Virajul avionului

Virajul avionului

Fortele intr-un viraj

Un corp aflat in miscare are tendinta de a continua sa se miste intr-o linie dreapta la o viteza constanta ( din prima lege a lui Newton despre miscare ). Pentru a schimba aceasta stare - fie sa schimbati viteza fie sa schimbati directia, adica sa accelerati miscarea corpului - o forta trebuie sa fie exercitata pe corp ( a doua lege despre miscare a lui Newton ).

Un corp care urmeaza sa se deplaseze pe o traiectorie curba are o tendinta naturala de a-si mentine traiectoria in linie dreapta, si prin urmare traiectoria va fi tangenta la linia curba. Pentru a-l mentine pe traiectoria curba, o forta trebuie sa actioneze incontinuu asupra corpului fortindu-l spre centrul virajului. Acesta se numeste forta centripeta.

Daca ridicati o piatra legata de o sfoara, mana dumneavostra ofera o forta de "ridicare" egala si opusa greutatii pietrei. Daca invartiti piatra in cerc, mana va ofera nu numai forta verticala pentru a echilibra greutatea dar si o forta centripeta pentru a mentine piatra in viraj. Forta totala exercitata prin sfoara este mai mare si veti simti aceasta cresterea.

Pentru a efectua un viraj cu un avion, este nevoie de o forta orientata spre centrul virajului. Acest lucru poate fi facut inclinand avionul si prin inclinarea fortei de portanta astfel incat aceasta sa aiba o componenta laterala.

In zborul rectiliniu orizontal, forta de portanta de la aripi echilibreaza greutatea avionului. Daca doriti sa virati avionul, aripile trebuie sa ofere o forta verticala pentru a echilibra greutatea ( daca nu cumva vreti sa coborati ) plus o forta centripeta spre centrul virajului pentru continuarea lui.

Forta portanta intr-un viraj la orizontala va fi mai mare decat forta portanta cand zburati rectiliniu orizontal. Pentru a majora aceasta forta portanta la aceeasi viteza a avionului, unghiul de atac al suprafetei portante trebuie crescut prin tragerea spre inapoi a mansei.

Cu cat virajul la orizontala este mai inclinat, cu atat forta portanta necesara este mai mare. Virati avionul folosind eleroanele ( pentru a selecta unghiul de viraj ) si profundorul ( pentru a creste unghiul de atac si pentru a mari portanta ). Folositi eleroanele pentru a mentine unghiul de viraj dorit si profundorul pentru a mentine altitudinea dorita. Directia este folosita pentru a controla miscarea laterala a botului avionului in timp ce intra si iese din viraj, si pentru a mentine echilibrul in timpul virajului.

Stabilitatea proiectata la un avion se opune virajului, si actionarea directiei cu o cantitate mica ( directie in stanga, viraj la stanga si invers ) ajuta sa aduca coada avionului pe traiectoria virajului adica directia este folosita pentru a echilibra virajul.

Ve-ti resimti efectul fortelor in viraj ca o crestere in forta exercitata asupra voastra de catre scaun; se simte ca o crestere aparenta a greutatii voastre,care va fi cu atat mai mare cu cat inclinarea in viraj creste.

Factorul de sarcina intr-un viraj

In zborul rectiliniu orizontal, aripa produce o forta portanta egala cu greutatea (L=W). Se spune ca factorul de incarcare este 1. Experimentati o forta de la scaun egala cu greutatea vostra normala, si o simtiti ca 1 g.

Intr-un viraj cu inclinarea de 60°, aripile produc a forta portanta egala cu dublul greutatii, L = 2 W. Aceasta inseamna ca sarcina pe aripi este dubla in comparatie cu zborul rectiliniu orizontal, adica fiecare metru patrat al aripii trebuie sa produca de doua ori mai multa portanta intr-un viraj cu o inclinare de 60°. Experimentati o forta de la scaun egala cu de doua ori greutatea dumneavostra. Acesta este 2g si factorul de sarcina este 2.

Factorul de sarcina este raportul fortei portante produsa de aripi comparate ce forta de greutate a avionului.

Factorul de sarcina = Portanta / Greutate = Sarcina pe aripa intr-o evolutie /   Sarcina pe aripa in zbor rectiliniu orizontal

La o inclinare in viraj peste 60°, forta portanta generata de aripi trebuie sa creasca foarte mult astfel incat componenta sa verticala sa poata echilibra greutatea si astfel avionul va pierde din inaltime.

Portanta crescuta de la aripi inseamna o sarcina crescuta a aripii si un factor de sarcina crescut. Putem arata acest lucru intr-o curba a factorului de sarcina in functie de unghiul de inclinare in viraj.

NOTE:

q      Intr-un viraj cu o inclinare de 30° veti avea 1.15 g-factor de sarcina. Aripile vor produce cu 15% mai multa portanta decat in zborul rectiliniu orizontal, si va veti simti cu 15 % mai greu.

q      La un viraj cu inclinare de 60°, factorul de sarcina este 2. Aripile trebuie sa produca o forta portanta dubla pentru a fi egala cu greutatea pentru ca avionul sa mentinae inaltimea. Forta - g este 2g, si va veti simti de doua ori mai greu.

q      La o inclinare a virajului de 70°, factorul de sarcina este 3.

q      La o inclinare a virajului de 80°, factorul de sarcina este 6. Aripa trebuie sa produca de 6 ori mai multa portanta decat in zborul rectiliniu orizontal pentru ca avionul sa fie capabil de a efectua un viraj cu o inclinare de 80° fara sa piarda  inaltime - acesta necesita calitati foarte bune la un avion.

q      Intr-un viraj cu o inclinare de 90°, forta portanta este orizontala, si desi are o marime infinita, nu are o componenta verticala pentru a echilibra greutatea. De aceea inaltimea nu poate fi mentinuta.

Factorul de sarcina creste odata cu marirea unghiului de inclinare in viraj.

Tractiunea in viraj

Intr-un viraj, cresterea portantei pe aripi este necesara pentru a mentine inaltimea. Aceasta se obtine prin tragerea spre inapoi  a mansei pentru a creste unghiul de atac.

Cu cat unghiul de inclinare in viraj este mai mare, cu atat este necesar un unghi de atac mai mare si implicit o forta spre inapoi crescuta a mansei. Asa cum am vazut cind am discutat despre rezistenta la inaintare, o crestere a unghiului de atac va duce la o crestere a rezistentei induse. Daca intr-un viraj orizontal trebuie mentinuta o viteza a avionului constanta, trebuie majorata tractiunea pentru a echilibra cresterea rezistentei la inaintare in viraj.

Daca nu se majoreaza tractiunea, viteza se va reduce intr-un viraj orizontal. Viteza poate fi mentinuta permitind avionului sa piarda inaltime, adica sa schimbe energia potentiala cu energie cinetica.

Intr-un viraj, este necesara majorarea tractiunii pentru mentinerea inaltimii si vitezei

Viteza limita intr-un viraj

Intr-un viraj, unghiul de atac trebuie sa fie mai mare decat la aceeasi viteza in zborul rectiliniu orizontal. Aceasta inseamna ca unghiul de atac critic va fi atins la o viteza mai mare intr-un viraj - cu cat unghiul de atac este mai accentuat, cu atat este mai mare viteza la care unghiul de atac critic este atins.

La o inclinare in viraj de 30°, viteza limita creste cu 7% peste viteza limita din   zborul rectiliniu orizontal.

La o inclinare  a virajului de 45°, viteza limita creste cu 19 %.

La o inclinare a  virajului de 60°, viteza limita creste cu  41%.

La o inclinare a virajului de 75°, viteza limita creste cu 100%

Daca avionul dumneavoastra atinge viteza limita la 50 kt in zborul rectiliniu orizontal, atunci la un viraj cu inclinare de 60° viteza limita va fi de (141% la 50 kt) - 71 kt -avand o crestere semnificativa. In viraje accentuate, veti simti efectul vitezei limita la viteze mai ridicate.

Unghiul de atac critic la un viraj orizontal se manifesta la viteze mai mari ( functie de marimea inclinarii ) decit la zborul orizontal rectiliniu

Suprainclinarea in viraje la orizontala si in urcare

Pentru un viraj orizontal, inclinarea avionului se realizeaza cu eleroanele. De indata ce avionul incepe sa vireze, aripa exterioara se deplaseaza mai repede decat aripa interioara si astfel genereaza mai multa portanta ( si rezistenta la inaintare ). Tendinta este ca unghiul de inclinare sa creasca.

Pentru a depasi tendinta de suprainclinare intr-un viraj orizontal, de indata ce ati atins inclinarea in viraj dorita, reveniti cu mansa pentru a stopa continuarea inclinarii avionului.

La un viraj in urcare, aripa exterioara se deplaseaza mai repede si produce mai multa portanta decat aripa interioara.

Trebuie luat in considerare si un al doilea efect : acela ca, pe masura ce aripile interioare si cele exterioare urca, aripa exterioara se deplaseaza pe o distanta orizontala mai mare pe exteriorul virajului.

Unghiul de atac al aripii exterioare este mai mare decat cel pentru aripa interioara si astfel portanta produsa de aripa exterioara intr-un viraj in urcare va fi mai mare. In timp  ce va aflati intr-un viraj in urcare, este posibil sa fiti nevoit sa opriti continuarea inclinarii pentru a evita ca virajul sa devina prea accentuat - nu este nevoie sa planificati acest lucru, doar sa fiti atent la ce se intampla si sa mentineti unghiul de inclinare dorit cu eleroanele.

Subinclinarea / Suprainclinarea in timpul virajului in coborare

Intr-un viraj in coborare, aripa exterioara se deplaseaza mai repede si va produce mai multa portanta decat aripa interioara, dar, datorita coborarii, aripa interioara parcurge o distanta orizontala mai mica pentru aceeasi pierdere de inaltime prin comparatie cu aripa exterioara si astfel are un unghi de atac mai mare. Prin urmare, aripa interioara are tendinta de a produce mai multa portanta - si cele doua efecte se pot anula.

Intr-un viraj  in coborare, este posibil sa mentineti sau nu inclinarea, in functie de avion. Din nou, nu este nevoie sa planificati acest lucru, doar sa mentineti unghiul de inclinare dorit cu eleroanele.

Echilibrarea virajului

Pilotul inclina avionul folosind eleroanele, si exercita o presiune spre inapoi asupra mansei, folosind profundorul pentru a creste unghiul de atac. Stabilitatea naturala a avionului il va face sa isi intoarca botul inspre interiorul virajului, datorita efectului de alunecare in lateral pe suprafetele fuselajului in spatele centrului de gravitatie.

Exista un efect care tinde sa intoarca botul avionului in sens opus virajului - cunoscut ca rezistenta ( la inaintare ) a eleronului. Cand eleronul exterior coboara in zona de mare presiune de sub aripa, genereaza nu numai cresterea portantei ( pentru a inclina avionul prin cresterea unghiului de atac al aripii ascendente ), dar si cresterea rezistentei  induse.

Aceasta crestere a rezistentei la inaintare pe aripa ascendenta face ca botul avionului sa vireze in directia opusa virajului - si acest lucru nu este nici comfortabil nici eficient. Se spune ca avionul aluneca in interiorul virajului - viraj glisat. Directia va fi pe partea interioara a virajului. Va veti simti ca si cum alunecati in jos spre partea joasa a avionului.

Daca impingeti directia inapoi la centru cu piciorul adecvat, botul avionului ( si coada ) este virat astfel ca axa longitudinala a avionului este tangentiala cu virajul. Directia va fi la centru si intoarcerea va fi echilibrata - viraj echilibrat. Va veti simti comfortabil pe scaun si nu ca si cum alunecati in jos in interiorul virajului.

Daca coada tinde sa derapeze spre exteriorul virajului, directia ( si dumneavoastra ) veti fi aruncati spre exterior - viraj derapat. Daca bila de semnalizare se afla pe stanga, folositi directie stanga pentru a o muta inapoi la centru.

Bila de semnalizare "fuge" de picior si vine dupa mansa.

Virajul cu unghi de inclinare constant

Un avion intr-un viraj cu o inclinare de 30° se va deplasa de-a lungul diferitelor traiectorii circulare in functie de viteza avionului. La viteza redusa virajul este mai strans ( raza virajului este mai mica ) decat la o viteza ridicata.

Virajul cu o raza constanta

Pentru a efectua un viraj cu aceiasi raza la o viteza mai mare este necesar un unghi de inclinare mai mare.

Virajul la viteza constanta

La o viteza constanta, cu cat unghiul de inclinare este mai mare, cu atat virajul este mai strans ( si cu atat este mai mica raza virajului ) si mai mare rata virajului ( in grade pe secunda ).

Virajul cu o rata constanta

Rata virajului unui avion in grade pe secunda este importanta. Zborul instrumental se executa de obicei cu viraje cu rata - 1 ( sau rata standard ) de 3° grade pe secunda. Aceasta inseamna ca avionul  va vira:

q      180° in 1 minut

q      360° in 2 minute

Un viraj cu rata 1 la o viteza mai mare necesita un unghi de inclinare mai mare.

O modalitate usoara pentru a estima unghiul de inclinare ( in grade ) necesara pentru un viraj cu rata 1 este: 1/10 din viteza in noduri (kt), plus 7°.

De exemplu, unghiul de inclinare necesar pentru un viraj cu rata 1 la 120 kt este 120 / 10 = 12, plus 7° = 19° de inclinare.

Daca indicatorul vitezei aerului ( ASI ) este gradat in mile statutare ( SM ) pe ora ( mph ) formula este modificata la: 1/10 din viteza in mph, plus 5°. De exemplu, unghiul de inclinare necesar pentru un viraj cu rata  1 la 120 mph este 120/ 10 = 12, plus 5° = 17° de inclinare.

Un viraj cu rata  2 este de 6° pe secunda.

Acum rezolvati exercitiul 13-Virajul