Kuormituskertoimet

Kuormituskertoimet: lentokoneen käyttörajat.

Lentokone-sivun alasivujen edellisissä osioissa on tarkasteltu vain lyhyesti joitakin lentämisen periaatteiden käytännön näkökohtia. Lentäjäksi pääsemiseksi ei tarvita yksityiskohtaista teknistä kurssia aerodynamiikan tieteestä. Koska pätevällä lentäjällä on kuitenkin vastuu matkustajien turvallisuudesta, hänellä on oltava perusteltu käsitys lentokoneeseen vaikuttavista voimista ja näiden voimien edullisesta käytöstä sekä tietyn lentokoneen toimintarajoituksista. Kaikki lentokoneeseen kohdistuvat voimat, jotka poikkeuttavat sen lentoa suorasta linjasta, aiheuttavat sen rakenteeseen rasitusta; tämän voiman suuruutta kutsutaan ”kuormituskertoimeksi.”

Kuormituskerroin on lentokoneeseen vaikuttavan kokonaisilmakuorman suhde lentokoneen kokonaispainoon. Esimerkiksi kuormituskerroin 3 tarkoittaa, että lentokoneen rakenteeseen kohdistuva kokonaiskuormitus on kolme kertaa sen bruttopaino. Kuormituskertoimet ilmaistaan yleensä ”G:nä” – eli kuormituskertoimesta 3 voidaan puhua 3 G:nä tai kuormituskertoimesta 4 4 G:nä.

On mielenkiintoista huomata, että kun lentokoneeseen kohdistuu 3 G:n voima sukelluksesta ylösnousussa, henkilöä painetaan istuimessa alaspäin voimalla, joka on yhtä suuri kuin kolme kertaa henkilön paino. Näin ollen käsitys millä tahansa manööverillä saavutettavan kuormituskertoimen suuruudesta voidaan määrittää tarkastelemalla sitä, missä määrin henkilö painetaan alas istuimeen. Koska nykyaikaisten lentokoneiden käyttönopeus on kasvanut merkittävästi, tämä vaikutus on tullut niin voimakkaaksi, että se on ensisijainen näkökohta kaikkien lentokoneiden rakenteen suunnittelussa.

Koska lentokoneiden rakennesuunnittelu on suunniteltu kestämään vain tietty määrä ylikuormitusta, kuormituskertoimien tuntemus on tullut välttämättömäksi kaikille lentäjille. Kuormituskertoimet ovat lentäjälle tärkeitä kahdesta eri syystä:

1. Sen ilmeisen vaarallisen ylikuormituksen vuoksi, jota lentäjä voi aiheuttaa lentokoneen rakenteille; ja

2. Koska lisääntynyt kuormituskerroin kasvattaa sakkausnopeutta ja tekee sakkaukset mahdollisiksi näennäisen turvallisilla lentonopeuksilla.

Kuormituskertoimet lentokoneen suunnittelussa

Vastaus kysymykseen ”kuinka luja lentokoneen tulisi olla” määräytyy suurelta osin sen käytön perusteella, jolle lentokone altistuu. Tämä on vaikea ongelma, koska suurimmat mahdolliset kuormitukset ovat aivan liian suuria, jotta niitä voitaisiin käyttää tehokkaassa suunnittelussa. On totta, että kuka tahansa lentäjä voi tehdä erittäin kovan laskun tai erittäin jyrkän nousun syöksystä, mikä johtaisi epänormaaleihin kuormituksiin. Tällaiset erittäin epänormaalit kuormitukset on kuitenkin jätettävä jonkin verran huomiotta, jos halutaan rakentaa lentokoneita, jotka nousevat nopeasti ilmaan, laskeutuvat hitaasti ja kuljettavat varteenotettavan hyötykuorman.

Kuormituskertoimien ongelma lentokoneiden suunnittelussa supistuu tällöin suurimpien kuormituskertoimien määrittämiseen, joita voidaan odottaa normaalissa käytössä erilaisissa toimintatilanteissa. Näitä kuormituskertoimia kutsutaan ”rajakuormituskertoimiksi”. Turvallisuussyistä vaaditaan, että lentokone on suunniteltava kestämään nämä kuormituskertoimet ilman rakenteellisia vaurioita. Vaikka Code of Federal Regulations edellyttää, että lentokoneen rakenteen on kestettävä puolitoistakertaiset rajakuormituskertoimet rikkoutumatta, hyväksytään, että lentokoneen osat voivat taipua tai vääntyä näissä kuormituksissa ja että jonkin verran rakenteellisia vaurioita voi syntyä.

Tämä1.5 arvoa kutsutaan ”varmuuskerroinarvoksi”, ja sillä varaudutaan jossain määrin kuormituksiin, jotka ovat suurempia kuin normaalissa ja kohtuullisessa käytössä odotettavissa olevat kuormitukset.

Tätä lujuusreserviä ei kuitenkaan pidä lentäjien tahallisesti käyttää väärin, vaan se on pikemminkin heidän suojakseen, kun he kohtaavat odottamattomia olosuhteita.

Edellä mainitut näkökohdat pätevät kaikkiin kuormitusolosuhteisiin, johtuivatpa ne sitten puuskatuulista, manöövereistä tai laskeutumisesta. Nyt voimassa olevat puuskakuormituskerroinvaatimukset ovat olennaisesti samat kuin ne, jotka ovat olleet voimassa jo vuosia. Sadattuhannet käyttötunnit ovat osoittaneet, että ne ovat riittäviä turvallisuuden kannalta. Koska lentäjä ei voi juurikaan vaikuttaa puuskakuormituskertoimiin (lukuun ottamatta lentokoneen nopeuden vähentämistä kovan ilman kohdatessa), puuskakuormitusvaatimukset ovat olennaisilta osiltaan samat useimmille yleisilmailutyyppisille lentokoneille niiden käyttötarkoituksesta riippumatta. Yleensä puuskakuormituskertoimet ohjaavat sellaisten lentokoneiden suunnittelua, jotka on tarkoitettu puhtaasti muuhun kuin akrobaattiseen käyttöön.

Kokonaan erilainen tilanne vallitsee lentokoneiden suunnittelussa, jossa käytetään manööverikuormituskertoimia. Tätä asiaa on tarpeen käsitellä erikseen suhteessa: (1) Lentokoneet, jotka on suunniteltu luokkajärjestelmän mukaisesti (ts. normaali-, hyöty- ja akrobaattilentokoneet), ja (2) vanhemman suunnittelun lentokoneet, jotka on rakennettu sellaisten vaatimusten mukaisesti, joissa ei ole määrätty käyttöluokkia.

Luokkajärjestelmän mukaisesti suunnitellut lentokoneet voidaan helposti tunnistaa ohjaamossa olevasta kyltistä, jossa ilmoitetaan käyttöluokka (tai -luokat), johon (tai joihin) lentokone on hyväksytty. Eri luokkiin kuuluville lentokoneille määritellyt suurimmat turvalliset kuormituskertoimet (rajakuormituskertoimet) ovat seuraavat:

KATEGORIA RAJAKUORMITUS

Normaali* 3,8 -1.52

Utility (lievä akrobatia, mukaan lukien pyörähdykset) 4,4 -1,76

Acrobatic 6,0 -3,0

* Lentokoneille, joiden bruttopaino on yli 4000 puntaa, rajakuormituskerrointa alennetaan. Edellä mainittuihin rajakuormituksiin lisätään 50 prosentin varmuuskerroin.

Kuormituskerroin vaihtelee ylöspäin manööverien vakavuuden kasvaessa. Luokkajärjestelmä mahdollistaa lentokoneen maksimaalisen käyttökelpoisuuden saavuttamisen. Jos tarkoituksena on käyttää lentokonetta ainoastaan normaalikäytössä, vaadittu kuormituskerroin (ja siten myös lentokoneen paino) on pienempi kuin silloin, jos lentokonetta on tarkoitus käyttää harjoitus- tai akrobaattisiin manöövereihin, koska ne johtavat suurempiin manööverikuormituksiin.

Lentokoneet, joissa ei ole luokkakilpeä, ovat malleja, jotka on rakennettu aikaisempien insinööritaitovaatimusten mukaisesti, joissa lentäjille ei ole annettu erityisiä käyttörajoituksia. Tämäntyyppisten lentokoneiden (noin 4 000 paunan painoon asti) vaadittu lujuus on verrattavissa nykyisiin hyötylentoluokan lentokoneisiin, ja samantyyppinen käyttö on sallittua. Tämäntyyppisten yli 4 000 paunan lentokoneiden kuormituskertoimet pienenevät painon myötä niin, että näitä lentokoneita on pidettävä vertailukelpoisina normaaliluokan lentokoneisiin, jotka on suunniteltu luokkajärjestelmän mukaisesti, ja niitä on käytettävä sen mukaisesti.

Kuormituskertoimet jyrkissä käännöksissä

Millä tahansa lentokoneella suoritettavassa vakiokorkeudella suoritettavassa, yhteensovitetussa käännöksessä kuormituskerroin on seurausta kahdesta voimasta: keskipakovoimasta ja painovoimasta.

Kuva 1: Kaksi voimaa aiheuttaa kuormituskertoimen käännöksen aikana.

Millä tahansa kallistuskulmalla kääntymisnopeus vaihtelee ilmanopeuden mukaan; mitä suurempi nopeus, sitä hitaampi kääntymisnopeus. Tämä kompensoi lisätyn keskipakovoiman, jolloin kuormituskerroin pysyy samana.

Kuvio 2 paljastaa tärkeän tosiasian käännöksiin liittyen – että kuormituskerroin kasvaa hirvittävää vauhtia sen jälkeen, kun kallistus on saavuttanut 45° tai 50°. Minkä tahansa lentokoneen kuormituskerroin 60°:n kallistuksessa on 2 G:tä. Kuormituskerroin 80°:n kallistuksessa on 5,76 G:tä. Siiven on tuotettava näitä kuormituskertoimia vastaava nostovoima, jos korkeus halutaan säilyttää.

Kuva 2: Kallistuskulma muuttaa kuormituskerrointa.

On huomattava, kuinka nopeasti kuormituskerrointa kuvaava viiva nousee lähestyttäessä 90°:n kallistuskulman viivaa, jonka se saavuttaa vasta äärettömässä. Matemaattisesti 90° kallistettu, vakiokorkeuden mukainen käännös ei ole mahdollinen. Totta on, että lentokone voidaan kallistaa 90°:een, mutta ei koordinoidussa käännöksessä; lentokone, joka voidaan pitää 90°:een kallistetussa liukukäännöksessä, kykenee suoraan veitsenterävään lentoon. Hieman yli 80°:ssa kuormituskerroin ylittää 6 G:n rajan, joka on akrobaattilentokoneen rajakuormituskerroin.

Koordinoidussa, vakiokorkeudella suoritettavassa käännöksessä keskimääräisen yleisilmailun lentokoneen likimääräinen maksimikallistus on 60°. Tämä kallistus ja siitä johtuva tarvittava tehoasetus saavuttaa tämäntyyppisen lentokoneen rajan. Kymmenen asteen lisäkallistus lisää kuormituskerrointa noin 1 G:llä, mikä tuo sen lähelle näille lentokoneille määriteltyä myötörajaa.

Kuormituskertoimet ja sakkausnopeudet

Kaikkien rakenteidensa asettamissa rajoissa mikä tahansa lentokone voi sakkautua millä tahansa lentonopeudella. Kun riittävän suuri kohtauskulma asetetaan, tasainen ilmavirtaus siipiprofiilin yli katkeaa ja erkanee, jolloin lento-ominaisuudet muuttuvat äkillisesti ja nostovoima heikkenee äkillisesti, mikä johtaa sakkaukseen.

Tämän vaikutuksen tutkiminen on osoittanut, että lentokoneen sakkausnopeus kasvaa suhteessa kuormituskertoimen neliöjuureen. Tämä tarkoittaa, että lentokone, jonka normaali kiihdyttämätön sakkausnopeus on 50 solmua, voi sakkautua 100 solmun nopeudella aiheuttamalla 4 G:n kuormituskertoimen. Jos tämä lentokone kestäisi kuormituskertoimen 9, se voitaisiin sakkauttaa 150 solmun nopeudella. Siksi pätevän lentäjän tulisi olla tietoinen seuraavista seikoista:

– Vaarasta, että lentokone sakkaa tahattomasti lisäämällä kuormituskerrointa, kuten jyrkässä kaarteessa tai spiraalissa; ja

– siitä, että kun lentokone sakkaa tarkoituksellisesti yli suunnitellun nopeuden, kuormituskerroin nousee valtavaksi.

Viittaus kuvien 2 ja 3 kaavioihin osoittaa, että lentokoneen kallistaminen jyrkässä kaarteessa hieman yli 72°:iin tuottaa 3:n kuormituskertoimen, ja sakkausnopeus kasvaa huomattavasti. Jos tämä käännös tehdään lentokoneella, jonka normaali kiihdyttämätön sakkausnopeus on 45 solmua, ilmanopeus on pidettävä yli 75 solmun, jotta sakkaus ei pääse tapahtumaan. Samanlainen vaikutus ilmenee nopeassa ylösvedossa tai missä tahansa manöövereissä, joiden kuormituskerroin on yli 1 G. Tämä on ollut syynä onnettomuuksiin, jotka johtuvat äkillisestä, odottamattomasta hallinnan menetyksestä, erityisesti jyrkässä käännöksessä tai takakorkeusohjaimen äkillisestä käytöstä lähellä maata.

Kuva 3: Kuormituskerroin muuttaa sakkausnopeutta.

Koska kuormituskerroin neliöityy sakkausnopeuden kaksinkertaistuessa, voidaan ymmärtää, että rakenteisiin voi kohdistua valtavia kuormituksia sakkaamalla lentokone suhteellisen suurilla ilmanopeuksilla.

Maksiminopeus, jolla lentokone voidaan sakkauttaa turvallisesti, määritetään nykyään kaikille uusille malleille.

Tätä nopeutta kutsutaan ”suunnittelunopeudeksi” (VA), ja se on merkittävä FAA:n hyväksymään lentokoneen lentokäsikirjaan tai lentäjän toimintakäsikirjaan (AFM/POH) kaikkien äskettäin suunniteltujen lentokoneiden osalta. Vanhemmissa yleisilmailun lentokoneissa tämä nopeus on noin 1,7 kertaa normaali sakkausnopeus. Näin ollen vanhempaa lentokonetta, joka normaalisti sakkaa 60 solmun nopeudella, ei saa koskaan sakkaa yli 102 solmun nopeudella (60 solmua x 1,7 = 102 solmua). Lentokoneeseen, jonka normaali sakkausnopeus on 60 solmua, kohdistuu 102 solmun sakkausnopeudessa kuormituskerroin, joka on yhtä suuri kuin nopeuden kasvun neliö eli 2,89 G:tä (1,7 x 1,7 = 2,89 G:tä). (Edellä esitetyt luvut ovat likiarvoja, joita on pidettävä suuntaa-antavina, eivätkä ne ole täsmällisiä vastauksia mihinkään ongelmakokonaisuuteen. Suunniteltu ohitusnopeus on määritettävä tietyn lentokoneen käyttörajoitusten perusteella, kun valmistaja antaa ne.)

Koska ohjausjärjestelmän vipuvaikutus vaihtelee eri lentokoneissa ja joissakin tyypeissä käytetään ”tasapainotettuja” ohjauspintoja, kun taas toisissa ei, lentäjän ohjaimiin kohdistamaa painetta ei voida hyväksyä eri lentokoneissa syntyvien kuormituskertoimien indeksiksi. Useimmissa tapauksissa kokenut lentäjä voi arvioida kuormituskertoimet istuinpaineen perusteella. Niitä voidaan mitata myös kiihtyvyysanturiksi kutsutulla mittarilla, mutta koska tämä mittari ei ole yleinen yleisilmailun koulutuslentokoneissa, on tärkeää kehittää kykyä arvioida kuormituskertoimia niiden kehoon kohdistuvan vaikutuksen tuntemuksen perusteella. Edellä esitettyjen periaatteiden tunteminen on välttämätöntä, jotta tämä kyky arvioida kuormituskertoimia kehittyy.

Vaihtelevien kallistusasteiden aiheuttamien kuormituskertoimien perusteellinen tuntemus ja suunnittelunopeuden (VA) merkitys auttavat ehkäisemään kahta vakavinta onnettomuustyyppiä:

1. Jyrkistä käännöksistä tai liiallisesta manööveroinnista lähellä maata johtuvat sakkaukset; ja

2. Hallinnan menettämisestä johtuvat rakenteelliset viat akrobatian tai muiden rajujen manööverien aikana.

Kuormituskertoimet ja lentomanööverit

Kriittisiä kuormituskertoimia sovelletaan kaikkiin lentomanöövereihin lukuun ottamatta kiihdyttämätöntä suoraa lentoa, jossa kuormituskerroin 1 G on aina olemassa. Tiettyjen tässä luvussa tarkasteltujen manööverien tiedetään sisältävän suhteellisen suuria kuormituskertoimia.

KÄÄNNÖKSET-Korostuneet kuormituskertoimet ovat ominaista kaikille kallistetuille käännöksille. Kuten jyrkkien käännösten kuormituskertoimia käsittelevässä kappaleessa ja erityisesti kuvissa 2 ja 3 todettiin, kuormituskertoimet tulevat merkittäviksi sekä lentosuoritusarvojen että siipirakenteeseen kohdistuvan kuormituksen kannalta, kun kallistus kasvaa yli noin 45°.

Keskimääräisen kevytlentokoneen sakkauskerroin saavutetaan noin 70°-75°:n kallistuksessa, ja sakkausnopeus kasvaa noin puoleen noin 63°:n kallistuksessa.

SAKOILUT Normaali sakkaus, joka syntyy suorasta tasalennosta tai kiihdyttämättömästä suorasta noususta, ei aiheuta lisäkuormituskertoimia, jotka ylittäisivät suoran lennon kuormituskertoimet, jotka ovat suuremmat kuin suoran lennon kuormituskertoimet, jotka ovat noin 1 G. Kun sakkaus tapahtuu, tämä kuormituskerroin voi kuitenkin pienentyä kohti nollaa, jolloin millään ei tunnu olevan painoa, ja lentäjällä on tunne, että hän ”leijuu vapaasti avaruudessa”. Jos toipuminen tapahtuu napsauttamalla korkeudensäädintä eteenpäin, voi syntyä negatiivisia kuormituskertoimia, jotka kuormittavat siipiä alaspäin ja nostavat lentäjän istuimelta.

Saaliin toipumisen jälkeisen ylösvedon aikana syntyy joskus merkittäviä kuormituskertoimia. Tahattomasti ne voivat kasvaa entisestään liiallisen sukelluksen (ja siten suuren lentonopeuden) ja äkillisen tasalentoon nousun aikana. Yksi johtaa yleensä toiseen, jolloin kuormituskerroin kasvaa. Äkilliset ylösvedot suurilla sukellusnopeuksilla voivat aiheuttaa kriittisiä kuormituksia lentokoneen rakenteille ja aiheuttaa toistuvia tai toissijaisia sakkauksia kasvattamalla kohtauskulmaa sakkauskulmaan.

Yleistäen voidaan todeta, että sakkauksesta toipuminen sukeltamalla vain matkalentonopeuteen tai suunniteltuun lentonopeuteen ja asteittainen ylösveto heti, kun lentonopeus on turvallisesti ylempänä kuin sakkausnopeus, voidaan toteuttaa kuormituskertoimella, joka ei ole suurempi kuin 2 tai 2,5 G. Suurempaa kuormituskerrointa ei pitäisi koskaan tarvita, ellei toipumista ole suoritettu lentokoneen nokan ollessa lähellä pystysuoraa asentoa tai sen yläpuolella tai erittäin matalalla korkeudella, jotta vältyttäisiin sukeltamiselta maahan.

KIERTOKIERROKSET – Koska vakautettu pyörähdys ei olennaisesti eroa sakkauksesta missään muussa elementissä kuin rotaatiossa, sovelletaan samoja kuormituskerrointa koskevia näkökohtia kuin sakkauksen palautumiseen. Koska pyörähdyksen palautuminen tapahtuu yleensä nokka paljon alempana kuin sakkauksen palautumisessa, on odotettavissa suurempia ilmanopeuksia ja näin ollen suurempia kuormituskertoimia. Kuormituskerroin kunnollisessa pyörähdyksestä palautumisessa on yleensä noin 2,5 G:tä.

Kierroksen aikainen kuormituskerroin vaihtelee kunkin lentokoneen pyörähdysominaisuuksien mukaan, mutta sen on yleensä todettu olevan hieman yli 1 G:n tasalennon aikana. Tähän on kaksi syytä:

1. Lentonopeus pyörähdyksessä on hyvin alhainen, yleensä enintään 2 solmua kiihdyttämättömästä sakkausnopeudesta, ja

2. Lentokone kääntyy pyörähdyksen aikana pikemminkin kuin kääntyy.

KORKEAN NOPEUDEN SAKAUTUMISET Keskivertokevytlentokonetta ei ole rakennettu kestämään toistuvia kuormituskertoimia, jotka ovat tyypillisiä korkean nopeuden sakkauksissa. Näihin manöövereihin tarvittava kuormituskerroin aiheuttaa siipi- ja pyrstörakenteeseen rasitusta, joka ei jätä kohtuullista turvamarginaalia useimpiin kevytlentokoneisiin.

Ainoa tapa, jolla tämä sakkaus voidaan aiheuttaa normaalia sakkausnopeutta suuremmalla lentonopeudella, on ylimääräisen kuormituskertoimen lisääminen, joka voidaan toteuttaa voimakkaalla vedolla korkeudensäätimeen. Nopeus, joka on 1,7 kertaa sakkausnopeus (noin 102 solmua kevyessä lentokoneessa, jonka sakkausnopeus on 60 solmua), tuottaa 3 G:n kuormituskertoimen. Lisäksi kevyillä lentokoneilla voidaan sallia vain hyvin pieni virhemarginaali akrobatiaa varten. Havainnollistamaan, kuinka nopeasti kuormituskerroin kasvaa lentonopeuden kasvaessa, nopea sakkaus 112 solmun nopeudella samalla lentokoneella tuottaisi 4 G:n kuormituskertoimen.

CHANDELLES JA LAZY EIGHTS – Olisi vaikeaa antaa varmaa lausuntoa kuormituskertoimista näissä manöövereissä, koska molemmissa on kyse pehmeistä, matalista sukelluksista ja ylösvedoista. Aiheutuvat kuormituskertoimet riippuvat suoraan sukellusten nopeudesta ja ylösvetojen jyrkkyydestä.

Yleisesti ottaen mitä paremmin manööveri suoritetaan, sitä pienempi on aiheutuva kuormituskerroin. Chandelle tai laiska kasi, jossa ylösveto aiheuttaa yli 2 G:n kuormituskertoimen, ei johda yhtä suureen korkeusvoittoon, ja pienitehoisissa koneissa se voi johtaa nettokorkeuden menetykseen.

Mahdollisimman pehmeä ylösveto, jossa kuormituskerroin on kohtalainen, tuottaa suurimman korkeusvoittoon chandellessa ja johtaa parempaan kokonaissuorituskykyyn sekä chandelleissa että laiskoissa kaseissa.

Lisäksi on huomattava, että suositeltu tulonopeus näissä manöövereissä on yleensä lähellä valmistajan suunnittelemaa manööverinopeutta, mikä mahdollistaa kuormituskertoimien maksimaalisen kehittymisen ylittämättä kuormitusrajoja.

ROUGH AIR – Kaikki sertifioidut lentokoneet on suunniteltu kestämään huomattavan voimakkaiden puuskien aiheuttamat kuormitukset. Puuskakuormituskertoimet kasvavat lentonopeuden kasvaessa, ja suunnittelussa käytetty lujuus vastaa yleensä suurinta tasalentonopeutta. Äärimmäisen kovassa ilmassa, kuten ukkosmyrskyssä tai rintamaolosuhteissa, on viisasta alentaa nopeus suunniteltuun manööverinopeuteen.

Pidettävästä nopeudesta riippumatta voi esiintyä puuskia, jotka voivat aiheuttaa kuormituksia, jotka ylittävät kuormitusrajat.

Useimmat lentokoneiden lentokäsikirjat sisältävät nykyään tietoja turbulenttisen ilman läpäisystä. Nykyaikaisten, monenlaisiin nopeuksiin ja korkeuksiin kykenevien lentokoneiden lentäjät hyötyvät tästä lisäominaisuudesta sekä mukavuuden että turvallisuuden kannalta. Tässä yhteydessä on huomattava, että suurimmat ”never-exceed”-kyltin mukaiset sukellusnopeudet on määritetty vain tasaiselle ilmalle.

Korkeanopeuksisia sukelluksia tai akrobatiaa, joissa nopeus ylittää tunnetun manööverinopeuden, ei saa koskaan harjoittaa epätasaisessa tai turbulenttisessa ilmassa.

Yhteenvetona on muistettava, että tarkoituksellisen akrobatian aiheuttamat kuormitustekijät, äkilliset ylösnousut sukelluksista, nopeat sakkaukset ja puuskat suurilla ilmanopeuksilla aiheuttavat lisärasitusta lentokoneen koko rakenteelle.

Rakenteeseen kohdistuvalla rasituksella tarkoitetaan voimia, jotka kohdistuvat mihin tahansa lentokoneen osaan. Asiasta tietämättömillä on taipumus ajatella kuormituskertoimia vain niiden vaikutuksesta puomiin ja tukijalkoihin. Useimmat liiallisista kuormituskertoimista johtuvat rakenteelliset vikaantumiset koskevat siipien etu- ja takareunoissa ja pyrstöryhmässä olevia kylkirakenteita.

Kangaspäällysteisten lentokoneiden kriittinen alue on siiven yläpinnalla oleva päällyste, joka on noin kolmasosa jousisäikeestä taaksepäin.

Tällaisten kuormitusten kumulatiivinen vaikutus pitkän ajan kuluessa voi johtaa elintärkeiden osien löystymiseen ja heikkenemiseen niin, että varsinainen vikaantuminen voi tapahtua myöhemmin, kun lentokonetta käytetään normaalisti.

Vg-diagrammi

Lentokoneen lentokäyttölujuus esitetään kuvaajassa, jonka vaakasuuntainen asteikko perustuu kuormituskertoimeen.

Kuva 4: Tyypillinen Vg-diagrammi.

Diagrammia kutsutaan Vg-diagrammiksi-nopeus vs. g-kuormat tai kuormituskerroin.

Kullakin lentokoneella on oma Vg-diagrammi, joka on voimassa tietyllä painolla ja korkeudella.

Maksimivoiman nostokyvyn viivat (kaarevat viivat) ovat ensimmäiset tärkeät kohteet Vg-diagrammissa.

Kuvassa oleva lentokone pystyy kehittämään korkeintaan yhden positiivisen ”g:n” nopeudella 62 m.p.h.,

Koska suurin kuormituskerroin vaihtelee ilmanopeuden neliön mukaan, tämän lentokoneen suurin positiivinen nostokyky on 2 ”g” nopeudella 92 m.p.h., 3 ”g” nopeudella 112 m.p.h., 4,4 ”g” nopeudella 137 m.p.h. ja niin edelleen. Tämän viivan yläpuolella oleva kuormituskerroin on aerodynaamisesti käyttökelvoton; toisin sanoen kyseinen lentokone ei voi lentää maksimivoiman nostokyvyn rajan yläpuolella (se sakkaa). Pohjimmiltaan sama tilanne vallitsee negatiivisen nostovoiman lentämisessä sillä poikkeuksella, että nopeus, joka tarvitaan tietyn negatiivisen kuormituskertoimen tuottamiseen, on suurempi kuin nopeus, joka tarvitaan saman positiivisen kuormituskertoimen tuottamiseen.

Jos kohdelentokonetta lennetään positiivisella kuormituskertoimella, joka on suurempi kuin positiivinen rajakuormituskerroin, joka on 4,4, rakenteelliset vauriot ovat mahdollisia. Kun lentokonetta käytetään tällä alueella, primaarirakenteessa voi tapahtua epämiellyttäviä pysyviä muodonmuutoksia, ja väsymisvaurioita syntyy paljon. Normaalikäytössä on vältettävä rajakuormituskertoimen ylittävää käyttöä.

Vg-kaaviossa on kaksi muuta tärkeää kohtaa. Ensimmäinen on positiivisen rajakuormituskertoimen ja suurimman positiivisen nostokyvyn viivan leikkauspiste. Lentonopeus tässä pisteessä on pienin lentonopeus, jolla rajakuormaa voidaan kehittää aerodynaamisesti. Tätä suuremmalla nopeudella saavutetaan positiivinen nostovoima, joka riittää vaurioittamaan lentokonetta; tätä pienemmällä nopeudella ei saavuteta positiivista nostovoimaa, joka riittäisi aiheuttamaan vaurioita liiallisesta lentokuormituksesta. Tavanomainen termi tälle nopeudelle on ”manööverinopeus”, koska aliääniaerodynamiikan huomioon ottaminen ennustaisi, että pienin käyttökelpoinen kääntösäde saavutetaan tässä tilassa. Ohjausnopeus on arvokas vertailukohta, koska lentokone, joka toimii alle tämän pisteen, ei voi tuottaa vahingollista positiivista lentokuormitusta. Mikään manööverin ja puuskan yhdistelmä ei voi aiheuttaa vaurioita liiallisen ilmakuorman vuoksi, kun lentokone on alle manööverinopeuden.

Seuraavaksi on negatiivisen rajakuormituskertoimen ja maksimaalisen negatiivisen nostovoiman linjan leikkauspiste.

Mikä tahansa tätä suurempi lentonopeus tuottaa negatiivisen nostovoiman, joka riittää vaurioittamaan lentokonetta; mikä tahansa tätä alhaisempi ei tuota negatiivista nostovoimaa, joka riittäisi vaurioittamaan lentokonetta liiallisesta lentokuormasta.

Rajakierrosnopeus (tai redline-nopeus) on lentokoneen suunnittelun vertailupiste – tarkasteltavana olevan lentokoneen nopeus on rajoitettu 225 m.p.h. Jos lentoa yritetään suorittaa yli rajakierrosnopeuden, rakenteelliset vauriot tai rakenteellinen vikaantuminen voivat olla seurausta useista eri ilmiöistä.

Lennossa oleva lentokone on siis rajoitettu sellaisiin lentonopeuksiin ja g-lukuihin, jotka eivät ylitä rajakierrosnopeutta (tai redline-nopeutta) eivätkä ylitä rajakuormituskerrointa eivätkä voi ylittää suurinta sallittua nostokykyä. Lentokonetta on käytettävä tämän ”kirjekuoren” sisällä rakenteellisten vaurioiden välttämiseksi ja sen varmistamiseksi, että lentokoneen odotettu käyttökorkeus saavutetaan. Lentäjän on ymmärrettävä, että Vg-kaavio kuvaa sallittua ilmanopeuksien ja kuormituskertoimien yhdistelmää turvallista käyttöä varten. Mikä tahansa manööveri, puuska tai puuska plus manööveri rakennekehän ulkopuolella voi aiheuttaa rakenteellisia vaurioita ja lyhentää tehokkaasti lentokoneen käyttöikää.

Tähän päättyy kuormitustekijät-sivu. Voit nyt siirtyä Weight and Balance -sivulle tai kokeilla FAA:n Principles of Flight Test -sivua.

Leave a Reply

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.