Lentämisen mysteeriä ratkomassa

Lentämisen mysteeriä ratkomassa

Lentämisen teoria, se kuinka ilmaa painavampi kappale pysyy ilmassa, on aikojen alusta ollut ihmiskunnan suuria ihmetyksen aiheita. Ja ihmisen sielun palo taivaalle lintujen joukkoon on roihunnut jo vuosisatojen ajan. Leonardo da Vincin luonnokset piirustuspöydällä kertoivat tuosta palosta sekä uskosta selättää mysteeri. Da Vinci itse ei taivaalle noussut (ellei tehnyt sitä tiluksillaan salaa), mutta vuosisatojen kuluessa Sir Cayley, Otto Lilienthal, Wrightin veljekset ja muut ilmailun pioneerit alkoivat askel kerrallaan tehdä unelmasta ja visiosta totta. Syntyi lentokone, jonka lentokyky perustuu siipien synnyttämään nostovoimaan.

 

Aloitan korjaamalla yleisen väärinkäsityksen: lentokoneen moottorit eivät tuota nostovoimaa. Kaikkien moottoreidenkaan äärimmäisen epätodennäköinen sammuminen ei siis pudottaisi konetta taivaalta kuin kivi. Koneen liitokyky on yhä tallella, ja kone pysyy liitäessä täysin ohjattavissa. Suuri matkustajakonekin toimii siis tarvittaessa purjekoneen tavoin, jopa yllättävän hyvällä liitosuhteella. ”Sully” Sullenbergerilläkin oli onnettoman lintutörmäyksensä jälkeen aikaa paitsi ohjata konetta useita minuutteja, yrittää moottorien uudelleenkäynnistystä, pohtia lennonjohdon kanssa montaa eri laskeutumispaikkaa ja lopulta vielä valmistella koneensa kohtuullisen hyvin veteen laskua varten.

 

Lentokoneen nostovoima syntyy siivissä. Siivet tuottavat nostovoimaa silloin, kun koneella on tarpeeksi nopeutta. Toisin sanoen silloin, kun siivet kohtaavat riittävän vauhdikkaan ilmavirtauksen. Moottorien tehtävänä on työntövoimallaan tuottaa nopeutta. Mikäli moottorit eivät toimisi, säilytettäisiin siipien nostovoiman ylläpitoon vaadittava nopeus työntämällä kone loivasti alas liukuun. Liitokyvystä esimerkkinä: kymmenen kilometrin korkeudelta liukuun tyhjäkäynnillä lähtevä matkustajakone voi liitää jopa 150 kilometriä. Ja et ehkä tiennyt, että normaalillakin lennolla matkustajakoneen lähestymisliu’usta suurin osa tapahtuu moottorien ollessa tyhjäkäynnillä – siis liitämällä. Vasta lähestymisen loppuvaiheissa moottorien tehoja lisätään uudelleen laskeutumisnopeuden ja liukukulman säätelemiseksi.

 

Siiven nostovoiman juju on kohtauskulma. Kulmalla tarkoitetaan, että siipi kohtaa ilmavirran pienellä positiivisella kulmalla, etureuna aavistuksen ylempänä. Asentonsa johdosta siipi taittaa kohtaamaansa ilmavirtaa hieman alaspäin. Alastaittumista tapahtuu sekä siiven ala- että yläpinnalla. Alapinnan taitetta voi ehkä ymmärtää vertaamalla ilmavirtausta vesisuihkuun, joka kaltevaan pintaan osuessaan taittuu alaspäin. Yläpinnalla ilmavirta seuraa siiven sileää yläpintaa etureunalta taakse, mikä taittaa virtauksen sielläkin hieman alaspäin. Ja nyt seuraa olennaisin: kaikilla voimilla on aina toiseen suuntaan vaikuttava vastavoima, tuttua ehkä fysiikan tunneilta. Ilmavirran alaspäin taittumisen merkitys on, että sen vastavoimana syntyy siipeä ylöspäin kohottava voima.

 

Ajattelet ehkä nyt, että tuolla teorialla vanha ladon ovikin synnyttäisi nostovoimaa. Teoriassa oikein, jos ovelle saataisiin riittävä nopeus eikä ilmanvastusta tarvitsisi miettiä. Käytännössä lentäminen on kuitenkin taistelu nostovoiman ja ilmanvastuksen välillä. Lentääkseen siiven nostovoiman täytyy voittaa sen itsensä aikaansaama ilmanvastus. Ja tämän vuoksi siipi muotoillaan pyöreäksi, aerodynaamiseksi ja ilmavirtausta mahdollisimman vähän häiritseväksi. Ladon oven kovin epäaerodynaaminen ja karkea muoto johtaisi liian suureen ilmanvastukseen, mikä käytännössä nujertaisi saadun nostovoiman.

 

Jos istut siiven kohdalla matkustamossa, voit nähdä siivessä joitain lennon aikana liikkuvia pintoja. Siiven takareunalla olevat laskusiivekkeet ovat lennon aikana sisään vedettynä, mutta lentoonlähdön, lähestymisen ja laskun aikana työntyneenä taakse- ja alaspäin. Silloin ne lisäävät ilmavirtauksen alas taittumista ja koko siiven nostovoimaa, minkä ansiosta kone pystyy lentämään pienemmällä nopeudella. Siipien kärjissä olevat siivekkeet taas auttavat konetta kaartamaan: toisen siiven siiveke taittuu aina ylös- ja toisen alaspäin, jolloin toisen kärjen nostovoima suurenee ja toisen pienenee. Kolmantena, siiven yläpinnalla on tarvittaessa pystyyn nostettavia kaltevia pintoja mitä kutsumme lentojarruiksi. Niillä irrotetaan yläpinnan ilmavirtausta siivestä, ja pienennetään nostovoimaa. Tämä voi olla tarpeen esimerkiksi liukukulman jyrkentämiseksi tai koneen nopeuden hidastamiseksi.

Da Vinci myhäilisi haudassaan, jos tietäisi kaukaisten visioidensa jalostuneen kuljettamaan miljardeja ihmisiä vuosittain. On helppo uskoa aerodynamiikan tuntuneen kauan mysteeriltä. Onhan kyseessä ilman, silmällä ”näkymättömän” elementin käyttäytyminen ja sen aikaansaamat voimat. Korkealla lentävässä koneessa ajatus ikään kuin tyhjyyden päällä roikkumisesta ei tunnu kaikista miellyttävältä. Lopulta kyse on kuitenkin varsin selkeistä ja kiistattomista fysiikan laeista, jotka tunnetaan ja ymmärretään jo tarkasti. Lentokoneen siipi lienee aerodynamiikan alan pisimmilleen jalostettu saavutus. Voit siis turvallisin mielin nousta koneeseesi ja luottaa sen lentokykyyn.

Alin kuva: Suvi Saarela