o
tagasi
õhutakistus | tõstejõud | lennukiirus | lauglemissuhe
o

TÕSTEJÕUD

Õhust kergema lennuaparaadi - õhupalli õhus püsimiseks täidetakse palli kest õhust kergema gaasiga. Tõstejõud tekib õhu ja gaasi erikaalude vahe tõttu.

Kuidas lendavad õhust raskemad lennuaparaadid?

Tuulelohet ja lennukit hoiab õhus tõstejõud, mis tekib lennuaparaadi või õhu liikumise tõttu.
Kuidas siis tekib tõstejõud?

Igaüks teab, et tuulelohel, mis kujutab lamedat plaati, peab olema tuule suhtes mingisugune kaldenurk, s.t. lohe esiserv peab asetsema tagaservast kõrgemal.

Kui plaatlohe asub õhuvoolus serviti, tõstejõudu ei teki ning lohe langeb raskustungi mõjul maha. Asetades plaatlohe tuule suhtes lapiti, ei teki samuti mingit tõstejõudu, küll aga kasvab rindtakistus.
Plaatlohel on õhuvoolu suhtes parim kaldenurk 10-15º. Edaspidi nimetame seda nurka kohtumisnurgaks.
Parima kohtumisnurga suurus määratakse praktiliselt.

Nagu näha, tekib kalduasetatud plaatlohel takistus, mis on suunatud üles ja taha. Seega püüab plaatlohe tuule mõjul taganeda ja samaaegselt ka tõusta.



Tekkinud jõudu (takistust) nimetatakse aerodünaamillseks kogujõuks.
Aerodünaamilist kogujõudu võib lahutada kaheks komponendiks:
rindtakistuseks X (paralleelne õhuvoolu suunaga) tõstejõuks Y (perpendikulaarne õhuvoolu suunaga). Aerodünaamilise kogujõu komponent - tõstejõud Y ongi see kasulik jõud, mis tõstab tuulelohe üles. Esimesed lennukid ehitatigi lamedate tiibadega. Lameda tiiva tugevus on aga väga väikene, sest on võimatu paigutada sellisesse tiiba tugevaid talasid.

Uurides linnu tiibade ehitust, võib märgata, et need on pealt kumerad ja alt nõgusad. Katsed kumerate plaattiibadega näitasid, et niisugune tiib annab sama kohtumisnurga puhul suuremat tõstejõudu kui lame tiib; pealegi on kumer tiib tugevam ja arendab tõstejõudu juba 0º kohtumisnurga juures.

Tänapäeval esineb selliseid tiibu lihtsamate mudellennukite juures. Plaattiiva sõrestik kaetakse ainult pealt, kuna altpoolt jääb sõrestik ilma katteta. Loomulikult muudavad tiiva talad õhuvoolu keeriseliseks ja tekitavad vägagi suurt rindtakistust.

Kui lennukid hakkasid lendama üha kiiremini ja kiiremini, ei pidanud ka kumerad plaattiivad vastu aerodünaamilistele jõududele ning purunesid sageli. Samuti kaotasid nad kergesti püsivuse. Nagu hilisemad uurimused näitasid, eraldub sujuv õhuvool suuremate kohtumisnurkade juures tiiva pinnalt ning tiiva peal tekib lai keeriseline õhuvool, mis järsult suurendab rindtakistust ja kahandab tõstejõudu. Kohtumisnurka, mille juures tiib arendab maksimaalset tõstejõudu, nimetatakse kriitiliseks. Kriitilise kohtumisnurga ületamisel tõstejõud järsult langeb, mis omakorda põhjustab lennuki püsivuse kaotuse.


Selleks, et arendada suuremat kiirust ja parandada lennuki püsivust, olid aerodünaamikud ja konstruktorid sunnitud muutma tiibade profiili ja konstruktsiooni.

Professor Zukovski oli esimene, kes soovitas kasutada linnutiivale sarnanevaid kumeraid, kuid pakse tiibu. Niisugused, nn. "Zukovski profiilid” leiavad kasutamist kuni tänapaevani. Need profiilid arendavad suuremat tõstejõudu kui õhukesed plaattiivad, neil on tunduvalt suurem kriitiline kohtumisnurk ning tõstejõud tekib neil juba väikeste negatiivsete kohtumisnurkade juures. Oma paksuse tõttu võimaldavad nad ehitada tiibu tugevamatena.

Tahtmatult kerkib üles küsimus: miks ja kuidas arendab pealt kumer tiib suuremat tõstejõudu kui lame plaat?

Selleks, et selgitada tõstejõu tekkimist, tuleb siirduda füüsika valdkonda.

Igaüks on näinud, kuidas juuksur pihustab vett pulverisaatori abil. Samuti on teada, et tuuI viib majadel katuseid pealt.
Need elust võetud juhtumid ongi kõige reaalsemad tõstejõu avaldumised.

Mis toimub pulverisaatoris? Atmosfääriline ehk staatiline rõhk mõjub igas suunas ühtlaselt, sealhulgas ka pulverisaatorianumas asuva vedeliku pinnale. Kui puhuda õhujuga suure kiirusega läbi pulverisaatori toru A, väheneb staatiline rõhk toru B otsale ning vedeliku pinnale mõjuv staatiline rõhk surub vedeliku mööda toru üles, kus see kiires õhujoas V pihustub.

Tugev tuul, puhudes üle katuseharja, kooldub selle järgi. Õhu kiirendatud liikumine katuseharjal vähendab staatilist rõhku katuse peal. Katuse all, kus õhk on liikumatu, jääb staatiline rõhk muutmatuks, ja olles suurem katuse peal valitsevast rõhust, kergitab katust ülespoole. Sama nähtus ilmneb ka siis, kui puhuda kahe kumera plaadi vahelt läbi tugev õhujuga; plaadid tõmbuvad kokku.


Lähtunud taolistest nähtustest, avastas õpetlane Bernoulli (loe: Bernulli) seose staatilise rõhu ja gaaside ning vedelike pideval voolamisel tekkiva dünaamilise rõhu vahel. Bernoulli tegi katsete varal kindlaks, et väiksema ristlõikega toruosas pidevalt voolava vedeliku kiirus suureneb ning staatiline rõhk toru seintele väheneb.

Sama toimub ka lennuki ja mudellennuki tiiva ümber. Tiiva pealmine kumerus kallutab õhuosakesed kõrvale ja pikendab nende liikumise teed. Pidevusseaduse põhjal aga peab ühes ajaühikus voolama tiiva pealt ja alt võrdne hulk õhku. Nagu Bernoulli katse puhulgi sunnitakse tiiva peal õhuosakesed liikuma kiiremini, mistõttu seal staatiline rõhk väheneb. Tiiva all õhuosakesed pidurduvad kohtumisnurga tõttu ning rõhk suureneb. Rõhumiste vahe tagajärjel tekkinud jõud (Y), mis tegelikult on üks osa tiivale mõjuvast aerodünaamilisest kogujõust R, on suunatud üles ja moodustabki tõstejõu. Keskmistel kohtumisnurkadel moodustab 2/3 tõstejõust tiiva peal tekkinud alarõhk ja 1/3 tiiva all esinev ülerõhk.


Aerodünaamilise kogujõu R rakenduspunkti (RP) nimetatakse tõstekeskmeks. Normaalmudellennukitel asub tõstekese tavaliselt tiiva esimesel kolmandikul.

i
tagasi
õhutakistus | tõstejõud | lennukiirus | lauglemissuhe