Markeffekt
Ett fysiskt fenomen som upplevs av en kropp i ett flöde nära marken kallas en markeffekt . Beroende på formen av flödet runt kroppen kan ytterligare dynamisk flytkraft eller downforce uppstå.
princip
När vingens bakkant rör sig genom luften nära marken fångas luft mellan vingen och marken. Detta ökar trycket där och därmed den dynamiska lyften . Samtidigt rör sig lyftens mitt bakåt. Markeffekten baseras på det faktum att en luftkudde bildas under vingen nära marken, som rör sig framåt med det svävande flygplanet. Lyft-dragförhållandet ökar 2,5 till 3 gånger jämfört med flygning utomhus. Detta innebär en förbättring av en vings effektivitet så att den nödvändiga lyften nära marken uppnås även vid lägre flyghastighet .
Ur en fluid synvinkel kan botteneffekten beskrivas enligt följande: Tryckfördelningen på profilen ändras och leder till en minskning av det inducerade motståndet . Den dra av en vinge består av friktionsmotståndet , tryck dra och den inducerade bromsverkan. Detta skapas av virvlarna vid vingspetsarna, som bildas av tryckutjämningen mellan topp och botten.
Detta skapar ett virvelband och spetsvirvlar bakom vingen , som accelererar luften bakom vingen nedåt. Kraften som skapas av detta tryck verkar vinkelrätt mot hastighetsvektorn . Förutom flytkraften skapar detta en kraft som är motsatt rörelseriktningen, det inducerade drag. Nära marken finns det knappast något utrymme kvar för luften att strömma nedåt och den tvingas flyta bort nästan horisontellt. Detta minskar det inducerade motståndet. På detta sätt kan energi som krävs för att övervinna det inducerade motståndet sparas.
Effekten observerades redan i albatrossen av Gustav Lilienthal 1880 , men ännu inte förstådd. Med luftfartens början i början av 1900-talet erkändes och användes dess effekt.
Exempel på golveffekt
Fasta flygplan
De aerodynamiska förhållandena för vingar förändras nära marken . Hissen ökar, hissens centrum rör sig bakåt och luftmotståndet minskar. När det gäller flygningar med lågflygplan nära marken, innebär markeffekten att flygplanet svävar mycket längre än vad som är fallet, till exempel med ett högflygplan . En pilot måste ta hänsyn till detta vid landning med lågflygplan, särskilt på korta landningsbanor .
I markeffektfordon (Ekranoplan) är mestadels sjöflygplan , som är konstruerade för lågnivåflygning med markeffekt och är därför endast lämpliga för vissa applikationer. Markeffektfordon kan å ena sidan vara fastvingade flygplan som också är lämpliga för flygning i större höjder. Å andra sidan hanteras markeffektfordon administrativt som fartyg om lågflyghöjd tvingar markeffektfordon att interagera med fartyg och båtar när det gäller trafik , dvs att underkasta sig sjöfartslagen . Av denna anledning kallas dessa enheter även markeffekt ”fordon” och inte markeffekt ”flygplan”, även om de ur fysisk synvinkel är flygplan som flyger (dynamisk hiss, flygplan) och inte kör (statisk hiss, luftskepp). I markeffekten kan segelflygplan täcka ett mycket längre avstånd än det som motsvarar glidvinkeln med mindre höjdförlust .
Hughes H-4 , som var det största "flygplanet" byggt från 1947 till 2019 , utförde bara en testflygning på en höjd av 20 m. Flygförmågan av typen utanför markeffekten har inte bevisats.
Tumregel : Botten effekten uppstår när flyghöjd är lika med eller mindre än hälften av den vingspann på den vinge .
helikopter
Termerna HIGE (för att sväva i markeffekt ) och HOGE (för att sväva ut ur markeffekt ) finns i servicebeskrivningarna för helikoptrar . Dessa termer används vanligtvis vid rapportering av helikopters arbetsgränser i förhållande till nödvändig motoreffekt. Som med flygplanets vingar har de en markeffekt nära marken, vilket är ansvarig för ökad lyft som ett resultat av en växelverkan mellan huvudrotorns nedåtgående luftflöde och marken. Luft sjunker ner i rotorskivan uppifrån, accelereras nedåt och träffar marken. Eftersom marken förhindrar att luften flyter snabbt, lyfts helikoptern också upp. Samtidigt reduceras rotorspetsvirvlarna.
Markeffekten i en helikopter inträffar när den ligger inom hälften till ett helt rotorspann över marken (HIGE). Det är mindre effektivt över vatten och högt gräs, eftersom dessa ytor har en energiabsorberande effekt, och det är inte ens närvarande när helikoptern rör sig i en hög höjd (HOGE). Det senare innebär nödvändigtvis ett högre effektbehov och högre bränsleförbrukning.
Markeffekten är definitivt viktig för helikoptrarnas arbetsgränser. Om du måste börja med begränsande faktorer som en hög viktbelastning, som lyfter från en hög plats eller vid höga temperaturer, kan markeffekten utvidga dessa arbetsgränser genom den extra levererade flytkraften och därmed i vissa fall göra hissen möjlig i första plats.
Markeffektfordon baserade på ramprincipen
En speciell typ av markeffektfordon som bygger på ramvingeprincipen är en tandem Airfoil Flairboat. Tandemvingeprincipen innebär att en inneboende stabilitet uppnås under markeffektflygningen , vilket garanterar ett säkert tillstånd av känsla inom markeffekten. En avvikelse från markeffekten, som uppnås med friflygande markeffektfordon, är inte avsedd här.
Det faktum att en tandem Airfoil Flairboat inte kan lämna markeffekten ledde redan till den trafikrelaterade och godkännande-relaterade klassificeringen som ett typ A markeffektfordon.
På grund av klassificeringen som fordonstyp A markerad, klassificeras en tandem Airfoil Flairboat som en vattenfarkost , så att en motorbåtlicens är helt tillräcklig för drift.
Landfordon
Den negativa markeffekten används i motorsport . Fordon konstruerade för väglopp, som Formel 1 , har liten markfrigång , inte bara på grund av deras mer gynnsamma tyngdpunkt . 1977 gjorde Lotus-teamet inte längre golvet så plant som möjligt utan utformade det enligt aerodynamiska kriterier för att dra nytta av den negativa golveffekten och därmed öka kontakttrycket . Hela sidokropparna i Lotus 78 var formade som inverterade vingar och till stor del förseglade på utsidan av rörligt monterade förkläden som släpade över vägbanan. Den möjliga laterala accelerationen ökade enormt, medan flödesmotståndet ökade mindre än med motsvarande bakre och främre vingar. Att köra över trottoarkanterna var extremt farligt eftersom extra dragkraft förlorades så snart mer luft förstörde denna effekt. Sedan säsongen 1983 har Formel 1-reglerna krävt en kontinuerlig markfrigång på flera centimeter för att begränsa markeffekten. Detta görs med en diffusor .
litteratur
- Götsch, Ernst: Luftfahrzeugtechnik , Motorbuchverlag, Stuttgart 2003, ISBN 3-613-02006-8
- K. Knowles, DT Donoghue och MV Finnis: A Study of Wings in Ground Effect , RAeS Vehicle Aerodynamics Conference, Loughborough University, 18-19 maj. Juli 1994
- K. Knowles och D. Bray: Ground Vortex Formed by Impinging Jets in Cross-flow , AIAA Journal of Aircraft, 30, 6, pp 872-878, november-december 1993
- K. Knowles: Impinging of Jet Flowfields for STOVL Ground Effect Research , RAeS Industry-University Aerodynamics Research Forum, London 9 januari 1992
- K. Knowles och D. Bray: Ny forskning om aerodynamik hos ASTOVL-fordon i markmiljö , Proceedings ImechE del G: Journal of Aerospace Engineering, 205, G2, s. 123-131, 1991
- Lawson NJ, Knowles K., Hart RJE, Wray JN, Eyles JM: En experimentell undersökning med användning av PIV av underflödet av en GA (W) -1 Aerofoil-sektion i markeffekt , 4: e MIRA International Vehicle Aerodynamics Conference, Session 6B, Warwick 16 . - 17. Oktober 2002
- GW Jörg: Tandem Airfoil Flairboats som effektiva WIG-hantverk; 2: a internationella EuroConference om högpresterande marina fordon Hyper'01, Hamburg 2. - 5. Maj 2001