Blogi

Oliko Myrsky kärkisakkaaja?

Share |

Sunnuntai 19.4.2015 - Reino Myllymäki


Myrskyn kärkisakkausominaisuudet ovat nousseet puheenaiheeksi sekä 1980-luvulla että viime aikoina mm. Feeniks 1/2015:ssä julkaistun Kosti Keski-Nummen haastattelun seurauksena.

Opiskeltuani asiaa oppikirjoista ja keskusteltuani asiasta sekä Jukka Raunion että Matti Patterin kanssa uskaltauduin kirjoittamaan asiasta jotain.

Kärkisakkaus - mikä se on?

Lähtökohtaisesti lentokoneen siiven aiheuttama nostovoima kasvaa kohtauskulman kasvaessa. Näin tapahtuu, kunnes nostovoimakertoimen maksimiarvo saavutetaan. Kun kohtauskulmaa tämän jälkeen kasvatetaan, nostovoimakerroin alkaa pienentyä, jolloin ilmiötä kutsutaan sakkaukseksi.

Käytännössä sakkaus tarkoittaa virtauksen irtoamista siiven yläpinnalta. Siipi ei kykenekään enää suuntaamaan ilmavirtaa alaviistoon, jolloin siiven nostokyky romahtaa. Irronnut virtaus on hyvin turbulenttista.

Sakkaus syntyy siis useimmiten siiven kohtauskulman kasvaessa nousun, kaarron tai vaikkapa kannuspyöräkoneessa kolmelle pisteelle laskeutumisen yhteydessä.

Sakkauksen halutaan alkavan mieluummin siiven tyvestä kuin kärjestä. Tyvestä alkavan sakkauksen seurauksena pyrstön korkeusohjaimet joutuvat vanaveteen, mistä syntyy ohjaimiin värinää. Värinä varoittaa ohjaajaa sakkauksesta. Ellei tällaista varoitusta ohjaajalle tule, nykyiset lentokelpoisuusvaatimukset edellyttävät erillistä sakkausvaroitinta.

Siipiprofiilin vaikutus

Siiven profiililla on suuri merkitys sakkausominaisuuksiin. NACAN nelinumeroiset siipiprofiilien nostovoimakerroin ei romahda nopeasti maksiminostovoimakertoimen saavuttamisen jälkeen. NACAN viisinumeroisilla siipiprofiileilla saavutetaan erittäin hyvät maksiminostovoimakertoimet mutta siipiprofiilin ikäviin ominaisuuksiin kuuluu nostovoimakertoimen äkillinen romahtaminen maksiminostovoimakertoimen saavuttamisen jälkeen.

Siiven muodon vaikutus

Tasaleveän siiven, jolla ei ole nuolikulmaa eikä kiertoa, paikallinen nostovoimakerroin on suurimmillaan siiven tyvessä ja pienenee kärkeä kohden. Kun siipi tehdään trapetsiseksi - eli siipi kapenee kärkeä kohden - nostovoimakertoimen maksimi siirtyy kärkeä kohden. Sama vaikutus on nuolikulman kasvattamisella. Molemmissa tapauksissa on vaarana, että sakkaus alkaa siiven kärjestä.

Trapetsisiiven kärkisakkaustaipumusta voidaan vähentää kierrolla. Kierto voi olla geometrista tai aerodynaamista. Geometrisessa kierrossa siiven profiilia kierretään kärkeä kohden pienemmälle kohtauskulmalle, jolloin sakkaustaipumus siiven kärjessä pienenee ja sakkaus alkaa jostain kärjen ja tyven väliltä. Samaan lopputulokseen päästään valitsemalla siiven tyveen ja kärkeen eri siipiprofiilit niin, että kärjen profiilin aerodynaaminen kiertokulma on pienempi kuin tyven profiililla.

Myrskyn siipi edellämainittujen oppien valossa

Myrskyyn suunniteltiin alunperin samantapainen puolielliptinen siipi kuin Pyryssä, koska puolielliptinen muoto tarjosi laskennallisia vastusetuja. Pyry kuitenkin opetti, että puolielliptinen siipi on paha kärkisakkaaja ja niin Pyryyn suunniteltiin trapetsisiipi, johon mallia oli otettu Brewster 239:n siivestä. Tuulitunnelikokeissa siiven mallila oli kokeiltu ja se oli osoittautunut keskisakkaajaksi.

Myrskyyn suunniteltiin lopulta Brewster-tyyppinen trapetsisiipi. Siipiprofiili molemmissa oli viisinumeroisesta NACA 230-sarjasta. Molemmissa siipiprofiilin paksuus kärjessä oli sama (9 % = NACA 23009), Brewsterissä paksuus tyvessä oli 18 % (NACA 23018), Myrskyssä 15 % (NACA 23015). Koska tyvi- ja kärkiprofiilit olivat samat, aerodynaamista kiertoa ei ollut, ei myöskään geometrista.

Brewsterin siiven nuolikulma oli -1 astetta neljännesjänteen kohdalla, Myrskyllä nuolikulmaa ei mainita. Siiven etureunan nuolikulma oli kuitenkin reilut neljä astetta.

V-kulma oli Brewsterillä 5,5 astetta ja Myrskyllä 5,33 astetta. Myrskyn trapetisuhde oli 0,565. Brewsterin siiven trapetisuhdetta ei mainita, mutta siiven jännemitoista laskien se oli 0,715.

Brewsterin siipi oli suurempi, pinta-alaltaan 19,4 m2. Tyypillisellä lentoonlähtömassalla 2 415 kg Brewsterin siipikuormitus oli 125 kg/m2. VL Myrsky II:n siipipinta-ala oli 18 m2 ja tyypillinen lentoonlähtömassa 2 943 kg, jolloin siipikuormitus oli 164 kg/m2.

Nykytietämyksen valossa trapetsinen siipi siipi on (sekin) potentiaalinen kärkisakkaaja, varsinkin ilman geometrista tai aerodynaamista kiertoa. Myrskyn siiven trapetsisuhde on pienempi, joten nostovoimakertoimen maksimi on silloin lähempänä siiven kärkeä kuin Brewsterissä. Brewsterin negatiivinen nuolikulma vähentää jonkin verran kärkisakkaustaipumusta.

Koska Myrskyn ja Brewsterin siipiprofiilit ovat samat, Myrskyn 31 % korkeampi siipikuormitus tarkoittaa sitä, että koneella on lennettävä lähempänä nostovoimakertoimen maksimia ja sitä kautta sakkausta.

Myrskyn sakkausominaisuudet

Myrskyn koelentoraporteissa ei puhuta mitään kärkisakkauksesta. Esimerkiksi kapteeni Veikko Karu kirjoittaa 5.1.1944 päivätyssä raportissaan: "Kaarrot: kaarto-ominaisuudet ovat normaalit. 300 km/t suuremmilla nopeuksilla kone kestää hyvin vetoa kaarroissa. Nopeuden ollessa alle 300 km/t, ellei moottorin tehoa lisätä yli normaalivaakalentotehon, ei kone siedä sanottavasti vetoa, vaan on havaittavissa voimakkaita värähdyksiä, jotka loppuvat heti sauvaa löysättäessä. Kun taas vetoa jatkettaessa kone tekee "virheliikkeen", josta se oikeaa helposti."

Vastaavasti aarre Siltavuoren raportista 23.9.1943 löytyy maininta: "Nopeuden menetys kaarroissa käytettäessä max. tehoa on verraten hidas, eikä kone ole helposti vedettävissä virheliikkeeseen. Jos vetoa jatketaan hyvin paljon, kone joutuu kuten kaikki yksisiipiset hävittäjät virheliikkeeseen. Virheliike tapahtuu yleensä vasemmalle paitsi jos on annettu paljon oikea jalkaa, voi liike tapahtua oikeallekin. Ohjattavuus palaa heti kun sauvaa löysää, eikä kone yleensä ehdi virheliikkeen aikana muuttaa kallistustaan huomattavasti, eikä kadottaa korkeuttaan. Virheliike ei tule normaalivedolla yllättäen, vaan huomaa koneessa pieniä heilahduksia ja tärinää ennen ylivetoa".

Raimo Malkamäki ja Janne Salonen kävivät marraskuussa 2014 tapaamassa vuonna 1946 Myrskyllä lentänyttä Kosti Keski-Nummea. Tapaamisesta syntyi artikkeli (Feeniks 1/2015 s. 39-41), jonka mukaan "Myrskyä Kosti kommentoi sanoen, että se oli erittäin vakaa ammuttaessa ja hyvä kone matkalennossa, mutta vaativampaa taitolentoa sillä ei voinut suorittaa, koska se teki jyrkässä kaarrossa helposti ns. älyttömän."

Älyttömästä ja kärkisakkauksesta puhutaan usein Fokker D.XXI:n ja VL Pyryn kohdalla. Fokkerin virheliike oli äkillinen epäsymmetrinen kärkisakkaus. jonka syynä oli voimakkaasti trapetisen siipi, jossa ei ollut geometristä kiertoa. Siipiprofiili Fokkerissa oli Clark YH.

MY-50:n siipisolakokeilujen yhteydessä (lähde: Jukka Raunion kirjoittama Suomen Ilmailuhistoriallisen Lehden Myrsky-erikoisnumero, s. 41) koelentäjät totesivat, että "ilman siipisolia Myrsky alkoi tiukassa vedossa vavahdella, kallistui sitten 30-40 astetta vasemmalle, jonka jälkeen se kiepsahti oikealle 'älyttömän'."

Vuonna 1982 Sakari Alapuro (Kansa taisteli 3/1982 s. 78) viittaa Eino Ritarannan samassa lehdessä julkaistuun artikkeliin: "Ritarannan kirjoituksessa mainitaan Myrsky 'lento-ominaisuuksiltaan erittäin miellyttävänä koneena'. Koneella lentäneen on vaikea täysin yhtyä tähän käsitykseen, sillä kone oli 'kärkisakkaaja' ja jokaisen taitolentoliikkeen jälkeen ohjauksen säätölevyt - kaikki kolme olivat ohjaamosta käsin säädettävissä - vaativat uuden trimmauksen". Sen enempää Alapuro ei kärkisakkausväitettään perustele.

On vaikea sanoa, kuinka värittyneitä ja ei-todenmukaisia rivilentäjien lausunnot Myrskyn kaarto-ominaisuuksista ovat mutta missään tapauksessa niitä ei pidetä yhtä huonoina kuin Fokker D.XXI:llä tai VL Pyryllä. Molempiin rakennettiin solaraolliset siivet, jotka paransivat kaartokykyä sekä helpottivat virheliikkeen oikaisua ja laskeutumista. Solat sai myös MY-50.

Myrskyn laskeutumisominaisuudet

Se missä kärkisakkausilmiö selkeämmin Myrskyn kohdalla näkyy, on laskeutuminen kolmelle pisteelle. Karu kirjoittaa 5.1.1944 vavahtelusta loppuvedon yhteydessä. Muissa näkemissäni raporteissa ilmiöstä ei puhuta, mutta sodan jälkeen aihe nousi esille. Jukka Raunio kirjoittaa (Suomen Ilmailuhistoriallisen lehden erikoisnumero 1, 2002 s. 41): "Osasyy vaurioihin oli Myrskyn ominaisuus  -tarjota siipeä' laskussa... Osa opetteli kolmen pisteen laskun menestyksellä, mutta monilla kone pääsi pomppimaan, mikä johti helposti sivuliikkeeseen ja telineen pettämiseen". Syyskuuhun 1945 mennessä oli tapahtunut jo neljä siiven kärjen raapaisua maahan.

Lokakuussa 1945 Valtion Lentokonetehdas ilmoitti, että yhteen koneeseen voidaan rakentaa samanlainen solasiipi kuin MY-4:ssä oli ollut (mutta jota ei oltu ehditty kokeilla). Siiven sai MY-50 ja ensimmäiset lausunnot saatiin  16.4.1946. Koelentäjien mukaan solat eivät parantaneet tilannetta ollenkaan. Solien muotoa parannettiin ja lukumäärää lisättiin, jolloin laskuominaisuudet paranivat vaikka jäivätkin ikäviksi.

Sakkauksesta oli kysymys laskeutumisessakin. Kolmelle pisteelle laskeuduttaessa ja loppuvetoa tehtäessä tullaan suurella kohtauskulmalla mutta laskusiivekkeet ovat auki tuottaen lisänostovoimaa. MY-50:llä tehdyissä kokeissa virtaus vaikutti irtoavan - ei siiven kärjestä alkaen - vaan lähempänä siiven tyveä niin, että virtauksen irtoaminen tuntui humahduksena ohjaamossa.

Lisäys 21.4.2015: Puurakenne yhdistettynä sodanaikaisiin huonoihin liimoihin ja lakkoihin aiheutti mm. sen, että MY-5 tuotiin vuonna 1945 korjattavaksi, kun siipi oli kosteuden seurauksena vääntynyt niin kieroiksi, että kärkien välillä oli kahden asteen asetuskulmaero. Tällaiset muodonmuutokset aiheuttavat sakkausominaisuuksien muutoksia kalustossa.

Miten kärkisolat toimivat?

Kärkisolat, joita MY-50:ssa oli 6+6 kpl lähellä siivenkärkiä n. 2/3 siivekkeiden matkasta ja 2+2 kpl lähempänä siiven tyveä, johtavat siiven alapinnalta korkeaenergistä ilmaa siiven yläpinnalle. Lisäilman vaikutuksesta ilmavirtaus pysyy siivessä kiinni suuremmilla kohtauskulmilla, mikä parantaa koneen sakkausominaisuuksia.

Tämmöinen on minun - rakennusinsinöörin - analyysini Myrskyn sakkausominaisuuksista. Oppikirjana käytin  Seppo Laineen, Jakko Hoffrenin ja Kari Rengon kirjaa Lentokoneen aerodynamiikka ja lentomekaniikka. Kannattaa muistaa, että Valtion Lentokonetehtaan suunnittelijat eivät välttämättä tienneet kaikkea kirjan kertomaa 1940-luvulla...

Ne, jotka tuntevat sakkaus- ja kärkisakkausasian minua paremmin, voivat rakentavasti kommentoida tätä kirjoitusta tai lähettää tietojaan yhteydenottolomakkeella.

Yhteydenottoja on tullut ja tätä blogikirjoitusta on korjattu palautteen perusteella 30.4.2015.

Avainsanat: ilmailuhistoria, museolentokone, entisöinti, VL Myrsky, aerodynamiikka, sakkaus, kärkisakkaus


Kommentoi kirjoitusta


Nimi:*

Kotisivun osoite:

Sähköpostiosoite:

Lähetä tulevat kommentit sähköpostiini

Lähettääksesi kommentin sinun tulee kirjoittaa alla oleva merkkijono kenttään