Purjelentokoneen suorituskyky

Moderni purjekone on todellinen aerodynamiikan ihme jonka suorituskykyä saattaa olla vaikea arvostaa ellei ole perehtynyt lentämiseen hieman pintaa syvemmältä. Vertailukohtaa voisi kuitenkin hakea vaikka paperiliidokeista, joita useimmat meistä ovat taitelleet sateisten kesäpäivien ajanvietteeksi.

Junior Kemi-Tornio moottoritien päällä.

Kuva © Juha Pallas  Iso kuva (72 Kt)

Nämä paperiset luomukset lentävät useimmiten vain metrin tai pari, ennen surmansyöksyä pöydän alle tai kirjahyllyn taakse. Hieman kokeilemalla ja virittelemällä lennokin saa kuitenkin lentämään melko vakaasti ja kohtuullisen pitkällekin.

Kuinka purjekone pysyy ilmassa?

Kaikki lentokoneet, olipa kyseessä paperilennokki, purjekone tai suuri matkustaja kone, pysyvät ilmassa siiven tuottaman nostovoiman ansiosta. Kun nostovoimaa tuotetaan täsmälleen saman verran kuin painovoima vetää konetta maata kohden, koneen lentokorkeus pysyy muuttumattomana. Jos nostovoimaa tuotetaan vähemmän niin kone menettää korkeutta ja jos sitä tuotetaan enemmän niin kone kohoaa ylöspäin. Tämä siis pätee kaikkiin lentokoneisiin.

Siipi synnyttää nostovoimaa kahdella ehdolla. Ensinnäkin siiven ja sitä ympäröivän ilman välillä täytyy olla nopeusero. Siiven täytyy liikkua ilmaan nähden, tai ilman siipeen nähden. Kumpikin tapa käy. Toinen ehto on, että siipi on sopivassa kulmassa ilmavirtaan nähden. Tätä kutsutaan kohtauskulmaksi. Kun nopeutta tai kohtauskulmaa kasvatetaan, myös syntyvän nostovoiman suuruus kasvaa. Vastaavasti nopeutta hidastamalla tai kohtauskulmaa pienentämällä syntyvän nostovoiman suuruus pienenee.

Paperilennokin lentoon vaikuttavat voimat.

Kuva © Esa Koivuniemi  Iso kuva (17 Kt)

Asioiden yksinkertaistamiseksi tutkimme aluksi helppoa tapausta - paperilennokkia. Kun heität lennokin kädestäsi, se pysyy ilmassa koska sillä on riittävästi vauhtia jotta siivet riittävät tuottamaan lennokin painon kumoavan määrän nostovoimaa. Jos lennokki jatkaisi matkaa korkeutta menettämättä, sen vauhti hidastuisi vähitellen ilmanvastuksesta johtuen. Hetken kuluttua nopeus ei enää riittäisi tuottamaan riittävästi nostovoimaa, vaan lennokki putoaisi alas. Näin ei kuitenkaan käy todellisilla paperilennokeilla. Sen sijaan ne liitävät tasaisella nopeudella loivassa kulmassa kohti maata.

Paperilennokki vaihtaa korkeutta nopeuteen, vähän samaan tapaan kuin mäenlaskija. Paperilennokin liukukulman jyrkkyys riippuu nostovoiman ja vastuksen välisestä ns. L/D suhteesta (L = lift, eli nostovoima ja D = drag eli vastus). Jos nostovoiman suuruus pidetään vakiona ja koneen ilmanvastusta kasvatetaan, niin tarvitaan jyrkempi liukukulma ilmassa pysymiseen riittävän nopeuden synnyttämiseksi. Jos taas onnistumme pienentämään ilmanvastusta, niin tarvittava nopeus saavutetaan loivemmalla liukukulmalla ja koneen lentomatka pitenee.

Aivan kuten paperilennokki tai balsapuusta ja kankaasta rakennetut suuremmat liidokit, purjekone liitää koko ajan maata kohti laskeutuen. Purjekonetta pitävät ilmassa täsmälleen samat fysiikan lait, jotka vastaavat siitä, että paperilennokki pysyy ilmassa. Ainoa ero on, että purjekoneen ohjaaja voi muuttaa liu'un suuntaa ja jyrkkyyttä.

Suorituskyky

Voiko paperiliidonkin ja purjekoneen suorituskykyä sitten vertailla? Mitä sanoisit paperisesta teholiidokista joka parin metrin korkeudesta heitettynä lentää näennäisesti korkeutta menettämättä, kunnes lopulta laskeutuu hieman yli 100 metrin päähän?

Jos osaat mielessäsi siirtää tällaisen teholiidokin suorituskyvyn koneeseen, jonka siipien kärkiväli on 15 metriä ja jonka ohjaamoon mahtuu yli 100 kiloinen raavas mies, sinulla on kohtuullisen hyvä kuva siitä millainen purjekone on ja mihin se pystyy. Tällainen lasi- tai hiilikuidusta rakennettu virtaviivainen huipputekniikan saavutus taittaa 50 kilometrin matkan vajaassa puolessa tunnissa ja menettää matkan aikana korkeutta ainoastaan 1000 metriä.

Purjekoneen suorituskyvyn salaisuus piilee sen aiheuttamassa erittäin pienessä ilmanvastuksessa. Koska ilmanvastus on pieni, voidaan myös liukukulma pitää pienenä ja silti tuottaa riittävästi nostovoimaa koneen pitämiseksi ilmassa. Alhaisen ilmanvastuksen ansiosta purjekoneella voidaan siis laskea erittäin loivaa mäkeä.

Erinomaisesta suorituskyvystä ei kuitenkaan ole paljon iloa, ellei konetta ensin saada tavalla taikka toisella ilmaan. Koska koneessa ei ole moottoria, ilmaan pääseminen ei onnistu ilman apua. Mutta tästä lisää seuraavalla sivulla.

Sivun sisältöä on viimeksi päivitetty 01.02.2004, kello 00:30