Cikk információ
Kategória:	repüléselmélet
Tartalomforrás:
Tartalomforrás:	SKYbrary

leírás

A légellenállás a felhajtóerő elkerülhetetlen következménye, amelyet egy légellenállás (e.pl. szárny vagy faroklemez) áthaladása a levegőben. A szárny tetején átáramló levegő hajlamos befelé áramlani, mert a felső felület fölött csökkenő nyomás kisebb, mint a szárnycsúcson kívüli nyomás. A szárny alatt a levegő kifelé áramlik, mert a szárny alatti nyomás nagyobb, mint a szárnycsúcson kívüli nyomás. Ennek közvetlen következménye, ami a szárnycsúcsokat illeti, hogy a szárnycsúcs körül a levegő folyamatosan felfelé áramlik, amit “csúcshatásnak” vagy “véghatásnak” nevezünk. Az egyik módja annak, hogy megértsük, miért jobb egy szárny nagy oldalaránya, mint egy alacsony, az, hogy nagy oldalarány esetén az így mozgó levegő aránya csökken, és ezért nagyobb része hoz létre felhajtóerőt.

A szárny esetében általánosabban a szárny fölülről és alulról érkező légáramlatok szögben áramlanak egymáshoz képest, amikor a szárny hátulsó éle mentén találkoznak. Ezek együtt örvényeket alkotnak, amelyek hátulról nézve a bal szárny felől az óramutató járásával megegyezően, a jobb szárny felől pedig az óramutató járásával ellentétesen forognak. A tendencia az, hogy ezek az örvények kifelé mozognak a szárnycsúcs felé, miközben egyesülnek. Mire a szárnycsúcsot elérjük, egy nagy szárnycsúcs-örvény alakult ki, és eloszlik.

A legtöbb ilyen örvény természetesen teljesen láthatatlan, de nagyon párás levegőben az örvény központi magja láthatóvá válhat, mert a középpontjában a légnyomás eléggé lecsökkent – és ezért lehűlt – ahhoz, hogy kondenzáció lépjen fel. A nagyobb szárnyterhelés a fordulóban szintén növeli az erősséget – és a csökkent nyomás mértékét -, így a látható örvénymagok még valószínűbbek a fordulóban. Ha közel kerülünk ezekhez az örvényekhez, akkor néha hallhatóak is lehetnek!

A szárny tetejéről leáramló levegő nagy része – a “leáramlás” – többé-kevésbé vízszintesen halad tovább a szárnyvég felé, mert ezt ellensúlyozza a szárny belépő éle előtti megfelelő feláramlás. Ezzel szemben a felfelé irányuló légmozgás, amely az örvények “megszilárdulásához” vezet a szárny csúcsánál, közvetlenül a csúcson kívül van, míg a megfelelő lefelé irányuló légmozgás a szárny szélső részén van, így a szárnyon áthaladó légáramlás nettó iránya lefelé mutat. A szárny által keltett felhajtóerő – amely definíció szerint derékszögben áll a légáramlással – ezért kissé hátrafelé dől, és így “hozzájárul” a légellenálláshoz – az indukált légellenálláshoz.

Noha a szárnyak véges vastagsága miatt mindig kell lennie legalább némi indukált légellenállásnak, a tervezés, ahol csak lehet, megpróbálja csökkenteni ezt az áramlást. A kívánt szárnyfelületet különböző szárnyfesztávolság/szárnyhossz arányokkal (oldalarányok) lehet elérni. Minél nagyobb a szárny oldalaránya, annál kisebb légzavar keletkezik a szárny csúcsán. A legtöbb repülőgép esetében azonban a földi manőverezéshez szükséges maximális szárnyfesztávolságnak gyakorlati korlátai vannak, és a szerkezeti problémák miatt a hosszú, vékony szárny megfelelő megerősítéséhez szükséges súlycsökkentés végül túlságosan nagy lesz. Az a tény, hogy a repülőgépek a legtöbb üzemanyagot a szárnyakban szállítják, szintén tényező a szárnyak tervezésénél. A tipikus szállító repülőgépek oldalaránya 6:1 és 10:1 között mozog.

A szárnytervezésben az indukált légellenállás és a csúcsörvények erősségének csökkentésének egyéb módjai szintén a szárnycsúcson felfelé irányuló légmozgás mennyiségének csökkentésén alapulnak azzal a céllal, hogy a felhajtóerő viszonylag nagyobb részét a csúcsoktól távolabb hozzák létre. Ezt segíti a szárny csúcs felé való kúposodása, valamint a szárnycsavarás. A Boeing 767-es egy példa a csavart szárnyra. A belső szárny nagyobb támadási szög (AOA) mellett van beállítva, mint a külső szárny, és így arányosan több felhajtóerőt generál, míg a csúcs nagyon kis támadási szög mellett nagyon kevés felhajtóerőt generál. A szárnyvégek (sharkletek) is népszerűvé váltak, mind a szokásos felfelé fordított változatok, mind a régebbi Airbus A320-as sorozat kétirányú “szárnyvégkerítéses” változatai. A jól megtervezett wingletekkel a légáramlás mintegy 20%-át lehet megakadályozni a csúcsnál – és így az indukált légellenállás 20%-át.

Az indukált légellenállás és a szárnycsúcs örvényei a szárny által létrehozott felhajtóerő közvetlen következményei. Mivel a felhajtóerő együttható nagy, ha a felhajtóerő szöge nagy, az indukált légellenállás fordítottan arányos a sebesség négyzetével, míg minden más légellenállás egyenesen arányos a sebesség négyzetével. Ennek az a hatása, hogy az indukált légellenállás viszonylag jelentéktelen nagy sebességnél az utazórepülésben és a süllyedésben, ahol valószínűleg a teljes légellenállás kevesebb mint 10%-át teszi ki. Emelkedéskor sokkal fontosabb, és az összellenállás legalább 20%-át teszi ki. Lassú sebességnél, közvetlenül a felszállás után és a kezdeti emelkedésnél a legnagyobb a jelentősége, és az összellenállás akár 70%-át is kiteheti. Végül, amikor a szárnycsúcs-örvények potenciális erejét vizsgáljuk, az indukált légellenállással kapcsolatos elméletet a repülőgép súlyának hatásával kell mérsékelni. Az indukált légellenállás mindig növekszik a repülőgép tömegével.

SKYclip

A következő SKYclip az útvonalon belüli örvénylökésekkel való találkozás kérdésével foglalkozik.

• Szárnyvégi örvények terjedése és bomlása
• Szárnyvég-ellenállás csökkentő eszközök