A terhelési tényező meghatározása a repülésben és hatása a repülésre

A pilótanövendék a földi iskolában a legtöbb időt azzal tölti, hogy megtanulja, hogyan repülnek a repülőgépek. Már az egyenes és vízszintes, gyorsítás nélküli repülés alapjainak elsajátítása is eléggé zavaró. De a repülés erőinek árnyalatainak megértéséhez meg kell érteni, hogy a kritikus dolgok akkor történnek, amikor a dolgok megváltoznak. Ma nézzük meg a terhelési tényezőt.

Amikor egy repülőgép fordulókörbe kerül, a repülőgépre ható aerodinamikai erők olyan módon változnak, amit minden pilótának meg kell értenie. A terhelési tényező az egyik legfontosabb eredmény – az a gondolat, hogy a dőlésszög növekedésével a repülőgépre ható terhelés is növekszik.

Mi a terhelési tényező?

A terhelési tényezőt úgy lehet elképzelni, hogy mennyivel nő a repülőgép súlya. Nem, a levegőben nem lehet súlyt növelni. De a repülőgépre repülés közben a gravitáción kívül más erők is hatnak, és ezek az erők néha megnőnek. Amikor ez megtörténik, az eredmény a repülőgépre nehezedő terhelés, amely nagyobb, mint a repülőgép és tartalmának súlya.

Mivel “tényezőként” van kifejezve, a terhelés a keletkező felhajtóerőnek a látszólagos tömeghez viszonyított arányaként jelenik meg. Ez közvetlen kapcsolatban áll azzal a felhajtóerővel, amelyet a szárnyaknak kell produkálniuk. Egy 2 G-t húzó repülőgépnek kétszer annyi felhajtóerőt kell produkálnia, mint egy olyan repülőgépnek, amely csak 1 G-t húz. Ha a terhelési tényező 1 G, akkor nincs extra terhelés, és a felhajtóerő mennyisége megegyezik a repülőgép számított súlyával.

A repülőgép terhelési tényezőjének növelésének leggyakoribb módja az, hogy padkára állítjuk. De nem ez az egyetlen módja. A hirtelen manőverek is növelik vagy akár csökkentik a terhelési tényezőt. Képzeld el, ahogy végigrepülsz, és a pilóta hirtelen visszarántja a kormányt. Mindenki úgy érzi, hogy lefelé nyomódik az ülésben, mivel a terhelési tényező megnő. Hasonlóképpen, ha hirtelen előre nyomja a botkormányt, a terhelés hirtelen és drámaian csökken. Amikor a terhelési tényező 1 G alá csökken, a dolgok súlytalannak tűnnek, ha csak átmenetileg is.

Tegyük fel azt is, hogy ezeket az érzéseket minden érzi a repülőgépben, sőt maga a repülőgép is. És ha túl nagy erőt alkalmazunk, a dolgok eltörhetnek.

Az, hogy mi okozhatja a terhelési tényező változását, több okból is létfontosságú. Egyrészt a pilótának tudnia kell, hogy a terhelési tényező növekedésével a repülőgépnek több felhajtóerőt kell produkálnia ahhoz, hogy a levegőben maradjon. Ezért ennek a pilótának helyesen kell cselekednie, hogy biztosítsa a kívánt repülési pályát. Ez azt jelenti, hogy gyorsabban kell repülnie, vagy növelnie kell a támadási szöget.

A pilótáknak továbbá meg kell érteniük, hogy a repülőgépet tervező mérnökök csak meghatározott, kiszámítható mértékű terheléssel számoltak. A repülőgépeket nem lehet a végtelenségig erősíteni, mivel az extra szilárdság többletsúlyt eredményez a repülőgépvázban, és kevesebb hasznos terhet tud szállítani a gép. A tervezőknek és mérnököknek engedményeket kell tenniük a tervezés során. Ezért minden repülőgépet úgy terveznek, hogy korlátozott mennyiségű terhelési tényezőt bírjon el.

Az FAA ugyanúgy tanúsítja a repülőgépeket, mint ahogyan a repülőgépvezetőket is. A repülőgépek kategóriái közé tartoznak többek között a normál, a haszonjárművek, az akrobatikus és a szállító repülőgépek. Ahogy az várható volt, ahhoz, hogy egy konstrukciót tanúsítsanak, meg kell felelnie a minimális határterhelési tényezőre vonatkozó követelményeknek.

A forduló aerodinamikája

Hogy megértsük, miért nő a terhelési tényező fordulóban, először néhány alapvető aerodinamikai alapelvvel kell foglalkozni.

Mihelyt a repülőgép beáll a dőlésszögbe, a szárnyak már nem csak függőleges felhajtóerőt termelnek. A felhajtóerő megoszlik a függőleges felhajtóerőre, amely a repülőgépet a levegőben tartja, és a vízszintes felhajtóerőre, amely a gépet a fordulóba húzza. A teljes felhajtóerő a szárnyfesztávolságra merőleges marad.

Newton harmadik mozgástörvénye szerint minden hatásnak van egy egyenlő és ellentétes reakciója. Tehát a szárnyak által keltett vízszintes felhajtóerővel egyenlő és ellentétes erőnek kell lennie. Ez az erő a centrifugális erő, egy olyan hatás, amely a repülőgépet kifelé és elfelé húzza a fordulótól.

Föltételezve, hogy a repülőgép vízszintes fordulóban van, és nem emelkedik vagy süllyed, a felhajtóerővel ellentétes erők egyenlőek és ellentétesek lesznek. A súly, vagyis a gravitáció ellentétes a függőleges felhajtóerővel. A centrifugális erő egyenlő és ellentétes a vízszintes felhajtóerővel. Ez a két erő együttesen nagyobb, mint a súly önmagában. Ezeknek az erőknek a teljes összege egyenlő és ellentétes a teljes felhajtóerővel.

Ennek a növekedésnek az összege a terhelési tényező. Ezt a normál súly feletti tényezőként fejezik ki, ami 1 G. Egy 2400 kilós repülőgép, amely 60 fokos dőlésszögű fordulóban van, 2 G-t tapasztal. Ezért a teljes terhelése 4800 font.

Az átesési sebesség változása

Mivel a szárnyaknak nagyobb súlyt kell támogatniuk, ezt kétféleképpen kell megtenniük. Vagy gyorsabban kell mozogniuk a levegőben, vagy növelniük kell a támadási szögüket. Ehhez a feladathoz feltételezzük, hogy a légsebesség állandó marad. Ezt szem előtt tartva, egy 90 csomós sebességgel repülő repülőgépnek nagyobb támadási szögre lesz szüksége egy 60 fokos dőlésszögű fordulóban, mint egy egyenesen és vízszintesen repülőnek.

A holtpont akkor következik be, amikor a szárny túllépi a kritikus állásszöget. Ezért a kanyarban lévő repülőgép sokkal közelebb van a kritikus állásszöghez, mint az egyenesen és vízszintesen repülő repülőgép.

Ez két fontos dolgot mutat. Először is azt mutatja, hogy egy repülőgép a sebességmérőn jelzettnél sokkal nagyobb légsebességnél is elakadhat. Ez rávilágít arra, hogy a repülőgép nem egy adott légsebességnél, hanem egy adott állásszögnél fullad le.

Másrészt azt mutatja, hogy az átesési sebesség kanyarban mindig megnő. Minél meredekebb a dőlésszög, annál jobban nő az átesési sebesség.

Határterhelési tényezők a tervezésben

Míg a tervezők úgy építhetnek meg egy repülőgépet, ahogy akarnak, az Egyesült Államokban az FAA minimális szabványokat határoz meg. Ha egy repülőgép rendelkezik FAA légialkalmassági bizonyítvánnyal, a pilóta tudhatja, hogy a repülőgép tervezése megfelel a bizonyítvány típusára felsorolt minimális szabványoknak.

Ezek a minimális követelmények, amelyeket az FAA a repülőgépek tervezői számára meghatározott. Egyes repülőgépek, különösen a műrepülőgépek, sokkal nagyobb G-erőket is elviselnek. Az adott repülőgépre vonatkozó pontos előírásokat az Aircraft Flight Manual (AFM) vagy a Pilot’s Operating Handbook (POH) tartalmazza.

Keeping the Plane Safe

Egy másik kritikus és szorosan kapcsolódó fogalom a manőverezési sebesség vagy Va. A manőverezési sebesség a tervezett határterhelési tényezők meglehetősen absztrakt gondolatát veszi át és teszi alkalmazhatóvá egy repülőgép pilótafülkéjében.

A gyakorlatban a repülésre számított Va-t úgy lehet elképzelni, mint a biztonsági sebességet. E sebesség alatt a repülőgép leáll, mielőtt bármilyen erő megtörhetné. Ez azt jelenti, hogy ha a repülőgép súlyához veszélyes mennyiségű terhelés járul, akkor a szárnyak nem lesznek képesek megtenni ezt a mennyiségű felhajtóerőt, és elakadnak.

Míg az elakadás általában nem tekinthető jó dolognak, ebben az esetben az elakadás tehermentesíti a repülőgép vázát. Gyakorlatilag az elakadással a repülőgép megóvja magát a károsodástól. Ezzel szemben, ha a repülőgép elég gyorsan repült volna ahhoz, hogy folytatni tudja a repülést, és a tervezett határterhelési tényezőnél nagyobb terhelésnek legyen kitéve, akkor valamilyen formában károsodást fog okozni.

A repülőgépváz túlterheléséből eredő kár a repülés során észre sem vett valamitől a repülőgépváz felületének repülés közbeni katasztrofális meghibásodásáig terjedhet. Sajnos a fém olyan módon fárad el, amit nehéz észrevenni. Az olyan fémek, mint az alumínium kristályos szerkezete nagyon erőssé teszi őket, de ha egyszer a kötéseik megszakadnak, a jövőben sokkal valószínűbb, hogy meghibásodnak.

A határterhelési tényező túllépése következtében a repülőgépvázakban fellépő feszültségek meggyengíthetik a fémet, és a jövőben egy másik időpontban, kiszámíthatatlanul katasztrofális meghibásodást okozhatnak.

A manőverezési sebesség a repülőgép V-sebességének ismerete létfontosságú, mégsem jelenik meg a légsebességjelző jelölésein. Miért nem jelzik? Ahogy fentebb bemutattuk, egy repülőgép elakadási sebessége változni fog, ahogy a repülőgép a kanyarba befordul. Mivel a repülőgép nagyobb légsebességgel fog leállni, a Va érték is megváltozik.

A másik tényező, ami miatt az Va változik, a repülőgép súlya. A súly növekedésével nő a Va, mert a szárny hamarabb éri el a kritikus állásszöget.

A terhelési tényezőt az FAA Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge című kézikönyvének 5. fejezete részletesen tárgyalja.

• A repülés emberi tényezői
• 7 készség, amellyel minden pilótának rendelkeznie kell
• A reptéri kifutópálya jelölések és jelzések magyarázata