4.1.3 Polaarin käyttö liitosuhteen määrittelyyn

Liitosuhde ja vajoamisnopeus kiinnostavat varsinkin purjelentäjiä. Moottorilentäjillä ne tulevat kysymykseen lennettäessä moottori tyhjäkäynnillä tai moottorin seistessä. Koska purjelentäjälle tuttu koneen polaari piirretään vajoamisnopeuden perusteella "ylösalaisin", teemme sen saman myös kuvassa 56. Vaadittu teho ilmenee koneen vajoamisnopeudesta, joten kuvaajat ovat yhdenmukaiset. Tehon kaava on: Teho = voima x nopeus. Koska tässä tarkoitettu voima on koneen massa x kiihtyvyys eli koneen paino, ja nopeus on vajoamisnopeus, saadaan P = m g Vy, jossa (g = 9,81 m/s2). Esimerkkinä purjekoneen ja moottorikoneen vertailu:

Tyyppi Vy m/s Massa kg Tehontarve, kW
Purjekone 1,0 300 300 x 9,8 x 1,0 3,0
Moottorikone 3,0 1000 1000 x 9,8 x 3,0 29,4
Taulukko. Purje- ja moottorikoneen tehontarve lennettäessä vaakalentoa pienimmällä vajoamis-nopeudella. Vy on nousunopeus. Nämä luvut osoittavat pienimmän vaaditun tehon, jotta kone pysyisi vaakalennossa edellyttäen, että Vy oli minimivajoamisnopeus.

Kuvassa on piirretty polaari, jota käytetään parhaan liitosuhteen sekä minimi vajoamisnopeuden löytämiseen. Moottorilentäjälle polaarissa minimi vajoamisnopeus vastaa pienintä tehoa, jolla kone lentää vaakalentoa ja paras liitosuhde vastaa nopeutta, jolla päästään pisimmälle.  Polaarista saamme minimivajoamisnopeuden ja sitä vastaavan lentonopeuden, kuva 56, piste A. Tällöin halutessamme lentää minimivajoamisnopeudella 2,0 m/s meidän tulee valita lentonopeudeksi 25 m/s. Liitosuhde määrätään polaarilla olevan pisteen lentonopeuden ja vajoamisnopeuden suhteena.

Liitosuhde paranee pisteen A liikkuessa kohti B:tä, jossa saavutetaan paras liitosuhde 15,2. Lentääksemme siis tyynellä säällä mahdollisimman hyvällä liitosuhteella, on valittava lentonopeudeksi 35 m/s. Mikäli joudumme lentämään 16 m/s vastatuuleen, piirrämme tangentin alkamaan 16 m/s lentonopeudesta polaarille, jolloin saamme samasta polaarista pisteen C parhaaksi liitosuhteeksi 13,5. Lennettäessä vastatuuleen tai laskevassa virtauksessa on nopeutta lisättävä liitosuhteen parantamiseksi. Tässä tapauksessa optiminopeus 42 m/s on 7 m/s suurempi kuin tyynellä säällä. Laskevassa ilmavirtauksessa tangentti aloitetaan laskevan virtauksen nopeuden verran Vy-akselilta vaaka-akselin yläpuolelta (C). Havaitaan, että vastatuuli ja laskeva ilmavirtaus vaikuttavat periaatteessa samalla tavoin. Tässä tapauksessa 2,0 m/s laskevan vaikutus vastaa 16 m/s vastatuulta.

 sivu57 polaari

Polaarin pystyakselina on nousunopeus ja vaaka-akselina lentonopeus. Polaariin on piirretty koneen vajoamisnopeuden riippuvuus lentonopeudesta, kun moottori ei käy. Liitosuhde missä hyvänsä polaarin pisteessä on nousunopeuden ja lentonopeuden suhde. Pienin vajoamisnopeus on polaarikäyrän maksimi (A). Paras liitosuhde saadaan, kun origosta piirretään tangentti polaarikäyrälle (B). Jos halutaan tietää paras liitosuhde vastatuuleen, niin tangentin alkupiste on siirrettävä lentonopeusakselilla vastatuulen verran oikealle (C). Moottorikoneella polaarin maksimi vastaa pienintä polttoaineen kulutusta vaakalennossa eli pisintä toiminta-aikaa ja paras liitosuhde pisintä toimintamatkaa.
 
Tapaus Lentonopeus V m/s Vajoamisnopeus Vy m/s Liitosuhde Huom.
A 25 2 12,5 Pienin vajoamisnopeus
B 35 2,3 15,2 Paras liitosuhde tyynellä
C 42 3,1 13,5 Paras liitosuhde 16 m/s vastatuulella tai 2 m/s laskevassa virtauksessa
 Taulukko 5. Polaarista poimitut nopeusarvot ja niistä lasketut liitosuhteet eri olosuhteissa.

Liitosuhteeseen ja vajoamisnopeuteen vaikuttavat tekijät

  • Koneen painon kasvaessa polaari siirtyy alas ja oikealle. Tuloksena on lentonopeuden kasvu sekä vajoamisnopeuden kasvu. Liitosuhde muuttuu vain hiukan. Tämän vuoksi käytetään purjelentokoneissa painolastina vettä silloin, kun on erittäin hyvät termiikit. Termiikkien heiketessä vesilasti pudotetaan pois, jolloin vajoamisnopeus pienenee.
  • Vastuksen kasvu epäpuhtauksien tms. takia siirtää polaaria alaspäin, jolloin sekä liitosuhde et!ä vajoamisnopeus heikkenevät. Koneen puhdistus lisää muutamista solmuista jopa kymmeneen solmuun koneen nopeutta.
  • Vastatuuli siirtää polaaria tuulen nopeuden verran vasemmalle. Tällöin optimiliitosuhdetta vastaava lentonopeus kasvaa. Tämä on pidettävä mielessä pakkolaskuissa vastatuuleen. Myötätuulessa tilanne on luonnollisesti päinvastainen. Esimerkiksi 16 m/s vastatuulen vaikutus voidaan esittää kuvassa 56 16 m/s lentonopeuden kohdalta alkavalla tangentilla. Tangentin ja polaarin sivuamispiste C osuu nopeudelle 42 m/s, jossa vajoamisnopeus on 3,1 m/s ja liitosuhde 13,5. Tällä 42 m/s ilmanopeudella meidän on siis lennettävä kohti laskupaikkaa.
  • Laskevan ilmavirran vaikutuksesta polaari siirtyisi alaspäin. Jottei sitä tarvitsisi piirtää uudelleen, piirretään tangentti alkamaan Vy akselin yläpuolelta vajoamisnopeutta vastaavan nopeuden kohdalta. Havaitaan, että äskeisen esimerkin 16 m/s vastatuuli vastaa laskevaa ilmavirtaa, jonka nopeus on 2,0 m/s.
  • Nousevan ilmavirran vaikutus saadaan tietysti edellisessä esitetylle vastakkaisesti. Tällöin on otettava huomioon, että mikäli nousevan ilmavirran nopeus on yhtä suuri tai suurempi kuin koneen vajoamisnopeus, niin koneen liitosuhde on joko ääretön tai kone jopa nousee.

Mainittakoon, että purjelennossa voidaan käyttää hyväksi laskevien ja nousevien ilmavirtojen ominaisuuksia siten, että nousevissa virtauksissa lennetään minimivajoamisnopeudella ja laskevissa optimiliitosuhteella. Tällöin hyvällä säällä voidaan lentää jopa kymmeniä kilometrejä tätä ”delfiinilentoa” ilman, että keskimääräinen korkeus vähenisi.

Ainakin kilpailuihin käytettävien purjekoneiden manuaalissa tulisi olla polaari eri lentopainoille. Moottorikoneille ilmoitetaan normaalisti vain lukuarvot parhaalle liitosuhteelle sekä minimi vajoamisnopeudelle.

 

Palaa ylös