Visa fråga/svar

 

Blandat [12891]

Fråga:
Varför tvingas luften gå snabbare på ovansidan på en flygplansvinge?
/david g, svalebo, veberöd

Svar:
Frågan är mycket intressant, inte minst eftersom det förekommer många olika och tyvärr ofta felaktiga uppfattningar om exakt hur en flygplansvinge ”fungerar”! Lift_(force)#Description_of_lift_on_an_airfoil ger en mycket bra beskrivning av lyftkraften. Den innehåller även en bra bild av luftens hastighet på ovan- och undersidan av vingen, se nedanstående resonemang.

Som vi redan svarat (se t.ex. svaret till fråga 12127 ) så är den primära orsaken till lyftkraft att – så länge vingen har en viss vinkel i förhållande till den inkommande luftströmmen - luften rör sig snabbare på vingens ovansida än undertill, vilket resulterar i ett lägre lufttryck på ovansidan och därmed ett ”lyft”. Därtill kommer observationen att ju böjdare vingens ovansida är, desto större blir lyftkraften. Men, frågar man sig, VARFÖR strömmar luften snabbare på översidan? Och vilket kommer egentligen först – sänkningen av lufttrycket eller skillnaden i hastighet?

Låt oss alltså undersöka närmare vad som egentligen händer när man placerar en vinge i ett luftflöde med en viss hastighet! Till vår hjälp tar vi det mycket trevliga simuleringsprogrammet Foilsim - simulering av vinge , som låter oss utforska hur lyftkraft påverkas av en massa olika parametrar. Bilderna nedan är tagna från Foilsim, och visar luftströmningen runt den valda vingprofilen, och hur trycket och lufthastigheten varierar från framkanten till bakkanten.

Om vi tittar på hur luften rör sig runt vingprofilen ser vi att luftströmmen som lämnar bakkanten på vingen är riktad nedåt. Vi ser också att förhållandena på vingens ovan- och undersida skiljer sig kraftigt åt: på ovansidan är lufttrycket lägre än det omgivande atmosfärstrycket (markerat av mig med en liten röd pil) och lufthastigheten betydligt högre än flygplanets nominella hastighet gentemot lufthavet (också markerat med en röd pil), medan situationen på undersidan i stort sett är tvärtom – något högre tryck än atmosfären, och i regel mycket lägre lufthastighet.

Hur hänger allt detta ihop? Den ”klassiska” förklaringen är att eftersom luftströmmen i vingens bakkant ju ”tvingas” nedåt (som en konsekvens av vingens vinkel och vingprofilens utseende) kommer vingen att i motsvarande grad ”tvingas” uppåt - enligt Newtons sats hör ju till varje kraft en motriktad reaktionskraft. Hur påverkar detta trycket? Jo, återigen måste vi ha balans i systemet, denna gång gentemot den omgivande atmosfärens tryck. Den största skillnaden får vi nära framkanten, där luftströmmens riktning ändras kraftigast. På undersidan får vi en liten tryckökning, medan vi på ovansidan observerar en kraftig trycksänkning vid vingytan. (Längre bort från ytan blir effekten mindre.) Ju närmare vi kommer vingens bakkant, desto mindre blir tryckskillnaden gentemot atmosfären, och en kort bit bakom vingen är trycket återigen normalt.

Vi kan nu förstå skillnaden i luftströmningshastigheten på vingens olika sidor som en direkt följd av variationen i lufttryck. På undersidan orsakar den lilla tryckförhöjningen vid vingens framkant att lufthastigheten allra först minskar rejält, men allteftersom trycket närmar sig det normala på väg mot bakkanten jämnar hastigheten ut sig. På översidan, därimot, orsakar det låga trycket vid framkanten en kraftig acceleration av luftflödet där, och vi uppnår mycket snabbt en betydligt högre lufthastighet (vid vingytan) än flygplanets ”egenhastighet” genom luften. När vi närmar oss bakkanten bromsas dock luften av och hastigheten sjunker gradvis för att till sist, strax bakom vingen, återgå till den ”normala”.

En viktig sak att komma ihåg är att resonemanget ovan egentligen bara gäller om vi har så kallat ”laminärt” luftflöde – alltså att luften strömmar i ”skikt” i stället för i virvlar (”turbulent” flöde). Om flödet är laminärt kan man använda Bernoullis lag för att räkna ut precis hur lufthastighet och (förändringen av) lufttrycket hör ihop.

Pröva själv: Kör appletversionen av Foilsim - simulering av vinge (kräver att Java är installerat i bläddraren) och pröva själv vad som händer med lyftkraften när du ändrar förutsättningarna! Bland parametrarna man kan ändra hittar man: lufthastighet (”air speed”), flyghöjd (”altitude”), attackvinkeln (”angle”), genomsnittstjocklek (”thickness”), böjform (”camber”) och vingyta (”area”). Programmet kommer med ett antal ”lektioner” som går igenom diverse samband.

Fundera på: Varför spelar flyghöjden in? Vad händer om man böjer vingen åt ”fel håll”? Varför har flygplan som specialdesignas för aerobatikmanövrer nästan platta vingar?

Se även How Airplanes Work och länk 1 och 2.



/Margareta H/lpe

Nyckelord: flygplansvinge [7]; bernoullieffekten [6];

1 http://iopscience.iop.org/0031-9120/38/6/001
2 http://www.planeandpilotmag.com/component/zine/article/289.html

*

 

 

Frågelådan innehåller 7203 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-11-19 11:33:22.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.