Vi kan litt forenkla sei at det virkar fire krefter på eit fly: Luftmotstanden (drag) som virkar bakover, tyngdekrafta som virkar nedover, motorkrafta (eller thrust) som virkar framover, og løftet, som virkar oppover. Løft og luftmotstand er egentlig to komponentar av same kraft, nemlig krafta frå luftstraumen som flyet går gjennom, på heile flyet (flykroppen, venger mm.) Løftet er den komponenten av denne krafta som virkar normalt på luftstraumen, og luftmotstanden den komponenten som virkar parallelt (men bakover). Sjå figur nedanfor.
Vi startar med løft, fordi uten løft vil eit fly falla ned! Ofte får vi den tradisjonelle forklaringen (til og med MIT brukar denne) på løft, som bruker Bernoulli sitt prinsipp på ein feil måte, og tilskriv løft som utelukkande ein effekt av asymmetriske vingeprofil. Ein slik profil gir ein lengre vei for dei luftmolekylane som går oppsida av vingen, enn dei som går på undersida. Og eit feilaktig resonnement seier at hvis luftmolekylane som går på oversida av flyvingen skal møta dei som går på nedsida, så må dei gå fortare fordi dei har ein lenger vei å gå. Dermed blir det eit lavare trykk på oppsida enn nedsida, og det blir skapt eit løft. Dette kallast "Longer Path"-teorien, eller "Equal Transit Time"-teorien:
Det er faktisk riktig at luftstraumen på oppsida går fortare enn på nedsida, så det er korrekt at asymmetriske vinger skaper løft, men det er ikkje riktig at molekyla møtest igjen bak vinga. Dessuten er det ein annan effekt som er minst like viktig. Vi forstår fort korfor asymmetriske vinger ikkje er heile forklaringa når vi lærer at fly som blir brukt i akrobatflyging har symmetriske vinger. Dei kan fly likegodt oppned som rett vei. Så korleis skaper symmetriske vinger løft, og korleis klarer akrobatfly, og også fly med asymmetriske vinger, å fly oppned?
Svaret er at det er angrepsvikelen eller den såkalte "angle of attack" som skaper mesteparten av løftet. Vingene på eit fly dannar som regel ein vinkel med luftstraumen. (sjå figur under til ventre) Dette er angrepsvinkelen. Og når ei fly suser gjennom lufta, så fører dette til at flyvinga skubbar masse luft nedover. For å få til dette, må dei bruka ei kraft nedover. Newtons tredje lov seier at når ein gjenstand virkar med ei kraft F på ein annan gjenstand, så virkar den andre med ei kraft -F på den første. Med andre ord: flyet skubbar lufta nedover og lufta skubbar flyet oppover. Så for å kunna fly eit akrobatfly oppned, så må det bare tilta vingen i riktig retning. Det bør i parentes leggjast til her at også dette skaper forskjellar i luftstraumane på opp og nedsida, så Bernoulli-effekten kan brukast også her. Men det har med den matematiske forklaringen å gjera. Den fysiske årsaken til løft er dermed todelt: asymmetriske vinger og ein varierande angrepsvinkel.
Figuren under viser forskjellen på ulike vinklar som er involvert: angrepsvinkelen, Flight path angle, som er vinkelen mellom flyet sin fartsretning og horsonten (bakken), og Pitch angle, som er vinkelen mellom flykroppen og horisonten. Det er verdt å leggja merke til at eit fly kan ha ein positiv angrepsvinkel (dvs. eit betydelig løft), sjøl om flyet er på vei nedover, så lenge nasa på flyet peikar litt oppover i forhold til fartsretningen.
Vi forstår at når vi aukar angrepsvinkelen, så vil løfte auka. Men hvis
vi forset å auka vinkelen vil til slutt luftstraumane på over- og undertid
dela seg, og i mellom vil det danna seg virvlar (turbulens) slik at løftet
minkar igjen. Sjå figur under.
Effekten av dette er kurven under. Den viser at når vi aukar angrepsvinkelen, så vil løftet auka til ei viss grense, men så vil det begynna å minka igjen. Grensevinkelen er kalt den kritiske angrepsvinkelen, og er normalt omkring 15 grader. Hvis vi overstig denne grensa vil flyet gå i ein såkalte stall. Dette medfører normalt at det begynner å mista høyde. Dette kan vera kritisk, men ein erfaren flygar skal kunna retta opp igjen dette hvis flyet har nok høyde før stallen.
I praksis bruker pilotar lufthastigheten som indikator for når dei nærmar seg stallspeed fordi alle fly er utstyrt med ein hastighetsmålar, men ikkje alle har instrument som viser angrepsvinkelen.
Luftmotstand er vanskelig å beregna, for det er avhengig av mange variable. Det er utvikla mange teoriar, men alle er egentlig tilnærmingar. Luftmotstanden som eit fly møter, har også fleire komponentar. Ein snakkar om parasitisk luftmotstand og løft-indusert luftmotstand. Det parasittiske er lettast å forstå. Det er den "vanlige" luftmotstanden som kjem av formen på flyet, materiala osv. Denne er proporsjonal med kvadratet av farten. Den induserte luftmotstanden heng saman med angrepsvinkelen. Når ein skal landa og letta treng ein større angrepsvinkel for å senka farten og likevel ha nok løft. Men bieffekten er at ein får auka luftmotstand på kjøpet. Den totale luftmotstanden vil då sjå ut som på figuren under:
I tillegg fins det noke som heiter bakkeeffekten: bakken gjer at det blir danna mindre vingetippvirvler, og dette gir mindre luftmostand.
Til slutt skal vi sjå litt korleis vi kan styra eit fly ved hjelp av ulike ror. Disse blir også kalt styreflater.
Hvis vi startar bak, så har vi høyderora (elevator), som sit bakerst på den bakerste vinga (meir presist kalla den horisontale stabilisatoren). Dei to høyderora går opp og ned samtidig. Når piloten drar stikka bakover, så går høyderora opp. Det fører til at halen går ned og nasa opp. Dette betyr at angrepsvinkelen aukar, og flyet får større løft men også meir drag. På den vertikale stabilisatoren sit sideroret, (rudder) som blir betjent gjennom pedaler. Dette fører til rotasjon rundt den vertikale tverraksen, og i andre omgang også til at flyet legg seg litt over, men fører ikkje til ein balansert sving, som vi skal sjå på no.
I motsetning til det ein kanskje skulle tru, er det ikkje sideroret som er viktigast i ein sving, men balanserora (ailerons). Disse er kobla til stikka eller rattet, og er plassert ytterst på vingene og kontrollerer flyets bevegelse rundt lengdeaksen. (roll). Når vi svingar rattet, vil det eine balanseroret gå opp og det andre ned. Flyet vil da krenga mot den sida der balanseroret går opp. Når flyet legg seg over på sida vil Løftet (L) peika innover i svingen, fordi den står når normalt på vingene. Når vi ser på vektorsummen av Løftet L, og tyngdekrafta (som er kalla w på figuren), så er den i situasjonen under, lik den horisontale komponenten av L. (Lhorizontal på figuren)
I tillegg til rora, så ser vi at flyet på figuren over har såkalte flaps. Dette er bevegelige
vingeklaffer montert bak på innerste del av vingene. Når flapsen er nede,
endrar dei på vingens profil, og det gir auka løft. Dette har vesentlig
betydning fordi flyet får ein lavare stallhastighet, og kan då kan bruka
lavare hastighed ved landing og takeoff.
trimtabs? Til sist kan også nevnast spoilerar,
somblir brukt til mange ting. Bakkespoilarar blir brukt etter landing for
å bremsa farten både direkte ved at dei aukar luftmotstanden, og indirekte
ved at dei aukar trykket mot bakken slik at hjulbremsing blir meir
effektivt.
Korleis flyr eit fly. -> Principles of Flight. (irriterande stemme) How to Fly an Airplane.
Lift (force) Wikipedia
Why and when to use flaps? Sjå også: How Flaps Work.
How Airplanes Fly: A Physical Description of Lift. Tilbakevisar den såkalte "principle of equal transit times".
What is a skidding turn (vs slipping turn)? (Bra illustrasjonar) Why Skids Are More Dangerous Than Slips. The Aerodynamics Of A Turn.