Därför styr bilen fram och planet bak

Av: Kaianders Sempler
Publicerad 20 januari 2010 00:00 7 kommentarer
Senaste av Jockan 23 januari 2010 17:42

Fordon på hjul styrs ju i allmänhet med vridbara hjul i framänden. Men fordon utan hjul – som båtar och flygplan – styrs med bakänden. Varför det? undrade Jan Andersson från Ystad i NyT 2009:50. Här får han svar:

Läs mer

Mer att läsa på Ny Teknik.se

Det hela handlar om stabilitet. Det finns en skillnad mellan fordon som går på hjul och fordon (jag skulle kalla dem farkoster) som rör sig i ett visköst medium som luft eller vatten. Det hjulförsedda fordonet (hädanefter kallat bil) rör sig alltid i hjulens riktning (såvida det inte sladdar), medan en båt eller ett flygplan rör sig snett genom vattnet/luften i en sväng. Detta innebär att styrningen fungerar helt olika.

Ett roder placerat bakom giraxeln på båt/plan kommer att ge en stabil styrning, eftersom dess anfallsvinkel mot vattnet minskar när båten vrider sig och börjar svänga. Detta gör att svängen inte accelererar, utan hålls jämn. Sitter rodret i framkant på båten ökar anfallsvinkeln när farkosten vrider sig runt giraxeln. Detta ger instabila styregenskaper och orsakar turbulens.

En bil blir däremot instabil om man sätter styrhjulen bak. Vrider man hjulen kommer bilens bakände tvingas utåt i svängen, samtidigt som de fasta framhjulen börjar svänga inåt. Detta ger en rotation som gör bilen instabil eller överstyrd. Sätter man i stället styrhjulen fram kommer framänden att tvingas inåt i svängen, det vill säga åt samma håll som bakhjulen. Rotationen blir inte lika kraftig, vilket ger stabilare köregenskaper. På vissa fordon, exempelvis truckar, värdesätter man kort svängradie mer än goda vägegenskaper i hög fart, och då placerar man styrhjulen bak.

Jocke von Scheele, Stockholm

I äldre båtar satt alltid rorsman bak med sin styråra. Där hade han kontroll över båt och segel. Det är enklare och mer hållbart med en styryta som släpar efter skrovet än en som sticker ut framför. Och det är besvärligt med ett känsligt roder fram när man ska lägga till vid en brygga eller strand.

Det är också stabilare och effektivare med roder bak, speciellt sedan båtar började drivas med propeller.

Det har funnits båtar med roder även fram. Ett exempel är monitoren Sölve i Göteborgs marinmuseum. Där användes rodret för att förbättra inriktningen av kanonen.

För flygplan är placeringen av rodret bak den enda möjliga lösningen av stabilitetsskäl. Fenan bak fungerar som en vindflöjel, och att sätta rodret på fenan är praktiskt ur både stabilitets- och rodereffektivitetssynpunkt.

Men de allra första konstruktionerna hade faktiskt höjdstyrningen fram, en lösning som gjorde planen instabila och svårstyrda.

Vissa moderrna militära flygplan (exempelvis Jas) har kompletterande styrning fram för att förbättra manöverförmågan. Men planet blir då instabilt, och kan endast kan styras med hjälp av en (fungerande) dator.

Lars Hansén, Norrtälje

Så över till en ny fråga:

I media har rapporterats om livbojar som fylls med vatten och sjunker. Är detta sant? För att de skall sjunka krävs väl att de består av ett material som är tyngre än vatten, annars skulle de ju flyta även när de är vattenfyllda.

Varför gör man livbojar av material som är tyngre än vatten?

Claes Johansson,Göteborg

Skicka in era svar och nya intrikata frågor till teknikfragan@nyteknik.se

Det är ni, kära läsare, som både frågar och svarar i Teknikfrågans spalter.

Fler artiklar av: Kaianders Sempler

Annons

Bloggar som länkar hit

Kommentarer

Senaste inlagd av Jockan 23 januari 2010 17:42 Sortera: Senaste överst

Förtydligande?

Det behövs nog ett förtydligande av ett inlägg där någon påstod att anfallsvinkeln minskade vid gir. Jag tänkte först att det måste vara fel. Men sedan insåg jag att författaren inte syftade på farkosten utan på rodret!

Nils Thorell 20 januari 2010 10:50

Anmäl

Svar till Nils Thorell

Tack för påpekandet. Jag trodde att syftningen "dess anfallsvinkel" var glasklar, men uppenbarligen gick den att missförstå. Bra att du förtydligar, om någon annan också skulle misstolka.

Svara

Jocke v S 21 januari 2010 08:17

Anmäl

Styrning av farkost

Många tänker nog i första hand på "gir" när det gäller "styrning". Men det viktigaste är nog hur farkosten beter sig på "rak" kurs, där man tillbringar 99 procent av tiden eller mer. Och då är stabilitet viktig för att föraren inte skall bli uttröttad eller styrdonen slitas i onödan. Bränsleförbrukningen blir också mindre om farkosten inte vinglar hit och dit. Men vid gir ställs andra krav. Om farkosten är alltför stabil, kan det bli nästan omöjligt att svänga. Och om farkosten är överstyrd, krävs det stor skicklighet hos föraren för att inte situationen skall bli farlig. Fartyg är vanligen understyrda eftersom skrovets anfallsvinkel har en dämpande inverken. Men om fartyget ligger djupare med fören, förskjuts sidoytans tyndpunkt framåt, varvid vattnet kommer att hjälpa till att vrida fartyget runt.

Nils Thorell 20 januari 2010 11:19

Anmäl

Tippstabilitet trots nosvinge

De sista två styckena i Lars Hanséns svar påvisar det tyvärr vanliga missförståndet att höjdroder placerade framför huvudvingen orsakar aerodynamisk instabilitet i höjdled - detta är INTE generellt.

Det som avgör tippstabiliteten är placeringen av aerodynamiskt centrum (punkten där de aerodynamiska krafterna verkar), AC, i förhållande till tyngdpunkten (punkten där masskrafterna verkar och kring vilken farkosten vill rotera), CG. Så länge AC är bakom CG är farkosten stabil. Genom att variera vingprofil, storlek och placering av vingytorna påverkar man var AC hamnar i förhållande till CG och kan på så vis, med tillräckligt mycket "lyft" baktill, kompensera för bidraget från en nosvinge.

Så varför allt snack om att JAS Gripen är instabil? Jo, då man flyger i överljudsfart sker aerodynamiska effekter som flyttar fram AC, i Gripens fall hamnar då AC framför CG och orsakar således instablitet. Så länge styrdatorn är med ger detta utmärkt styrningsprestanda. Den spektakulära kraschen i Sthlm (i underljudsfart) berodde alltså inte på aerodynamisk instabilitet pga nosvingen, utan på att styrsystemet var inställt så olyckligt att det hamnade i "egensvängning" i kombination med pilotens styrsignaler. Ironiskt nog hade alltså planet kanske styrt bättre utan styrdator ;-)

En nosvinge har även fördelen att lyftkraften i planflykt alltid är riktad uppåt, oavsett hastighet, till skillnad från en konventionell stjärtmonterad stabilisator som måste konstrueras för att klara både nedåt- och uppåtriktade krafter, beroende på hastighet. Det normala för en konventionell stabilistator är att kraften är nedåtriktad (och alltså motverkar lyftkraften från huvudvingen).

Robert Svensson 21 januari 2010 11:41

Anmäl

Hyr styr man?

När man fickparkerar kör man vanligen in baken först. Varför?

Styrman 22 januari 2010 16:08

Anmäl

Svar till Styrman

För att det är enklare att manövrera i trånga utrymmen eller när man ska runda hörnor om man har styrhjulen bak. Att svängradien blir mindre är inte riktigt sant, men svängradien för de hjul som åker först blir mindre om man styr med "bakhjulen", dvs backar med en framhjulsstyrd bil.

Svara

Jocke 22 januari 2010 23:42

Anmäl