Vetovoima on aerodynaaminen voima, jokavastustaa lentokoneen liikettä ilmassa. Vetovoima syntyy jokaisesta lentokoneen osasta (jopa moottoreista!).Miten vetovoima syntyy?
Vetovoima on mekaaninen voima. Se syntyy kiinteän kappaleen ja nesteen (neste tai kaasu) vuorovaikutuksesta ja kosketuksesta. Se ei synny painovoimakentän tai sähkömagneettisen kentän kaltaisesta voimakentästä, jossa yksi kappale voi vaikuttaa toiseen kappaleeseen ilman fyysistä kosketusta. Vetovoiman syntyminen edellyttää, että kiinteä kappale on kosketuksissa nesteen kanssa. Jos nestettä ei ole, vastusta ei esiinny. Vetovastus syntyy kiinteän kappaleen ja nesteen välisestä nopeuserosta. Kappaleen ja nesteen välillä on oltava liikettä. Jos liikettä ei ole, ei ole vetovastusta. Sillä ei ole merkitystä, liikkuuko kappale staattisen nesteen läpi vai liikkuuko neste staattisen kiinteän kappaleen ohi.
Vetovoima on voima ja siten vektorisuuruus, jolla on sekä suuruus että suunta.Vetovoima vaikuttaa suuntaan, joka on vastakkainen lentokoneen liikkeen kanssa. Nostovoima vaikuttaa kohtisuoraan liikettä vastaan.Vetovoiman suuruuteen vaikuttavat monet tekijät.Monet näistä tekijöistä vaikuttavat myös nostovoimaan,mutta on joitakin tekijöitä,jotka ovat ainutlaatuisia lentokoneen vetovoiman kannalta.
Voidaan ajatella,että vetovoima on aerodynaaminen kitka,ja yksi vetovoiman lähteistä on ilmamolekyylien ja lentokoneen kiinteän pinnan välinen ihokitka. Koska ihokitka on kiinteän aineen ja kaasun välinen vuorovaikutus, ihokitkan suuruus riippuu sekä kiinteän aineen että kaasun ominaisuuksista. Kiinteän aineen osalta sileä, vahattu pinta tuottaa vähemmän ihokitkaa kuin karhea pinta. Kaasun osalta suuruus riippuu ilman viskositeetista ja viskoosivoimien suhteellisesta suuruudesta virtauksen liikkeeseen nähden, joka ilmaistaan Reynoldsin lukuna. Kiinteän pinnan varrella syntyy matalaenergisen virtauksen rajakerros, ja ihokitkan suuruus riippuu rajakerroksen olosuhteista.
Voidaan myös ajatella, että vastus on aerodynaaminen vastus, joka kohdistuu kappaleen liikkumiseen nesteen läpi. Tämä vastuksen lähde riippuu lentokoneen muodosta ja sitä kutsutaan muotovastukseksi. Kun ilma virtaa kappaleen ympärillä, paikallinen nopeus ja paine muuttuvat. Koska paine on kaasumolekyylien liikemäärän mitta ja liikemäärän muutos tuottaa voiman, vaihteleva painejakauma aiheuttaa kappaleeseen kohdistuvan voiman. Voiman suuruus voidaan määrittää integroimalla (tai laskemalla yhteen) paikallinen paine kertaa koko kehon ympärillä oleva pinta-ala. Aerodynaamisen voiman liikettä vastakkainen komponentti on vastus; liikettä vastaan kohtisuorassa oleva komponentti on nostovoima.Sekä nostovoima että vetovoima vaikuttavat kappaleen painekeskipisteen kautta.
Nostovoiman synnyttämisestä aiheutuu vielä lisävastuskomponentti. Aerodynamistit ovat nimenneet tämän komponentin indusoiduksi vastukseksi.Sitä kutsutaan myös ”nostovoiman aiheuttamaksi vastukseksi”, koska sitä esiintyy vain äärellisissä, nostavissa siivissä. Vetovastuksen aiheutuminen johtuu siitä, että nostovoiman jakautuminen siivessä ei ole tasaista, vaan se vaihtelee juuresta kärkeen.Nostavan siiven ylä- ja alapintojen välillä on paine-ero. Siiven kärkiin muodostuu pyörteitä, jotka tuottavat pyörteisen virtauksen, joka on hyvin voimakas lähellä siiven kärkeä ja vähenee siiven juurta kohti. Kärkipyörteen aiheuttama virtaus kasvattaa siiven paikallista kohtauskulmaa, jolloin siipeen vaikuttavaan aerodynaamiseen voimaan tulee ylimääräinen, virtaussuuntainen komponentti.Voimaa kutsutaan indusoiduksi vastukseksi, koska se on ”indusoitu” kärkipyörteiden vaikutuksesta.Indusoidun vastuksen suuruus riippuu siiven tuottaman nosteen määrästä ja nosteen jakautumisesta jänneväliin.Pitkässä, ohuessa siivessä (sordiin nähden) indusoitunut vastus on pieni; lyhyessä siivessä, jossa on suuri sordiin nähden, indusoitunut vastus on suuri.Siivessä, jossa noste on jakautunut elliptisesti, indusoitunut vastus on pienin. Nykyaikaisissa matkustajakoneissa käytetään Winglet-siipeä vähentämään siiven indusoitua vastusta.
Kaksi muuta vastuksen lähdettä ovat aaltovastus ja törmäysvastus. Kun ilma-alus lähestyy äänen nopeutta, syntyy pintaa pitkin iskuaaltoja. Paineaallot aiheuttavat staattisen paineen muutoksen ja kokonaispaineen menetyksen.Aaltovastus liittyy paineaaltojen muodostumiseen. Aaltovastuksen suuruus riippuu virtauksen Machin luvusta. Suihkumoottorit tuovat ilmaa lentokoneeseen, sekoittavat ilmaa polttoaineeseen, polttavat polttoaineen ja poistavat palamistuotteet tuottaakseen työntövoimaa.Jos tarkastelemme työntövoiman perusyhtälöä, siinä on massavirta kertaa sisäänmenonopeus -termi, joka vähennetään bruttotyöntövoimasta.Tämä ”negatiivisen työntövoiman” termi on törmäysvastus.Lentokoneen jäähdytysaukot ovat myös törmäysvastuksen lähteitä.
Voit katsoa lyhyen elokuvan ”Orville ja Wilbur Wrightista”, jossa keskustellaan törmäysvastuksesta ja siitä, miten se vaikutti heidän lentokoneensa lentoon. Elokuvatiedosto voidaan tallentaa tietokoneelle ja katsoa podcastina podcast-soittimella.
Tehtäviä:
Opastetut kierrokset
-
Vetovoiman lähteet: 
- Vetovoimaan vaikuttavat tekijät:
- Voimat lentokoneessa:
- Forces on a Glider:
Navigointi ..
Aloittelijan oppaan etusivu