Állásszög
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/6d/Angle_of_attack.svg/300px-Angle_of_attack.svg.png)
Az állásszög vagy megfúvási szög () az aerodinamikában azt a szöget jelenti, amit egy áramlásba helyezett testen kijelölt referenciavonal és a körülötte áramló közeg e testhez viszonyított sebességének iránya bezár. Legelterjedtebben a repülésben alkalmazzák, ahol egy repülőgépszárny vagy szárnyprofil belépőélét és kilépőélét összekötő szakasz (húr) és a körülötte áramló levegő áramlási iránya által bezárt szöget jelent. Ez a szócikk az állásszög repülésben való alkalmazásáról szól.
Állásszöge van a vízszintes és függőleges vezérsíknak, a légcsavartollaknak, a gázturbina kompresszorlapátjainak, szárnyashajók hordfelületének, valamint a hajócsavartollaknak is. Légcsavarnál, hajócsavarnál és turbinák lapátjainál az állásszög a forgó és az előre haladó mozgás eredőjének a lapát/toll húrjával bezárt szöge. Ha az állásszög olyan nagyra nő, hogy az áramló levegő nem tudja örvénymentesen körüláramlani, akkor bekövetkezik az átesés.
Meghatározása
Az egyik probléma a meghatározásban a szárny csavarodása, ami miatt a húr fogalma nem mindig egyértelműen meghatározható, mivel az a szárnytőtől való távolság függvényében különbözhet, ilyenkor a szárnytő húrja, vagy a gép hossztengelye lehet a viszonyítási vonal.
A másik probléma az áramlás irányának meghatározása, mivel az különbözik a belépőél előtt és a kilépőél mögött, mert a szárny lefelé téríti ki a körülötte áramló légtömeget. Ennek függvényében kétféle állásszöget különböztetünk meg:
- Geometriai állásszög az a szög, amelyet a szárny által még el nem térített levegő szárnyhoz képesti relatív sebességének iránya és a húr bezár.
- Effektív állásszög az a szög, amelyet a szárny által már eltérített levegő szárnyhoz képesti relatív sebességének iránya és a húr bezár.
- A geometriai és effektív állásszögek különbsége az Indukált állásszög.
![A húr és az el nem térített levegő iránya által bezárt szög a geometriai állásszög, a húr és az eltérített levegő iránya által bezárt szög az effektív állásszög. Az el nem térített és az eltérített áramlás által bezárt szög az indukált állásszög ('"`UNIQ--postMath-00000002-QINU`"'). Az el nem térített és az eltérített áramlás irányára rendre merőlegesek az F geometriai és F effektív felhajtóerők, melyeknek különbsége az indukált ellenállás (Fxi).](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/fe/Geometriai_%C3%A9s_effekt%C3%ADv_%C3%A1ll%C3%A1ssz%C3%B6g_felhajt%C3%B3er%C5%91kkel.png/400px-Geometriai_%C3%A9s_effekt%C3%ADv_%C3%A1ll%C3%A1ssz%C3%B6g_felhajt%C3%B3er%C5%91kkel.png)
Amikor általánosságban állásszögről beszélünk, általában a geometriai állásszöget értjük.
A szárnyon ébredő eredő erőnek az el nem térített áramlás irányára merőleges komponense és az eltérített áramlás irányára merőleges komponense közötti (vektoriális) különbség megadja az indukált ellenállást. Vagyis minél kisebb a különbség a geometriai és az effektív állásszög között, azaz minél kevésbé téríti el a szárny az őt körüláramló légtömeget, annál kisebb az indukált ellenállás. Az indukált ellenállás az alábbi képlettel írható le:
ahol:
Az indukáltellenállás-tényező az alábbi egyenlettel írható le:
ahol:
- a felhajtóerő-tényező,
- az oldalviszony, ahol:
- a fesztáv,
- a szárnyfelület vízszintes vetülete,
- az átlagos húrhossz,
- egy tényező, ellipszis alaprajzú szárnyaknál 1, nem ellipszis alaprajzú szárnyaknál 1-nél nagyobb.
Kapcsolata a felhajtóerővel és a légellenállással
![A Lilienthal-féle polárdiagram a különböző alfa állásszöghöz tartozó felhajtóerő-tényezőt ábrázolja a légellenállás-tényező függvényében.](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/df/Polar.svg/180px-Polar.svg.png)
![Szárnyprofil felhajtóerő- és légellenállás-tényezője az állásszög függvényében.](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d2/Lift-drag.svg/220px-Lift-drag.svg.png)
Egy szárnyon vagy szárnyprofilon ébredő felhajtóerő és légellenállás függ a felhajtóerő- és légellenállás-tényezőtől, melyeket a szárnyprofil alakja határoz meg. Ugyanazon szárnyprofil más-más állásszögnél eltérő nagyságú felhajtóerőt és légellenállást termel, vagyis ezen tényezőket meghatározza az állásszög. A szög növelésével a nyomáskülönbség a szárny nyomott és szívott oldala között egyre nagyobb lesz, a felhajtóerő egy bizonyos pontig nő, eléri a maximális értéket, majd újra csökken. Ezt ábrázolják az adott szárnyprofilhoz tartozó polárdiagramok is.
Szimmetrikus szárnyon nem ébred felhajtóerő 0° állásszögnél. Aszimmetrikus (ívelt) szárny még kis negatív állásszögnél is képes felhajtóerőt termelni. Egy szárny szokásos állásszöge 0-3° között van. A vezérsíkok állásszöge (ha külön magassági kormány is van) hasonló. Ha külön magassági kormány nincsen, hanem a vízszintes vezérsík a magassági kormány feladatát is ellátja, akkor az állásszög -15° – +35° között van, de lehet nagyobb is.
Állítható légcsavarnál a szokásos állásszög a tollak végén a levegőhöz képest 5-15° között van, a repülőgép kereszttengelyével típustól függően 5°–20°-ot zár be. Ugyanez teljes sebességnél a tollak végén a legnagyobb sebesség környékén 20°-65° között lehet. Légcsavarnál a kereszttengellyel bezárt szög a tengelytől távolodva csökken, mert az adott pont kerületi sebessége kifelé növekszik, az előrehaladás viszont egyforma. Ezzel az elcsavarással lehet biztosítani, hogy a légcsavar tollainak állásszöge minden pontban közel azonos legyen. (Az első érték kis sebességű repülőgépnél alkalmazott szög, a 65° a második világháborús P–51 Mustang légcsavartoll-végeinek a legnagyobb beállítási szöge.)
Kapcsolata a sebességgel
Motor nélküli repülésnél a helyzeti energia alakul át mozgási energiává (vagyis a magasság sebességgé). A sebesség itt csak a szárny állásszögének változtatásával szabályozható, ellentétben a motoros repüléssel, ahol a motor teljesítményével és a légcsavartollak állásszögével is. Nagyobb állásszöghöz kisebb sebesség tartozik, és fordítva, az állásszög csökkentésével a repülőgép gyorsul. Adott állásszöghöz tartozó sebesség megállapításához ismernünk kell többek között a gép aktuális tömegét – tehát ugyanaz a repülőgép különböző tömegű pilótákkal ugyanakkora állásszöggel más sebességgel repül ( ami szokatlan lehet azon kisgépes pilóták számára, akik először repülnek oktató nélkül), valamint a terhelési többest és a gép súlypontját. Egy adott állásszög felvétele után szükség van rövid időre ahhoz, hogy a gép felvegye a hozzá tartozó sebességet. Ennek figyelmen kívül hagyása túlkorrigáláshoz, a sebességtartás hiányához vezet.
Átesés
Az átesés akkor következik be, ha az állásszög elér egy olyan kritikus értéket, hogy az áramlás már nem tudja laminárisan körüláramlani a szárnyat, hanem turbulenssé válik és leválik a szárnyról. Ez megtörténhet túl nagy állásszögnél (a legtöbb szárnyprofilnál ez 15°–20°), ilyenkor az áramlás a szárny szívott oldaláról válik le, valamint túl kicsi (negatív) állásszögnél, ilyenkor pedig a nyomott oldalról. Vagyis az átesés nem a sebességtől, hanem az állásszögtől függ. Azt a két állásszöget, ahol ez bekövetkezik, kritikus állásszögeknek () nevezzük. Az átesési sebesség megállapításához ugyanazokra az adatokra van szükség, mint egy adott állásszöghöz tartozó sebesség megállapításához (lásd feljebb).
Egy előre- vagy hátranyilazott szárnyú repülőgépnek az állásszög-tartománya (azaz a két kritikus állásszög közötti távolsága) nagyobb. A szárny hosszanti elcsavarásával is bővíthető ez a tartomány, mert ha a szárny egyik része már átlépte a kritikus állásszöget, az elcsavarás miatt a másik része még képes felhajtóerőt termelni.
Alkalmazása a kormányoknál
A repülőgépeken található legtöbb kormányszerv a hozzá tartozó kormányfelületek, vezérsíkok állásszöget változtatja, így éri el a kellő erőeloszlás-változást a mozgásirány, sebesség, stb. megváltoztatásához.
A magassági kormány például a kereszttengely körül forgatja el a gépet a vízszintes vezérsík kilépőélének emelésével vagy süllyesztésével (néha az egész vezérsík forgatásával) megváltoztatja a vezérsík húrját, így az állásszögét is, ami miatt annak felhajtóerő-tényezője is megváltozik (a légellenállás-tényező megváltozása számunkra figyelmen kívül hagyható). Ez a rajta ébredő felhajtóerő nagyságának megváltozásával, és ezáltal a gép hosszanti stabilitásának (a rajta ébredő erők hosszanti eloszlásának) változásával jár, ami miatt a gép kereszttengelye mentén elfordul (bólintó mozgást végez). Emiatt viszont a szárnyak állásszöge, felhajtóerő-tényezője, és (ha van a gépnek sebessége, akkor) a rajta ébredő felhajtóerő is megváltozik, amely a teljes repülőgép emelkedéséhez vagy süllyedéséhez vezet.
A vízszintes vezérsík akkor is termel felhajtóerőt, ha a magassági kormány semleges helyzetben van, hogy a repülőgép kereszttengelyére a szárny és a gép tömege által ható forgatónyomatékokat kiegyenlítse.
Az oldalkormány a függőleges tengely körül forgatja el a gépet a függőleges vezérsík állásszögének változtatásával. Működésének elve megegyezik a magassági kormányéval, viszont a függőleges vezérsík 0°-os állásszögnél nem termel az áramlás irányára merőleges "oldalirányú felhajtóerőt".
A csűrőkormány a gép hossztengely körüli forgatását teszi lehetővé. Ennek a kormánynak a kormányfelülete, a csűrőlap, a szárnyak kilépőélén, a szárnyak vége felé helyezkedik el, hogy minél nagyobb erőkaron fejtsen ki forgatónyomatékot a gépre. A két kormányfelület ellentétesen tér ki, így az egyik szárnyon csökken, a másikon nő a felhajtóerő.
Az ívelőlap és a fékszárny a szárny íveltségét, az azon ébredő felhajtóerőt és légellenállást hivatott megváltoztatni. A szárnytőnél helyezkedik el (mindkét oldalon).
A féklap nem változtatja meg a szárny állásszögét, csak a felhajtóerő- és légellenállás tényezőjét.
Hasonlóan a szárnyhoz, egy kormányfelület is át tud esni. Ha például a szárny nagy állásszöggel repül, és hirtelen kitérítjük a csűrőt, a kitérítéssel ellenkező oldalon lévő csűrőlap állásszöge annyira megnő, hogy átesik, emiatt viszont az ezoldali szárny kevesebb felhajtóerőt termel és a gép a kitérítéssel ellenkező irányba dől be.
Kapcsolódó szócikkek
- Bernoulli törvénye
- Felhajtóerő
- Légellenállás
- Repüléstan
- Repülőgép
- Szárny
- Szárnyprofil
Források
- Kezdő vitorlázórepülő oktatási segédlet (Budapest, 2008, KoLiFánt Kft., ISBN 978-963-87838-0-6)
- Középfokú vitorlázórepülő oktatási segédlet (Budapest, 1999, KoLiFánt Kft., ISBN 963-03-6550-2)
További információk
- https://web.archive.org/web/20160310174645/http://flyaway.hu/index.php/aerodinamika-fizika/515-allasszoeg-leger-sebesseg
- https://web.archive.org/web/20160311180220/http://www.ulhdv.hu/index.php/dokumentumok/112-a-repueles-alapelvei-a-felhajtoer-keletkezese
Közlekedésportál • összefoglaló, színes tartalomajánló lap