Avion - raportul Portanta (L) / Rezistenta la inaintare (D)

Avion - Raportul Portanta (L) / Rezistenta la inaintare (D)

Pentru a determina performantele si eficienta unui profil aerodinamic la un anumit unghi de atac ( si viteza a aerului ), trebuie luate in considerare atat portanta cat si rezistenta la inaintare. Relatia uneia cu cealalta, numita raportul portanta/rezistenta la inaintare, este foarte importanta.

Am discutat deja curba de portanta ( C_L in functie de unghiul de atac ) si curba rezistentei la inaintare ( C_D. in functie de unghiul de atac ).

Curba portantei arata o crestere constanta a coeficientului de portanta pe masura ce unghiul de atac creste, pana la unghiul critic, dincolo de care C_L scade.

Curba rezistentei la inaintare arata ca rezistenta creste constant cu schimbarea unghiului de atac, fiind cea mai mica la unghiuri de atac pozitive mici si crescind de fiecare data cand unghiul de atac creste sau scade. Pe masura ce se apropie de unghiul critic rezistenta la inaintare creste cu o rata mai mare. La viteza limita, ruperea curentului laminar si formarea de turbulente, sau vartejuri, genereaza o mare crestere a rezistentei la inaintare.

Variatia raportului L/D cu unghiul de atac

Intr-un fel, portanta este beneficiul pe care il obtineti de la un profil aerodinamic si rezistenta la inaintare este pretul pe care il platiti pentru aceasta. Pentru o portanta data este de dorit sa aveti cantitatea minima de rezistenta la inaintare, adica cel mai bun raport L/D.

Daca doriti sa obtineti 120 unitati de portanta si costul este de 10 unitati de rezistenta la inaintare de la un profil aerodinamic, atunci, L/D=120/10 = 12, adica portanta este de 10 ori mai mare decat rezistenta la inaintare. Daca 120 unitati de portanta vin cu 20 unitati de rezistenta la inaintare de la suprafata portanta, atunci raportul portanta/ rezistenta = 120/20= 6, si aripa nu este nici pe departe la fel de eficienta.

Un profil aerodinamic are cea mai mare capacitate de portanta (C_L) la un unghi de atac mare, exact inaintea unghiului de atac critic, in acest caz aproximativ 16 grade. Din nefericire, langa unghiul de atac critic, suprafata portanta genereaza multa rezistenta indusa.

Rezistenta minima are loc la unghi de atac destul de mic, in acest caz aproximativ 0° unghi de atac. Din nefericire, la unghiuri de atac scazute, capacitatea de portanta a aripii este scazuta.

Nici una din aceste situatii ( unghi de atac ridicat sau unghi de atac scazut ) nu este intr-adevar satisfacatoare, deoarece raportul portantei cu rezistenta la aceste unghiuri de atac extreme este scazut. Ceea ce este necesar este cea mai mare capacitate de portanta in comparatie cu rezistenta la inaintare la acelasi unghi de atac, adica unghiul de atac care da cel mai bun raport portanta / rezistenta, pentru o aripa cu o curbura normala are loc la aproximativ 4° unghi de atac.

Pentru a afla raportul portanta /rezistenta la inaintare putem imparti cele doua ecuatii:

Portanta C_L x ½ ρx V²x S = C_L

Rezistenta C_D x½ ρx V² x S C_D

Pentru fiecare unghi de atac putem calcula raportul L/D impartind C _L cu C_D  ( si acestea sunt obtinute din graficele curbelor potantei si rezistentei ).

Referat: Lumina - emisiile de lumina, spectrul electromagnetic, polarizarea, LASER-ul, efectul fotoelectric Referat: Tehnologia prelucrarii materialelor plastice

Putem realiza o curba pentru L/D functie de unghiul de atac. L/D care rezulta functie de curba unghiului de atac arata ca L/D creste rapid pana la aproximativ 4° unghi de atac, unde portanta este cuprinsa intre 10 pana la 15 ori mai mare decat rezistenta la inaintare, in functie de profilul aerodinamic folosit.

La unghiuri de atac mai mari de aproximativ 4°, raportul L/D scade constant. Desi C_L continua sa creasca, C_D creste mai repede. La unghiul de atac criticde raportul L/D pentru aceasta suprafata portanta este aproximativ 5.

Curba din figura 5-2 arata clar unghiul de atac specific la care raportul L/D este maxim, si acest unghi de atac se afla acolo unde suprafata portanta este cea mai eficienta - ofera portanta necesara pentru cea mai mica rezistenta la inaintare.

Unghiul de atac care ofera cel mai bun raport portanta / rezistenta este cel mai eficient unghi de atac.

La majoritatea aeronavelor nu aveti un instrument pentru a indica unghiul de atac, dar puteti citi viteza, valoarea ei este in functie de unghiul de atac. Unghiurile de atac mari in zborul constant sunt asociate cu viteze indicate mai mici ( si invers ).

Unghiul de atac ( si viteza indicata ) pentru cel mai bun raport portanta / rezistenta la inaintare ofera portanta necesara ( pentru a echilibra greutatea ) pentru o rezistenta la inaintare minima. La oricare alt unghi de atac rezistenta la inaintare este mai mare pentru a obtine aceeasi portanta.

In zbor constant rezistenta la inaintare este echilibrata de tractiune. Daca portanta necesara pentru a echilibra greutatea este obtinuta la o valoare a rezistentei minime, atunci tractiunea poate fi tinuta la minim cu beneficiile care rezulta - motorul/elicea pot fi mai mici; consum de combustibil redus, costuri de intretinere mai scazute, etc.

Cateva caracteristici importante ale performantelor in timpul zborului sunt obtinute la cel mai bun raport L/D, cum ar fi raza de zbor maxima la regim de croaziera si raza maxima de planare fara motor.

Zborul la orizontala cu o greutate constanta

In zborul rectiliniu la orizontala:

Portanta = Greutatea = C_L x ½ ρ x V² x S

C_portanta este o functie a unghiului de atac, si ½ ρ V² este in raport cu viteza indicata ( IAS ) pe care o vedeti pe indicatorul vitezei. ( V este viteza fata de fileurile de aer reala sau TAS ( viteza adevarata ), pe care nu o puteti citi direct in cabina ).

Portanta = Greutatea = o functie a (unghiului de atac x IAS x S)

q      Daca unghiul de atac este marit, portanta necesara poate fi generata la o viteza redusa

q      Daca unghiul de atac este redus, aceeasi portanta necesara va fi generata la o viteza mai mare.

De aceea, in zborul rectiliniu la orizontala, unghiurile da atac ridicate permit viteze mai reduse, si unghiuri de atac scazute permit viteze mai mari.

Micsorarea  greutatii

Pe masura ce zborul continua si combustibilul este consumat, greutatea generala a avionului scade. O greutatea scazuta necesita mai putina portanta pentru a o echilibra. Putem reduce portanta produsa zburind la un unghi de atac mai mic, ceea ce va duce la o crestere a vitezei ( numai daca nu reducem puterea motorului ).

Notati ca relatia exacta intre unghiul de atac si viteza indicata se schimba daca  se schimba greutatea. La greutati mai mici, aceeasi IAS are loc la un unghi de atac ceva mai mic.

Sa presupunem ca vreti sa zburati la acelasi unghi de atac ( sa spunem cel mai eficient pentru cel mai bun raport L/D la aproximativ 4° ). Pe masura ce greutatea scade, ar trebui sa reduceti treptat viteza indicata, astfel incat sa fie generata mai putina portanta.

Schimbarea altitudinilor de zbor

Sa presupunem ca zburati rectiliniu la orizontala la o altitudine mai mare, dar la aceeasi greutate si de aceea cu aceleasi cerinte de portanta. Relatia dintre unghiul de atac si IAS va fi aceeasi ca mai inainte.

La un anumit unghi de atac, viteza indicata ( o masura a valorii presiunii dinamice 1/2 ρ x V² si indicata in noduri- kt ) va fi aceeasi. Deoarece la altitudini mai mari densitatea aerului ρ este mai mica, pentru a pastra aceeasi valoare a lui ½ ρ V², valoarea lui V ( viteza adevarata - TAS ) trebuie sa fie mai mare.

Atunci cind zburati la altitudini mai mari, aceeasi viteza indicata ( IAS ) va va da o mai mare viteza prin aer, sau o viteza adevarata ( TAS ) a aerului mai mare. Amintiti-va ca IAS ( functie de presiunea dinamica ½ ρ V² ) determina calitatile de zbor ale avionului dumneavoastra. Este necesar doar sa calculati TAS (V) pentru un calcul de navigatie corect.

Relatia dintre IAS si TAS va fi discutata mai detaliat in Indicatorul vitezei de aer in Capitolul 25. Indicatorul vitezei de aer arata o IAS care difera de TAS printr-un factor care depinde de densitatea aerului.

Modificarea suprafetei aripii

Mai exista un factor care poate fi modificat si acesta este suprafata aripii- S. Daca am putea mari S, atunci am obtine aceeasi portanta la o viteza mai mica. Schimbarea lui S schimba forma suprafetei portante si vom studia acest aspect in Capitolul 9, Flapsurile.

Acum completati Ecercitiul 5 - Raportul Portanta / Rezistenta la inaintare