פיתוח הסבר מדעי לשאלה: למה המצנח מסתובב בהטית הרתמה לצד ?

[Nir Ben-Dor]

ערן - לדעתי החוק השלישי של ניוטון:
חוק זה, הידוע גם כחוק הפעולה והתגובה, דן בכוחות הפועלים באינטראקציה בין גופים.
האדם המושך חבל הקשור לקיר מפעיל עליו כוח F1. על האדם פועל כוח F2 השווה בגודלו והפוך בכיוונו. חוק זה קובע כי גוף המפעיל כוח כלשהו על גוף אחד, הגוף השני מפעיל על הגוף הראשון כוח השווה בעצמתו אך מנוגד בכיוונו.

[idomohar]

חפרתם את העולם. 

[יורם אגמון]

בואו נתחיל לסכם ולעשות סדר בדברים.
שלב ראשון איך מתחיל הסיבוב.
ישנן שתי תופעות המוכרות לנו של סיבוב החופה, אחת משיכת ברכס והשניה קיפול כנף , בשתיהן המנגנון המסובב הוא גרר מוגבר בכנף אחת גורם להבדלי מהירויות בין צד ימין לצד שמאל, כתוצאה מזה הכנף מתחילה בסיבוב.
זהו בדיוק התהליך שבו מתחילה הכנף את הסיבוב במקרה של הטית גוף, צד אחד מאבד מהירות עקב גרר מוגבר או עקב עיוות צורה והסיבוב מתחיל.
אני עוצר כאן ולא עובר לשלב הבא.
שימו לב שעד כאן לא פעל כוח בניצב לכנף.

[עמית דונסקי]

יורם.

כל הזמן פועל כח בניצב לכנף, שקוראים לו "עילוי". אחרת, תיפול למטה...

העניין הוא, כפי שרשמתי ורשמו גם אחרים: כאשר הכנף נוטה, הוקטור מפורק לרכיב אנכי ולרכיב זוויתי כלשהו. ככל שהכנף נוטה יותר, הרכיב האנכי קטן יותר וקצב השקיעה גדול יותר. לכן, נחמד יותר לעשות פניות בתוך אוויר עולה, או לחילופין, לנקוט בשיטה שלנו: ללחוץ על המצערת 

יוו... זה כבר באמת נהיה שרשור Over shoot.
יאללה - גרר, סבסוב, פנייה, אנרציה, גלגול. מה צריך יותר מזה?

[ittai]

עמית,

עכשיו תעביר את הנושא לפורום "שלכם" ותוסיף מומנט פיתול, ג'ירו, דחף ושאר ירקות...נראה איך יתפתח הדיון.

[צחי רייל]

כן זה כבר מתחיל לחזור על עצמו ההסברים (שהיו ברורים אבל לא ענו לי על השאלה), אז אנסה לחזור על השאלה בפשטות עוד פעם אחת.


אם המנגנון מתקיים גם ללא עילוי איך יכול להיות שהעילוי הוא הגורם?

[אמיר מליק]

נעשה מחקר מקיף ביפן על המכניזם שגורם למצנח רחיפה להסתובב, מחקר זה פורסם במגזין אוירואנטיקה יפני, שם המאמר

   An Investigation of Paraglider's Turn Mechanism

אני מצרף את המאמר, מי שיכול לתרגם (דרך גוגל תרגום או משהו אחר, מוזמן)
לחצו כאן על מקש ימין ושמרו בשם

בכללי

The mechanism for two types of turn maneuver of a paraglider is made clear by investigating the lateral responses coupled with the longitudinal motion. One of them is the turn initiated by pulling down one of the side control lines that generates the directional angular velocity and sideslip which produce the rolling moment and the bank angle. The other is the turn due to the lateral movement of pilot's body that generates the rolling moment causing to produce the bank angle. Then the rolling angular velocity produces the directional angular velocity due to the proverse yawing moment of canopy. It was confirmed that, during a steady turn, the centrifugal forces acting on the virtual mass of canopy and body were important factors to balance the rolling moment due to the directional angular velocity.

[יובל - נשרק'ה..... נשר מצנחי רחיפה]

אתם רואים אמרתי לכם

[עמית דונסקי]

יופי של דיון באמת. 
איתי - גם אתה חבר בפורום "שלנו". אולי אתה תעביר את זה?
לי כבר יש יבלות בקצה האצבעות 

[נולד לעוף]

נולד לעוף היקר:

"בזמן הטיית גופינו לכיוון הפנייה הרצוי אנו גם משפיעים על מנגנון בתוך הכנף (נקרא "קרוס-בר צף"), המותח ומייעל את הכנף בצד אחד, ומרפה ומוריד מיעילות הכנף בצד השני."

האם לכל הגלשנים, היום ובעבר, יש את המנגנון הזה? האם גלשן ללא המנגנון הזה לא יפנה בכלל עם הטיית גוף?

ברור שהתשובה לשאלה היא: לא, לא לכל הגלשנים יש (גלשני רוגאלו משנות השבעים למשל). וכן, הם יפנו גם ללא המנגנון.

נו - אז למה גלשן פונה? לעניות דעתי, מצנח פונה בדיוק מאותה הסיבה.

שלום ברק
אני לא כל כך יקר (סה"כ שקל תשעים..)
בד"כ, הוספה של "יקר" למי שלא מכירים, מרמזת על כעס או מירמור.. לא רואה מה הצית לך את הפתיל. לא כתבתי דבר נגדך . אבל אם כן, אנא סלח לי .. לא הייתה כוונתי בכככככככלללללל!!!!!

לשאלותיך..
1. כיום- כן, בעבר- לא.
2. ככל שמנת המימדים גבוהה יותר, כך נחוצה יותר המערכת הזו. כיום, גלשנים בעלי מערכת v.g (גיאומטריה משתנה), יתקשו לפנות בזמן שהגיאומטריה מתוחה גם עם מערכת הקרוס-בר הצף.
ד"א, גלשנים קשיחים (דוגמת הגלשן של עודד) לא פונים ישירות בשיטה של הזזת מרכז כובד, אלא פונים ע"י מחבלי זרימה (ספוילרים) על הכנפיים. מנת המימדים שלהם ככל כך גבוהה, שללא ספוילרים לא היה ניתן לנהג אותם (אגב, ציר העלרוד בגלשנים הקשיחים, כן מנוהג עדין ע"י שינוי מרכז הכובד)..

אבל אני לא חושב שיש בינינו חילוקי דעות.. שים לב! לא ביטלתי את מה שאמרת, אלא אמרתי שזה "לא מדויק". וגם הדגשתי שדונסקי צדק לגבי "שינוי מרכז הכובד", רק הוספתי שלא רק...
ההסבר שלי היה (בדוק אותי) שזה עוזר בלבד, ולא הגורם הראשוני.


בכל אופן, אחרי קריאת השרשור, עדין לא ברור לי הגורם הראשוני לפניה (במצנח)..
האם קודם יש האטה של צג אחד לעומת השני (סבסוב), וזה גורם למטוטלת (של הטייס), ובעקבות זה להטיה של הכנף (גלגול), וכן הלאה.. ?
או האם (כמו אצלנו) קודם יוזמים נפילת צד אחד של הכנף (גלגול), ואז נוצר הסבסוב ע"י התפלגות כוח העילוי לרכיביו (אופקי ואנכי), ואז מתחיל אפקט המטוטלת (של הטייס)?
או האם זה בכלל קורה באופן סימולטאני.. כלומר גם האטה של צד אחד, וגם גלגול הכנף בו זמנית???

[יורם אגמון]

עמית, התכוונתי שאין כוח אופקי הפועל בניצב לכנף. לפני שמתחילים לדבר על הכוחות הפועלים צריך להסכים מה התנועה שמתרחשת.
התנועה היא התחלת פניה הצידה ולא גלגול.
בתנועה כזו הכנף החיצונית נעה מהר יותר מהפנימית.
כלומר יש שינוי במהירויות האופקיות של שני צידי הכנף, שינוי בגודל המהירות קורה עקב פעולת כוח בכיוון המהירויות ולא בניצב להן. אני נדבק לרגע הראשוני של יצירת הפניה מכיון שלדעתי אין יתרון בהשענות פנימה על משיכת ברקס פנימי, האפקט על הכנף זהה. זו דעתי וכמו שנויינר היה אומר אני תומך בה בכל ליבי.

[amnonlivne]

יורם.
אני מסכים איתך לרוב הדברים שכתבת,
אך במשפט הלפני אחרון, אתה כותב שלדעתך "אין יתרון בהישענות פנימה, על משיכת ברקס פנימי".
לדעתי משיכת ברקס, (במקרה שלנו פנימי) מוסיפה גרר המשפיע על יעילותה האווירודינמי של הכנף, לכן רצוי לפנות בעזרת הישענות פנימה והעברת מרכז הכובד ולהוסיף ברקס כנדרש. זו דעתי ואני תומך בה.
אמנון ליבנה.

[רולי]

El mecanismo para dos tipos de maniobra de giro de un parapente se pone de manifiesto mediante la investigación de las respuestas laterales, junto con el movimiento longitudinal. Uno de ellos es el giro iniciado por derribar una de las líneas laterales de control que genera la velocidad angular de dirección y alineador al paso que producen el momento del balanceo y el ángulo de inclinación lateral. El otro es el turno por el movimiento lateral del cuerpo del piloto que genera el momento del balanceo causa para producir el ángulo de inclinación lateral. Entonces la velocidad angular del balanceo produce la velocidad angular de dirección debido al momento proverse guiñada de la campana. Se confirmó que, durante un giro constante, las fuerzas centrífugas que actúan sobre la masa virtual de la campana y el cuerpo son factores importantes para equilibrar el momento de rodar, debido a la velocidad angular de direccion

Ah   Charly!!!!  que te mejores che!!!

[צחי רייל]

אמנון לפי שאר ההסבר של יורם גם השענות פנימה גורם לירידה ביעילות הכנף בצד הזה, לפי אותו הסבר זה מה שגורם לכנף להסתובב.



אגב עדיין לא קיבלתי הסבר איך המנגנון עובד במערכת ללא עילוי.

[amnonlivne]

צחי.
לדעתי סיבוב יעיל משמעותו, סיבוב ששומר על גובה המצנח ככל האפשר, בתנאים נתונים זהים.
כוונתי שאם תבצע את אותו סיבוב באותם תנאים, בעזרת ברקס בלבד, תאבד יותר גובה מאשר עם הישענות והעברת מרכז הכובד.
אני חושב שהדברים שכתבתי מתרחשים, משום שבהישענות ובהעברת מרכז הכובד לצורך התחלת הפניה,
אין תוספת גרר או עיוות כל שהוא בכנף, הפוגע ביעילות העילוי של "חצי" הכנף הקרוב למרכז הסיבוב.
לדעתי הוצאת המערכת משיווי משקל ורצון המערכת לתיקון עצמי היא הסיבה לתחילת הסיבוב.
 
אגב צחי, אני לא מבין מהי מערכת ללא עילוי, בכל אופן בכדור הארץ היכן שקיים כוח הכבידה חייב להיות עילוי. גם עילוי שלילי, שמשמעו שקיעה הוא עדיין עילוי.
בצניעות וענווה זו דעתי היתכן?

[יורם אגמון]

להלן תיאורית הטיה המאוחדת:
הטית הגוף הצידה גורמת לנקודות העיגון של הוי ליין לשנות גובה - הפנימית יורדת והחיצונית עולה (נמרוד), הורדת נקודת העגינה בצד הפנימי גורמת לעיוות בכנף (אורך המיתרים נשאר קבוע- אבי), כתוצאה מהעיוות ,הכנף הפנימית מאבדת מהירות יחסית לחיצונית והסיבוב מתחיל.
עם התחלת הסיבוב הכנף החיצונית המהירה יותר עולה  יחסית לפנימית המרחף ממשיך באינרציה קדימה (עופר), הכנף מקבלת הטיה ואז מתקבל רכיב עילוי אופקי לכיוון מרכז הסיבוב (עמית) המאזן את הכוח הצנטריםוגלי הפועל על המרחף, הכנף נכנסת למצב סיבוב עם איזון הכוחות.
זהו , ועכשיו הערות:

ישנם אפקטים משניים שהם פועלים הפוך לתופעה הראשית אבל הם בסדר גודל יותר קטן ולכן הם לא קובעים את התוצאה.
לדוגמה בזמן משיכת ברקס בצד הפנימי הכנף הפנימית מקבלת עילוי חזק יותר ולכאורה אמורה לעלות בניגוד לתופעת הסיבוב , זה לא קורה מכיון שכוח העילוי שנוצר הוא הרבה יותר קטן בהשפעתו מכוח הגרר שנוצר בכנף ולכן היא מאטה ויורדת.

כנל השענות הצידה היתה אמורה לגרום לעומס גבוה יותר על הכנף הפנימית ולהגביר את מהירותה אבל התוצאה הפוכה, החיצונית מגבירה מהירות וזה מכיון שתוצאת העומס במקרה בזה- עיוות הכנף והפחתת היעילות האוירודינמית של, המשמעותית יותר, כך שהיא הופכת לאיטית יותר ויורדת במקום לעלות. (אמנון זו התשובה לך).
בהפחתת יעילות אוירודינמית אני מתכוון להקטנת העילו והגדלת הגרר.

[נולד לעוף]

וואלה... 
תודה יורם. זה סיכם לי את העניין.

[ialmog]

וואללה, איזה בלגן  
כמו שכתב דוד מיקלס, הרבה נוגעים בסיבות אבל אף אחד עוד לא חיבר את כולן ללא טעויות.
הסיבה לפניה כתוצאה מהטיית משקל אכן מורכבת מהרבה תת גורמים, וחלק מההסברים הנ"ל מציעים מבט שונה על אותה תופעה, אבל ניתן לדעתי לפשט את ההסבר.
קודם כל, תיקון טעויות בתפישה:
"הורדת נקודת העגינה בצד הפנימי גורמת לעיוות בכנף (אורך המיתרים נשאר קבוע- אבי), כתוצאה מהעיוות ,הכנף הפנימית מאבדת מהירות יחסית לחיצונית והסיבוב מתחיל" (יורם אגמון)
לא נכון.
העיוות יוצר מדרגה נקיה יחסית במרכז המוטה. הוא כשלעצמו לא יוצר גרר בקו הטיסה (הישרה עד עכשיו) ולכן לא מציב סיבה לכנף הנמוכה (היא עדיין לא "פנימית"!) לאבד מהירות.

התיקון: המצנח אינו מתחיל פניה כתוצאה מהטיית גוף, אלא החלקה.
הסיבה להחלקה: 2 סיבות:
 1. מישור ה"מדרגה" במרכז החופה פונה הצידה ולא למעלה. ז"א שהעילוי שהוא יוצר מושך את החופה הצידה מקו הטיסה המקורי.
2. סיבה משנית, הזרמה מתחת למדרגה מוסטת לכיוון הכנף הגבוהה מה שמסיט את החופה לכיוון הכנף הנמוכה (חוק הפעולה והתגובה).

ברגע שנוצרה החלקה, יווצר גלגול בשל האינרציה הפועלת בכוחות שונים על החופה (מאסה קטנה, מהירה לשנות כיוון ומהירות) והטייס (מאסה גדולה, איטי לשנות כיוון ומהירות). כלומר, החופה זזה מטר שמאלה, אבל הטייס עדיין שומר על הקו המקורי, והנה הגלגול.

ברגע שנוצר גלגול, יורד הפרש הלחצים בין תחתית המצנח לצידו העליון (הוא כוח העילוי) בטיפ התחתון, בשל תנועת הטיפ "החוצה" ממרכז הכנף (דוגמה לתופעה: באימון שליטה קרקעית, כשהחופה מגלגלת ברוח חלשה[=עילוי נמוך] הטיפ הנמוך [אליו החופה מגלגלת] קורס).

ירידה בעילוי = ירידה במהירות.
והנה- פניה!

נקודות נוספות מהתגובה של יורם:
"לדוגמה בזמן משיכת ברקס בצד הפנימי הכנף הפנימית מקבלת עילוי חזק יותר ולכאורה אמורה לעלות בניגוד לתופעת הסיבוב , זה לא קורה מכיון שכוח העילוי שנוצר הוא הרבה יותר קטן בהשפעתו מכוח הגרר שנוצר בכנף ולכן היא מאטה ויורדת."
לא תמיד נכון: במצנחים מהירים, במהירות גבוהה (SS) משיכה קלה בברקס אכן תגרום לכנף לעלות ולמצנח לגלגל לכיוון ההפוך (כפי שמטוס פונה).
זו למעשה הפניה המתבקשת:
   מצב נתון: מהירות X.
   שינוי יזום: הגדלת זווית התקפה.
   תוצאה: עליה (זמנית) בכוחות העילוי והגרר (שניהם בעלי רכיב כלפי מעלה), ותאוצה של הכנף כלפי מעלה.

למה במצנח זה כמעט לא קורה? כי דרך מיתרי המצנח יוצא שחלק נכבד של משקל הטייס מחובר אל הטיפ. ז"א שעל קצה הכנף פועל מומנט גדול שעלי הכנף צריכה להתגבר כדי להתרומם. אם תשחררו את הויליין תראו איך הכנף תעלה יופי  

עוד נקודה:
"בהפחתת יעילות אוירודינמית אני מתכוון להקטנת העילו והגדלת הגרר."
הקטנת העילוי והגדלת הגרר בו זמנית אפשרית רק ע"י שינוי הפרופיל.
שינוי מהירות יגדיל\יקטין את שני הכוחות.
שינוי זווית התקפה- כנ"ל (כו ישתנה היחז בין עילוי לגרר, אבל שניהם יגדלו עם עליית ז. התקפה (עד להזדקרות) ושניהם יקטנו עם ירידת ז. התקפה (עד לקריסה).
בניהוג גוף מתקיים שינוי פרופיל רק בכ2 תאים במרכז החופה ולכן לא רללוונטי למקרה.

לצחי:
הגדרת עילוי אירודינמי היא הכוח הנוצר בין שני מישורי הפרופיל (עקימון עליון ועקימון תחתון) כתוצאה מהפרש הלחצים הסטטיים על העקימונים.
לחץ סטטי ע"ג מישור יורד עם עליית מהירות הזרימה המקבילה למישור.
בשל זרימה מהירה יותר במקביל למישור העקימון העליון, ביחס לזרימה במקביל למישור העקימון התחתון, הלחץ הסטטי על מישור העקימון העליון נמוך מזה הפועל על מישור העקימון התחתון.

לא מבין למה כוונתך בתגובות הנ"ל...


וחידה לסיום:
קיים תיעוד בוידאו (על טייפ. אולי פעם אני אמצא אותו ואמיר לדיגיטלי) של דוגמה חיה ומדהימה של מצנח בגלגול של 30 מעלות טס ישר, תוך שהוא שומר על זוית הגלגול עד לנחיתה!
למי שהיה וזוכר (איתי לנואל) הפתרון ידוע.
לאחרים, מה נראה לכם קרה שם?

[ittai]

אלמוג,

אבשי טל או משה קינן ?

[ialmog]

משום מה נפלו מספר שורות בפוסט הקודם.
לא מצליח לערוך, אז שולח שוב. צחי, תנקה אחרי בבקשה  

וואללה, איזה בלגן  
כמו שכתב דוד מיקלס, הרבה נוגעים בסיבות אבל אף אחד עוד לא חיבר את כולן ללא טעויות.
הסיבה לפניה כתוצאה מהטיית משקל אכן מורכבת מהרבה תת גורמים, וחלק מההסברים הנ"ל מציעים מבט שונה על אותה תופעה, אבל ניתן לדעתי לפשט את ההסבר.
קודם כל, תיקון טעויות בתפישה:
"הורדת נקודת העגינה בצד הפנימי גורמת לעיוות בכנף (אורך המיתרים נשאר קבוע- אבי), כתוצאה מהעיוות ,הכנף הפנימית מאבדת מהירות יחסית לחיצונית והסיבוב מתחיל" (יורם אגמון)
לא נכון.
העיוות יוצר מדרגה נקיה יחסית במרכז המוטה. הוא כשלעצמו לא יוצר גרר בקו הטיסה (הישרה עד עכשיו) ולכן לא מציב סיבה לכנף הנמוכה (היא עדיין לא "פנימית"!) לאבד מהירות.

התיקון: המצנח אינו מתחיל פניה כתוצאה מהטיית גוף, אלא החלקה.
הסיבה להחלקה: 2 סיבות:
 1. מישור ה"מדרגה" במרכז החופה פונה הצידה ולא למעלה. ז"א שהעילוי שהוא יוצר מושך את החופה הצידה מקו הטיסה המקורי.
 2. סיבה משנית, הזרמה מתחת למדרגה מוסטת לכיוון הכנף הגבוהה מה שמסיט את החופה לכיוון הכנף הנמוכה (חוק הפעולה והתגובה).

ברגע שנוצרה החלקה, יווצר גלגול בשל האינרציה הפועלת בכוחות שונים על החופה (מאסה קטנה, מהירה לשנות כיוון ומהירות) והטייס (מאסה גדולה, איטי לשנות כיוון ומהירות). כלומר, החופה זזה מטר שמאלה, אבל הטייס עדיין שומר על הקו המקורי, והנה הגלגול.

ברגע שנוצר גלגול, יורד הפרש הלחצים בין תחתית המצנח לצידו העליון (הוא כוח העילוי) בטיפ התחתון, בשל תנועת הטיפ "החוצה" ממרכז הכנף (דוגמה לתופעה: באימון שליטה קרקעית, כשהחופה מגלגלת ברוח חלשה הטיפ היורד קורס).
תופעה הפוכה מתרחשת בטיפ העליון: החלקת האויר לכיוון הטיפ העליון מגדילה את מהירות הזרימה שם ואת הפרש הלחצים (עילוי).
ירידה בעילוי = ירידה במהירות ולהיפך. הטיפ התחתון איטי ביחס לעליון ומתפתחת פניה  

נקודות נוספות:
 זה לא קורה מכיון שכוח העילוי שנוצר הוא הרבה יותר קטן בהשפעתו מכוח הגרר שנוצר בכנף ולכן היא מאטה ויורדת."
לא תמיד נכון: במצנחים מהירים, במהירות גבוהה (SS) משיכה קלה בברקס אכן תגרום לכנף לעלות ולמצנח לגלגל לכיוון ההפוך (כפי שמטוס פונה).

זו למעשה הפניה המתבקשת:
   מצב נתון: מהירות X.
   שינוי יזום: הגדלת זווית התקפה.
   תוצאה: עליה (זמנית) בכוחות העילוי והגרר (שניהם בעלי רכיב כלפי מעלה), ותאוצה של הכנף כלפי מעלה.

למה במצנח זה כמעט לא קורה? כי דרך מיתרי המצנח יוצא שחלק נכבד של משקל הטייס מחובר אל הטיפ. ז"א שעל קצה הכנף פועל מומנט גדול שעלי הכנף צריכה להתגבר כדי להתרומם. אם תשחררו את הויליין תראו איך הכנף תעלה יופי  

עוד נקודה:
"בהפחתת יעילות אוירודינמית אני מתכוון להקטנת העילו והגדלת הגרר."
הקטנת העילוי והגדלת הגרר בו זמנית אפשרית רק ע"י שינוי הפרופיל.
שינוי מהירות יגדיל\יקטין את שני הכוחות.
שינוי זווית התקפה- כנ"ל (כו ישתנה היחז בין עילוי לגרר, אבל שניהם יגדלו עם עליית ז. התקפה (עד להזדקרות) ושניהם יקטנו עם ירידת ז. התקפה (עד לקריסה).
בניהוג גוף מתקיים שינוי פרופיל רק בכ2 תאים במרכז החופה ולכן לא רללוונטי למקרה.

לצחי:
הגדרת עילוי אירודינמי היא הכוח הנוצר בין שני מישורי הפרופיל (עקימון עליון ועקימון תחתון) כתוצאה מהפרש הלחצים הסטטיים על העקימונים.
לחץ סטטי ע"ג מישור יורד עם עליית מהירות הזרימה המקבילה למישור.
בשל זרימה מהירה יותר במקביל למישור העקימון העליון, ביחס לזרימה במקביל למישור העקימון התחתון, הלחץ הסטטי על מישור העקימון העליון נמוך מזה הפועל על מישור העקימון התחתון.

לא מבין למה כוונתך בתגובות הנ"ל...


וחידה לסיום:
קיים תיעוד בוידאו (על טייפ. אולי פעם אני אמצא אותו ואמיר לדיגיטלי) של דוגמה חיה ומדהימה של מצנח בגלגול של 30 מעלות טס ישר, תוך שהוא שומר על זוית הגלגול עד לנחיתה!
למי שהיה וזוכר (איתי לנואל) הפתרון ידוע.
לאחרים, מה נראה לכם קרה שם?