Hur fungerar ett roder? [Kan ni det?]

[Poppe 9]

Vill testa dom hydrodynamiska kunskaperna på mg.

Så hur fungerar ett roder?

Varför gungar båten när det kommer vågor?

Kan ni detta får ni en kram.

[Pali 0]

Rodret vrids och då svänger båten.

Vågorna rör sig och då rör sig båten.

=)

[Poppe 9]

Nja, det är inte vi i femman nivå jag menar. Utan enkel gymnasie fysik.

Senast ändrad av Poppe | 07 februari 2012 | 23:26

[Hasse_O 28]

Fråga 1

Ett förhållande mellan aktuell fart och den roderkraft som bildas när rodret svängs ut....skapar styrkraften, denna kraft gånger ...

..... antalet meter från rotationscentrum (ca läget på kölen i en fenkölad segelbåt) till mitten av rodret utgör momentarmen.  Som då tillsammans skapar det svängande momentet = i tex Nm.

Den svängande kraften skall då kämpa emot...

Den motriktade kraften som utgörs av hela båtens längd i vattnet och det motstånd detta ger i vatten utöver båtens längd i varje punkt gånger avständet från rotationscentrum.

Den hastighet/acceleration som svängen sedan sker med bromsas då av den kraft som motverkar i Y-led vid sväng samt det tröghetsmoment som finns i båten vilken då även är beroende av båtens tyng.

Förenklat utryckt

[Flintstone 4]

Det Hasse skrev...

[Jocke-SeaRay 13]

....inte direkt dom viktigaste frågorna i livet ! ..-Har du tråkigt ?

[Snipan_71 0]

Hmmm... men det var ju Vi i Femman-frågor du ställde, enkla frågor får enkla svar

[forgus31 139]

Jag antar att du vill ha ett svar liknande hur hydrodynamiken förklarar lyftkraften på en flygplansvinge. 

Lyftkraften på vingen kommer av att luften måste gå en längre sträcka på vingens översida. Det bildas då ett undertryck då det behöves mer luft för att fylla ut då det saknas lite luft på vingens översida.  

På liknande sätt blir det förstås på rodret. Ju mer rodret vrids desto mer vatten saknas på rodrets läsida och får en dragkraft åt det hållet.

[Wingan 71]

Se där, nu fick du ju ett elegant svar angående rodrets funktion.

Nu kanske du själv kan lägga in en förklaring till varför båten gungar, så att vi övriga på MG kan få testa dina hydrodynamiska kunskaper

[Anders_St 74]

Fast. Det bygger på att en flygplansvinge är mer kurvad på ovansidan än undersidan.

De roder jag har sett är spikraka på båda sidor och borde i så fall inte ge någon dragkraft åt något håll. Vilket stämmer eftersom båten går rakt när rodret är rakt.

Varför båten svänger när rodret står snett måste bero på något annat mystiskt fenomen. Fast tTänk om det inte finns någon förklaring? Då kanske alla båtar i sommar slutar svänga när man vrider rodret?

Det borde trådstartaren tänkt på innan han frågade. Tänk att ha det på sitt samvete!

[forgus31 139]

Jo en flygplansvinge har en färdig kurva för vinden och bättre strömning men du kan flyga även med en plywoodskiva om du har hög fart och lutar den lite uppåt. Det har en del märkt på väg från byggmarknaden. 

Jag fick t.ex en optimistjolle att flyga ur släpvagnen när jag hade lite bråttom hem. 

 

[Westfjord26 9]

Och om du nu kommer fram till att dom hydrodynamiska kunskaperna är låga på MG, vad skall du då göra med den informationen?

[Danjel 3]

Om man ska vara krass har vingens utformning ingen stor betydelse, allt handlar mer om anfallsvinkel och dragkraft.

Ett flygplan med helt platta vingar flyger det med, men man måste se till att vingen har en anfallsvinkel gentemot den strömmande vinden och då också driva på med dragkraft mot den.

Detsamma gäller för ett båtroder, du ger rodret anfallsvinkel mot vattenströmmen och då genereras en motkraft.

Allt enligt Newtons tredje lag.

/Danjel

[forgus31 139]

Nu kallas det ju aerodynamik i luften, jag skrev hydrodynamik men mediumet spelar ingen större roll bara det inte är för hårt. 

[Hasse_O 28]

Ja, en flygplansvinge är mer kurvad på ovansidan, orsaken till det är att få en optimerad luftströmning vid flygning, ju mer kurvad desto bättre lyftkraft vid lägre fart. Vid riktigt låg fart ökar man lyftkraften ytterliggare genom att kupa vingen mera, vilket kan ske med flaps i vingens framkant och med klaffar i vingens bakkant. Man kan genom detta minska farten vid främst landning. (används även vid start men inte lika mycket pga att det krävs mycket kraft från motorerna då motståndet ökar väldigt mycket med denna vingform)

Men en kupad vinge kan trots kupningen flyga upp och ner, men då måste man ha en högre anfallsvinkel mot luftströmmen och högre fart än vid rättvänd planflygt.

Att göra något liknande på ett roder i en båt är ingen större ide' då tillräcklig svängeffekt ändå erhålls pga att vatten är inkompressivt redan vid låg fart och därigenom greppar oehört mycket bättre i vatten än det skulle göra i luft. Då är det av större intresse att försöka få ner det totala motståndet så att rodret inte bromsar båten i onödan. På en segelbåt har man även båtens lutning i kombination med sjöhävning att ta hänsyn till och då måste rodret  gå tillräckligt djup för att greppa lika bra oberoende av lutning.

Dock kan en viss droppform likt en smal vingform vara en fördel för att få bättre strömning än ett helt rakt roder till en båt. Även svängförmågan (genererade styrkraften) är bättre med denna form än ett helt rakt eller platt roder

 

Senast ändrad av Hasse_O | 08 februari 2012 | 20:13

[excel319 514]

Även flygplan med helsymetriska vingprofiler flyger, ja t.o.m. plan utan profil. Det handlar mer om att länka av luften nedåt = anfallsvinkel. Det är ingen skillnad på stora plan och modellplan som jag håller på med. Det fungerar, jag lovar. Läs och begrunda http://gluefox.com/flygsim/wingfoils/flygbernoull.htm

Senast ändrad av excel319 | 08 februari 2012 | 23:38

[Hasse_O 28]

Det är faktiskt inte avlänkningen av luftströmen som skapar lyftkraften det är huvudsakligen undertrycket över vingens ovansida till 70% och övertryck på vingens undersida till 30%.

Avlänkningseffekten är relativt liten och återgår relativt snabbt till rak strömning efter det att vingen passerat, vilket man kan se i bäst vindtunnelprov med laminär strömning och linjära rökstrimmor.

Fysiken fungerar så att om man tränger ihop en bestämd mängd luft genom en avsmalning tex ett luft-munstycke då ökar farten och samtidigt minskar trycket och temperaturen höjs. När sedan luften får strömma ut ur munstycket och expandera så sänks temperaturen och trycket återgår till samma som omgivningen. Av samma naturlag sänks trycket på vingens ovansida när luften tvingas ta en längre väg förbi vingen, varvid farten på luften ökar.

En snöig dag om man iakttar ett flygplan landa kan man se att det uppstår ändvirlar på båda sidor efter flygplanets vingar ut från vingspetsarna, det är när undertrycket på vingens översida återställs efter att flygplanet passerat. Lika så kondesstrimmor efter flygplan på hög höjd uppstår då undertrycket ger kondensering av luften pga tillfällig trycksänkning och efterföljande nedkylning varvid fukten i luften fälls ut, likt den gör på en kall spegel i badrummet efter att du har duschat.

[excel319 514]

Håller inte med riktigt. Det resonemanget bygger på en icke liksidig vingprofil. Det står en hel del här också
http://sv.wikipedia.org/wiki/Lyftkraft

 

Senast ändrad av excel319 | 09 februari 2012 | 00:55

[Hasse_O 28]

Hmmm herr  exel

Jag läste nu länken du du lade in... Rätt många sakfel i den faktiskt, --- det är fel redan i första stycket.

Det är så här:. Det uppstår alltid undertryck på vingens ovansida så vida du inte flyger i en buntrörelse. Detta går att mäta rätt enklet i vindtunnel, rätt vanligt labaratorieförsök faktiskt om du har två vertikala väggar och sätter en fast vinge emellan och ett tryckuttag på 1 vingens översida 2 ett uttag inne i vintunneln framför vingen och 3 ett uttag på vingundersida, där kan du sedan  mäta alla 3 tex mm vattenpelare relativt atmosvären. Då kommer du se att jag har rätt.

Sedan är bilden med flygplanet och den inritade avlänkningen av luftströmmen helt fel, det ser inte ut på det sättet. Skulle den bilden vara sann så skulle ett enormt undertryck uppstå bakom flygplanet vid all flygning (hur kan ett så litet flygplan flytta på så mycket luft och hur långt ifrån flygplanet slutar luften strömma neråt och vart tar den vägen sedan) Och tex vid landning skulle en sådan luftströmning (reaktionskraft) orsaka att flygplanets nos skulle få kraftfullt nos-ned moment vid landning då luftströmmen når marken. Markeffekten är tvärt om helt annorlunda på riktigt eftersom övertrycket på vingens undersida ger ökad lyftkraft när den närmar sig marken gör det att den går att flyta ut på  vid landning (likt en luftkuddekänsla) då denna istället ger en viss mindre nos-upp effekt.

[excel319 514]

Jag säger Hmm själv. Du skriver
Skulle den bilden vara sann så skulle ett enormt undertryck uppstå bakom flygplanet vid all flygning (hur kan ett så litet flygplan flytta på så mycket luft och hur långt ifrån flygplanet slutar luften strömma neråt och vart tar den vägen sedan) Och tex vid landning skulle en sådan luftströmning (reaktionskraft) orsaka att flygplanets nos skulle få kraftfullt nos-ned moment vid landning då luftströmmen når marken. Markeffekten är tvärt om helt annorlunda på riktigt eftersom övertrycket på vingens undersida ger ökad lyftkraft när den närmar sig marken gör det att den går att flyta ut på  vid landning (likt en luftkuddekänsla) då denna istället ger en viss mindre nos-upp effekt. 

Att planet skulle påverkas för att luftströmmen träffar marken stämmer inte. Vad är det som skulle påverka planet bara för att luften träffar marken. Det finns ingen förbindelse där emellan. Skulle det vara på det viset att luftströmmen skulle påverka planet, så skulle det vara tyngre att hålla i en öppen luftslang ju närmare man kom ett fast föremål som golv eller vägg och det är det inte. Samma med en vattenslang. Möjligheten att flyta ut beror väl på ökad anfallsvinkel vid landningen, vingbelastning och vingprofil. En del plan flyter ut mer än andra. Intressanta spörsmål det här.

[Tomas99 64]

Excel319 skrev:

Vad är det som skulle påverka planet bara för att luften träffar marken. Det finns ingen förbindelse där emellan. Skulle det vara på det viset att luftströmmen skulle påverka planet, så skulle det vara tyngre att hålla i en öppen luftslang ju närmare man kom ett fast föremål som golv eller vägg och det är det inte.

Luften måste ju hinna flytta sig bort från marken i sidled. Ju mer luft som inte hinner flytta sig, desto högre blir lufttrycket och lyftkraften. Hur tänker du annars att en svävare fungerar? Den har väl heller ingen förbindelse med marken?

Och även mot väggen får du problem med luft eller vattenslangen om du kommer tillräckligt nära, specellt luftflödet är stort. Om du försöker gå mot luftströmmen i en vindtunnel så kommer den kraft du använder för att hålla dig kvar att ge samma motriktade kraft på fläkten som försöker flytta luften.

Så visst påverkar hinder det som försöker flytta luften.

Senast ändrad av Tomas99 | 09 februari 2012 | 11:48

[forgus31 139]

Ett fenomen med marknära flykt finns i att sjöfåglar gärna flyger nära vattenytan och får nytta av luftkudden dvs det övertryck som bildas under vingarna som ökar när luften blir trängd mot sjön eller markytan. Inte så svårt att förstå när man betänker att luften ska flyttas på när den trycks ihop ovanifrån. 

 

 

[excel319 514]

Möjligt att jag har fel, man jag har lärt mig att fåglarna flyger nära vattnet för att motvinden är lägra där p.g.a. vindens friktion mot vattnet.

 

Och även mot väggen får du problem med luft eller vattenslangen om du kommer tillräckligt nära, specellt luftflödet är stort. 
Sätt på ett vanligt Gardenamunstycke på slangen, sätt på vattenstrålen och för munstycket mot botten på hinken så ska du se att när du kommer nog nära så sugs munstycket fast. Knepigt men sant. Det går t.o.m att matematiskt visa att det är så.

Om du försöker gå mot luftströmmen i en vindtunnel så kommer den kraft du använder för att hålla dig kvar att ge samma motriktade kraft på fläkten som försöker flytta luften.
Ursäkta, men det tror jag inte ett dugg på. Kraften du använder för att hålla dig kvar tas upp av golvet. Om det skulle vara så så borde en rymdraket sluta att stiga när marken inte längra tar emot avgasstrålen, men den flyger t.o.m. i lufttomt rum.

[Anders_St 74]

Rymdraketer bygger på reaktionseffekten. Man kastar materia åt ett håll och får då en knuff åt motsatt håll.

Men markeffekten är väldigt påtaglig. När flygplan kommer nära marken så flyter man mycket längre. Luften under vingarna hinner inte strömma undan och man får mer lyfteffekt. Välkänt av alla piloter och fåglar.

[Tomas99 64]

Ursäkta, men det tror jag inte ett dugg på. Kraften du använder för att hålla dig kvar tas upp av golvet. Om det skulle vara så så borde en rymdraket sluta att stiga när marken inte längra tar emot avgasstrålen, men den flyger t.o.m. i lufttomt rum.

När du håller emot dig mot luftströmmen i vindtunneln så påverkas du av en kraft framifrån. För att inte flyga iväg så får du anstränga dig och använda benen och utnyttja att du kan få en motriktad kraft från golvet (och hoppas på att friktionen håller dig kvar). Så kraften från golvet balanserar kraften du känner från luften, dvs med din benstyrka höjer du lufttrycket framför dig vilket i sin tur påverkar fläkten.

Jämför med om du sätter en kork i din vattenslang så påverkar det en pump i andra änden när trycket byggs upp. Den försöker pressa fram vattnet och du håller emot. Antingen går något sönder när trycket ökar och vattnet läcker ut eller så stannar pumpen. Samma sak i vindtunneln, stänger du utloppet för luften så stiger trycket (krafterna) på alla väggarna inlusive på fläkten som trycks bakåt/utåt. Precis det som händer när en svävare lyfts upp från marken. Eller vad tror du det är som lyfter den?

Fallet med rymdraketen är lite annorlunda. Rymdraketer drivs av att man skickar ut materia (avgaser) i hög hastighet bakåt och eftersom det inte finns någon kraft som balanserar denna så drivs raketen framåt. Så ju mindre luft, desto effektivare blir framdrivningen.

Har redan glömt hur detta var relaterat till roder... :-)

Senast ändrad av Tomas99 | 09 februari 2012 | 14:02

[Thomas-1 311]

Excel319 skrev: Möjligt att jag har fel, man jag har lärt mig att fåglarna flyger nära vattnet för att motvinden är lägra där p.g.a. vindens friktion mot vattnet.

Jo, du har nog rätt i fågel/flygplans-fallet.
I alla fall om man skall tro sajten nedan (avsnittet ground effect längst ner)?
Citat:  Many pilots mistakenly believe that ground effect is the result of air being compressed between the wing and the ground.
http://home.comcast.net/~clipper-108/lift.htm

Kul tråd angående detta obegripliga ämne, aero- och hydrodynamik.
Men man lär väl sig alltid nån ny liten pusselbit, och kunskaper är ju inte tunga att bära. Bara motigt svettiga att inhämta. Och vem vet i förhand vilka sammanhang bitarna sen kan pusslas ihop och faktiskt bli praktiskt båtnyttiga?
Haha, synd för resten att man inte kan intervjua större sjöfåglar, de hade nog annars kunnat förmedla många spännande flygepisoder som skulle få även Biggles att blekna? :-)

[makke_the_muss 27]

Ska vi fortsätta vara lite offtopic fast återgå till båtar så är det här en intressant artikel med en del givande  diskutioner efter http://www.blur.se/2012/01/15/twisted-flow-wind-tunnel-i-auckland/

Eller denna om roder och kölar lite mer topic

 

http://www.blur.se/2012/01/06/basta-kryssbaten/

 

[excel319 514]

Bra sida du länkade till Thomas-1. Sedan återstår bara frågan vad man ska tro på?? 

Senast ändrad av excel319 | 10 februari 2012 | 09:21

[forgus31 139]

Ja, den med lågtflygande fåglar som liknelse är nog inte så bra. De eftersträvar nog den lägre vindhastigheten vid vattenytan när fåglarna styr i motvind. Ska hålla lite koll på det. Flyger fåglarna högre på länsen men lågt i motvind? Troligen är det så och lätt att kolla till sommarn.

Jag läste lite på länken som Thomas klistrade in.

Jag gillar den förklaringen med att rodret får sidkraften som en reaktion på förflyttande av materia (vatten eller luft).

När rodret snedställs på farkost under färd ska en hel del vatten flyttas i sidled med viss fart.  På rodrets läsida kommer då uppstå ett undertryck då det i sidled förflyttade vattnet måste fyllas ut med mer vatten från havet. Det vattnet som fyller ut har ju en tröghet. Det går då åt en sidkraft.

Man kan rita det som en kraftpil som är fäst i vattnet (havet) intill rodrets läsida . Den kraften blir avsevärd när rodret vinklas om farkosten gör fart. Motsvarande kraftpil kommer då att balansera åt andra hållet fäst i rodrets läsida. Det är ju rodret som drar till sig det vatten som är på väg att fylla ut vattenbristen

Den kraft som uppstår kan bli så stor som upp till luftens atmosfärstryck men där är det stopp.

Händer väl sällan på ett roder men motsvarande gäller ju på en propeller och där är det ett vanligt förekommande fysikaliskt faktum och problem. Kallas väl kavitation när vattnet kokar av det låga trycket och ställer till det med vattenpartiklar som slår sönder godset i propellern. För det kan väl inte vara av att godset inte klarar av undertrycket? Jag antar att det blir hårt vatten som krockar med propeller när vattnet kokar och bildar ångblåsor. Ju kraftigare undertryck desto mer ånga på propellerns framsida vid färd framåt. En propeller med hög fart i förhållande till vattnet kommer att hamras ständigt av vatten blandat med ånga. Som vattensläggor kanske man kan säga. 

Ja nu var vi ute i akademiska världen igen men det var väl meningen med tråden.