מבחן אווירודינמיקה · שיעור 9 מתוך 10
תעופה במהירות גבוהה
מקור: FAA-H-8083-30 פרק 3; FAA-H-8083-25
מספר מאך
M = TAS / מהירות הקול
מהירות הקול תלויה בטמפרטורה – בגובה רב (קר) היא נמוכה יותר. לכן אותה TAS היא מאך גבוה יותר בגובה.
| תחום | מאך |
|---|---|
| תת-קולי (Subsonic) | עד כ-0.75 |
| על-קולי למחצה (Transonic) | כ-0.75–1.2 – חלק מהזרימה על-קולית וחלק לא |
| על-קולי (Supersonic) | 1.2–5 |
| היפר-קולי (Hypersonic) | מעל 5 |
דחיסות האוויר
במהירות נמוכה האוויר מתנהג כמעט כמו נוזל לא דחיס. מעל כמאך 0.3 – הדחיסות מתחילה להשפיע, וב-Transonic – באופן משמעותי.
מאך קריטי (Critical Mach – Mcrit)
האוויר מעל הכנף זורם מהר יותר מהמטוס. המאך הקריטי הוא מהירות המטוס שבה בנקודה כלשהי על הכנף הזרימה מגיעה למהירות הקול – אפילו שהמטוס עצמו תת-קולי.
מעל המאך הקריטי:
- נוצר גל הלם (Shock wave) על הכנף.
- אחרי גל ההלם – הזרימה מאטה בבת אחת, הלחץ עולה, ושכבת הגבול נפרדת.
- גרר גלים (Wave drag) – עלייה חדה בגרר.
- רעידות (Buffet), שינוי במרכז הלחץ, אובדן יעילות של משטחי בקרה.
תופעות ב-Transonic
| תופעה | תיאור |
|---|---|
| Mach tuck | מרכז הלחץ זז אחורה – האף נוטה לרדת – המהירות עולה – מחמיר. Mach trim אוטומטי מתקן |
| Mach buffet | רעידות מהפרדת זרימה אחרי גל ההלם |
| Aileron buzz | רעידות בהגאים |
| היפוך הגאים (Aileron reversal) | במהירות גבוהה הכנף מתפתלת מכוח ההגה – ההגה ״מסובב״ את הכנף והתוצאה הפוכה. לכן הגאים פנימיים למהירות גבוהה |
| ״פינת הארון״ (Coffin corner) | בגובה רב מאוד – מהירות ההזדקרות ומאך המגבלה קרובים זה לזה |
עיצובים למהירות גבוהה
| עיצוב | למה |
|---|---|
| כנף משוכה לאחור (Sweepback) | מעלה את המאך הקריטי – רק רכיב המהירות הניצב לשפה ״נחשב״ |
| פרופיל דק | מעלה את המאך הקריטי |
| פרופיל על-קריטי (Supercritical) | עליון שטוח – מאט את היווצרות גל ההלם ומחליש אותו. מטוסי נוסעים מודרניים |
| מחוללי מערבולות | מעכבים הפרדה אחרי גל ההלם |
| כלל השטחים (Area rule) | שטח חתך הגוף ״מוצר״ באזור הכנף – גוף ״בקבוק קולה״ – מקטין גרר גלים |
| מייצב אופקי נע (Trimmable stabilizer) | שליטה בעלרוד בטווח רחב |
חסרונות של כנף משוכה
- הזדקרות קצה הכנף קודם – הקצה מזדקר לפני השורש – האף עולה (Pitch-up) ואובדן שליטה בהגאים. פתרונות: גדרות כנף (Wing fences), שן כלב (Dogtooth), פיתול, Slats.
- מהירות הזדקרות גבוהה במהירות נמוכה – לכן התקני עילוי גבוה מורכבים.
- Dutch roll.
גלי הלם על-קוליים
| גל | מאפיין |
|---|---|
| גל הלם רגיל (Normal shock) | ניצב לזרימה. אחריו הזרימה תת-קולית, הלחץ והטמפרטורה עולים |
| גל הלם אלכסוני (Oblique shock) | בזווית. אחריו הזרימה עדיין על-קולית |
| גל התפשטות (Expansion wave) | בפינה קמורה – הזרימה מאיצה, הלחץ יורד |
חימום אווירודינמי
במהירויות על-קוליות גבוהות, חיכוך ודחיסה מחממים את העור – בגבולות מסוימים צריך טיטניום או חומרים מיוחדים.
נקודות למבחן
- מאך – TAS חלקי מהירות הקול; מהירות הקול תלויה בטמפרטורה.
- מאך קריטי – זרימה קולית בנקודה על הכנף.
- גל הלם – גרר גלים, הפרדה, Buffet.
- Mach tuck – האף יורד; Mach trim.
- כנף משוכה – מאך קריטי גבוה; קצה מזדקר קודם.
- פרופיל על-קריטי – עליון שטוח.
- גל הלם רגיל – אחריו תת-קולי.