Jordeffekt
Et fysisk fænomen, der opleves af et legeme i en strøm nær jorden , omtales som en jordeffekt . Afhængigt af strømningens form omkring kroppen kan der opstå yderligere dynamisk opdrift eller downforce .
princip
Når vingens bagkant bevæger sig gennem luften tæt på jorden, fanges luft mellem vingen og jorden. Dette øger trykket der og dermed det dynamiske løft . Samtidig bevæger liften sig bagud. Jordeffekten er baseret på, at der dannes en luftpude under vingen nær jorden, som bevæger sig fremad med svævende fly. Løft-træk-forholdet stiger 2,5 til 3 gange i forhold til flyvning i det fri. Dette betyder en forbedring af effektiviteten af en vinge , så det nødvendige løft nær jorden opnås selv ved en lavere flyvehastighed .
Fra et fluidisk synspunkt kan bundeffekten beskrives som følger: Trykfordelingen på profilen ændres og fører til en reduktion i det inducerede træk . Vingens træk består af friktionsmotstanden , tryktrækket og det inducerede træk. Dette skabes af hvirvlerne ved vingespidserne, som dannes ved trykudligningen mellem top og bund.
Dette skaber et hvirvelbånd og spidshvirvler bag vingen, som fremskynder luften bag vingen nedad. Kraften skabt af dette tryk virker vinkelret på hastighedsvektoren . Ud over opdriften skaber dette en kraft, der er modsat bevægelsesretningen, det inducerede træk. I nærheden af jorden er der næsten ikke plads tilbage til luften til at strømme nedad, og den tvinges til at flyde væk næsten vandret. Dette reducerer det inducerede træk. På denne måde kan der spares energi, der kræves for at overvinde den inducerede modstand.
Effekten blev allerede observeret i albatrossen af Gustav Lilienthal i 1880, men endnu ikke forstået. Med begyndelsen af luftfarten i begyndelsen af det 20. århundrede blev dens virkning anerkendt og brugt.
Eksempler på gulveffekten
Fixed wing fly
De aerodynamiske forhold for vinger ændrer sig nær jorden. Løftet øges, liftens centrum bevæger sig baglæns, og luftmodstanden falder. I tilfældet med fly fra et lavt flyvinge tæt til jorden, de jorden effekt betyder, at flyet svæver meget længere, end det er tilfældet for eksempel med en høj flyvinge. En pilot skal tage højde for dette, når han lander med lavvingede fly, især på korte landingsbaner .
Ground-effect-køretøjer (Ekranoplan) er for det meste vandflyvere, der er designet til lavniveauflyvninger ved brug af jordeffekten og derfor kun er egnede til bestemte formål. Ground-effect-køretøjer kan på den ene side være fastvingede fly , der også er velegnede til flyvning i større højder. På den anden side styres ground effect -køretøjer administrativt som skibe, hvis den lave flyvehøjde tvinger ground effect -køretøjer til at interagere med skibe og både hvad angår trafik, dvs. at underkaste sig skibslovgivningen . Af denne grund kaldes disse enheder også for jordeffekt "køretøjer" og ikke for jordeffekt "fly", selvom de fra et fysisk synspunkt er fly, der flyver (dynamisk lift, fly) og ikke kører (statisk lift, luftskibe). I jordeffekten kan svævefly over en meget længere afstand end den, der svarer til glidevinklen, med mindre tab af højde.
Hughes H-4 , som var det største "fly", der blev bygget fra 1947 til 2019, udførte kun en testflyvning i en højde af 20 m. Flyveevnen af typen uden for jordeffekten er ikke bevist.
Tommelfingerregel : Jordeffekten opstår, når flyvehøjden er lig med eller mindre end halvdelen af vingens vingespænd .
helikopter
Udtrykkene HIGE (for svævning i jordeffekt ) og HOGE (for svævende ude af jorden -effekt ) findes i servicebeskrivelserne af helikoptere . Disse udtryk bruges typisk ved rapportering af helikopters arbejdsgrænser i forhold til den nødvendige motorkraft. Som med flyets vinger har de en jordeffekt tæt på jorden, som er ansvarlig for øget løft som følge af et samspil mellem hovedrotorens nedadgående luftstrøm og jorden. Luft synker ned i rotorskiven ovenfra, accelereres nedad og rammer jorden. Da jorden forhindrer luften i hurtigt at flyde væk, hæves helikopteren også. Samtidig reduceres rotorspidshvirvlerne.
Jordeffekten i en helikopter opstår, når den er inden for det halve til et fuldt rotorspænd over jorden (HIGE). Det er mindre effektivt over vand og højt græs, da disse overflader har en energiabsorberende effekt, og det findes slet ikke, når helikopteren bevæger sig i store højder (HOGE). Sidstnævnte betyder nødvendigvis et højere effektbehov og større brændstofforbrug.
Jordeffekten er afgjort vigtig for helikopters arbejdsgrænser. Hvis du skal starte med begrænsende faktorer, såsom en høj vægtbelastning, start fra et højt sted eller ved høje temperaturer, kan jordeffekten udvide disse arbejdsgrænser gennem den ekstra leverede opdrift og i nogle tilfælde muliggøre start i første plads.
Ground effect -køretøjer baseret på barrage wing -princippet
En særlig type jordeffektkøretøj baseret på ramfløjsprincippet er en tandem Airfoil Flairboat. Tandemvingeprincippet betyder, at der opnås en iboende stabilitet under flyveeffekten, hvilket garanterer en sikker flair inden for jordeffekten. En afvigelse fra jordeffekten, som det opnås med fritflydende jordeffektkøretøjer, er ikke tiltænkt her.
Det faktum, at en tandem Airfoil Flairboat ikke kan forlade jordeffekten, førte til den trafikrelaterede og godkendelsesrelaterede klassificering som et type A-jordeffektkøretøj.
På grund af den klassificering som et ekranoplan type A, en er tandem Airfoil Flairboat klassificeret som en fartøjer , således at en motorbåd licens er helt tilstrækkelig til drift.
Landkøretøjer
Den negative jordeffekt bruges i motorsport . Køretøjer designet til landevejsløb, f.eks. Formel 1 , har ringe frihøjde , ikke kun på grund af deres mere gunstige tyngdepunkt . I 1977 gjorde Lotus -teamet ikke længere gulvet så fladt som muligt, men designet det efter aerodynamiske kriterier for at udnytte den negative gulveffekt og dermed øge kontakttrykket . Hele sidekroppene på Lotus 78 var formet som omvendte vinger og stort set forseglet på ydersiden af bevægeligt monterede forklæder, der trak hen over kørebanen. Den mulige laterale acceleration steg enormt, hvorimod strømningsmodstanden steg mindre end med de tilsvarende bag- og forvinger. Det var ekstremt farligt at køre over kantstenene, fordi den ekstra trækkraft gik tabt, så snart mere luft ødelagde denne effekt. Siden sæsonen 1983 har Formel 1 -reglerne krævet en kontinuerlig frihøjde på flere centimeter for at begrænse jordeffekten. Dette gøres med en diffusor .
litteratur
- Götsch, Ernst: Luftfahrzeugtechnik , Motorbuchverlag, Stuttgart 2003, ISBN 3-613-02006-8
- K. Knowles, DT Donoghue og MV Finnis: A Study of Wings in Ground Effect , RAeS Vehicle Aerodynamics Conference, Loughborough University, 18.-19. Maj. Juli 1994
- K. Knowles og D. Bray: Ground Vortex dannet af Impinging Jets i Cross-flow , AIAA Journal of Aircraft, 30, 6, s. 872-878, november-december 1993
- K. Knowles: Impinging of Jet Flowfields for STOVL Ground Effect Research , RAeS Industry-University Aerodynamics Research Forum, London 9. januar 1992
- K. Knowles og D. Bray: Nylig forskning i aerodynamik af ASTOVL-køretøjer i grundmiljø , procedurer ImechE Del G: Journal of Aerospace Engineering, 205, G2, s. 123-131, 1991
- Lawson NJ, Knowles K., Hart RJE, Wray JN, Eyles JM: An Experimental Investigation Using PIV of Underflow of a GA (W) -1 Aerofoil Section in Ground Effect , 4th MIRA International Vehicle Aerodynamics Conference, Session 6B, Warwick 16 . - 17. Oktober 2002
- GW Jörg: Tandem Airfoil Flairboats som effektivt WIG -håndværk; 2. internationale eurokonference om højtydende marine køretøjer Hyper'01, Hamborg 2. - 5. Maj 2001
