אווירודינמיקה

אווירודינמיקה היא ענף של פיזיקה העוסקת בתנועה של גוף באוויר (וגזים אחרים), בעיקר באינטראקציה בין הגוף לגז והכוחות הפועלים על גופים העוברים דרך גז כזה .

האווירודינמיקה מסבירה את העקרונות המאפשרים תעופת מטוסים, רקטות וטילים. היא עוסקת גם בעיצוב מכוניות, רכבות מהירות ואניות, כמו גם בבניית מבנים כגון גשרים ובניינים גבוהים כדי לקבוע את ההתנגדות שלהם לרוחות חזקות.                                                  

Airplane vortex edit
מערבולת הנוצרת על ידי מעבר של כנף המטוס, ונחשפת על ידי עשן. המערבולות הן אחת מהתופעות הרבות הקשורות בחקר האווירודינמיקה.

האווירודינמיקה של כלי טיס, בין שהוא בעל כנף קבועה (מטוסים) או בעל כנף-סובבת (מסוקים) עוסקת בהגדרת הכוחות האווירודינמיים הפועלים כלי הטיס ועל חלקיו.

היסטוריה

רישומים מוקדמים של מושגים אווירודינמיים יסודיים תואמים את עבודתם של אריסטו וארכימדס במאה  השנייה והשלישית לפני הספירה, אך המאמצים לפתח תאוריה כמותית של זרימת אוויר לא החלו עד המאה ה -18. בשנת 1726, אייזיק ניוטון הפך לאחד האווירודינמיסטים הראשונים במובן המודרני כאשר הוא פיתח תאוריה של התנגדות אוויר, אשר אומת מאוחר יותר עבור מהירויות זרימה נמוכה.

‎ניסויי ההתנגדות האווירית בוצעו על ידי חוקרים במאה ה -18 והמאה ה-19, בסיוע בניית מנהרת הרוח הראשונה ב -1877. בספרו "הידרודינמיקה", תיאר דניאל ברנולי קשר בסיסי בין לחץ, מהירות וצפיפות, הנקראים כיום העיקרון של ברנולי, אשר מספק שיטה אחת של חישוב להרים.בשנת 1799, ג'ורג' קיילי  זיהה את ארבעת הכוחות הבסיסיים של טיסה - עילוי, דחף, גרירה, ומשקל - ואת הקשר ביניהם;. פיתוח של תחזיות סבירות של דחף הדרוש לכוח טיסה יחד עם התפתחות גבוהה לכוח. ב-17 בדצמבר 1903 הטיסו וילבור ואורוויל רייט את המטוס הראשון המוצלח. הטיסה והפרסום שקיבלו הובילו לשיתוף פעולה מאורגן יותר בין טייסים ואוירודינמיסטים, שהובילו את הדרך לאווירודינמיקה המודרנית.

‎ההתפתחויות התאורטיות באווירודינמיקה נעשו מקבילות לתהליכים מעשיים. בשנת 1757 פרסם לאונרד אוילר את משוואות אוילר, והרחיב את עקרונו של ברנולי למשטר הזרימה הדחיסה. בתחילת המאה ה -19, הפיתוח של משוואות סטוקס הרחיב את משוואות אוילר כדי להסביר את השפעת הצמיגות. במהלך הטיסה הראשונה, כמה חוקרים פיתחו תאוריות עצמאיות לחיבור זרימת להרים. לודוויג פראנדל הפך לאחד האנשים הראשונים שחקרו שכבות גבול בתקופה זו.

מושגי יסוד

באווירודינמיקה ארבעה מושגי יסוד:

  1. משקל - כוח הכבידה שעובד על כל גוף. כוח זה מושך גוף למטה.
  2. עילוי - כוח הניצב לכיוון ההתקדמות. על מנת שמטוס יתרומם כוח העילוי חייב להיות גבוה יותר ממשקלו.
  3. גרר - התנגדות האוויר לתנועת הגוף. כוח זה מקביל והפוך לכוח הדחף.
  4. דחף - כוח הדוחף גוף בכיוון ההתקדמות. על מנת שגוף יוכל להתקדם, כוח הדחף שלו חייב להיות גדול מכוח הגרר שלו.

אווירודינמיקה של מטוסים

כדי להתגבר על כוחות גרר, מטוס חייב לייצר דחף. זה נעשה עם מדחף מונע על ידי מנוע או מנוע סילון. כאשר המטוס נמצא בטיסה בגובה במהירות קבועה, כוח הדחיפה הוא מספיק כדי לנטרל את הגרור האווירודינמי.

אווירודינמיקה של מכוניות

אווירודינמיקה של מכוניות דומה לאווירודינמיקה של מטוסים, אם ההבדל היחיד שיש ביניהם הוא שאצל מטוסים משתמשים באווירודינמיקה כדי להרים את הגוף למעלה ואצל מכוניות משתמשים באווירודינמיקה בשביל שלמכונית תהיה יותר אחיזה בקרקע וכאשר היא תכנס לסיבוב היא תהיה מסוגלת להישאר על הקרקע ולא להתהפך.

אווירודינמיקה בתחומים אחרים

עיצוב הנדסי - אווירודינמיקה היא חלק חשוב בעיצוב רכבים, בנוסף כחלק בצפיית תנועות של כלי שיט. אווירודינמיקה משמשת גם בעיצוב דיסקים קשיחים, בניינים, גשרים וטורבינות רוח.

עיצוב סביבתי - אווירודינמיקה משומשת על ידי מעצבי בתים על מנת להגביר נוחות במרחבים בחוץ, ומשמשת על מנת ליצור אקלימים אורבניים אשר מורידים את זיהום האוויר בקרב בתים. שדה האווירודינמיקה הסביבתית מתאר דרכים בהם גזי חממה באטמוספירה (שפולטים אנרגיית חום לאוקיינוס ולמשטח כדור הארץ) ומכניקת טיסה משפיעים על המערכת האקולוגית.

משוואות אווירודינמיות משמשות לחישוב תחזית מזג האוויר.

שליטה בכדור בספורט - אווירודינמיקה היא חלק חשוב בענפי ספורט כמו כדורגל, קריקט וגולף, בהם שליטה על הכדור היא חלק חשוב במשחק.

מערכת אווירודינמית

מכיוון שרוב המערכות שנחקרות אינן סגורות אלא חדירות, מגדירים שני גדלים דמיוניים: "נפח בקרה" ו"מעטפת בקרה" עבור מערכות פתוחות:

  • נפח בקרה (Control Volume) - חלל בעל גבולות שרירותיים שמיקומו וצורתו יכולים להשתנות בזמן.
  • משטח בקרה (Control Surface) - שטח הפנים של נפח הבקרה.

לדוגמה, חלק מצינור שבתוכו מתקיימת זרימה. נוכל להגדיר את נפח הבקרה בתור הגליל הגדול ביותר המוכל בתוך הצינור ואז נוכל לומר שדרך שטח המעטפת לא עוברת מסה.

כוחות אווירודינמיים על מטוס

אחד מהיעדים המרכזיים של האווירודינמיקה הוא לחזות את הכוחות האווירודינמיים הפועלים על מטוס.

ארבעת הכוחות הבסיסיים הפועלים על מטוס ממונע הם: עילוי, כבידה, דחף וגרר.

Forcesonaircraft-hebrew
כוחות אווירודינמיים הפועלים על מטוס
(מצויר פרופיל כנף)

המשקל הוא הכח הנוצר כתוצאה מכח המשיכה והדחף הוא הכוח שנוצר על ידי המנוע. עילוי וגרר הם כוחות הנוצרים כתוצאה מהתנועה היחסית של הגוף באוויר. עילוי מוגדר ככח אווירודינמי הפועל בניצב לזרימה היחסית של האוויר ואילו הגרר מוגדר ככח האווירודינמי הפועל במקביל לזרימה היחסית. העילוי מוגדר כחיובי כאשר הוא פונה כלפי מעלה ואילו הגרר מוגדר כחיובי כאשר הוא מופעל אחורנית.

ראו גם

לקריאה נוספת

קישורים חיצוניים

https://www.britannica.com/science/aerodynamics  (אימות מידע היסטורי)

http://www.thermopedia.com/content/546/ (אימות מידע)

https://howthingsfly.si.edu/aerodynamics (אימות מידע)

https://www.livescience.com/47930-what-is-aerodynamics.html (אימות מידע)

https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/bga.html (אימות מידע)

https://www.nasa.gov/audience/forstudents/k-4/stories/nasa-knows/what-is-aerodynamics-k4.html (אימות מידע ומושגי יסוד)

https://en.wikipedia.org/wiki/Aerodynamics (אימות מידע מהערך בוויקיפדיה באנגלית)

הערות שוליים

חלק מן הערך אינו מוכח מדעית לחלוטין ולכן ייתכן שיהיו מספר אי-דיוקים בתוכו. {קצרמר|פיזיקה}}

אפקט קואנדה

אפקט קואנדה הוא תופעה בה סילון של זורם (נוזל או גז) נע, המתקדם בצמידות למשטח קמור קלות יתעקל עם המשטח במקום להתקדם ישר בכיוון התקדמותו.

התופעה מוסברת בכך שכאשר הזורם נע לאורך המשטח נוצר כח חיכוך בין הזורם לבין המשטח. כח זה מאט את מהירות הזרימה ומצמיד את הזורם למשטח. הזורם הנע עוקב אחרי העקמומיות של המשטח אפילו מעבר לנקודת הקצה כל עוד הזווית איננה חדה מדי.

יש חוקרים הטוענים שנדרש להשתמש באפקט קואנדה כדי להסביר את היווצרות כח עילוי מפרופיל אווירודינמי. הם טוענים שהיצמדות הזרימה אל "עקמומיות הפרופיל" אווירודינמי בחלק שמעל לפרופיל נובעת ברמה המיקרוסקופית על ידי אפקט קואנדה ושבלעדיו היה נוצר מצב קבוע של הזדקרות. לעומתם, רוב החוקרים מסתפקים בהסברים בלי לראות צורך בשימוש באפקט קואנדה. תומכי השימוש באפקט מצדיקים את השימוש בו כדי לנתח את העילוי שנוצר כתוצאה מגופים אווירודינמיים ייחודיים, כגון מדפים ואמצעי הגברת עילוי נוספים.

בום על-קולי

בום על-קולי (באנגלית: Sonic boom) הוא הרעש שיוצר גוף שנע במהירות הקול או במהירות גבוהה יותר הקרויה מהירות על-קולית, והוא סוג של גל הלם. בפרט, המונח מתייחס לרעש שנשמע על הקרקע עקב טיסה של מטוס במהירות של מאך 1 לפחות. הרעש החזק שנשמע מחוץ למטוס דומה לקול רעם או להתפוצצות.

גרר (כוח)

במכניקת הזורמים, כוח הגְּרָר הוא הכוח המתנגד לתנועת גוף הנע בתוך זורם (נוזל או גז). מבחינה מתמטית, זהו הרכב המאמצים המופעלים על הגוף בכיוון ההפוך למהירות היחסית של הגוף ביחס לזורם.באווירודינמיקה, כוח הגְּרָר, יחד עם כוח העילוי, מהווה את אחד משני הכוחות החשובים והמשמעותיים ביותר בתחום. סוגים שונים של תופעות מקושרות לגרר הכללי וניתן להפריד בין גרר צורה וגרר חיכוך (לרוב, משמעותי יותר) אשר שניהם תולדה של גרר אשר יוגדר בתור גרר טפילי. לעומת הגרר הטפילי, קיים גם גרר מושרה, המושפע בעיקר מצורת הגוף (הגאומטריה) הנע בזורם. התנהגות הגרר תלויה בתנאי הזרימה, המאופיינים על ידי מספר ריינולדס ומספר מאך. כוח גרר פועל הן בין גוף לבין זורם, והן בין שני זורמים שונים. באופן כללי, כוח הגרר תלוי בעיקר במהירות.

דחף (כוח)

דחף הוא כוח הפועל על גוף בכוון מסוים כאשר אותו גוף מאיץ מסה בכיוון הנגדי. כוח הדחף נובע מהחוק השני והשלישי של ניוטון, והוא פועל בכוון הפוך לכוון החומר המואץ. לדוגמה מנוע סילון מאיץ אוויר לאחור, ונדחף, עקב כך, על ידי סילון האויר, קדימה.

הגה גובה

הגה גובה או מייצב גובה הוא משטח ניהוג ראשי במטוסים השולט על ציר העלרוד. משטח הניהוג מורכב בצורה אופקית לרוב בזנב המטוס.

הגה כיוון

הגה כיוון או מייצב כיוון הוא מתקן המשמש להיגוי אונייה, סירה, צוללת, רחפת, מטוס וכלי תחבורה אחרים הנעים בדרך כלל במים או באוויר. במטוס הגה הכיוון הוא משטח היגוי המורכב בצורה אנכית בזנבו ותפקידו לייצב ולשלוט בציר הסבסוב. הגה כיוון פועל על ידי הטיית זרם המים או האוויר החולף על פני גוף הרכב ומקנה בכך תנועה צידית, או סבסוב, לכיוון הראשי של תנועת הגוף. הגה כיוון בצורתו הבסיסית הוא משטח העשוי מיריעת חומר הצמודה בעזרת צירים לירכתי כלי השיט או הטיס. לעיתים קרובות הגה הכיוון מעוצב בדרך שתפחית את כוח הגרר ההידרודינמי או אווירודינמי. בכלי שיט פשוטים השליטה בהגה הכיוון נעשית בעזרת מוט ההגה, המחובר לחלקו העליון של הגה הכיוון. בכלי שיט גדולים ובכלי טיס קיימת מערכת של כבלים, או מערכת הידראולית המאפשרת שליטה בהגה הכיוון לגלגל ההגה בגשר האונייה, או לדוושות הגה הכיוון במטוס.

במטוס מייצב הכיוון הוא החלק האחראי ליציבות המטוס. כאשר המטוס מסתובב לצד אחד על מייצב הכיוון יפעל כח בגלל חוק ההתמדה שיגרום לו לחזור למצב מאוזן.

הזדקרות

במכניקת הזורמים, הזדקרות היא הפחתה בגודלו של מקדם העילוי של פרופיל אווירודינמי, הנובעת מהגדלת זווית ההתקפה של הפרופיל. הזדקרות חלה כאשר זווית ההתקפה גדלה מעל לערך קריטי (המכונה "זווית הזדקרות"). זווית ההזדקרות משתנה מפרופיל לפרופיל ותלויה אף במספר ריינולדס, אך במרבית כלי הטיס האזרחיים היא כ-15 מעלות. במטוסי קרב מתאפשרות זוויות הזדקרות גדולות יותר.

אף ש"הזדקרות" הוא מונח כללי, פעמים רבות הוא מוזכר בהקשר של תחום התעופה ועל כן ערך זה דן ברובו בתחום זה.

בתעופה, הזדקרות מורגשת בתור איבוד פתאומי ניכר של העילוי על כנפי המטוס, בעת שהמטוס מגיע לזווית התקפה גדולה מזווית ההזדקרות. יש לציין כי בעת הזדקרות, אין המטוס מפסיק לנוע ואין המנועים מפסיקים לפעול. עם זאת, הקטנת העילוי מובילה לרוב לירידה בגובה הטיסה ולעיתים גם להאטת מהירות המטוס. בשל כך, כלי טיס המגיע למצב של הזדקרות עלול להקלע לאובדן שליטה.

התעבות סביב כלי טיס

התעבות סביב כלי טיס הוא שם כולל למספר תופעות של התעבות אדי מים סביב כלי טיס או סביב עצמים אחרים הנעים באוויר. התעבות זו נוצרת באזורים סביב כלי הטיס שבהם שורר לחץ אוויר נמוך במיוחד מסיבות שונות. בגזים, לחץ נמוך גורר ירידת טמפרטורה, ובתנאי לחות גבוהה באוויר תתרחש במקומות אלו התעבות. כתוצאה מכך יווצרו עננים קטנים וקצרי חיים שנראה כאילו הם מלווים את כלי הטיס במשך זמן מה. למעשה, טיפות מים זעירות נוצרות באזורי לחץ נמוך, ונעלמות לאחר מעבר המטוס וחזרת לחץ האוויר לערכו הרגיל.

זווית התקפה

זווית התקפה (באנגלית: AOA‏ - Angle Of Attack), בכלי תעופה היא הזווית שבין מיתר של משטח אווירודינמי מסוים (כנפיים, זנב וכדומה) לבין כיוון הרוח היחסית בכיוונו. במילים אחרות, זווית התקפה נמדדת בין המיתר לבין כיוון התקדמותו.

קיימת הפרדה ביו זווית התקפה של כנף לזווית התקפה של מטוס, בעוד זאת של הכנף מתייחסת לזווית בין הפרופיל הממוצע בכנף למהירות הזרימה המציפה, זווית התקפה של מטוס מתייחסת לזווית הנוצרת בין הציר האורכי של מטוס לזרימה המציפה. בהינתן שהמבנה של המטוס ידוע, ניתן מזווית כללית זאת להגיע לזוויות ההתקפה הנוצרות על הכנפונים השונים.

המונח רלוונטי בעיקר לגבי התקדמות בחלל המכיל גז או נוזל. ככל שגדלה זווית ההתקפה, כך גדל כוח התגובה של הגז או הנוזל המופעל על המשטח.

כיוון הכוח הוא השקול שבין כיוון ההתקדמות לזווית ההתקפה, ובמקרה של כלי טיס גדל כוח העילוי ככל שגדלה זווית ההתקפה של הכנף או להב המדחף או הרוטור, אך רק עד גבול מסוים שנקרא "זווית הזדקרות", שמעבר לו קטן כוח העילוי עד אפס.

זווית ההתקפה הגבוהה ביותר עד היום, שבה מטוס נשאר יציב לאורך יותר מ־10 שניות היא 89.8°, שהושגה על ידי המטוסים הרוסיים סוחוי Su-35 וסוחוי Su-37.

יחס גלישה

יחס גלישה הוא מנה המבטאת את שיעור איבוד הגובה (כתוצאה מגרר והשפעת הכבידה) של עוף או כלי טיס בלתי ממונע, ביחס למרחק האופקי שאותו הוא עובר. ליחס זה נודעת חשיבות רבה בקביעת יעילות התעופה של עופות או כלי טיס חסרי מנוע, כגון דאונים ומצנחי רחיפה. כך למשל, יחס גלישה של 10:1 ("עשר לאחת") משמעו שכלי הטיס, למשל, עובר 10 מטרים בקו אופקי על כל מטר שהוא מנמיך בקו אנכי (קוטנגנס זווית הגלישה).

כאשר L מציין את כוח העילוי ו-D את כוח הגרר.

ככל שהגוף בנוי באופן יעיל יותר, ומפיק עילוי רב יותר ביחס למשקלו, יחס הגלישה גדל וניתן לעבור מרחק רב יותר עד הנחיתה על הקרקע.

כיוון שיחס גלישה גדול הוא דבר רצוי, נובעת מכך דרישה על כלי הטיס לייצר גרר (D) מינימלי.

כנפון קצה-כנף

כנפון קצה כנף הוא הארכה זוויתית מעלה או משיכה לאחור של קצות כנפי כלי טיס כמו מטוסים ודאונים בעלי כנף קבועה המיועדת להקטנת הגרר הנגרם ממערבולות קצה כנף.

מאזנות

מאזנות (באנגלית: Ailerons) הן משטחי שליטה נעים הממוקמים בשפת הזרימה (הפרופיל האחורי) של כנפי כלי טיס בעלי כנף קבועה כמו מטוסים ודאונים.

מספר מאך

מספר מאך היא יחידת מידה חסרת ממד למדידת מהירות המוגדרת כיחס בין המהירות הנמדדת ובין מהירות הקול בתווך הנתון. משתמשים במספר מאך בעיקר לתיאור מהירותם של עצמים בנוזל או בגז (למשל מטוסים באוויר), או לתיאור מהירותם של נוזלים בתעלות וצינורות שונים, כמנהרות רוח. מספר מאך נקרא על שמו של הפיזיקאי האוסטרי-צ'כי, ארנסט מאך.

כאשר

M הוא מספר המאך
vobject היא מהירות האובייקט ביחס לתווך
vsound היא מהירות הקול בתווך.

במכניקת זורמים תופעות עם מספר מאך נמוך מ-1 או גבוה מ-1 הן שונות מאוד באופיין, ולכן נוהגים לאפיין זרימה כתת-קולית או כעל-קולית בהתאמה, כחלוקה גסה, ולצרכים הנדסיים נהוגות תת-חלוקות מדויקות יותר.

מכיוון שמהירות הקול עולה עם עליית הטמפרטורה, מהירותו של עצם הנמדדת במאך, תהיה תלויה בטמפרטורת הסביבה.

בטמפרטורה של 15 מעלות צלזיוס בגובה פני הים, מהירות הקול באטמוספירה היא 340.3 מטר לשנייה (1,225 קילומטר לשעה, 761.2 מייל לשעה, 661.5 קשר או 1,116 רגל לשנייה). עם זאת, 1 מאך אינו מספר הקבוע במהירות, ושינויי גובה, טמפרטורה ותנאים סביבתיים אחרים יכולים להשפיע על ערכו משמעותית.

מעצור אוויר

מעצורי אוויר (באנגלית: Air brakes) בתעופה הם סוג של משטחי שליטה המשמשים מטוסים לצורך הפחתת מהירות בעת נחיתה.

מעצורי אוויר שונים מספוילרים בכך שמעצורי אוויר מיועדים להגדיל את כוח הגרר תוך יצירת שינוי מועט בכוח העילוי בעוד שספוילרים מפחיתים את כוח העילוי של הכנף בצורה משמעותית על ידי יצירת הזדקרות בצורה מבוקרת. היתרון של מעצורי האוויר על פני הספויילרים הוא בכך שבמקרים רבים הם מגדילים את קצב ההנמכה ללא פגיעה משמעותית במהירות המטוס.

לרוב, המאפיינים של מעצורי האוויר והספוילרים דומים ופעילותם משולבת. רוב מטוסי הנוסעים המודרניים מצוידים במעצורי אוויר וספוילרים משולבים. השימוש בספוילרים בעת נחיתה מפחית את כוח העילוי של המטוס בצורה דרמטית ובכך מעביר את משקל המטוס מהכנפיים לכני הנחיתה מה שמאפשר לבלמים המכניים בגלגלים לבלום בצורה יעילה יותר עם סיכוי נמוך יותר להחליק על המסלול. בנוסף, צורתם של הספוילרים בעת פתיחתם יוצרת כוח גרר ומסייעת לאפקט הבלימה. היפוך דחף המנועים מסייע גם הוא להפחתת מהירות המטוס לאחר הנחיתה.

מטוס התקיפה הימי הבריטי, בלקבורן בוקניר, שתוכנן בשנות ה־50 מצויד במעצור אוויר בצורת חרוט בחלקו האחורי של גוף המטוס אשר מתפצל בעת פתיחתו לשני חלקים הנפתחים לצדדים בצורה הידראולית. בנוסף זה עוזר לקצר את אורכו של המטוס בעת חניה על נושאת מטוסים.

למטוס הקרב הרוסי סוחוי־30 יש מעצור אוויר ממש מאחורי תא הטייס.

מערבולת

מְערבולת היא זרימה של חומר במעגל, בדרך כלל נוזל או גז. הזרימה בדרך כלל אינה זרימה למינרית (חלקה) אלא טורבולנטית. מהירות זרימת החומר ומהירותו הזוויתית גבוהות ביותר במרכז המערבולת וקטנות לקראת השוליים.

סייג רום

הביטוי סייג רום מתאר את הגובה המקסימלי אליו מסוגל להגיע כלי טיס. יש להבדיל מונח זה מהמונח תקרת שירות שמתאר את הגובה המקסימלי בו כלי טיס מסוגל לנסוק במהירות 100 רגל לדקה.

במהלך תנועתו של כלי טיס באוויר, ישנה חשיבות ללחץ האוויר בסביבת כלי הטיס. בעזרת המנוע (בוכנה או סילון) נע כלי הטיס ונוצרת זרימת אוויר על משטחי העילוי וגוף המטוס

אשר מחזיקים את כלי הטיס באוויר. ככל שעולים גבוה יותר באטמוספירה, כך קטנה יותר כמות החמצן באוויר ומנוע כלי הטיס אינו מסוגל להגיע לניצולת מספיקה כדי לשמור על מהירות כלי הטיס באוויר (מנוע זקוק לחמצן לצורך הנעתו). כך כלי הטיס מתחיל לרדת מגובה הטיסה לגובה בו יש מספיק חמצן המאפשר ניצולת מלאה למנוע.

ספוילר (תעופה)

ספוילרים (השאלה מאנגלית: spoiler; בעברית מַחְבֵּלי זרימה, מְשַׁבְּשֵׁי זְרִימָה) הם התקנים להפחתת כוח העילוי במטוסים.

הספוילרים הם משטחים המתרוממים כלפי מעלה בחלק האחורי שעל פני הכנף לפני המדפים. הם משמשים להאטה מסיבית של המטוס על ידי הקטנת כוח העילוי של הכנף בצורה משמעותית על ידי יצירת הזדקרות בצורה מבוקרת כלומר, ניתוק זרימת האוויר בחלק ממשטח הכנף בו הם נמצאים. בשונה ממעצורי אוויר, אשר מגדילים משמעותית את כוח הגרר אך אינם משפיעים רבות על כוח העילוי, הספוילרים מקטינים משמעותית את כוח העילוי ומשפיעים בצורה מועטה על כוח הגרר.

שמם של מחבלי הזרימה ("ספוילר" פירושו באנגלית: לקלקל) נובע מכך שהם מחבלים בזרימת האוויר התקינה מסביב לכנף ובכך "מקלקלים" את המבנה האווירודינמי שלה.

עומס כנף

באווירודינמיקה, עומס כנף הוא היחס בין משקלו של הגוף, לדוגמה מטוס או ציפור, לבין שטח הכנף שלו. אצל המטוס, היחס משקף את יחס העילוי למסתו, המשפיע על קצב הטיפוס, יכולת נשיאת המטען וכושר התמרון שלו.

עומסי כנף אופייניים במטוסים נעים מכ־100 ק"ג למ"ר עבור מטוסים רגילים, עד לטווח של 390 עד 585 ק"ג למ"ר עבור מטוסים מהירים כמטוסי קרב מודרניים. הגבול הקריטי על מנת שציפור תוכל לעוף הוא כ־25 ק"ג למ"ר.

הכנפיים מייצרות עילוי הודות לתנועת האוויר הנע מעל לשטח הכנף. מעל כנפיים גדולות יותר זורם יותר אוויר, כך שלמטוס בעל שטח כנף גדול ביחס למסתו (כלומר מטוס בעל עומס כנף קטן) יהיה יותר כוח עילוי בכל מהירות נתונה. לפיכך, מטוס בעל עומס כנף קטן יהיה מסוגל להמריא ולנחות במהירות נמוכה יחסית (או שהוא יהיה מסוגל להמריא עם מטען גדול יותר). בנוסף יהיה לו קצב טיפוס גבוה יותר מפני שהוא צריך פחות תוספת במהירות התקדמותו כדי לייצר את כוח העילוי הנדרש כדי לנסוק. ייתכן שהמטוס יהיה בעל יכולת שיוט יעילה יותר מפני שדרוש לו פחות דחף כדי לשמור על העילוי בטיסה ממושכת.

עומס הכנף הוא גם מדד יעיל למדידת ביצועי התמרון הכלליים של המטוס. כדי לפנות, המטוס חייב להתגלגל בכיוון הפנייה. לדוגמה, בפנייה ימינה הטייס מגלגל את המטוס כך שהכנף הימנית מופנית מטה והכנף השמאלית מופנית מעלה. כתוצאה מכך קטן העילוי והמטוס שואף לצלול, כך שצריך לשמור על האף מאוזן על ידי הגה הגובה. בנוסף, עילוי הכנף מנוצל להפניית המטוס והעלייה בזווית ההתקפה של הכנף יוצרת גרר נוסף. ככל שהפנייה חדה יותר, כך נוצר יותר גרר.

שיעור הפנייה המקסימלי האפשרי עבור דגם מטוס נתון מוגבל על ידי גודל הכנף וכוח המנועים המכתיבים את זווית הפנייה המקסימלית שהמטוס יכול להשיג תוך כדי שמירה על ביצוע פנייה ממושכת.

צימוד אינרציאלי

צימוד אינרציאלי (באנגלית: Inertia coupling) היא תופעה של טיסה במהירות גבוהה, העלולה להתרחש בגלל ההתמדה (אינרציה) של מטוס. זהו מצב בו משקל המטוס גובר על הכוחות האווירודינמיים המייצבים של הכנף ושל הזנב. שני המטוסים הראשונים שיוצרו באופן סדרתי ושחוו תופעה זו, ה-F-100 וה-F-102, הותאמו לשם התמודדות עם התופעה על ידי הגדלת שטח הכנף והזנב וכן ציודם במערכות בקרה. זאת על מנת לאפשר את שליטת הטייס במהלך תמרוני תנועה דינמית. לדוגמה: שטח הזנב של ה-F-102A הוגדל ב-40%. תופעת הצימוד האינרציאלי, העלולה להיות קטלנית, גרמה למותו של הטייס מל אפט בבל X-2 וכן כמעט וגרמה למותו של צ'אק ייגר ב-X-1A.

תעופהתעופה צבאיתתעופה אזרחית
עקרונות אווירודינמיקה • כוח עילויגררמספר מאךזווית התקפההזדקרותפרופיל אווירודינמיעומס כנףמערבולתאפקט קואנדהיחס גלישה
מטוס פעלולים

ציור של כדור פורח

מסוק
כלי טיס מטוסמסוקכדור פורחספינת אווירדאון
מבנה כנףכנפוןמדףמאזנותספוילרמעצור אווירמוטת כנפייםכונס אווירכני נסעהגה גובההגה כיווןתא הטייס
הנעה מנוע בעירה פנימיתמנוע כוכבי (רדיאלי)מדחףמנוע סילוןהיפוך דחףמנוע מגח סילוןמנוע על-מגח סילונימנוע רקטי
תופעות גלגול הולנדי • צימוד אינרציאליבום על-קוליהתעבות סביב כלי טיס • אוסצילציה • ורטיגוהתקרחות
מערכות מחווני טיסהצינור פיטומכל דלק נתיקמצנח בלימהאוויוניקהמערכת בקרת טיסהחיווט תעופתיקופסה שחורה
שלבי טיסה הסעה ודחיפההמראהטיפוסהנמכהשיוטנחיתהאווירובטיקההקפה
מקצועות צוות אווירטייסמהנדס טיסהצוות קרקעהנדסת אווירונאוטיקה
מונחים בתעופה

דף זה בשפות אחרות

This page is based on a Wikipedia article written by authors (here).
Text is available under the CC BY-SA 3.0 license; additional terms may apply.
Images, videos and audio are available under their respective licenses.