Dynamiskt svävande

Dynamiskt svävande är en flygteknik som används för att få energi genom att upprepade gånger korsa gränsen mellan luftmassor med olika hastighet . Sådana zoner med vindgradient finns i allmänhet nära hinder och nära ytan, så tekniken är främst användbar för fåglar och förare av radiostyrda segelflygplan, men segelflygare kan ibland sväva dynamiskt i meteorologiska vindsaxar på högre höjder .

Dynamisk svävning förväxlas ibland med svävning i sluttningar som är en teknik för att uppnå höjd.

Grundläggande mekanism

Även om olika flygmönster kan användas vid dynamisk svävning, är det enklaste en sluten slinga över skjuvskiktet mellan två luftmassor i relativ rörelse, t.ex. stationär luft i en dal, och ett vindskikt ovanför dalen. Hastighetsökningen kan förklaras i termer av flyghastighet och markhastighet:

  • När segelflygplanet börjar slingan, säg i en stationär luftmassa, är markhastighet och flyghastighet desamma.
  • Segelflygplanet kommer in i den rörliga luftmassan nästan frontalt, vilket ökar segelflygplanets flyghastighet.
  • Segelflygplanet svänger sedan 180°, där det kan hålla större delen av sin flyghastighet på grund av fart. Detta måste ske omedelbart, annars förloras markhastigheten. Segelflygplanets markhastighet, först sidvind, sedan medvind, när den svänger, är nu högre, eftersom medvinden har accelererat segelflygplanet.
  • Slingan fortsätter med att segelflygplanet återinträder i den stationära luftmassan och vänder sig om, vilket bibehåller den nu högre flyghastigheten och markhastigheten.
  • Varje cykel resulterar i högre hastigheter, upp till en punkt där motståndet förhindrar ytterligare ökning.

Energin utvinns genom att använda hastighetsskillnaden mellan de två luftmassorna för att lyfta det flygande föremålet till en högre höjd (eller för att vända nedstigningen) efter överföringen mellan luftmassorna.

Dynamic Soaring Loop

I praktiken finns det ett turbulent blandningsskikt mellan den rörliga och stationära luftmassan. Dessutom dragkrafterna hela tiden planet. Eftersom högre hastighet ger upphov till högre dragkrafter finns det en maximal hastighet som kan uppnås. Vanligtvis runt 10 gånger vindhastigheten för effektiva glidplansdesigner.

När sjöfåglar utför dynamiskt svävande, är vindgradienterna mycket mindre uttalade, så energiuttaget är jämförelsevis mindre. Istället för att flyga i cirklar som glidpiloter gör fåglar vanligtvis en serie halvcirklar i motsatta riktningar, i ett sicksackmönster. En första klättring genom lutning medan den är vänd mot vinden gör att den ökar i flyghastighet. Den gör sedan en 180°-sväng och dyker tillbaka genom samma lutning men i nedvindsriktningen, vilket återigen får den att få fart. Den gör sedan en 180° sväng på låg höjd, åt andra hållet, för att vända tillbaka upp i vinden... och cykeln upprepas. Genom att upprepa manövern om och om igen kan den göra framsteg i sidled mot vinden samtidigt som den bibehåller sin flyghastighet, vilket gör att den kan färdas i sidvindriktning på obestämd tid.

Eftersom drag bromsar fågeln, är dynamisk svävning en kompromiss mellan hastighet förlorad till drag och hastighet som uppnås genom att röra sig genom vindgradienten. Vid någon tidpunkt ger det ingen ytterligare fördel att klättra högre, eftersom vindgradienten minskar med höjden.

Fåglar

Viftad albatross Phoebastria irrorata

Albatrosser är särskilt skickliga på att utnyttja dessa tekniker och kan resa tusentals mil med mycket lite energi. Måsar och tärnor uppvisar också detta beteende under flygning. Fåglar som svävar dynamiskt har en skelettstruktur som gör att de kan låsa sina vingar när de svävar, för att minska muskelspänningar och ansträngning.

Lord Rayleigh beskrev först dynamisk skyhöghet 1883 i den brittiska tidskriften Nature :

...en fågel utan att arbeta med vingarna kan inte, vare sig i stilla luft eller i en jämn horisontell vind, behålla sin nivå på obestämd tid. Under en kort tid är sådant underhåll möjligt på bekostnad av en initial relativ hastighet, men denna måste snart vara uttömd. Närhelst därför en fågel fortsätter sin kurs en tid utan att arbeta med sina vingar, måste vi heller sluta
  1. att banan inte är horisontell,
  2. att vinden inte är horisontell, eller
  3. att vinden inte är jämn.
Det är troligt att sanningen vanligtvis representeras av (1) eller (2); men den fråga jag vill ta upp är huruvida orsaken som föreslås av (3) inte ibland kan komma i funktion.

Det första fallet som beskrivits ovan av Rayleigh är enkel glidflygning, det andra är statisk svävning (med termik , lävågor eller svävande sluttningar ), och det sista är dynamisk svävning.

Bemannat flygplan

I sin bok Streckensegelflug från 1975 (publicerad på engelska 1978 som Cross-Country Soaring av Soaring Society of America ) beskriver Helmut Reichmann en flygning som gjordes av Ingo Renner i ett Glasflügel H-301 Libelle glidflygplan över Tocumwal i Australien den 24 oktober 1974. Den dagen var det ingen vind vid ytan, men ovanför en inversion på 300 meter var det en stark vind på cirka 70 km/h (40 knop ). Renner tog en bogsering upp till cirka 350 m därifrån han dök brant medvind tills han kom in i den stilla luften; han drog sedan en 180-graders sväng (med högt g ) och klättrade upp igen. När han passerade genom inversionen mötte han återigen 70 km/h vinden, denna gång som motvind. Den extra lufthastigheten som detta gav gjorde det möjligt för honom att återställa sin ursprungliga höjd. Genom att upprepa denna manöver lyckades han bibehålla sin höjd i cirka 20 minuter utan att det fanns uppstigande luft, även om han drev snabbt med vinden. Vid senare flygningar i ett Pik 20- segelplan förfinade han tekniken så att han kunde eliminera medvindsdriften och till och med ta sig framåt i vinden.

Obemannade flygplan

Den dynamiska svävningstekniken är anpassad i obemannade flygfarkoster för att förbättra deras prestanda under avstängningsförhållanden. Detta förbättrar flygplanets uthållighet och räckvidd under strama förhållanden. [ förtydligande behövs ]

Rymdskepp

Dynamisk svävning som ett sätt att resa över det interstellära rymden har föreslagits.

Radiostyrt segelflygplan

Dynamiskt svävande med R/C-segelflygplan nära Idaho Falls, Idaho. Vindriktningen är från höger till vänster.

I slutet av 1990-talet vaknade radiostyrda segelflyg till idén om dynamisk svävning (en "upptäckt" som till stor del krediterades RC-svävande armaturen Joe Wurts). Radiostyrda segelflygare utför dynamiska flygningar med hjälp av läsidan av markfunktioner som åsar, sadlar eller till och med rader av träd. Om åsen är vänd mot vinden och har en brant baksida (läåt) kan det orsaka flödesseparation från toppen av kullen, vilket resulterar i att ett lager av snabb luft rör sig över toppen av en volym av stillastående eller omvänt luftflöde bakom backen. Hastighetsgradienten, eller vindskjuvningen , kan vara mycket större än de som används av fåglar eller fullskaliga segelflygplan. Den högre gradienten möjliggör motsvarande större energiutvinning, vilket resulterar i mycket högre hastigheter för flygplanet. Modeller korsar upprepade gånger skjuvskiktet genom att flyga i en cirkulär bana, penetrera en snabbrörlig motvind efter att ha flugit upp på baksidan, vända sig för att flyga med vinden, dyka ner genom skjuvskiktet in i den stillastående luften och vända sig igen för att flyga tillbaka upp på baksidan av backen. Belastningarna som orsakas av snabb svängning i hög hastighet (de snabbaste modellerna kan dra över 100 Gs ) kräver betydande strukturell förstärkning i flygkroppen och vingen. På grund av detta byggs ofta dynamiska svävande modeller med kompositmaterial .

Den 19 januari 2021 var den högsta rapporterade markhastigheten för dynamiskt svävande radiostyrning 548 mph (476 kn). Det finns ingen officiell sanktionsorganisation som certifierar hastigheter, så register listas inofficiellt baserat på avläsningar från radarvapen, även om analyser från videofilmer och andra källor också används. På senare tid har vissa modeller börjat bära ombord telemetri och andra instrument för att registrera sådana saker som acceleration, lufthastighet, etc.

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Dynamic_soaring&oldid=1135083908 "