מס' שאלות על צפיפות אוויר, הזדקרות ועילוי

האם צפיפות אוויר ממודלת בסימולטור שלנו והאם בכלל בסימולטור כלשהוא ?

כמו כן, בוויקיפדיה בערך 'הזדקרות' נכתב כך:

"המהירות בה טס המטוס כאשר הוא בזווית ההתקפה הקריטית היא מהירות ההזדקרות.
מהירות זו תלויה במשקל המטוס וכן בצפיפות האוויר ובטמפרטורה"

א. עד כמה קריטית אי התייחסותו של טייס לצפיפות האוויר בנתיב הטיסה
ב. האם מדובר בנתון שנמסר לטייס ע"י מגדל הפיקוח
ג. האם יש מכשור בתא הטייס שנועד לשם כך (שעון/מחוון)
ד. האם המסקנה הבאה היא מסקנה נכונה: " ככל שצפיפות האוויר נמוכה זווית ההזדקרות קטנה יותר" (כלומר ההזדקרות תגיע הרבה יותר מהר)

נכתב בוויקיפדיה בערך הנ"ל:
"הקטנת מהירות הטיסה תדרוש זווית התקפה גדולה יותר, על מנת לשמור על אותה כמות עילוי"

לא הבנתי, הרי אם קטנה מהירות הטיסה הגדלת זווית ההתקפה תוביל ביתר שאת את המטוס להזדקרות ?
(ז"א אני מבין שהגדלת זווית ההתקפה פירושה בפועל "הרמת אף"/משיכת סטיק )

תודה

היי כפיר,

כל מה שאני רושם הוא בערבון מוגבל, אני מקווה שאני לא אומר שטויות ואני אשמח אם תתקנו אותי.

אני חושב שאתה מבלבל בין כמה מקרים.
מונח ההזדקרות נועד לתאר מצב בו יש ניתוק זרימה מהכנף (או חלק ממנה) וכתוצאה מכך יש איבוד עילוי. ניתוק זרימה כזה קורה לרב כאשר זווית ההתקפה של הפרופיל הרלוונטי (חתך הכנף שבו קורה ההזדקרות) גבוהה מדיי ולכן יש זווית התקפה קריטית. בזווית זו מיוצר מקסימום העילוי.



בגרף הבא אתה יכול לראות קשר בין מקדם העילוי שהוא גודל חסר מימד המתאר פי כמה גדול כח העילוי ביחס ללחץ הדינאמי בסביבה וחלקי מוטת הכנף (ככל שהמוטה ארוכה יותר, יש יותר עילוי). או בפשטות, CL מתאר כמה עילוי יחסי אתה מקבל בעבור זווית התקפה. ונועד להקל על מי שמתכנן את המטוס או את מתארי הטיסה עליו את החיים.



כפי שניתן לראות עבור הפרופיל המוצג, מקדם העילוי עולה ככל שעולה זווית ההתקפה עד לרגע שבו ישנה הזדקרות (מקדם העילוי קטן משמעותית).

אתה בטח אומר לעצמך, הוא מקשקש, הרי גם אם אני אטוס בזווית ההתקפה המתאימה אני לא אוכל להרים טנק עם P11 נכון? אז אתה בהחלט צודק. כאן נכנסים כבר לתמונה שיקולים דינאמיים. על מנת שאתה לא תשנה את מגמת הטיסה שלך , אמור להיות שווי משקל של כוחות על הגוף. בפרט, כח המשיכה צריך להשתוות לכוח העילי. הנה ביטוי כללי לכח העילוי


כאשר rho- צפיפות , v- מהירות הזרימה המציפה (אילו אתה יושב על הפרופיל, כמה מהר הזרימה עוברת על פניך). A- שטח הכנף ואת CL כבר פגשנו. על מנת לא להכנס לביטויים מתמטים מורכבים יותר, CL הוא משתנה שתלוי ישירות בזווית ההתקפה.

למעשה , כח העילוי תלוי גם בצפיפות, וגם במהירות שלך. כלומר, ככל שאתה תטוס יותר לאט כח העילוי יירד -> יש סיכוי שלא יהיה שווי משקל כוחות ואתה תאבד גובה.

לחילופין, בגובה גבוה, אתה תדרש לזווית התקפה גבוהה יותר / מהירות טיסה גבוהה יותר על מנת להתגבר על האפקט של הירידה בצפיפות.

התופעה לפיה אנשים מזדקרים בסיטואציה כזו היא פשוט משום שאתה מנסה לפצות על הירידה בעילוי ע"י משיכת סטיק -> העלאת זווית ההתקפה -> העלאת העילוי. הבעייה היא שכאמור, העלאת יתר של זויות ההתקפה יכולה לגרום להזדקרות. כמו כן, היא גורמת ליותר גרר על המטוס מה שגורם לירדת המהירות ואז לירידה בעילוי.

לגבי הסימולטור. אני חש שהנושא ממודל משום שככל שאתה עולה בגובה אתה טס לאט יותר וגם מייצר פחות עילוי.

א. באופן כללי, הצפיפות תלוייה בעיקר בגובה למיטב ידיעתי. הטייס יודע שככל שהוא מגביה טוס הוא יצטרך לפצות על הירידה בצפיפות. כולנו עושים את זה בסימולטור באופן בלתי מודע ע"י כיזוז או משיכת סטיק.

ב. בעקרון, צפיפות האוויר או הלחץ הברומטרי שקשור בה על הקרקע (אני מקווה שעכשיו אני לא אומר שטויות) מוזנים ע"י הטייס בהמראה לטובת מד המהירות שנעזר בהפרשי לחצים על מנת לחשב את מהירות המטוס.

ג.כידוע לי אין מכשיר נפוץ שמציג צפיפות.
ד. אני לא חושב שהמשפט נכון. העובדה שהצפיפות נמוכה יותר לא גוררת הזדקרות מוקדמת. מה שגורר הזדקרות מוקדמת הוא אופי הפרופיל ותו לא. מה שכן, צפיפות נמוכה תגרום לך לפחות עילוי וכתוצאה מכך ייתכן ותשקע.

אני מקווה שהבהרתי את הנושא ולא בלבלתי אותך. ניסיתי להשאיר את ההסבר תמציתי ככל שניתן.

RF

😕 🤔 אני וודאי לא יכול להעריך את נכונות הסבריך בחלק שאיני בטוח בו ועליו שאלתי
בכל אופן וודאי תודה 🙂

וכאמור אשמח לאישור, תיקון או הסבר אחר

תודה

אני מתנצל אם ההסבר שלי לא ברור או מבלבל. אני מקווה שאתה ואחרים תפיקו ממנו תועלת.

KfirC2 כתב/ה:האם צפיפות אוויר ממודלת בסימולטור שלנו והאם בכלל בסימולטור כלשהוא ?

כן. צפיפות, טמפרטורה ולחות ממודלים בסימולטור IL2.
אתה יכול בהחלט להרגיש הבדל בביצועים של המטוס בין לדוגמא טיסה בחורף במפה של אזור צפון אירופה לבין טיסה בקיץ במפה של צפון אפריקה.

KfirC2 כתב/ה:כמו כן, בוויקיפדיה בערך 'הזדקרות' נכתב כך:
"המהירות בה טס המטוס כאשר הוא בזווית ההתקפה הקריטית היא מהירות ההזדקרות.
מהירות זו תלויה במשקל המטוס וכן בצפיפות האוויר ובטמפרטורה"

א. עד כמה קריטית אי התייחסותו של טייס לצפיפות האוויר בנתיב הטיסה

בזמן טיסה זה כבר זניח למעט במהירות הזדקרות שמשתנה בהתאם. המקום בו יש השפעה מכרעת זה על ביצועי המטוס בזמן המראה. דהיינו משפיע על המשקל המירבי ל payload של המטוס, מה יהיה מרחק הריצה על המסלול עד להגעה למהירות V1, Vr, V2 וכו'

KfirC2 כתב/ה:ב. האם מדובר בנתון שנמסר לטייס ע"י מגדל הפיקוח

הנתון נמצא בתדריך מזג אוויר שהטייס מקבל מה-ATIS או שיכול להדפיס בעצמו מהאינטרנט לפני הטיסה.

KfirC2 כתב/ה:ג. האם יש מכשור בתא הטייס שנועד לשם כך (שעון/מחוון)

יש מד טמפרטורה חיצוני (OAT), אפשר לשים מד ברומטרי פשוט, לא זכור לי שיש משהו שמודד לחות.

KfirC2 כתב/ה:ד. האם המסקנה הבאה היא מסקנה נכונה: " ככל שצפיפות האוויר נמוכה זווית ההזדקרות קטנה יותר" (כלומר ההזדקרות תגיע הרבה יותר מהר)

לרוב לא. רק המהירות משתנה. ככל שצפיפות האוויר יותר נמוכה מהירות ההזדקרות (TAS) יוותר גבוהה.

KfirC2 כתב/ה:נכתב בוויקיפדיה בערך הנ"ל:
"הקטנת מהירות הטיסה תדרוש זווית התקפה גדולה יותר, על מנת לשמור על אותה כמות עילוי"

לא הבנתי, הרי אם קטנה מהירות הטיסה הגדלת זווית ההתקפה תוביל ביתר שאת את המטוס להזדקרות ?
(ז"א אני מבין שהגדלת זווית ההתקפה פירושה בפועל "הרמת אף"/משיכת סטיק )

כנס לסימולטור ותעשה את הבדיקה הבאה במטוס כמו מוסטנג כדי לעשות סדר בראעש ולהבין את ההגיון הפיזיקאלי:

תמריא, תטפס לגובה בטוח שאפשר לצאת מהזדקרות, נגיד 5,000 רגל.
תיישר את המטוס, תוריד למצערת של cruise (נגיד 70%) תקזז ותשמור על גובה 5.

לאט לאט תתחיל לסגור את המצערת, כל פעם ב 10%.
כל פעם תוריד 10% מצערת, תן למטוס להתייצב על מהירות נמוכה יותר ותקזז שהמטוס ישמור על עצמו כך פחות או יותר.
בכל הזמן הזה אתה ממשיך לשמור על גובה 5.

לאט לאט אתה תראה שאתה צריך למשוך יותר ויותר את הסטיק ו/או מקזז מעלה כדי לשמור על הגובה, וגם תשים לב שהאף של המטוס נמצא יותר ויותר גבוהה כדי לשמור על טיסה אופקית וקבועה על גובה 5.

תמשיך את התהליך של הורדה של 10% בכל פעם עד שאתה מגיע להזדקרות.
תרשום את המהירות המינימאלית שהצלחת להחזיק את המטוס באוויר, וגם תנסה לאמוד מה הייתה הזוית התקפה (alpha) שהצלחת עדיין להחזיק את המטוס באוויר.

תעשה את הבדיקה הזאת עם מוסטנג מלא 100% בדלק + חימוש פצצות על הכנפיים ותשווה מול אותו מטוס רק עם 20% דלק.

אתה תראה שתמצא הבדל משמעותי במהירות הזדקרות , והבדל זניח בזוית התקפה ברגע ההזדקרות.

VIFF

בנוסף למה שרמי ואלון כתבו מעלי ושנתנו לך תשובה מלאה ומפורטת

ViFF כתב/ה:
[quote="KfirC2"]ד. האם המסקנה הבאה היא מסקנה נכונה: " ככל שצפיפות האוויר נמוכה זווית ההזדקרות קטנה יותר" (כלומר ההזדקרות תגיע הרבה יותר מהר)

לרוב לא. רק המהירות משתנה. ככל שצפיפות האוויר יותר נמוכה מהירות ההזדקרות (TAS) יוותר גבוהה.
[/quote]מהירות ההזדקרות המכשירית(כפי שמופיעה על השעון) זהה בכל צפיפות אוויר/בכל גובה, רק לצורך העניין מהירות הזדקרות(מכשירית) אקוויולנטית לזווית הזדקרות(לא בכדי משתמשים בשני המושגים לחלופין). בלי קשר, מהירות ההזדקרות כמובן תלויה במשקל המטוס.
מאחר שככל שעולים בגובה, צפיפות האוויר קטנה וכך גם התנגדות האוויר, אז המהירות האמיתית(True Air Speed-TAS) כלומר מהירות המטוס ביחס לגוש האוויר שהוא טס בתוכו, המהירות הזאת תהייה גבוהה יותר עם העלייה בגובה.
המהירות המכשירית בגלל שהיא נמדדת ע"י לחץ האוויר בצינור הפיטו הולכת ויורדת עם העליה בגובה כי צפיפות האוויר הולכת ויורדת(האוויר מפעיל פחות לחץ על הממברנה של מד המהירות).
לעומת זאת, כאמור, בשל צפיפות האוויר היורדת עם הגובה והתנגדות האוויר ההולכת ויורדת אז המהירות האמיתית(TAS) הולכת וגדלה.
לסיכום:
צפיפות אוויר יורדת->מהירות מכשירית יורדת->מהירות אמיתית(TAS) עולה.
זה באופן כללי.

בגלל שבצפיפות אוויר נמוכה המהירות המכשירית קטנה יותר(כאמור בגלל הלחץ המופחת על ממברנת מד המהירות) אז מן הסתם נגיע מהר יותר למהירות ההזדקרות המכשירית שהיא כאמור קבועה. זה לא אומר שהמטוס יזדקר במהירות(מכשירית) גבוהה יותר!(בד"כ כשמהירות ההזדקרות גבוהה יותר מזדקרים יותר מוקדם).
אבל כמו שאלון כתב ובהתאם למה שכתבתי לגבי ה-TAS- למרות שמהירות ההזדקרות המכשירית תהייה זהה-בגלל התנגדות האוויר הפחותה אז למעשה בזמן ההזדקרות באוויר דליל יותר(צפיפות פחותה) המהירות האמיתית של המטוס תהייה גבוהה יותר מאשר בזמן הזדקרות באוויר צפוף.
בד"כ מה שמעניין את הטייס זו בעיקר המהירות המכשירית ולזה יש לו מחוון. רק בניווט תעניין אותו גם המהירות האמיתית והיא בד"כ מהירות מחושבת(ע"י הטייס או מחשב הטיסה). לכן אין לו צורך לשקלל טמפרטורה, לחות וכו' כדי להתחשב בצפיפות האוויר, יש רק צורך להסתכל במד מהירות זה כל המידע הקריטי מבחינתו ביחס להזדקרות.
לגבי מד גובה הסיפור אחר ושם קריטי בעיקר בהמראה/נחיתה ושטח הררי לקבל מפקח או ATIS את ערך הכיול של הלחץ הברומטרי(QNH) שמושפע מצפיפות האוויר(שבתורה מושפעת מהטמפרטורה והלחות).
[ ATIS הוא הקלטה של נתונים מטאורולוגיים ותפעוליים של השדה שמוקרא בתדר מוגדר-תדר ATIS של השדה]
את ערך הכיול הברומטרי(QNH) הטייס מכייל במד הגובה

הוא מכייל את הלחץ בעזרת הכפתור בצד שמאל למטה והלחץ מוצג בחלונית. וזה יבטיח הצגת גובה מדוייק(מעל פני הים) בשלבים הקריטיים שיש בהם חשיבות לגובה הטיסה.
הלחץ הסטנדרטי בגובה פני הים הוא 29.92 אינצ' כספית. כאן בתמונה המטוס ממוקם בשדה בגובה 1,000 רגל, וה-QNH בחלונית הוא 29.53 שמרמז על לחץ(צפיפות) ברומטרי נמוך יותר, כפי הנראה בשל טמפרטורה גבוהה או לחות גבוהה.

ועכשיו חיים אתה יכול לבקר את המשפט הבא:

RF כתב/ה:
לגבי הסימולטור. אני חש שהנושא ממודל משום שככל שאתה עולה בגובה אתה טס לאט יותר וגם מייצר פחות עילוי.
RF

ולהחליט אם הוא נכון או לא, ואם נכון איזה מושג מחדד חסר בו.

😱
wow כתבתם ערך אנציקלופדי ....
RF פרס
אלון מתח
ומולי העמיק (כהרגלו)
ולא רק זאת אלא הוסיף חלק אתגרי (ש"ב.... 🙂 )
אני לא מגיע באופן טבעי מהתחום הראלי,זה אפילו קשה, זה מחייב אותי ללכת ולקרא נושאים קרובים מחוייבי הבנה מקדימה, במדעים, פיסיקה, מתמטיקה וכדו'
א. מזל שההתפתחות המדעית הולידה את האינטרנט המאפשר לימוד עצמי בקצב אישי וללא ביקורת (ציון, עלבון וכד'😉
ב. חבל שהקשר שלי עם התחום הזה (התחום המדעי-ראלי) הסתיים אי שם בכיתה ח'-ט' בצער גדול ובעלבון גדול כשנתתי לתחום הזה "גט" בין השאר בשל מורים שגרמו לי להבין שאין לי קשר לתחום (אני מקווה שאני לא כזה עם התחומים שאני מלמד)
העובדה שתחומים אותם אני אוהב מאד - תעופה וטיסה ווירטואלית - מחייבים זאת מביאים ל"פיוס" ביני לבין התחום
אין לי ברירה אלא להדפיס, לשבת ולקרא בעיון לקמט את המצח ולנסות להבין.

תודה רבה למורים הנ"ל 😳

KfirC2 כתב/ה:😱
ולא רק זאת אלא הוסיף חלק אתגרי (ש"ב.... 🙂 ) 😳

אז מה התשובה?
או שאתה מעדיף שאכתוב אותה אני?

Muli כתב/ה:
ועכשיו חיים אתה יכול לבקר את המשפט הבא:
[quote="RF"]
לגבי הסימולטור. אני חש שהנושא ממודל משום שככל שאתה עולה בגובה אתה טס לאט יותר וגם מייצר פחות עילוי.
RF

ולהחליט אם הוא נכון או לא, ואם נכון איזה מושג מחדד חסר בו.[/quote]

לא תמתין אל תענה, אני "אשב" לעיין בזה בשבת הקרובה 🙂

היי כפיר,

כשאני קורא את מה שכתבתי כעת מנקודת מבט של מישהו שקצת קשה לו עם מדעים אני בהחלט יכול להבין איך ייתכן ובלבלתי אותך. כמו כן, בגלל שלא הגדרתי לאיזו מהירות אני מתכוון אני בלבלתי עוד יותר.

אז כמו שאומרים ברוסית,
ניסיתי לעשות טוב יותר ויצא כמו תמיד 💡

אני מקווה שבכל זאת החכמתי מישהו

שאלה לי אליך כפיר:

האם ביצעת את התרגיל שכתבתי בהודעה שלי?

אלון

ViFF כתב/ה:שאלה לי אליך כפיר:

האם ביצעת את התרגיל שכתבתי בהודעה שלי?

אלון

חיים
אני כותב מוקדם, הרבה לפני כניסת השבת.., שתספיק לקרוא 🙂
מה שכתב רמי(RF) הוא סיכום התשובה המפורטת לשאלות שלך במשפט מדוייק וקצת מפחיד אחד

מה שכתוב כאן מפחיד רק בגלל 4 דברים: חצי, רו, בריבוע ו-CL
אם נוריד את המסכה מהביטוי, כל מה שכתוב בו זה בפשטות ובעברית צחה:

כלומר את העילוי יוצרת תערובת של 3 מרכיבים: צפיפות האוויר, מהירות הטיסה וזווית ההתקפה. (בפועל יש שם עוד מרכיב נוסף אבל הוא לא ניתן לשינוי אז הוא לא מעניין).
ובנוסף משהו צריך להחזיק את משקל המטוס באוויר, והעילוי הוא אותו חוט בלתי נראה שעוביו הוא בעצם העילוי, מטוס כבד יותר ידרוש חבל ולא חוט ולכן יותר מכל הרכיבים.
לאותו חוט נדרשים 3 המרכיבים שהזכרתי, הפחתתה באחד מהם-תצטרך להגדיל בשני.
נוציא את המהירות מהמשחק, כי מה שמעניין אותך כרגע על המאזניים הם זווית ההתקפה והצפיפות. אם הורדת מרכיב הצפיפות תאזן את המאזניים ע"י הגדלת רכיב זווית ההתקפה כדי לשמור על חוזק החוט.
זו כל התורה על כבל אחד.
אגב, מה נבהלת מהריאליות?

KfirC2 כתב/ה:
נכתב בוויקיפדיה בערך הנ"ל:
"הקטנת מהירות הטיסה תדרוש זווית התקפה גדולה יותר, על מנת לשמור על אותה כמות עילוי"

לא הבנתי, הרי אם קטנה מהירות הטיסה הגדלת זווית ההתקפה תוביל ביתר שאת את המטוס להזדקרות ?
(ז"א אני מבין שהגדלת זווית ההתקפה פירושה בפועל "הרמת אף"/משיכת סטיק )

תודה

מה חדש בזה? אתה הרי יודע את זה, ועוד איך מבין. איך מזדקרים? בדיוק בגלל זה(יורדים מתחת למהירות ההזדקרות..) 🙂

ובהזדמנות תראה את זה בפועל בתרגיל של אלון.
שבת שלום

כנראה הייתי מאד עייף אתמול, כתבצי כפיר למרות שהתכוונתי חיים...
😛

Muli כתב/ה:

ועכשיו חיים אתה יכול לבקר את המשפט הבא:
[quote="RF"]
לגבי הסימולטור. אני חש שהנושא ממודל משום שככל שאתה עולה בגובה אתה טס לאט יותר וגם מייצר פחות עילוי.
RF

ולהחליט אם הוא נכון או לא, ואם נכון איזה מושג מחדד חסר בו.[/quote]

בו נאמר כך:

ככל שעולים בגובה (כלומר טיסה בשכבות דלילות אוויר יותר ויותר)העילוי אכן קטן וכן המהירות המכשירית שלי קטנה דבר שמחייב אותי לפצות בהגברת כוח מנוע (על כל המשתמע מכך)
כך שבגדול המשפט נכון, רק אני מתלבט לגבי המהירות שתלויה גם בעוצמת המנוע, וכאמור נראה לי שהוא יכול לטוס מהר אבל במחיר של תצרוכת דלק גבוהה
והמושג המחדד הוא כאמור "מהירות מכשירית".

כמה קיבלתי במבחן ? 🙁 🙂

100, בונוס וציון לשבח.תשובה מלאה לגמרי+.

רק הערה קטנה, תאלץ להוסיף מנוע כדי שהמהירות המכשירית לא תקטן יותר מדי(אל מתחת למהירות ההזדקרות), מעבר לזה אתה טס בכל מקרה מהר כי ההתנגדות האוויר קטנה(מהירות אמיתית).
המהירות האמיתי ככלל אצבע גדלה ב-2% על כל 1,000 רגל גובה, או 10% על כל 5,000 רגל גובה.

אם לא ההזדקרות מעניינת אלא השיוט, נניח שאתה משייט ב-200 קשר ב-20,000 רגל, בפועל(מהירות אמיתית) אתה טס במהירות כמעט 300 קשר(280 קשר) בהנחה שאין רוח.
וככל שתטוס מהירות מכשירית גבוהה יותר(מטוס סילון) וגבוה יותר כך המהירות האמיתית תהייה גבוהה הרבה יותר. זו הסיבה שמטוסי נוסעים טסים בגבהים שבין 30,000 רגל ל-40,000 רגל, חוץ מהעובדה שמנוע סילון יעיל יותר בגבהים הללו. והרצון להימנע מכניסה לתופעות מזג אוויר שיותר אופייניות לגבהים היותר נמוכים.
כך שלמעשה ככל שתעלה בגובה כך תטוס חסכוני יותר. הגובה הרצוי הוא גם פונקציה של מרחק הטיסה כי הטיפוס צורך הרבה דלק. ובמרחק טיסה גדול, הוא משלם עצמו בחיסכון בשיוט (טיפוס ל-35,000 רגל הוא ארוך מאד).
דלק הוא אחת ההוצאות המשמעותיות לחברות תעופה, לכן חיסכון בדלק הוא קריטי ומפתח לשרידות החברה.