Spørg Fagfolket: Hvorfor staller et fly?
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Spørg Fagfolket: Hvorfor staller et fly?

Illustration: al_kan/Bigstock

Vores læser Mikl spørger:

Hej, jeg er meget nysgerrig omkring stall, altså hvordan det opstår?

Har et fly en bestemt højde, før det kommer i stall - eller fart?

Læs også: Piloter kæmpede med anti-stall-system op til Lion Air-styrt

Lars Illum Jørgensen, freelance flyingeniør og tidligere salgsdirektør i Airbus, svarer:

Et stall er tabet af den aerodynamiske opdrift, fordi luftstrømningen over vingen separerer.

Stallets altafgørende betingelse er, at vingens indfaldsvinkel overstiger den såkaldte kritiske indfaldsvinkel, der bestemmes af vingeprofilets form. Stallet kan indfinde sig ved alle flyvehøjder og -hastigheder; sidstnævnte kaldes high-speed stall. Se en video af princippet under artiklen samt en uddybende grafik.

Rent fysisk sker der det, at den aerodynamiske opdrift er proportional med vingeprofilets indfaldsvinkel, som er den relative luftstrøms vinkel i forhold til vingens korde - altså den imaginære linje mellem vingens forkant og bagkant. Se en video om principperne bag opdriften under artiklen.

Under uforstyrrede betingelser ’klæber’ den relative luftstrøm sig til den krumme vingeoverflade (Coandă-effekten).

Læs også: Spørg Fagfolket: Hvor mange mennesker befinder sig i fly over jorden lige nu?

Sådan mister vingen opdrift

Opdriften kommer dels fra kraften fra trykforskellen mellem det resulterende undertryk på oversiden og overtrykket på vingens underside (Bernoulli-princippet), og dels fra reaktionskraften fra luftstrømmens momentændring, når denne presses nedad af vingen (Newtons 3. lov).

Luftstrømmen i det viskose grænselag bliver turbulent et stykke ned ad vingeoversiden og mister derved kinetisk energi. Dette omslagspunkt vandrer fremad, efterhånden som indfaldsvinklen stiger.

Ved den kritiske indfaldsvinkel har grænselaget på oversiden ikke nok kinetisk energi til at overvinde det statiske overtryk ved bagkanten, og luften presses turbulent fremad mod vingeforkanten.

Stiger indfaldsvinklen yderligere, ’kiler’ den tilbagestrømmende turbulente luft sig ind under den opdriftsskabende luftstrøm, som slipper profilet. Derved opstår en separationsboble.

Ved endnu højere indfaldsvinkel separerer strømningen fra hele vingeoversiden. Undertrykket over vingen bryder sammen, en stor del af den nedadrettede luftstrøm går tabt, og vingen mister sin opdrift. Stallet er komplet.

Læs også: Spørg Scientariet: Hvorfor har fugle ikke ’winglets’ ligesom fly?

Vingerne kan stalle uafhængigt, så flyet spinner

I den virkelige verden taber flyet nu højde, men da haleplanet i det fornuftigt konstruerede fly ikke er stallet, vipper flyets næse nedad. Herved falder indfaldsvinklen til den relative fartvind, opdriften genoprettes, farten tager til, og den velafbalancerede fly går af sig selv ud af stallet - hvis da ikke piloten - eller autopiloten - tvinger indfaldsvinklen tilbage i det kritiske med et kraftigt højderorsudslag. Det ser nemlig ud til, at det er autopiloten, som har stallet flyene i en række uheld de seneste år, senest Lion Air i Indonesien fornylig pga sensorfejl.

Faldet er ca. 100 m for et konventionelt sportsfly. Den ene vinge kan stalle før den anden, og så risikerer flyet at spinne.

Træningsfly staller som regel godmodigt, mens moderne, højeffektive vinger godt nok er økonomiske i drift, men ofte har modbydelige stall-egenskaber.

Et flys specificerede stall-hastighed er som regel hastigheden ved den kritiske indfaldsvinkel ved fuldvægt og uaccelereret flyvning. Rent praktisk bestemmes et flys stall-hastighed af dets vægt og krængningsvinkel (”g”), vingeprofil og vingeareal samt lufttemperaturen og lufttrykket.

Lufttryk og -temperatur er eksternt givet af flyvehøjden og geografi, men tekniske hjælpemidler som slats, forkant- og bagkantflaps kan ændre vingeprofil og -areal og dermed forøge den kritiske indfaldsvinkel. Dette sker for det meste med højere luftmodstand som følge.

Læs også: 'Næsten lodret' stigning var nok kun 30 grader for Boeing-fly

Høj risiko på en lummer sommerdag

Et flys specificerede stallhastighed er som regel den laveste stallingshastighed ved fuldvægt og uaccelereret flyvning.

Der er høj risiko for stall en lummer sommerdag under start på en højtliggende lufthavn, fordi stallhastigheden stiger med flyets vægt, med stigende flyvehøjde og med højere temperaturer og luftfugtighed.

Da landingsunderstellet sætter grænser for flyets rullehastighed, er der brug for en relativ høj indfaldsvinkel for at generere nok opdrift til at løfte det tunge fly fra jorden.

Under standardbetingelser er lufttætheden for eksempel omkring 40% lavere i El Alto-lufthavnen i Bolivia (ca. 4000 m) end i København ved havoverfladen. Og den er 10% lavere ved 38°C end ved 10°C.

Lufttemperaturen kan være meget høj i laget lige over en startbane i 4000 meter, hvor solen har bagt hele dagen.

Læs også: Ny type vinger skal give europæisk luftfart et løft

Is og insekter på vingerne gør det værre

Vingeprofilets form kan også blive ændret af akkumuleret is, smadrede insekter på vingeforkanten eller ved birdstrikes, og derved forøges stallhastigheden voldsomt.

Ved flyhastigheder nær lydhastigheden kan lokale chokdannelser over vingen forårsage separation (high speed buffet stalls). Selv om det ikke fører til et rigtigt stall, kan den turbulente luft fra hovedvingen ramme halen, og de derved opståede voldsomme rystelser kan decideret ødelægge strukturen.

For mange passagerfly kan forskellen mellem den mindste stall-hastighed og den højest tilladte hastighed være blot 15 knob i stor flyvehøjde. Men også meget langsomme fly kan have et snævert spillerum: Solar Impuls-flyet, der fløj jorden rundt på solceller, har en stallhastighed på blot 21 knob og højeste tilladte strukturelle hastighed er 45 knob.

Afslutningsvis bør det bemærkes, at som alt, der har med fly at gøre, er vingen et kompromis. Vingen skal selvsagt levere den nødvendige aerodynamiske opdrift til at holde flyet flyvende fra start til landing, og selvom stall-egenskaberne er vigtige, foreskrives vingens endelige udformning af flyets funktion og egenskaber: passagerfly, fragtfly, kampfly, eller fritidsfly; høj eller lav hastighed, lang eller kort rækkevidde, korte startbaner osv.

Læs også: Spørg Scientariet: Hvorfor er vinduerne i fly så små?

Vingerne skal også se godt ud

Vingen skal helst være let, men samtidig stærk nok til at rumme understel, brændstof, systemer, bære flyets motorer, klare turbulens og kunne ’trække g’.

Den skal kunne passe ind i eksisterende lufthavnes og flyvepladsers strukturer, og selvfølgelig være nem at vedligeholde. Og så vil enhver vingekonstruktør altid forsøge at få vingen til at se godt ud.

Se betingelserne for stall her. Illustration: Reuters/Lasse Gorm Jensen

Her ses principperne bag High speed buffet shock stall:

Og her principperne bag vingens opdrift:

Spørg fagfolket

Du kan spørge om alt inden for teknologi og naturvidenskab. Redaktionen udvælger indsendte spørgsmål og finder den bedste ekspert til at svare – eller sender spørgsmålet videre til vores kloge læsere. Klik her for at stille dit spørgsmål til fagfolket.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Fin forklaring på nær én ting. Jeg mener, at følgende sætning kan misforstås derhen, at en del af opdriften kommer fra trykforskellen (Bernoulli), og en anden del fra reaktionskraften (Newton):

Opdriften kommer dels fra kraften fra trykforskellen mellem det resulterende undertryk på oversiden og overtrykket på vingens underside (Bernoulli-princippet), og dels fra reaktionskraften fra luftstrømmens momentændring, når denne presses nedad af vingen (Newtons 3. lov).

Det er ikke korrekt. Hele opdriften kan enten beskrives ved trykfordelingen eller ved reaktionskraften.

Begge beskrivelser er nødvendige når man analyserer flowet ved at lægge et kontrolvolumen om vingeprofilet. Bernoulli redegører for energibevarelse ved flow ind og ud af kontrolvolumenet, og Newton redegører for impulsmomentbevarelsen. Endelig har man massebevarelsen fra kontinuitetssætningen.

Alle tre bevarelsessætninger er nødvendige for at kunne udlede ligningerne for opdriften, dvs. Euler eller Navier Stokes ligninger afhængigt af, om man regner med viskositet eller ikke.

Se evt. NASAs forklaring her:
https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane...

  • 6
  • 0

Når luften bevæger sig forkert rundt om en vinge, så bremses flyet af denne luftstrøm, og derved virker stallet så voldsomt selvforstærkende.

  • 0
  • 9

En lille tilføjelse:
Som tidligere A-VHF-pilot (=privat certifikat) testede vi stall på et lavvinget fly. Vi fastgjorde røde bomuldssnore på hele oversiden af den ene vinge, så vi kunne følge stallets udvikling på hele vindeoverfladen - og alle de stall vi lavede (i sikker højde :-) ) begyndte ved bagkanten af vingeroden og udbredte sig udad mod vingestippen. Det så ud til, at vingerne faktiske var konstrueret en smule vredet, så indfaldsvinklen var størst ved vingeroden, og mindst ved vingetippen. Smart nok: Så har krængrorene yderst på bagkanten af vingen styre-effekt så længe som muligt under et stall.

Se min smalfilm (fra 1979 !!) fra ca. 5min:20sek til 6:10 - og læg mærke til hvor hurtigt den laminære luftstrøm genetableres så snart flyet flyver rent igen:
https://www.youtube.com/watch?v=89q_fDOqf4...

/cwang

  • 7
  • 0

Paradoksalt nok kan man nedsætte risikoen for stall ved at bryde laminar strømning over vingen og gøre den turbulent. Men det koster lidt i drag.

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten