Fjöldi vængja? Þríþekjur og tvíþekjur voru vinsælar áður fyrr, en tvennt varð til þess aðallega að þær eru nú sjaldséðari. Útsýni flugmannsins var verulega skert og áhrif vængjanna hvor á annan gera þá óhagkvæmari hvað lyft snertir heldur en einn stærri væng. Fjölbreyttara efnisval gerir auk þess smíði lengri og þynnri vængja auðveldari en áður án þess að þyngd aukist svo nokkru nemi. Líta má á vænglögun frá mörgum hliðum og því er best að fjalla fyrst um einfaldari hliðarnar ef það mætti verða til að varpa ljósi á flóknari skýringar síðar. Fyrst er heildarflatarmál vængja. Flatarmál er valið eftir þyngd og hraða flugvélar fyrst og fremst, en vélarafl og ýmis vængbúnaður getur þó haft veruleg áhrif. Hægfleygar flugvélar þurfa öllu jöfnu stærri vængi, enda er drag eða viðnám loftsins ekki eins mikið vandamál á litlum hraða. Þróunin er hins vegar sú að flugvélar eiga bæði að fljúga hægt og hratt jafn vel, og þá verður að beita einhverjum brögðum til að ná hagkvæmni á vængjastærð.
Hægflugseiginleikum er náð með vængfláum (börðum) sem stækka yfirborð vængsins og gera hann kúptari þegar þeim er beitt. Einnig eru til leiðarar (slots) við frambrún vængs sem auka fylgni loftstraumsins yfir vænginn. Þegar nægum hraða er náð, eru fláar og leiðarar dregnir inn til að auka hámarkshraðann. Vængstærð er þannig valin fyrir þann hraða sem hagkvæmastur er. Stærð vængsins er mæld þvers og langs. Vængir eru greinilega lengri en þeir eru breiðir á flestum flugvélum en hví ekki að hafa pönnukökuvængi? Ástæðan er sú að lækkaður þrýstingur ofan við vænginn leitast við að draga loft úr háþrýstingnum undir vængnum þá einu leið sem fær er, upp með vængendanum. Eftir því sem vængendinn er mjórri og skarpari, því minna loft getur komist á milli og þeim mun meira lyft gefur vængurinn. Auk þess er vængmótstaða minni á mjórri væng.
Þessu eru að sjálfsögðu takmörk sett með plássþörf, vængstyrk og lipurð í flugi, en algeng vænghlutföll eru 6-20 á móti einum. Með því að breikka vænginn eftir því sem nær dregur skrokk flugvélarinnar, næst nægjanlegt vængflatarmál þótt vængendinn sé mjórri. Snúum okkur næst að þversniði vængja. Fjórar aðalgerðir þversniða eru algengastar, kúptir ofan og inndregnir að neðan, kúptir ofan og sléttir neðan, kúptir beggja vegna nærri frambrún og kúptir beggja vegna nærrri miðju vængs. (sjá mynd) Aðalreglan er sú að því kúptari sem vængurinn er þeim mun meira lyft fæst á litlum hraða. Stöðugra flug fæst að öllu jöfnu með kúptum væng beggja vegna samanborið við sléttan væng að neðan, en hins vegar örlítið minna lyft.
Önnur reglan er sú að mjórri vængur hefur minna drag og þar með betra renningildi, en gefur minna lyft miðað við sama hraða og áfallshorn. Þá er komið að vængvinding og áfallshorni. Áfallshorn er hornið milli þeirrar stefnu sem vængurinn hefur og þeirrar sem hann flýgur eftir, eða með öðrum orðum hornið milli vænglínu og liftstraumslínu. (Vænglína er hugsuð lína oft dregin frá "miðju" vængs að framan gegnum vænginn til afturbrúnar.) Aðalreglan með áfallshorn er sú að á jöfnum hraða eykst lyft með auknu áfallshorni (reistari væng), þar til vængurinn ofrís. - Og hvað skeður þegar vængurinn ofrís? Í upphafi skilgreindum við lyft vængs þannig að loftstraum þyrfti beggja vegna vængs til að viðhalda því ástandi. Ef við reisum vænginn mjög mikið (yfir 20 gráður) þá myndast hvirflar ofan á vængnum, loftið þar hægir á sér og fylgni loftstraumsins við vænginn minnkar snögglega og lyftið að sjálfsögðu jafnhliða. Allt þar til hvriflarnir byrjuðu að myndast hafði aukið áfallshorn aukið lyftið jafnt og þétt bæði vegna aukins þrýstings neðan á vænginn og minnkaðs þrýstings ofan við hann. Ofris er því einfaldlega afleiðingin af minnkuðum loftstraum, aðallega ofan við vænginn til að byrja með.
Nú kynni einhver að spyrja í beinu framhaldi hvort ekki sé hagkvæmt að fljúga öllum vængjum með mesta mögulega áfallshorni svo lyftið sé í hámarki. Svarið er tvíþætt, bæði já og nei. Lyft sem fengið er með miklu áfallshorni (meir en ca. 10 gráður) er keypt mjög dýru verði, mikilli aflaukningu eða minnkuðum hraða. Ef nægilegt afl er fyrir hendi eru þessi skipti okkur í hag t.d. við flugtak og lendingu, en til lengdar sættum við okkur ekki við þá gífurlegu aukningu drags sem fylgir áfallshorninu, það er einfaldlega óhagkvæmt. Vængvindingur er hafður á sumum flugvélum til að minnka hættuna á því að flugvél verði stjórnlaus við ofris. Vængendanum er snúið þannig að ysti hluti vængsins hefur minna áfallshorn. Þetta uppátæki veldur því að hvirflar myndast síður við hallastýrin og þau geta verkað sæmilega vel jafn vel þótt vængurinn ofrísi (að innanverðu) og flugvélin sé tekin að falla. (Sjá nánar í síðustu málsgrein hlutans um stýrifleti). Mjög aftursveigðir vængir geta aukið nokkuð stefnustöðugleika hægfleygari flugvéla, en eru afar mikilvægir á hljóðfráum þotum vegna höggbylgju hljóðsins sem þá lendir ekki á allri frambrún vængsins í einu. Uppsveigðir vængir eru hinsvegar mjög algengir og það ekki að ástæðulausu. Við sjáum að vísu að flestar listflugvélar eru með beina eða lítið uppsveigða vængi, og þær hafa líka áberandi langan skrokk og stórt stél. Hvað er svona sérstakt við listflugvélar? Böndin fara að berast að þeim þætti sem nefnist stöðugleiki. Ef flugvél hallast eða breytir stefnu vegna ókyrrðar loftsins, þá væri auðvitað æskilegt að hún rétti sig við sjálfkrafa. Með tilraunum hafa menn fundið út að háþekjur og uppsveigðir vængir eru lykilorðin þegar byggja á stöðuga flugvél. Háþekjur hafa oftast þungamiðju tiltölulega langt fyrir neðan vængflöt, þannig að þungi vélarinnar leitar jafnvægis á móti lyfti vængjanna þar til átakslína verður lóðrétt. Heldur flóknara er að skýra stöðugleika uppsveigðra vængja. Um leið og vængur hallast niður verður lyft þeim megin meira vegna aukins áfallshorns meðan hreyfingin á sér stað. Síðan fer flugvélin að skríða til hliðar vegna hallans og ef vængurinn er uppsveigður þá mætir hann hliðarloftstreyminu með meira áfallshorni þeim megin, en hinum megin er vængurinn auk þess að hluta til í skjóli við skrokkinn. Hvort tveggja hjálpar til við að rétta vænginn af. En úr því að við minntumst á flugvélar sem ekki hafa uppsveigða vængi t.d. listflugvélar, hvað er þar til ráðaa svo auka megi stöðugleikann? Ef flugvél hallast, hlýtur loftstraumur að falla meira á þá hlið skrokksins sem vélin fellur á, þannig að aukinn hliðarflötur gæti verið spor í rétta átt. Ef við svo lengjum líka skrokkinn þannig að þessi flötur, stélflöturinn, fái lengri arm og þar með betra átak, þá réttir vélin sig auðveldlega við af sjálfsdáðum.    |
Úr „Módelflug“ | ||||||||
