Maaefektialuksen aerodynaaminen suunnittelu

Abstract

Tämä opinnäytetyö käsittelee suhteellisen harvinaista ajoneuvotyyppiä, maaefektialusta. Useimmat maaefektialukset muistuttavat ulkonäöltään suurelta osin lentokoneita, toisinaan sisältäen myös esimerkiksi kantosiipialuksille ominaisia piirteitä. Maaefektialuksen toimintaperiaate perustuu maaefektin hyödyntämiseen. Maaefektissä lähellä maan- tai merenpintaa lentävä kiinteäsiipinen ilma-alus kokee suuremman nostovoiman ja alhaisemman ilmanvastuksen. Maaefektialusten suunnitteluun liittyy aerodynaamisen profiilin lisäksi muita käytännön haasteita, kuten turvallinen toiminta aallokossa ja siirtyminen vedestä ilmaan lentoonlähdön aikana. Maaefektialusten kehitystyö on jäänyt historiallisesti vähäiseksi verrattuna lentokoneisiin ja veneisiin. Maaefektin hyödyntäminen kasvattaa ilma-aluksen tehokkuutta, joten ainakin teoriassa sen polttoaineenkulutus laskee. Tällä voitaisiin saada kilpailuetua muihin tavara- ja matkustajaliikenteen muotoihin nähden sekä taloudellisesta että ekologisesta näkökulmasta. Kuitenkin useimpien tavalliseen käyttöön asti kehitettyjen maaefektialusten suorituskyky on ollut jopa perinteisiä lentokoneita alhaisempi ja polttoaineen kulutus korkeampi. Tämän on taas todettu johtuvan niiden aerodynaamisen konfiguraation suunnittelun alkeellisuudesta. Tässä kirjallisuuskatsauksena toteutetussa opinnäytetyössä keskitytään tarkastelemaan maaefektialuksen aerodynaamiseen suorituskykyyn vaikuttavia suunnitteluparametreja ja pyritään tunnistamaan niistä tärkeimmät. Osittain tarkastelu toteutetaan historiallisesti merkittävien esimerkkialusten avulla. Tällä pyritään osoittamaan aerodynaamisen konfiguraation kehitys yksinkertaisista alustyypeistä monimutkaisempiin. Tarkastelua ja pohdintaa tehdään myös liittyen useisiin erilaisiin siiven suunnitteluparametreihin, kuten sivusuhteeseen, V-kulmaan ja nuolikulmaan. Tarkastelussa tutkitaan jonkin verran aluksen vakavuusominaisuuksia, mutta pääosin keskitytään tunnistamaan alustyypin ja siiven suunnitteluparametrien vaikutukset aluksen aerodynaamiseen tehokkuuteen, jonka mittarina työssä toimii liitosuhde. Opinnäytetyö osoittaa, että lentävä siipi -tyyppisillä ja yhdistelmäsiipisillä maaefektialuksilla on aerodynaamisen tehokkuuden suhteen paljon suurempi potentiaali, kuin yksinkertaisemmilla lentokonetyyppisillä ja tandemsiipisillä aluksilla. Tulevaisuuden kehitystyö tulee siis luultavasti keskittymään enemmän näihin päätyyppeihin, mutta varsinkin lentävän siiven tapauksessa vakavuusominaisuuksia tulee tutkia ja kehittää vielä entistä enemmän. Yhdistelmäsiiven tapauksessa toissijaisten siipien sivusuhteen maksimointi tuottaa suuren tehokkuusedun, mutta sitä varten on jatkotutkittava erilaisia siipimateriaaleja ja rakenteellisia ratkaisuja.