktor som möjligtLägsta möjliga hastighet

Ex: JAS 39 Gripen har en maximal lastfaktor på 9g. Vid en sväng med hastigheten 950 km/h blir svängradien ca 800 m.

12

2

−= ∞

ngVR

∞

−=

Vng 12

ω(6.118) (6.119)

6MTM175 – Allmän flygteknik

Svängprestanda, forts.Ett annat fall: Looping (”pull-up”), dvs. spaken i magenSväng i horisontalled, centripetalkraften i vertikalled

Här blir R resp. ω:

Vi har ingen bankningsvinkel

)1(

2

−= ∞

ngVR

∞

−=

Vng )1(ω

4

7MTM175 – Allmän flygteknik

Svängprestanda, forts.Andra halvan av loopingen (”pull-down”), el. Split-SHär är både L och W nedåtriktadeFör R och ω gäller då:

)1(

2

+= ∞

ngVR

∞

+=

Vng )1(ω

8MTM175 – Allmän flygteknik

Svängprestanda, forts.Lastfaktorn kan även beräknas med:

Svängprestanda viktigt förstridsflygplanDär gäller det att bibehålla flyg-planets rörelseenergiDå flyger man helst där maxR och ω är möjligt

φcos1

=n

5

9MTM175 – Allmän flygteknik

Svängprestanda, forts.Vingbelastning anger förhållandet mellan vingarea och viktLägre vingbelastning ger bättre svängprestanda

Vingbelastningen styrs vanligtvis av faktorer som last, räckvidd, hastighetEx: Minskad vingarea gör att vi kan flyga fortare utan någon större ökning av motståndet

677Airbus A321 (1989)362F-16 (1976)323F-15 (1972)253DeHavilland Comet (1953)77Beechcraft Bonanza6Wright Flyer (1903)

W/S, kg/m2Flygplan

10MTM175 – Allmän flygteknik

Svängprestanda, forts.Lastfaktorn styrs av den strukturella hållfasthetenFör piloten gäller det att hålla sig inom dessa begränsningar, dvs. inom flygenveloppen (”flight envelope”)Begränsningarna gesi ett V-n-diagram

Hållfasthetskravenolika beroende påtyp av flygplan

Ex. aerobatic, utility

6

11MTM175 – Allmän flygteknik

Styrning av flygplanEtt flygplan rör sig med sex frihetsgrader

Tre rotationsrörelser: Tipp (pitch),Roll (roll) och Gir (yaw)Tre translationsrörelser: Längs(axial), Tvärs (transverse/lateral)och Vertikal (normal/vertical)

Rörelserna sker kring fpl:saxlar, som är:

LängdaxelTväraxelVertikalaxel

12MTM175 – Allmän flygteknik

Styrning av flygplan, forts.Ett konventionellt flygplans primära styrorgan (roderytor)

7

13MTM175 – Allmän flygteknik

Ett roder har som funktion att öka/minska välvningen på den yta som ska kontrolleras

Sker genom att rodret vinklas upp eller ner

Den ökade välvningenkommer att ge en ökadlyftkraft = rubba jämvikten

Styrning av flygplan, forts.

14MTM175 – Allmän flygteknik

Girstyrning

Sker kring vertikalaxeln medsidrodret

Rodret vinklas = ökad välvning

Ger upphov till sidoriktadkraft – flygplanet girar

Sidrodret kontrolleras m h apedaler – trampas högerpedal ner rör sig rodret åthöger

Styrning av flygplan, forts.

8

15MTM175 – Allmän flygteknik

Girstyrning Gir och roll är kopplade rörelser – betyder att en gir även resulterar i en roll, och vice versa

Vid gir: den framåtgående vingen får högre fart (dvs. större lyftkraft) och vill rolla flygplanet åt samma håll som giren

Styrning av flygplan, forts.

16MTM175 – Allmän flygteknik

TippstyrningSker kring tväraxeln med höjdrodret (eng. elevator)Återigen: ändrad välvning = rubbar jämvikten Kontrolleras genom ratt/spak (dras bakåt = nos upp, och vice versa)

Styrning av flygplan, forts.

9

17MTM175 – Allmän flygteknik

Varianter på höjdroder: stabilator,v-tail och slab

Styrning av flygplan, forts.

18MTM175 – Allmän flygteknik

Rollstyrning

Sker kring längdaxeln genom skevrodrenVid roll går ena rodret upp och det andra ner – den ena vingen får ökad lyftkraft och den andra minskad = flygplanet rollarKontrolleras med ratt/spak (vrids/vickas åt det håll roll önskas)

Styrning av flygplan, forts.

10

19MTM175 – Allmän flygteknik

Rollstyrning Roll resulterar i något som kallas för skevroderbroms

Den uppåtgående vingen får en större lyftkraft = större inducerat motstånd

Motståndsökningen gör att flygplanet vill gira åt motsatt håll varför ett visst sidroderutslag blir nödvändigt

Fenomenet kan motverkas på olika sätt, bl a med differentierade skevroder eller ett Frise-roder (eller genom att trampa sidroder)

Styrning av flygplan, forts.

20MTM175 – Allmän flygteknik

Rollstyrning

Förutom skevroderbrukar större flygplanvara försedda med”spoilers”

Spoiler = rörlig yta påvingens ovansida somförstör luftströmmen ochminskar lyftkraften

Styrning av flygplan, forts.

11

21MTM175 – Allmän flygteknik

Primära styrorgan på ett större flygplan

Styrning av flygplan, forts.

22MTM175 – Allmän flygteknik

Styrning av flygplan, forts.Huvudrodren kan vara försedda med lätt- eller tungroder(”servo tab” resp. ”anti-servo tab”)

Dessa gör roderrörelsen antigen lättare eller tyngreTungroder sitter på mindre flygplanLättroder på större flygplan (ex. DC-8)

12

23MTM175 – Allmän flygteknik

Styrning av deltavinge (utan nosvinge)

Exempelvis Concorde

Bakkantsrodret kallas ”elevon”

Tippstyrning Rollstyrning

Styrning av flygplan, forts.

24MTM175 – Allmän flygteknik

Styrning av flygplan, forts.En alternativ metod som ger förbättrad manöverförmåga är vektoriserad dragkraft (”Vectored Thrust”)Sitter på ex. MiG-29, Su-30, F-22

13

25MTM175 – Allmän flygteknik

Styrning av flygplan, forts.Styrning med ratt (eng. ”Yoke”), B707 med analog cockpit

26MTM175 – Allmän flygteknik

Styrning av flygplan, forts.Styrning med ratt, Socata TB-20

14

27MTM175 – Allmän flygteknik

Styrning av flygplan, forts.Styrning med spak, Airbus A340 (med ”glass cockpit”)

28MTM175 – Allmän flygteknik

Styrning av flygplan, forts.Styrning med spak, J35 Draken

15

29MTM175 – Allmän flygteknik

Styrning av flygplan, forts.Variant på ratt, Embraer ERJ-100

30MTM175 – Allmän flygteknik

Styrning av flygplan, forts.I de allra flesta fall överförs styrkommandon från spak/ratt/pedaler med styrlinor via bryttrissorAntingen direkt till rodren eller till roderservon (stridsflyg och större flygplan)

16

31MTM175 – Allmän flygteknik

Styrning av flygplan, forts.Vanligt idag är Fly-by-wire-system (ingen mekanisk förbindelse ut till rodren)Ex: Airbus, Boeing 777/787, JAS etc.Finns även Fly-by-Light (mindre störningskänslig)

32MTM175 – Allmän flygteknik

Styrning av flygplan, forts.Instrumentering (Cessna 172)

”Basic T”: 1. Fartmätare, 2. Konstgjorda horisonten, 3. höjdmätare, 4. Kursgyro

1.1. 2. 3.

4.

17

33MTM175 – Allmän flygteknik

Styrning av flygplan, forts.Glascockpit i Cessna 182