A MULTIMÉDIA ALKALMAZÁSA AZ AERODINAMIKA ÉS REPÜLÉSMECHANIKA TANTÁRGYAK OKTATÁSÁBAN

Átírás

1 A MULTIMÉDIA ALKALMAZÁSA AZ AERODINAMIKA ÉS REPÜLÉSMECHANIKA TANTÁRGYAK OKTATÁSÁBAN Békési László Zrínyi Miklós Nemzetvédelmi Egyetem Bolyai János Katonai Műszaki Főiskolai Kar Repülőgép sárkány-hajtómű tanszék

2 A SZÁRNYPROFIL GEOMETRIAI JELLEMZŐI c-profilvastagság középvonal 2 R belépő él h-húr f-íveltség kilépő él h-húrhossz: a profil két legtávolabbi pontját összekötő szakasz hossza c-profilvastagság: a beírható legnagyobb kör átmérője Egyéb jellemzők: f= f h c= c h -viszonyított íveltség -viszonyított profilvastagság Középvonal: a beírható körök középpontjait f-íveltség: a összekötő húr és a középvonal görbe közötti legnagyobb távolság R-orrész lekerekítési sugara

3 A SZÁRNYPROFIL KÖRÜLÁRAMLÁSA KÜLÖNBÖZŐ ÁLLÁSSZÖGEKEN 3 KATINTS AZ ÁLLÁSSZÖGEKRE NÖVEKVŐ SORRENDBEN! KICSI ÁLLÁSSZÖG KÖZEPES ÁLLÁSSZÖG KRITIKUSNÁL NAGYOBB ÁLLÁSSZÖG

4 A SZÁRNYPROFILRA HATÓ AERDINAMIKAI ERŐK 4 y F R F = r v A 2 y c y 2 húr F y F x x v -megfúvási sebesség a -állásszög F y -felhajtóerő a v NYOMÁSKÖZÉPPONT F x - ellenállási erő F R - eredő légerő F x r 2 2 = v A cx FR v A cr 2 = r 2

5 HÁROMMÉRETŰ SZÁRNY ELMÉLET 5 AZ ÁRAMLÁS EREDETI IRÁNYA NYOMÁS KIEGYENLÍTŐDÉS FELGÖNGYÖLŐDŐ ÖRVÉNYFELÜLET

6 INDUKÁLT ELLENÁLLÁS 6 F xind. F x ind. = r 2 v 2 A c x ind. F y Da F y val. c x ind. = 2 cy p l a eff. v V val. Da V ind.

7 A SZÁRNYMETSZET POLÁRISA 7 c y c y c y max Q α krit a opt c x α krit a c x α krit a

8 A REPÜLŐGÉPHEZ KÖTÖTT (HÚR) ÉS A SEBESSÉGI KOORDINÁTA RENDSZEREK KÖZÖTTI KAPCSOLAT [y 1, z 1 ] alaprajzi sík [y,z] homloksík y 1 y y a [x,y] áramlás síkja [x 1, y 1 ] szimmetria sík α -állásszög β -csúszási szög 8 z b S p a b x x 1 x v z z 1 [x 1, z 1 ] alaprajzi sík [x,z] csúszás síkja

9 A REPÜLŐGÉPHEZ KÖTÖTT (HÚR) ÉS A FÖLDHÖZ RÖGZÍTETT KOORDINÁTA RENDSZEREK KÖZÖTTI KAPCSOLAT y 1 [y 1, z 1 ] kereszt sík y,, g J y 0 [x 1, y 0 ] sík J - bólintási szög y - irányszög g - dőlésszög 9 S p J y X,, x 1 z 0 y x 0 Z,, z 1 [x 0, z 0 ] vízszintes sík

10 A SEBESSÉGI ÉS A FÖLDHÖZ RÖGZÍTETT KOORDINÁTA RENDSZEREK KÖZÖTTI KAPCSOLAT 10 [y, z] homlok sík y y,,, m Q y 0 [x, y 0 ] sík h-tényleges irányszög m -felhajtóerő dőlésszöge Q- pályahajlás szög S p η Q x X,,, z 0 η x 0 Z,,, z [x 0, z 0 ] vízszintes sík

11 F p A VÍZSZINTES REPÜLÉS ALAPÖSSZEFÜGGÉSEI F y S p Állandó magasság feltétele: Állandó sebesség feltétele: F x F F F p x r 2 = G = v 2 r = F = P v 2 y c y = c c x y G = e 2 G A Ac A szükséges tolóerő nem függ a magasságtól! 11 x A vízszintes repülés sebessége: v = 2 r G 1 A c y G

12 PENAUD - DIAGRAM A SZÜKSÉGES ÉS A RENDELKEZÉSRE ÁLLÓ VONÓERŐ VÁLTOZÁSA A VÍZSZINTES REPÜLÉSI SEBESSÉG FÜGVÉNYÉBEN 12 F P F R F SZ F sz -szükséges tolóerő DF R F R - rendelkezésre álló tolóerő F -tolóerő tartalék v min. v max v vízsz.

13 PENAUD -DIAGRAM A SZÜKSÉGES ÉS A RENDELKEZÉSRE ÁLLÓ TELJESÍTMÉNY VÁLTOZÁSA A VÍZSZINTES REPÜLÉSI SEBESSÉG FÜGVÉNYÉBEN P P P R 13 DP P SZ P sz -szükséges teljesítmény P R -rendelkezésre álló teljesítmény P -teljesítmény tartalék v min. v max v vízsz.

14 Fsz A VÍZSZINTES REPÜLÉSHEZ SZÜKSÉGES TOLÓERŐ Az origóból is húzzunk érintőt! Kattints ide! A B 14 A koordináta rendszer kezdőpontjából húzott érintő A görbéhez által meghatározott húzott B vízszintes pontban érintő a szükséges által tolóerő meghatározott és a sebesség A hányadosa pontban a szükséges minimális. Ehhez tolóerő a a ponthoz legkisebb. tartozó sebesség Ehhez a ponthoz az utazó tartozó sebesség. az A hozzá optimális tartozó sebesség. állásszöggel A repülve hozzátartozó lesz a állásszög hatótávolság pedig az optimális a legnagyobb. állásszög. v opt. v T (a opt ) (a T ) v vízsz.

15 P SZ A VÍZSZINTES REPÜLÉSHEZ SZÜKSÉGES TELJESÍTMÉNY Az origóból is húzzunk érintőt! Kattints ide! C D A koordináta rendszer kezdőpontjából húzott érintő A görbéhez által meghatározott húzott D vízszintes pontban érintő a szükséges által teljesítmény meghatározott és a C sebesség hányadosa pontban a minimális. szükséges Ehhez teljesítmény a ponthoz a legkisebb. tartozó sebesség Ehhez a az ponthoz optimális tartozó sebesség. a A hozzá gazdaságos tartozó sebesség. állásszöggel A repülve hozzátartozó lesz a repülési állásszög időtartam pedig az gazdaságos a legnagyobb. állásszög. 15 v g (a g ) v opt. (a opt ) v vízsz.

16 A VÍZSZINTES REPÜLÉSHEZ SZÜKSÉGES TOLÓERŐ VÁLTOZÁSA A REPÜLÉSI MAGASSÁGGAL 16 Fsz F sz v = = ε G 2 G ρ A c y H = 0 m H 1 H 2 H < H 1 < H 2 MAGYARÁZAT Fsz 0 =Fsz H v 0 v H v vízsz.

17 A VÍZSZINTES REPÜLÉSHEZ SZÜKSÉGES TOLÓERŐ VÁLTOZÁSA A REPÜLÉSI MAGASSÁGGAL 17 Fsz F sz v = = ε G 2 G ρ A c y H = 0 m H 1 H 2 H < H 1 < H 2 Fsz 0 =Fsz H A magasság növelésekor a levegő sűrűsége csökken, mivel a sűrűség csak a vízszintes repülési sebesség összefüggésében szerepel, a szükséges tolóerő képletben pedig nem, így a tolóerő görbék a magasság növelésekor jobbra tolódnak. v 0 v H v vízsz.

18 A VÍZSZINTES REPÜLÉSHEZ SZÜKSÉGES TELJESÍTMÉNY VÁLTOZÁSA A REPÜLÉSI MAGASSÁGGAL 18 P sz P sz v = = ε G v 2 G ρ A c y H = 0 m H 1 H 2 H < H 1 < H 2 MAGYARÁZAT P sz H P sz o v 0 v H v vízsz.

19 A VÍZSZINTES REPÜLÉSHEZ SZÜKSÉGES TELJESÍTMÉNY VÁLTOZÁSA A REPÜLÉSI MAGASSÁGGAL 19 P sz = ε G v P sz v = 2 G ρ A c y H = 0 m H 1 H 2 H < H 1 < H 2 P sz H P sz o A magasság növelésekor a levegő sűrűsége csökken, mivel a sűrűség a teljesítmény és a vízszintes repülési sebesség összefüggésében is szerepel, így a szükséges teljesítmény görbék a magasság növelésekor egyforma arányban a tolódnak el mindkét tengely irányába. v 0 v H v vízsz.

20 ELMÉLETI CSÚCSMAGASSÁG 20 ADOTT H MAGASSÁGON A RENDELKEZÉSRE ÁLLÓ ÉS A SZÜKSÉGES TELJESÍTMÉNY GÖRBÉK ALAKULÁSA: AZ ELMÉLETI CSÚCSMAGASSÁGON A RENDELKEZÉSRE ÁLLÓ ÉS A SZÜKSÉGES TELJESÍTMÉNYGÖRBÉK ALAKULÁSA: P P P R1 P SZ2 P SZ1 MAGYARÁZAT P R2 v opt. v vízsz.

21 ELMÉLETI CSÚCSMAGASSÁG 21 ADOTT H MAGASSÁGON A RENDELKEZÉSRE ÁLLÓ ÉS A SZÜKSÉGES TELJESÍTMÉNY GÖRBÉK ALAKULÁSA: AZ ELMÉLETI CSÚCSMAGASSÁGON A RENDELKEZÉSRE ÁLLÓ ÉS A SZÜKSÉGES TELJESÍTMÉNYGÖRBÉK ALAKULÁSA: P P P R2 P SZ1 P R1 P SZ2 A MAGASSÁG NÖVELÉSEKOR A RENDELKEZÉSRE ÁLLÓ TELJESÍTMÉNY CSÖKKEN. A SZÜKSÉGES TELJESÍTMÉNY GÖRBE PEDIG JOBBRA TOLÓDIK. AZ ELMÉLETI CSÚCSMAGASSÁGON A LEHETSÉGES SEBESSÉGTARTOMÁNY EGY PONTRA A v opt. PONTJÁRA ZSUGORODIK ÉS ITT BÁRMILYEN KÜLSŐ ZAVARÁS OKOZTA SEBESSÉGVÁLTOZÁS MERÜLÉSBE VISZI A GÉPET. v opt. v vízsz.

22 EMELKEDŐ REPÜLÉS 22 EGYENSÚLYI FELTÉTELEK : EMELKEDÉSI SEBESSÉG: F P -F x -G sinq=0 légcsavaros repülőgépre: F y -G cosq=0 Q F x F y G S p F p v w w = c c x 3 2 y 2 ρ Gázsugárhajtású gépre: ( F Fx w = G w sin Θ = = v G A P ) v FP G ε Szükséges teljesítmény: F p v = hp= F x v +Gv sinq= F x v +G w

23 A SIKLÓ REPÜLÉS 23 F R F y EGYENSÚLYI FELTÉTELEK: F x -G sinq=0 F x G S P w v Q F y -G cosq=0 w Süllyedési sebesség lapos siklásban: = v sin Θ v tg Θ = c c x 3 2 y 2 ρ G A c y c y max Q α krit v 1 Q 1 a g a opt w min v x Q min a opt v 1 c x v y Siklási poláris

24 SIKLÁSI POLÁRIS 24 Q 1 w min Q min v x v 1 a g a opt v 1 Ugyanazon pályahajlásszög (Q 1 ) mellet két különböző sebességgel (v 1 és v 1 )is végrehajtható a siklás! v y

25 ÁLLÓ HANGFORRÁS ÁLTAL KELTETT HANGHULLÁMOK TERJEDÉSE 25 3a a 2a

26 MOZGÓ HANGFORRÁS ÁLTAL KELTETT HANGHULLÁMOK TERJEDÉSE 26 v < a 3a a 2a v 2v 3v SŰRŰSÖDÉS

27 MOZGÓ HANGFORRÁS ÁLTAL KELTETT HANGHULLÁMOK TERJEDÉSE 27 v = a a v 2a 3a 2v 3v GYENGE NYOMÁSVÁLTOZÁSOK HATÁRHULLÁMA

28 HANGSEBESSÉG FELETTI SEBESSÉGGEL MOZGÓ HANGFORRÁS ÁLTAL KELTETT HANGHULLÁMOK TERJEDÉSE 28 a 2a 3a v 2v 3v v > a GYENGE NYOMÁSVÁLTOZÁSOK HATÁRHULLÁMA

29 p LAVAL FÚVÓKA MÜKÖDÉSE 29 p kr M 1 E L M M L E x Ha az ellennyomás a fúvóka végkeresztmetszetében: p o > p > p E p = p E p E > p > p L p = p L p L > p > p M p = p M

30 p p kr LAVAL FÚVÓKA MÜKÖDÉSE p o > p > p E E L 30 M M M 1 L E x

31 p p kr LAVAL FÚVÓKA MÜKÖDÉSE E L p = p E 31 M M M 1 L E x

32 p p kr LAVAL FÚVÓKA MÜKÖDÉSE p E > p > p L E L 32 M M M 1 L E x

33 p LAVAL FÚVÓKA MÜKÖDÉSE 33 p kr E L p = p L MERŐLEGES LÖKÉSHULLÁM A CSATORNA VÉGKERESZTMETSZETÉBEN! M M M 1 L E x

34 p LAVAL FÚVÓKA MÜKÖDÉSE 34 p kr E L p L > p > p M FERDE LÖKÉSHULLÁM A CSATORNA VÉGKERESZTMETSZETÉBEN! M M M 1 L E x

35 p LAVAL FÚVÓKA MÜKÖDÉSE 35 p kr E L p = p M SZÁMÍTOTT ÜZEMMÓD! M M M 1 L E x

36 TRANSZSZÓNIKUS REPÜLÉSI SEBESSÉGTARTOMÁNY 36 LÖKÉSHULLÁM M =1 M < 1 M > 1 M < 1 A lökéshullám helye és erőssége a Laval-fúvókánál tanult diagram segítségével határozható meg.

37 A FELHAJTÓERŐ TÉNYEZŐ ÉS AZ ELLENÁLLÁSI ERŐ TÉNYEZŐ VÁLTOZÁSA A MACH-SZÁM FÜGGVÉNYÉBEN 37 A CSÖKKENÉS OKA: A NÖVEKEDÉS OKA: c y c x c xh M kr M=1 M M kr M=1 M

38 NYOMÁSELOSZLÁS A SZÁRNYPROFILON 38 v = v krit.1 A szárny felső oldalán a lökéshullám megjelenése miatt az alsó és a felső oldalak közötti nyomáskülönbség csökken, így a felhajtóerő is csökken! V krit.1 VISSZA

39 NYOMÁSELOSZLÁS A SZÁRNYPROFILON 39 v = v krit.2 v < krit.1 v krit.2 A szárny alsó oldalán is megjelenik a lökéshullám, e miatt az alsó és a felső oldalak közötti nyomáskülönbség növekszik, így a felhajtóerő is nő! V krit.2

40 REPÜLŐSZERKEZETEK 40 MEREVSZÁRNYÚ (REPÜLŐGÉPEK) FORGÓSZÁRNYÚ (HELIKOPTEREK) CSAPKODÓ SZÁRNYÚ (ORNIKOPTEREK) AUTÓGIRÓ HELIKOPTER KOMBINÁLT HELIKOPTER KONVERTIPLAN

41 A FORGÓSZÁRNY LAPELEM ELMÉLETE 41 j dr r df y w dt df R dt- df y -elemi vonóerő felhajtó erő df x - elemi ellenállási erő dq-elemi kerületi erő df R - elemi eredő légerő T = r 2 ( w R )2 A S c T j a r w df x dq W =r w+ v v

42 A FORGÓSZÁRNY REAKCIÓ NYOMATÉKA 42 Q l w r Q M r M r =Q l r Q z Q l

43 A REAKCIÓNYOMATÉK KIEGYENLÍTÉSE 43 w Mr L fl T fl

44 A FORGÓSZÁRNY ÁLLÁSSZÖGE 44 V A V cos A A FORGÓSZÁRNY FORGÁSI SÍKJA V sin A A -a forgószárny állásszöge

45 FERDE ÁTÁRAMLÁSI ÜZEMMÓD y = R w - A forgásból származó megfúvási sebesség. V cos A - A haladó mozgásból származó megfúvási sebesség. w Rw V cosa y = 0 y =180 Rw A V cos A sebességnek nincs vetülete az R w irányára, tehát az eredő sebesség azonos az R w-val. y = 90

46 W 2 = R w -V cos A sin y 2 W 2 y=270 V cos A sin y 2 46 Rw V cosa w V cosa y = 0 y = 180 y 2 y 1 Rw V cosa W 1 V cos A sin ψ 1 y = 90 W 1 = R w + V cos A sin y 1

47 y=270 Rw W = R w -V V cos A 47 w V cosa y=0 y=180 Rw y=90 W = R w + V cos A

48 w AZ EREDŐ MEGFÚVÁSI SEBESSÉG VÁLTOZÁSA A LAPÁT KÖRÜLFORDULÁSA SORÁN 48 V cos A sin 90 A lapáton keletkező vonóerő ugyanilyen jelleggel változik a körülfordulás során így arra váltakozó hajlító igénybevétel hat. Ez utóbbi hatás elkerülésének egyik módja a lapát vízszintes csuklóval való bekötése. R w y

49 A FORDÍTOTT ÁRAMLÁSI ZÓNA MEGSZERKESZTÉSE V cos A 49 w R w R w W 2 = R ω V cos A W 1 = R ω + V cos A FORDÍTOTT ÁRAMLÁSI ZÓNA

50 TÉRCSUKLÓS LAPÁTBEKÖTÉS 50 FÜGGŐLEGES CSUKLÓ LAPÁTELFORDULÁS AGY TENGELY CSUKLÓ TENGELY VÍZSZINTES CSUKLÓ

51 51 FÜGGŐLEGES CSUKLÓ FÜGGŐLEGES CSUKLÓ KÖRÜLI LENGÉS AGY TENGELY CSUKLÓ TENGELY VÍZSZINTES CSUKLÓ

52 52

53 53 A FÜGGŐLEGES CSUKLÓ KÖRÜLI NYOMATÉKI EGYENSÚLY F c -Coriolis erő Q l -a lapát kerületi ereje N - centrifugális erő F c Q l M Ql M N Vízszintes csukló Függőleges csukló Sp N w M Fc c ξ -F c b L fcs EGYENSÚLYI HELYZET: a M Fcs = 0 = M N -M Q ± M Fc

54 GYŰRŰS VEZÉRLŐ AUTOMATA 54 FORGÓSZÁRNY LAPÁT FORGÓSZÁRNY AGY FORGÓSZÁRNY TENGELY MENESZTŐ KAR KARDÁN FELFÜGGESZTÉS TOLÓ RÚD ÁLLÓ GYŰRŰ BELSŐ GYŰRŰ FORGÓ GYŰRŰ

55 A HELIKOPTER VEZÉRLŐ RENDSZERE 55 BOTKORMÁNY FORGÓ GYŰRŰ EGYESÍTETT VEZÉRLŐ KAR ÁLLÓ GYŰRŰ

56 A HELIKOPTER VEZÉRLŐ RENDSZERE 56 BOTKORMÁNY FORGÓ GYŰRŰ REPÜLÉSI IRÁNY ÁLLÓ GYŰRŰ

57 A HELIKOPTER VEZÉRLŐ RENDSZERE 57 BOTKORMÁNY FORGÓ GYŰRŰ EGYESÍTETT VEZÉRLŐ KAR ÁLLÓ GYŰRŰ

58 A HELIKOPTER VEZÉRLŐ RENDSZERE 58 BOTKORMÁNY FORGÓ GYŰRŰ REPÜLÉSI IRÁNY ÁLLÓ GYŰRŰ

59 A HELIKOPTER VEZÉRLŐ RENDSZERE 59 BOTKORMÁNY FORGÓ GYŰRŰ EGYESÍTETT VEZÉRLŐ KAR ÁLLÓ GYŰRŰ

60 A HELIKOPTER VEZÉRLŐ RENDSZERE 60 BOTKORMÁNY FORGÓ GYŰRŰ REPÜLÉSI IRÁNY ÁLLÓ GYŰRŰ A HELIKOPTEREN VALÓ ELHELYEZKEDÉSE

61 A FORGÓSZÁRNY ÉS A VEZÉRLŐ AUTOMATA A HELIKOPTEREN 61

62 A HELIKOPTER FELSZÁLLÁSI MÓDJAI 62 c 3-5m a: helikopterszerű felszállás a légpárnán való gyorsítással b: helikopterszerű felszállás ferde pályán történő emelkedéssel c: helikopterszerű felszállás a légpárna hatás zónáján kívüli gyorsítással d: repülőgépszerű felszállás H t.ak. b H t.ak. + 25m 2-3m a d H t.ak. + 25m 25m Felszállás, függőleges emelkedés, függés Gyorsítás L felsz. c Lfelsz. b Emelkedés L felsz. a PDF created with pdffactory trial version

63 A LÉGPÁRNA HATÁS 63 F R1 F R2 F y1 F y2 T 2 T 2 > T 1 T 1 α 1 W 1 α 2 W 2 v 1 Q 2 r w v 2 Q 1 F x2 F x1 A TALAJ FÉKEZŐ HATÁSA MIATT AZ INDUKÁLT SEBESSÉG LECSÖKKEN!

64 a2-3m A HELIKOPTER LESZÁLLÁSI MÓDJAI 64 Θ r felv. b Dh felv m H t.ak. a: leszállás a légpárnán való függéssel 1m 3-5m 5-7m 5-7m b: leszállás a légpárna hatás zónáján kívüli függéssel h = (1,5 2)D fsz. h t.ak. L lesz.

65 FÜGGŐLEGES PÁLYÁN TÖRTÉNŐ SÜLLYEDÉS A FORGÓSZÁRNY ÖNFORGÁSI ÜZEMMÓDJÁVAL 65 F R T F y T F R F y F x Q w r w v ϕ w F x r w v Q ϕ v ind. v ind. A lapát végén lassuló önforgás! Lapáttőben gyorsuló önforgás!

66 FERDE PÁLYÁN TÖRTÉNŐ SIKLÁS A FORGÓSZÁRNY ÖNFORGÁSI ÜZEMMÓDJÁVAL y = 90 y = 270 F y T y F F R T R y 66 F y ϕ r w Q F x F x r w Q ϕ v w v ind. v csapkodás w v ind. v v csapkodás y = 90 -nál lassuló önforgás! y = 270 -nál gyorsuló önforgás!

67 A HELIKOPTERRE HATÓ ERŐK FERDE PÁLYÁN TÖRTÉNŐ AUTOROTÁCIÓS LESZÁLLÁSKOR y T 67 T y A horizont vonala J M r f.sz. T x S p F x F yst. M r fl. T fl. x 1 v a t G sin Q x Q G cos Q Q G

68 ÖRVÉNYGYŰRŰ ÜZEMMÓD 68

69 z T fsz. A HELIKOPTERRE HATÓ TÚLTERHELÉSEK FELVÉTELKOR y T y T z. n y ρ n = ρ F G R F y st. Repülési pálya 69 x v T x. n x nz S p F x Z k T fl. n n x = y = T x T y G - F G x G n z = T z - T G fl. - Z k