"Godhet utan vishet och utan
gränser är bara en annan
form av ondska."
(John Paterson)

"Mänsklighetens bästa är alltid
tyrannens alibi!"

"Det är synd att 99% av
journalisterna skall fördärva
förtroendet för en hel yrkeskår"
(Okänd)

"Om du ropar "Gud är stor"
samtidigt som du spottar på
skändade kroppar av judiska
kvinnor, så hävdar jag att
din gud inte är en gud värd
att tillbe!

"När försiktigheten finns överallt,
finns modet ingenstans."
(den belgiske kardinalen Mercier)

"Den som gifter sig med
tidsandan blir snabbt änka."
(Goethe)

"Civiliserade är de kulturer
och individer som respekterar
andra."
(Hört på Axesskanalen)

"Det tragiska med vanligt
sunt förnuft är att det
inte är så vanligt."
(Albert Einstein)

"Halv kristendom tolereras
men föraktas.
Hel kristendom respekteras
men förföljs."
(Okänd)

IAS, TAS, GS etc — några olika typer av fart i flygsammanhang

(Note: at the top of the page you can choose translation of this article to other languages, but don't expect the translation to be perfect — "Välj språk" means "Choose language")

Hastighet är en vektor, dvs har både storlek och riktning (i vardagssammanhang kallas hastighetens storlek fart medan dess riktning kallas kurs). Hastighetens storlek mäts med en fartmätare, ofta felaktigt kallad hastighetsmätare. Hastighetens riktning (kursen) mäts med en kompass. Dvs om man skall vara petig så består en hastighetsmätare av två delar; en fartmätare och en kompass. Men nu behöver man ju inte vara så petig i vardagsspråket. Men oavsett om man slarvar med terminologin är det ändå viktigt att vara medveten om att hastighet både har storlek och riktning och att det instrument vi normalt kallar hastighetsmätare i själva verket är en fartmätare.

I flygets värld använder man många olika typer av farter. De fyra viktigaste är:

1. Sann fart genom luften (true airspeed — TAS). Detta är den verkliga fart ett flygplan flyger med genom (i förhållande till) luften.

2. Fart i förhållande till marken (ground speed — GS). Detta är den fart man flyger med relativt marken och som visas på en GPS. Om sann fart genom luften är 400 knop och man har 100 knop motvind blir farten relativt marken 300 knop. Och har man motsvarande medvind blir farten relativt marken i stället 500 knop. Och vid sidvind påverkas både farten relativt marken och kursen. Normalt vill man följa en kurslinje på kartan och vid sidvind måste man därför hålla upp mot vinden, dvs rikta nosen några grader åt det håll vinden kommer från. På så sätt kompenserar man för vinden och håller sig på kurslinjen. På jetliners kompenserar autopiloten för detta (eller snarare flygdatasystemet).

GS är den fart som är intressant för navigationen. GS tillsammans med kursen visar hur flygplanet förflyttar sig på kartan.

3. Indikerad fart (Indicated Air Speed — IAS). Denna typ av fart mäts genom pitotrör och en port för statiskt tryck. Detta förklaras närmare i min artikel om pitotrör. Det är denna fart (indikerad fart) som presenteras på ett flygplans fartmätare. Pitotröret, vars öppning är riktad framåt, mäter det dynamiska trycket (fartvind/farttryck plus lufttryck) medan den statiska porten, som är riktad vinkelrätt mot flygkroppen, mäter lufttrycket. I fartmätaren presenteras skillnaden mellan dessa tryck, dvs farttrycket, omräknat till fart. Ju högre man flyger desto tunnare är luften och desto lägre blir farttrycket för samma sanna fart genom luften (TAS). Flyger man i t ex 325 knop (sann fart) på låg höjd, visar planets fartmätare ca 325 knop, dvs IAS är 325 knop, dvs samma som TAS. Flyger man i 325 knop (sann fart) på 30 000 ft höjd, visar fartmätaren kanske någonstans runt 240 knop IAS (beroende på temperatur och lufttryck). Fartmätaren på ett flygplan visar således inte sann fart annat än på marken eller på mycket låg höjd. Ju högre man flyger desto större blir skillnaden mellan indikerad fart (IAS) och sann fart (TAS). Ute i rymden blir indikerad fart uppenbarligen noll oavsett hur stor sann fart är.

Och nu frågar sig kanske vän av ordning varför man inte visar sann fart på ett flygplans fartmätare. Förklaringen är att denna, som strax skall förklaras, inte är relevant för själva flygningen utan enbart för navigationen. Skillnaden mellan indikerad fart och sann fart är ett mått på luftmotståndet vid den aktuella höjden relativt luftmotståndet vid marken. Indikerad fart kan också betraktas som ett mått på den lyftkraft som fartvinden genererar. Lyftkraften skapas i huvudsak genom att vingar och flygkropp accelererar luft nedåt (se denna artikel!).

Enligt Newtons tredje lag påverkar två kroppar varandra med lika stora och motriktade krafter. Vingar etc accelererar luft nedåt genom att de verkar på luften med en nedåtriktad kraft. Detta sker genom att vingens etc anfallsvinkel (vinkeln mellan den strömmande luften och vingen) "reflekterar" luftströmmen nedåt. Enligt Newtons tredje lag kommer då luften att verka på flygplanet med en lika stor och uppåtriktad kraft, vilken kallas lyftkraft.

Luftens densitet avtar med höjden, dvs när flygplanet flyger på hög höjd måste det skyffla en större volym luft nedåt per sekund än vid marken för att få samma lyftkraft. Helt enkelt eftersom en kubikmeter luft vid marken har betydligt större massa än en kubikmeter luft på t ex 30 000 fots höjd. Planet måste därför, ju högre höjden är, flyga fortare (uttryckt i sann fart) för att få samma lyftkraft. Planet måste helt enkelt skyffla en större volym luft nedåt per sekund på 30 000 ft än vid marken (för att samma luftmassa, dvs antal kilogram luft, skall skyfflas nedåt per sekund.

Ju högre man flyger desto fortare (uttryckt i TAS) måste ett flygplan flyga för att inte stalla (tappa lyftkraften). Dvs TAS är ett dåligt mått rent flygmässigt. Ja att flyga ett flygplan på instrument som visar TAS vore helt enkelt livsfarligt! Ett flygplan som stallar vid 210 knop på låg höjd kanske stallar vid 330 knop TAS på 30 000 ft. Den indikerade farten (IAS) är ett mått på lyftkraften, eftersom den tar hänsyn till luftens densitet oberoende av höjd. Om ett flygplan stallar vid 210 knop (när planet är rent, dvs klaffar etc är infällda) staller det vid 210 knop oavsett höjd. 210 knop IAS är emellertid bara lika med 210 knop TAS vid havsytan och ju större höjden är, desto större är skillnaden mellan IAS och TAS. Samma sak när man t ex skall fälla ut eller in klaffar (i samband med landning eller start). Detta görs vid vissa bestämda farter (beroende på planets vikt) och här är IAS den parameter som är relevant. Med andra ord, gällande ett flygplans manövrering så är TAS helt ointressant. Därför visar alla flygplans fartmätare IAS. Däremot, när det gäller planets navigering är TAS relevant, eftersom den visar hur planet rör sig relativt markytan (under förusättning att man också tar hänsyn till vindens hastighet).

Före start beräknar piloterna bl a rotationsfarten (V_r), vilket är den fart man skall hålla när man skall lyfta nosen för att planet skall börja flyga. På högt belägna flygplatser där luften är tunnare måste planet ha högre absolut fart (TAS) innan det kan lätta. Dvs på högt belägna flygplatser måste man ha längre banor för att planen skall hinna accelerera till den högre absoluta fart som krävs där. Men, observera, IAS är alltid densamma! På högt belägen bana innebär ju en viss IAS en betydligt högre TAS.

Indikerad fart är således direkt relaterad till planets manövrering och säkra framförande och därför är det naturligt att det är denna fart som presenteras för piloten och som piloten flyger efter. Sann fart i förhållande till luften och fart i förhållande till marken är däremot, som sagt, intressanta i samband med flygplanets navigation och presenteras därför på navigationsdisplayen. På trafikplan beräknas dessa farter av flygdatasystemet, utifrån indikerad fart, lufttryck och temperatur.

Indikerad fart är som sagt ett mått på luftmotståndet på olika höjder. På 38 000 ft kanske fartmätaren visar 260 knop (IAS) medan sann fart genom luften (TAS) är 490 knop. Det betyder att farten man förflyttar sig med relativt luften är 490 knop (och är det vindstilla är det också farten relativt marken) medan luftmotståndet på 38 000 ft höjd vid denna fart svarar mot att man flyger med 260 knop. På grund av den tunna luften på 38 000 ft ger farten 490 knop således samma luftmotstånd som om man flyger med 260 knop vid markytan. Luftmotståndet är proportionellt mot farten i kvadrat. Förhållandet mellan luftmotståndet vid 490 knop och 260 knop i kvadrat blir (490/260)²=3,6. Skulle man flyga i 490 knop på några hundra meters höjd över Atlanten skulle luftmotståndet vara 3,6 gånger större än om man flyger med samma fart på 38 000 ft höjd. Bränsleförbrukningen är proportionell mot luftmotståndet, dvs ett flygplan skulle dra 3,6 gånger mer bränsle för en viss sträcka, om det flyger i 490 knops fart nära marken jämfört med om det flyger med 490 knop på 38 000 ft höjd. Det är inte svårt att förstå varför jetliners flyger så högt som möjligt. Om ett trafikplan av någon anledning (t ex att en motor stoppat) tvingas flyga på lägre höjd än planerat, kommer planet således att dra betydligt mer bränsle.

Den fart man får från pitotrören innehåller en del fel som beror på var på flygkroppen dessa sitter (det kan vara svårt att hitta någon plats på flygkroppen som är fri från turbulens i alla lägen (olika anfallsvinklar, man flyger snett etc). Dessutom kommer IAS att påverkas av lufttryck och lufttemperatur. Förr i världen hade man tabeller ombord som korrigerade för dessa fel. Den korrigerade farten kallas calculated airspeed (CAS). Numera beräknas CAS automatiskt av flygdatorsystemet och presenteras direkt på fartmätaren. Ofta säger man av gammal vana indikerad fart fast den fart som avläses på fartmätaren, i själva verket är CAS.

IAS är således den fart som är intressant när det gäller själva flygningen (att hålla sig i luften). Och det är därför alla fartmätare på flygplan visar IAS.

4. Machtal (Mach number — M). Här uttrycker man farten i procent av ljudhastigheten. Eftersom ljudhastigheten avtar med höjden svarar ett visst machtal mot olika farter beroende på höjden. Under cruise håller jetliners en fart på mach 0,74 till mach 0,86. Vid normala förhållanden (normalt lufttryck och normal temperatur på respektive höjd) är ljudhastigheten vid markytan lika med 1225 km/h medan den på 30 000 ft är lika med 1091 km/h. Håller man en viss sann fart eller en viss indikerad fart under det att man stiger, ökar således machtalet hela tiden. På låga höjder, upp till 25 000-32 000 ft (beroende på flyglanstyp, vikt etc) använder man indikerad fart (uttryckt i knop eller km/h) men när man passerar en viss höjd (kallad crossover altitude), som beräknas när man planerar flygningen, går man över till att använda machtal. Orsaken är att direkt efter start och under första delen av climb är farten låg och man ligger inte så långt från stall speed. Därför är det viktigt att hålla reda på indikerad fart som direkt visar hur nära stall man ligger. Har man autothrottle ställs denna in på en viss indikerad fart uttryckt i knop (inom trafikflyget använder man knop). När man passerar cross over altitude anger man i stället farten i machtal (och ställer in detta på autothrottle). Skälet är att man under climb (över crossover speed) och cruise ligger ganska nära max tillåtet machtal. Överskrider man detta kommer man in det transsoniska området och planet utsätts för buffeting (tryckstötar och turbulens) och riskerar att brytas sönder om man fortsätter att öka machtalet. Max tillåten fart är inte relaterad till farten i knop (vare sig uttryckt i TAS eller IAS) utan den är relaterad till hur nära ljudhastigheten man kan ligga utan att äventyra planets hållfasthet. Och eftersom ljudets hastighet uttryckt i knop varierar med höjden inträffar buffeting vid olika farter, beroende på höjden. Men uttryckt i machtal inträffar buffeting alltid vid samma machtal (precis som att stall alltid inträffar vid samma IAS). Alltså är machtal en bättre fart att flyga efter när man ligger nära max tillåten fart (framför allt under cruise). Och motsvarande för IAS vid lägre farter.

Machtal (M) är således intressant när man flyger högt och ligger nära ett flygplans maximalt tillåtna fart. Överskrider man maximalt tillåten M (M_mo=max operational mach number), äventyras flygplanets hållfasthet.

Medan indikerad fart (IAS) är intressant i samband med start och landning och vid flygning på lägre höjder, där man ligger mycket närmare stall än man ligger nära M_mo. Genom att fartmätaren visar IAS har piloterna hela tiden järnkoll på hur nära stall man ligger. Hade fartmätaren i stället visat sann fart (TAS) så hade piloterna hela tiden fått sitta och räkna ut stallfarten i TAS (som hela tiden ändras beroende på höjden och lufttrycket och temperaturen).

TAS, IAS och GS mäts i knop eller km/h (inom trafikflyget är knop standard). M (machtal) är enhetslöst, eftersom det utgör ett förhållande mellan två farter (flygplanets fart och ljudhastigheten), varför enheterna tar ut varandra (knop/knop blir enhetslöst).

Den fart man mäter i flygets värld är således indikerad fart (IAS). Detta görs genom pitotrör. Sedan räknar flygdatorsystemet fram sann fart (TAS), fart relativt marken (GS) och machtal (M) genom att ta hänsyn till lufttryck (som beror både på lufttrycket vid marken och flygplanets höjd) och temperatur och vind. Teoretiskt skulle man kunna mäta GS direkt med t ex en dopplerradar (ryska flygplan använder detta eller i varje gjorde så förr). Man skulle teoretiskt också kunna mäta TAS direkt genom dopplerradar. Men så gör man inte. Ingenjörsvetenskap är praktisk och väljer de mätmetoder som är enklast, ger mest precision i förhållande till priset och som är robusta och som ger den mest relevanta informationen.

Mindre jetliners (Boeing 737, Airbus 320) ligger under cruise på ca mach 0,76-0,78. Lite större plan kan ligga upp emot mach 0,82 eller lite mer. Den snabbaste jetlinern har under många år varit den klassiska jumbojeten Boeing 747, Queen of the Skies. Och speciellt då varianten Boeing 747-400, som har M_mo = 0,92. I praktiken kanske man håller mach 0,85-0,86.

En Boeing 747-400 som skulle göra en långflygning typ Sydney-New York startade kanske en timme efter en Airbus 340, som skulle flyga samma sträcka, och landade kanske en timme före Airbusen, tack vare sin högre fart. I dag flyger vare sig Boeing 747-400 eller Airbus 340 passagerare längre (det kanske finns några få plan som gör det).

(Någon läsare kanske undrar varför jag inte i denna artikel tar upp V₁, V_r, V_ref etc. Föreliggande artikel handlar emellertid om olika typer av farter medan V₁ etc handlar om speciella farter som är aktuella i samband med olika faser av flygning, t ex vid start och landning. V₁ anger t ex den fart när man inte längre kan avbryta starten, eftersom det inte finns tillräckligt med bana kvar för att få stopp på planet. V_r är farten när man roterar planet, dvs lyfter noshjulet för att påbörja att planet lättar. Etc. Dessa farter anges givetvis i indikerad fart men kunde i princip anges i absolut fart eller machtal. Vilket vore otroligt opraktiskt och endast en dåre skulle föreslå något sådant. Sammanfattningsvis så talar vi här om helt olika saker. IAS, CAS etc respektive V₁, V_r etc är två helt olika diskussioner, som inte har något med varandra att göra.)

Tillbaka till huvudartikeln "Varför flyger flygplan?"
Tillbaka till Kristers Flygsida