Lufthastighed

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning
Annonce på PFD for et moderne passagerfly. Lufthastigheden vises i knob på venstre strimmel, med Mach -nummeret nedenunder.

Den flyvehastighed er hastigheden på en fly .

Ved måling og angivelse af en lufthastighed (se lufthastighedsindikator ) skal der skelnes mellem to vigtige referencesystemer:

Hastighed i forhold til luften (rejse, lufthastighed)
Luftstrømmen på kontrolfladerne og vingerne skabes af et flys hastighed i forhold til luften . Det bestemmer derfor flyets aerodynamiske adfærd (generation af lift og manøvredygtighed). Det måles på ydersiden af ​​flyet og vises på lufthastighedsindikatoren i cockpittet. Lufthastigheden er den aerodynamisk vigtige hastighed. Din måling er udsat for en vis interferens, afhængigt af korrektionsgraden, skelnes der mellem flere "typer" Airspeed.
Hastighed i forhold til jorden (jordhastighed)
Et flys hastighed i forhold til jorden bestemmer, hvornår individuelle waypoints for flyruten og i sidste ende flydestinationen nås. Det adskiller sig hovedsageligt fra lufthastigheden i vindens indflydelse. Det kan beregnes ud fra lufthastigheden eller bestemmes ved hjælp af et navigationssystem. Grundhastigheden er den vigtigste navigationshastighed . Det kan være betydeligt højere end lufthastigheden, når der er en stærk medvind og betydeligt lavere, når der er en stærk modvind.

Hastighed i forhold til luften (rejse, lufthastighed)

Målemetode

Pitotrør på undersiden af ​​vingen af ​​et lille fly, venstre ende på billedet fløjs imod under flyvning

Hastigheden måles med et Pitot-rør , der faktisk kaldes Prandtls sonde eller Prandtls Pitot-rør i det tysktalende område. Det måler direkte trykforskellen mellem det statiske tryk i luften, der strømmer rundt om flyet, og det samlede tryk af statisk tryk og dynamisk tryk eller dynamisk tryk . Den angivne lufthastighed (IAS) er afledt af denne trykforskel.

I princippet er målingen med pitotrøret afhængig af (opad faldende) lufttæthed i samme omfang som løftet på vingerne, så der automatisk tages hensyn til lufttæthedens indflydelse. Målemetoden giver således et godt grundlag for vurdering af flyveydelse.

I de tidlige dage af luftfarten blev der forsøgt at bruge et løbehjul til at måle hastigheden på langsomme fly.

Målingen gennem pitotrøret indeholder stadig en række forstyrrende påvirkninger. Derfor foretages flere niveauer af korrektion. Nogle af disse forstyrrende påvirkninger bliver kun mærkbare ved høje hastigheder eller i store højder og kan derfor negligeres i hobbyflyvning, men er vigtige for kommerciel luftfart.

De mellemliggende resultater af de respektive korrektionsniveauer har hver deres betegnelse:

Ukorrigeret lufthastighed (IAS)

Den ukorrigerede lufthastighed (også udstyrshastighed eller angivet lufthastighed. Engl angivet lufthastighed, IAS) er et flys hastighed i forhold til den omgivende luftmasse, som ville skyldes direkte fra den målte trykforskel.

IAS er kun relevant for små fly, da CAS vises direkte for større fly.

IAS er proportional med kvadratroden af ​​kvoten af dynamisk tryk (totaltryk minus statisk tryk) og lufttæthed . I store højder er IAS mindre i forhold til luft med samme hastighed. Da alle luftstyrker, der virker på flyet ( løft og træk ) også er afhængige af lufttætheden, har de karakteristiske hastigheder ( standhastighed V 0 , manøvrehastighed V A ) konstante IAS -værdier, uanset højde og lufttryk . Den maksimalt tilladte hastighed V NE falder derimod med højden, da det for det meste skyldes fladren , som bliver stærkere med faldende dæmpning af luften.

Korrigeret lufthastighed (CAS)

I tilfælde af den kalibrerede lufthastighed ( CAS ) korrigeres de såkaldte statiske fejl , men ikke de dynamiske fejl .

Forskydningen af luft gennem luftfartøjets skrog skaber en trykbølge, svarende til bue bølge af et skib. Denne trykbølge fører til en forfalskning af måleresultatet, som afhænger af flytypen og pitotrørets installationssted. Man taler her om instrumentet og installationsfejl ( statisk kildefejl ).

Hvis måleskalaen ikke er blevet kalibreret for den specifikke flytype, korrigeres den viste værdi ved hjælp af en tabel eller en beregningsformel, der er angivet i den tekniske manual for en flytype. I tilfælde af små fly og deres lave hastigheder forbliver fejlen normalt så ubetydelig, at den kan negligeres.

Tilsvarende lufthastighed (EAS)

Ækvivalenterne lufthastighed (engl. Ækvivalent lufthastighed, EAS) korrigeres ud over fejlen på grund af luftens komprimerbarhed .

En anden Pitot -rørmålefejl stiger betydeligt med stigende hastighed: luftens komprimering.
Fordi luften foran pitotrøret komprimeres, ser pitotrøret en højere lufttæthed, end den faktisk er. Da fejlen i begyndelsen kun øges langsomt med hastigheden, varierer oplysningerne om den hastighed, hvormed fejlen skal tages i betragtning, betydeligt i området fra 100 til over 250 knob.

Denne korrektion spiller en temmelig lille rolle for start og landing, fordi hastighederne er lavere.

Ved medium til højere hastigheder er denne hastighed imidlertid af afgørende betydning, da luftstyrkerne på flyet er afhængige af det (vigtigt for en stabil flyveindstilling ). Du kan sige: EAS er den hastighed, som flyet "føler".

Men hvis hastigheden nærmer sig lydens hastighed, kommer Mach -nummeret frem i stedet. (se afsnit herunder)

Den tilsvarende hastighed er en fiktiv hastighed, der giver oplysninger om de aerodynamiske forhold. Ved samme ækvivalente hastighed genererer et fly altid den samme lift, uanset densiteten af ​​den omgivende luft. Ved havniveau i standardatmosfæren svarer den tilsvarende hastighed til den sande hastighed . Jo tyndere luften er, desto højere skal den sande hastighed (TAS) være for at opnå den samme ækvivalente hastighed, dvs. den samme aerodynamiske effekt. Den tilsvarende hastighed tillader ikke kun udsagn om liften, men også om andre kræfter og variabler, for eksempel kræfter, der virker på landings- og styreklapperne, eller hvor meget friktionsvarme der genereres og lignende.

For små fly accepterer EAS stadig en tilstrækkelig tilnærmelse til CAS eller endda IAS på grund af de lave hastigheder og højder og behøver ikke at bestemmes separat.

Ægte lufthastighed (TAS)

Den sande lufthastighed (engl. True lufthastighed, TAS) er flyets faktiske hastighed i forhold til den omgivende luft. I standardatmosfæren ved havniveau og under 100 knob er TAS og IAS næsten det samme. Hvis lufttætheden falder (med stigende flyvehøjde eller temperatur) eller hastigheden stiger (stigende kompression), er IAS lavere end TAS .

TAS beregnes ud fra EAS ved at inkludere lufttætheden i beregningen. Det kan estimeres ud fra lufttryk og temperatur og fortæller dig, hvor meget "angrebsmasse" der er tilgængelig for en fløj, og hvor meget masse der strømmer mod sensorerne i pitotsystemet. Luftens tæthed må ikke forveksles med dens tryk : varmere luft har en lavere densitet end koldere luft ved samme tryk.

For kommercielle fly, der dækker et stort område med forskellige lufttætheder og hastigheder fra landingsbanen til toppen, er denne korrektion meget kompleks at beregne, da det også skal tages i betragtning, at luftens komprimering også varmer den op. De målte temperaturer skal korrigeres i overensstemmelse hermed.

I praksis beregnes TAS ud fra CAS, således at to beregningstrin kombineres (CAS → EAS → TAS). Beregningen er ret kompleks for høje hastigheder. Hvis TAS ikke beregnes ved hjælp af et computerstøttet display, kan det udføres i en iterativ beregning ved hjælp af en flyveberegner (diasregel, der ligner en diasregel, med yderligere hjælpeskalaer og tabeller).

For små fly og deres anvendelsesområde kan til gengæld forenklede formler bruges, eller forenklede displayinstrumenter kan bruges, hvor eksempelvis TAS bestemmes ved at dreje skalaringen og derved bringe det såkaldte tryk højde for at falde sammen med udetemperaturen (se figur af en lufthastighedsindikator øverst). For store højder og høje hastigheder ville sådanne instrumenter imidlertid være helt uegnede.

For piloter af små fly gælder følgende for en første tilnærmelse til tommelfingerregel :

I små fly er TAS ca. 2 procent pr. 1000 ft AMSL flyvehøjde højere end CAS eller IAS.

For eksempel, i en højde af 5000 ft med et IAS -display på 100 kt og en lignende CAS, er TAS 5 * 2% = 10% højere, dvs. 110 kt TAS.

formel

I princippet gælder følgende afhængighed:

med:

: Lufttæthed af ICAO -standardatmosfæren
: Lufttæthed i den aktuelle højde

Denne formel hjælper imidlertid kun i begrænset omfang i praksis, da lufttætheden ikke kan måles direkte, men skal estimeres ud fra lufttryk og temperatur.

Mach nummer

Diskregel specialiseret til luftfart. (F.eks. Til konvertering af angivet lufthastighed til ægte lufthastighed eller angivet lufthastighed til Mach -nummer )

Mach -nummeret er forholdet mellem TAS og lydens hastighed ved den aktuelle lufttemperatur.

Ved høje hastigheder gives Mach -nummeret ofte i stedet for TAS. Årsagen til dette er, at især i områderne af flyets næse og på oversiden af ​​vingerne (især på vingens forkant og overgangen fra vingen til flykroppen) forekommer strømningshastigheder, der er betydeligt højere end lufthastigheden. Følgelig forekommer strømningshastigheder i det supersoniske område langt under lydens hastighed på flyet. Da belastningerne inden for lydhastighedens område næsten stiger med spring, er maksimalhastigheden ikke en absolut værdi, men et forhold til lydens hastighed. Da lydhastigheden falder med faldende temperaturer, falder maksimalhastigheden (TAS) også med temperaturen, så Mach -tallet angiver, hvor tæt man nærmer sig maksimalhastigheden. Mach -nummeret er også uegnet til flyveplanlægning, men bruges til aerodynamisk kontrol. Især for hurtigtflyvende fly fra omkring Mach 0.75 bestemmes maksimalhastigheden ikke af den tilsvarende lufthastighed, men derimod af Mach-nummeret.

Hastighed i forhold til jorden (jordhastighed)

Hastigheden over jorden (Engl. Groundspeed, GS) refererer til den rækkefølge, som vinden påvirkede (dvs. luftmassens bevægelse, gennem hvilken luften selv) korrigerede True airspeed. Det repræsenterer et flys hastighed i forhold til jordens overflade. Kendskab til grundhastigheden er vigtig for flyveplanlægningen. Kun den fortæller dig, hvornår individuelle waypoints eller flydestinationen vil blive nået. Især ved modvind eller medvind kan kørehastigheden adskille sig betydeligt fra den hastighed, der vises i cockpittet; I tilfælde af medvind svarer kørehastigheden til summen af ​​lufthastighed og vindhastighed. Derfor bruges jetstrømme i strømningsretningen til at forkorte flyvetiden.

Under særlige omstændigheder kan for lav kørehastighed kombineret med et display i cockpittet, der er for højt, føre til ulykker som f.eks. Star Dust, der styrter ned over Andesbjergene .

Grundhastigheden kan beregnes ved at tage hensyn til vinden ved hjælp af en vindtrekant baseret på rapporterne fra luftfartsvejrstationen, men i dag kan den også måles ved hjælp af moderne systemer om bord (f.eks. Inertialnavigationssystem , Doppler-effekt , luftnavigation radioservice ).

Navigationsmetoder som GPS kan også bruges som en understøttelse. Navigation ved hjælp af GPS alene er imidlertid ikke tilladt i civil luftfart, da den drives under militært ansvar og kontrol og ikke af nogen anerkendt civil luftfartsorganisation. Det er også tilbøjeligt til at mislykkes, når der er øget solaktivitet . På grund af dets brugervenlighed og tilgængelighed spiller den imidlertid en vigtig komplementær rolle i ikke-kommerciel luftfart.

Måleenhed

I luftfarten er alle flyvehastigheder normalt angivet i knob (1 knude = 1 kn = 1,852 km / t [1] ). Undtagelser er Rusland og SNG -staterne. I modsætning til den internationale standard måles lufthastighed i svævefly og mikrolightfly i Tyskland i km / t.

I international civil luftfart kombineres ofte et K (for knob) som en enhed med typen af ​​hastighed (IAS / TAS): KIAS ( knob angivet lufthastighed ) eller KTAS ( knob ægte lufthastighed ).

For større højder og hastigheder er Mach -nummeret (forholdet til lydens hastighed) ekstra nyttig.

eksempel

De forskellige hastigheder sammenlignes i nedenstående tabel. Bemærk hvordan, på trods af en faldende IAS, hastigheden i sidste ende stiger med stigende højde.

Højde IAS TAS vind GS Gør annotation
1000 fod
(ca. 300 m)
150 kt
(278 km / t)
153 kt
(283 km / t)
ingen vind 153 kt
(283 km / t)
gennemsnitlige passagerfly kort efter start
FL 100
(ca. 3 km)
250 kt
(463 km / t)
300 kt
(556 km / t)
300 kt
(556 km / t)
FL200
(ca. 6 km)
310 kt
(574 km / t)
434 kt
(803 km / t)
434 kt
(803 km / t)
FL360
(ca. 11 km)
280 kt
(518 km / t)
480 kt
(889 km / t)
20 kt
Medvind
500 kt
(926 km / t)
0,82 Krydstogt, højere IAS begrænset af Mach -nummer
20 kt
Modvind
460 kt
(852 km / t)

Typiske hastigheder

For små motorfly er den typiske krydshastighed omkring 110 kt (200 km / t). Dette kan dog variere meget afhængigt af type og motor. For kommercielle fly med turbopropmotorer er det op til 350 kt (650 km / t). I jetdrevne erhvervsfly er det omkring 80% til 85% af lydhastigheden, hvilket - afhængigt af temperaturen mellem FL100 og FL360 - svarer til omkring 490 til 540 kt (ca. 900 til 1000 km / t). Hastigheden er begrænset af flyets struktur, regler, f.eks. B. under FL100 (10.000 fod / 3.048 m flyvehøjde maksimalt 250 kt) og senest i krydshøjde gennem Mach -nummeret (nærmer sig " lydbarrieren "). En svæveflys hastighed er mellem 30 og 150 kn (≈ 50 - ≈ 270 km / t). IAS / CAS / TAS for en ballon er derimod for det meste næsten nul, da den følger luftstrømmen (bortset fra inerti -effekter).

Lufthastighed og motoreffekt

Følgende tilnærmelsesformel gælder for flyvehastigheden ved planflyvning:

hvori:

  • : Horisontal hastighed i m / s
  • : Motoreffekt i hk
  • : Effektivitetspropel
  • : Trækkoefficientfly
  • : Acceleration på grund af tyngdekraften 9,81 m / s²
  • : Lufttæthed i kg / m³
  • : Fløjareal i m²

For eksempel, hvad er krydshastigheden for et lille motorfly med N = 100 HK; η L = 0,8; ρ = 1,2 kg / m³; Cw = 0,06; A = 15 m² i lav højde?

litteratur

  • KJ Lush: Standardisering af startmålinger for start til fly, teknisk note R-12. AFFTC, Edwards AFB, Californien.
  • John D. Anderson Jr.: Introduction to Flight, 3. udgave. McGraw-Hill Book, New York 1989.
  • Russel M. Herrington: Flight Test Engineering Handbook. AF Teknisk rapport 6273, AFFTC, Edwards AFB, Californien 1966
  • Russell E. Erb: En lavprismetode til generering af startskemaer for startmuligheder fra flyvetestdata. Society of Flight Test Engineers (SFTE) 27. årlige symposium, Fort Worth TX, 196
  • Privat pilot manual. Jeppesen Sanderson, Englewood CO 1997, 2001, ISBN 0-88487-238-6
  • Peter Dogan: Instrument Flight Training Manual. Luftfartsbog, Santa Clarita CA 1991, 1999, ISBN 0-916413-12-8 .
  • Rod Machado: Instrumentpilotens overlevelsesmanual. Aviation Speakers Bureau, Seal Beach CA 1991, 1998, ISBN 0-9631229-0-8 .
  • Wolfgang Kühr: Den private pilot. Bind 3, teknologi II. Schiffmann Verlag, Bergisch Gladbach 1981, 1999, ISBN 3-921270-09-X .
  • Karl-Albin Kruse: Den store bog om luftfart og rumrejser. Südwest-Verlag, München 1973, ISBN 3-517-00420-0 .
  • Klaus Hünecke: Teknologien i det moderne passagerfly. Motorbuchverlag, Stuttgart 1998, ISBN 3-613-01895-0 .

Individuelle beviser

  1. DIN EN ISO 80000-3 : 2013 Størrelser og enheder-Del 3: Rum og tid , afsnit 3-8.b