+7 (495) 720-06-54
Пн-пт: с 9:00 до 21:00, сб-вс: 10:00-18:00
Мы принимаем он-лайн заказы 24 часа*
 

Почему летают самолеты: Почему самолёт летает? | Наука и жизнь

0

Самолеты, особенно вблизи, впечатляют своими габаритами и  ма ссой. Остается при этом не понятным, как такой громоздкий и тяжелый объект поднимается в небесную высь. Притом,          ответить на это могут даже не все взрослые, а вопросы детей частенько способны поставить в тупик. Возникновение       подъёмной силы часто объясняют разностью статических      давлений воздушных потоков на верхней и нижней поверхности крыла самолёта.

Конструкция крыла такова, что верхняя часть его профиля         имеет выпуклую форму. Воздушный поток, обтекающий крыло, разделяется на два: верхний и нижний. Скорость нижнего потока остаётся практически неизменной. А вот скорость верхнего возрастает за счёт того, что он должен преодолеть больший путь за то же время. Следовательно, давление над крылом становится ниже. Из-за разницы этих давлений возникает подъёмная сила, которая толкает крыло вверх, а вместе с ним поднимается и самолёт. И чем больше эта разница, тем больше и подъёмная сила

Самолёт может взлететь только в том случае, если подъёмная сила больше его веса.  Скорость он развивает с помощью двигате 

лей. С увеличением скорости увеличивается и подъёмная сила. И самолёт поднимается вверх. Каждый из вас делал, наверное, бумажные самолетики и с силой запускал их. Современный самолет, даже весом в десятки тонн, его крыло должно иметь достаточную площадь. На подъемную силу крыла влияет множество параметров, таких как профиль, площадь, форма крыла в плане, угол атаки, скорость и плотность воздушного потока. Каждый самолет имеет свою минимальную скорость, при которой он может взлетать и лететь, не падая. Так, минимальная скорость современных пассажирских самолетов находится в пределах от 180 до 250 км/ч.Для того чтобы подъемная сила смогла поднять в воздух Именно если такой самолетик с силой бросить вверх, он может далеко полететь, а если пустить слегка — упадет сразу же на землю. Значит, чтобы бумажный самолетик удерживался в воздухе, он должен постоянно двигаться вперед. Большие самолеты двигаются вперед за счет мощных двигателей, вращающих пропеллер. Быстро вращающийся пропеллер выбрасывает за себя огромные массы воздуха, обеспечивая поступательное движение самолета.

Если подъёмная сила и вес самолёта равны, то он летит горизонтально.

При создании самолета крылу уделяется огромное внимание, потому что именно от него будет зависеть безопасность выполнения полетов. Глядя в иллюминатор, пассажир замечает, что оно гнется и вот-вот сломается. Не бойтесь, оно выдерживает просто колоссальные нагрузки. 

Если откажет двигатель самолета — ничего страшного, самолет долетит на втором. Если отказали оба двигателя

 — история знает случаи, что и в таких обстоятельствах садились на посадку. Шасси? Ничего не мешает самолету сесть на брюхо, при соблюдении определенных мер пожарной безопасности он даже не загорится. Но самолет никогда не сможет лететь без крыла.

Почему самолеты летают так высоко?

Потому что именно оно создает подъемную силу. Высота полета современных реактивных самолетов находится в пределах от 5000 до 10000 метров над уровнем моря. Это объясняется очень просто: на такой высоте плотность воздуха намного меньше, а, следовательно, меньше и сопротивление воздуха. Самолеты летают на больших высотах, потому что при полете на высоте 10 километров самолет расходует на 80% меньше горючего, чем при полете на высоте в один километр. Однако почему же тогда они не  летают еще выше, в верхних слоях атмосферы, где плотность воздуха еще меньше? Дело в том, что для создания необходимой тяги двигателем самолета необходим определенный минимальный запас воздуха. Поэтому у каждого самолета имеется наибольший безопасный предел высоты полета, называемый также «практический потолок». К примеру, практический потолок самолета Ту-154 составляет около 12100 метров.

Почему самолету нужно сжечь все топливо перед посадкой?

При проектировании самолета (как гражданского, так и военного, кстати) и в частности его шасси всегда есть такой параметр, как максимальная посадочная масса. Совершенно очевидно, что это максимальная масса, которую выдержит шасси при посадке. Когда самолет готовят к выполнению задания в него заливают столько топлива, что бы долететь до запланированного места посадки + навигационный запас топлива. Когда все штатно, топливо не сливают. Если экипаж принял решение сажать машину, а ее масса превышает максимальную посадочную, то от топлива избавляются. Особенно часто такие ситуации происходят в случае серьезного отказа сразу после взлета. Так же следует заметить, что не все самолеты просто «дожигают» топливо, чтобы «сбросить вес», некоторые оборудованы системой аварийного слива топлива.

Резюмируя, можно сказать, что самолет дожигает топливо для того, чтобы нагрузка на шасси при посадке не превосходила максимальную, в противном случае шасси просто не выдержит.
При проектировании самолета (как гражданского, так и военного, кстати) и в частности его шасси всегда есть такой параметр, как максимальная посадочная масса. Совершенно очевидно, что это максимальная масса, которую выдержит шасси при посадке. Когда самолет готовят к выполнению задания в него заливают столько топлива, что бы долететь до запланированного места посадки + навигационный запас топлива. Когда все штатно, топливо не сливают. Если экипаж принял решение сажать машину, а ее масса превышает максимальную посадочную, то от топлива избавляются. Особенно часто такие ситуации происходят в случае серьезного отказа сразу после взлета. Так же следует заметить, что не все самолеты просто «дожигают» топливо, чтобы «сбросить вес», некоторые оборудованы системой аварийного слива топлива.

Многие боятся упасть вниз с высоты 10 км. Это невозможно из-за сильного давления под крыльями самолета. Он держится на воздухе не хуже, чем машина на шоссе. Его можно поставить на хвост, повернуть вокруг своей оси на 100 градусов, направить вниз — и если отпустить штурвал, то самолет просто будет покачиваться в воздухе, как лодка на волнах.

Почему самолёт летает? | Наука и жизнь

Человек полетит, опираясь не на силу своих мускулов, а на силу своего разума.
Н. Е. Жуковский

Фото И. Дмитриева.

Рис. 1. При взаимодействии плоской пластины с потоком воздуха возникают подъёмная сила и сила сопротивления.

Рис. 2. При обтекании потоком воздуха выгнутого крыла давление на его нижней поверхности будет выше, чем на верхней. Разница в давлениях даёт подъёмную силу.

Рис. 3. Отклоняя ручку управления, лётчик изменяет форму руля высоты (1—3) и крыльев (4—6).

Рис. 4. Руль направления отклоняют педалями.

Вы когда-нибудь летали? Не на самолёте, не на вертолёте, не на воздушном шаре, а сами — как птица? Не приходилось? И мне не довелось. Впрочем, насколько я знаю, это не удалось никому.

Почему же человек не смог этого сделать, ведь кажется, нужно лишь скопировать крылья птицы, прикрепить их к рукам и, подражая пернатым, взмыть в поднебесье. Но не тут-то было. Оказалось, что человеку не хватает сил, чтобы поднять себя в воздух на машущих крыльях. Рассказами о таких попытках пестрят летописи всех народов, от древнекитайских и арабских (первое упоминание содержится в китайской хронике «Цаньханьшу», написанной ещё в I в. н.э.) до европейских и русских. Мастера в разных странах использовали для изготовления крыльев слюду, тонкие прутья, кожу, перья, но полететь так никому и не удалось.

В 1505 году великий Леонардо да Винчи писал: «… когда птица находится в ветре, она может держаться в нём без взмахов крыльями, ибо ту же роль, которую при неподвижном воздухе крыло выполняет в отношении воздуха, выполняет движущийся воздух в отношении крыльев при неподвижных крыльях». Звучит это сложно, но по сути не просто верно, а гениально. Из этой идеи следует: чтобы полететь, не нужно размахивать крыльями, нужно заставить их двигаться относительно воздуха. А для этого крылу нужно просто сообщить горизонтальную скорость. От взаимодействия крыла с воздухом возникнет подъёмная сила, и, как только её величина окажется больше величины веса самого крыла и всего, что с ним связано, начнётся полёт. Дело оставалось за малым: сделать подходящее крыло и суметь разогнать его до необходимой скорости.

Но опять возник вопрос: какой формы должно быть крыло? Первые эксперименты проводили с крыльями плоской формы. Посмотрите на схему (рис. 1). Если на плоскую пластину под небольшим углом действует набегающий поток воздуха, то возникают подъёмная сила и сила сопротивления. Сила сопротивления старается «сдуть» пластину назад, а подъёмная сила — поднять. Угол, под которым воздух дует на крыло, называется углом атаки. Чем больше угол атаки, то есть чем круче к потоку наклонена пластина, тем больше подъёмная сила, но вырастает и сила сопротивления.

Ещё в 80-х годах XIX века учёные выяснили, что оптимальный угол атаки для плоского крыла лежит в пределах от 2 до 9 градусов. Если угол сделать меньше — сопротивление будет небольшим, но и подъёмная сила маленькой. Если развернуться круче к потоку — сопротивление окажется так велико, что крыло превратится скорее в парус. Отношение величины подъёмной силы к величине силы сопротивления называется аэродинамическим качеством. Это один из самых важных критериев, относящихся к летательному аппарату. Оно и понятно, ведь чем выше аэродинамическое качество, тем меньше энергии тратит летательный аппарат на преодоление сопротивления воздуха.

Вернёмся к крылу. Наблюдательные люди очень давно заметили, что у птиц крылья не плоские. Всё в тех же 1880-х годах английский физик Горацио Филлипс провёл эксперименты в аэродинамической трубе собственной конструкции и доказал, что аэродинамическое качество выпуклой пластины значительно больше, чем плоской. Нашлось и довольно простое объяснение этому факту.

Представьте, что вам удалось сделать крыло, у которого нижняя поверхность плоская, а верхняя — выпуклая. (Очень просто склеить модель такого крыла из обычного листа бумаги.) Теперь посмотрим на вторую схему (рис. 2). Поток воздуха, набегающий на переднюю кромку крыла, делится на две части: одна обтекает крыло снизу, другая — сверху. Обратите внимание, что сверху воздуху приходится пройти путь несколько больший, чем снизу, следовательно, сверху скорость воздуха будет тоже чуть больше, чем снизу, не так ли? Но физикам известно, что с увеличением скорости давление в потоке газа падает. Смотрите, что получается: давление воздуха под крылом оказывается выше, чем над ним! Разница давлений направлена вверх, вот вам и подъёмная сила. А если добавить угол атаки, то подъёмная сила ещё увеличится.

Одним из первых вогнутые крылья сделал талантливый немецкий инженер Отто Лилиенталь. Он построил 12 моделей планеров и совершил на них около тысячи полётов. 10 августа 1896 года во время полёта в Берлине его планер перевернуло внезапным порывом ветра и отважный пилот-исследователь погиб. Теоретическое обоснование парения птиц, продолженное нашим великим соотечественником Николаем Егоровичем Жуковским, определило всё дальнейшее развитие авиации.

А теперь попробуем разобраться, как подъёмную силу можно изменять и использовать для управления самолётом. У всех современных самолётов крылья сделаны из нескольких элементов. Основная часть крыла неподвижна относительно фюзеляжа, а на задней кромке устанавливают как бы небольшие дополнительные крылышки-закрылки. В полёте они продолжают профиль крыла, а на взлёте, при посадке или при манёврах в воздухе могут отклоняться вниз. При этом подъёмная сила крыла возрастает. Такие же маленькие дополнительные поворотные крылышки есть на вертикальном оперении (это руль направления) и на горизонтальном оперении (это руль высоты). Если такую дополнительную часть отклонить, то форма крыла или оперения меняется, и меняется его подъёмная сила. Посмотрим на третью схему (рис. 3 на с. 83). В общем случае подъёмная сила увеличивается в сторону, противоположную отклонению рулевой поверхности.

Расскажу в самых общих чертах, как управляется самолёт. Чтобы подняться вверх, нужно слегка опустить хвост, тогда возрастёт угол атаки крыла, самолёт начнёт набирать высоту. Для этого пилот должен потянуть штурвал (ручку управления) на себя. Руль высоты на стабилизаторе отклоняется вверх, его подъёмная сила уменьшается и хвост опускается. При этом угол атаки крыла увеличивается и его подъёмная сила возрастает. Чтобы спикировать, пилот наклоняет штурвал вперёд. Руль высоты отклоняется вниз, самолёт задирает хвост и начинает снижение.

Наклонить машину вправо или влево можно при помощи элеронов. Они расположены на концевых частях крыльев. Наклон ручки управления (или поворот штурвала) к правому борту заставляет правый элерон подняться, а левый — опуститься. Соответственно подъёмная сила на левом крыле возрастает, а на правом падает, и самолёт наклоняется вправо. Ну а как наклонить самолёт влево — догадайтесь сами.

Рулём направления управляют с помощью педалей (рис. 4). Толкаете вперёд левую педаль — самолёт поворачивает налево, толкаете правую — направо. Но делает это машина «лениво». А вот чтобы самолёт быстро развернулся, нужно сделать несколько движений. Предположим, вы собираетесь повернуть влево. Для этого нужно накренить машину влево (повернуть штурвал или наклонить ручку управления) и в то же время нажать на левую педаль и взять штурвал на себя.

Вот, собственно, и всё. Вы можете спросить, почему же лётчиков учат летать несколько лет? Да потому, что просто всё только на бумаге. Вот вы дали самолёту крен, взяли ручку на себя, а самолёт вдруг начал съезжать вбок, как на скользкой горке. Почему? Что делать? Или в горизонтальном полёте вы решили подняться повыше, взяли штурвал на себя, а самолёт вдруг, вместо того чтобы забираться на высоту, клюнул носом и по спирали полетел вниз, как говорят, вошёл в «штопор».

Пилоту в полёте нужно следить за работой двигателей, за направлением и высотой, за погодой и пассажирами, за собственным курсом и курсами других самолётов и множеством других важных параметров. Пилот должен знать теорию полёта, расположение и порядок работы органов управления, должен быть внимательным и смелым, здоровым, а самое главное — любить летать.

Почему самолет не падает, а корабль не тонет

Если запустить в воздух бумажный самолетик, он немного покружится и упадет. Упадёт и любой тяжелый предмет, который мы подбросим. А если положить камень или кусочек металла на воду, то он просто опустится на дно. Почему же тогда тяжелые самолеты не падают, а огромные корабли не тонут? У них есть свои секреты.

Как самолеты держатся в воздухе

Люди создали летательные аппараты, наблюдая за птицами: не падать самолетам помогают те же самые законы физики и те же приспособления, что и пернатым.

Большую роль играют крылья: снизу их делают ровными, а сверху – выпуклыми. Благодаря такой форме воздух, проходящий под крылом, давит на на него больше, чем воздух над крылом. Возникает так называемая подъемная сила, которая буквально выталкивает самолет вверх. Когда эта сила становится больше веса самолета, он взмывает в воздух. Представьте, насколько она большая, если большой самолет весит от 50 тонн – это вес десяти слонов. Пока действует подъемная сила, самолет не упадет.

Но эта сила будет держать летающий транспорт в воздухе, пока он движется. Попробуйте подбросить мяч: он будет лететь, пока есть скорость, и чем она выше, тем дольше он будет лететь. То же самое с самолетом: чтобы держаться в воздухе, ему нужно набрать нужную скорость и продолжать движение. Самолет не взлетит, пока не наберет скорость, которая требуется для взлета. Здесь задействуется другая сила: сила тяги, которую создает двигатель внутри самолета, – именно это и направляет его вперед. И чем большую скорость набирает самолет, тем сильнее воздух его выталкивает.

Получается, что самолет не падает благодаря особой форме, которая помогает ему парить в воздухе, и скорости полета, которую обеспечивает двигатель.

Как корабли держатся на воде

Секрет плавательных средств не только в воде, но и в воздухе, который в сотни раз легче воды. Корабли строят так, чтобы внутри было много пространств, заполненных воздухом, который будет держать корабль на воде, не давая ему пойти ко дну.

Это можно проиллюстрировать на простом опыте: положите на воду металлическую пластину – она сразу же утонет. Но если вы опустите на воду миску из того же металла, она будет оставаться на плаву, даже если вы положите в нее что-то еще. Причина все та же: в ней есть воздух.

Физика объясняет такой эффект тем, что в воде тонут предметы, плотность которых выше воды. И наоборот: не тонут предметы, плотность которых ниже. Металл плотнее воды, но если из него сделать предмет и наполнить его воздухом, его плотность будет ниже, и он будет держаться на поверхности.

Кроме того, на любой предмет в воде действует выталкивающая сила – сила Архимеда. Чем больший объем воды корабль вытесняет своим объемом, погруженным в воду, тем больше сила, которая давит на него снизу, выталкивая на поверхность. Эта сила равна весу вытесненной воды.

Получается, что корабль не тонет благодаря объему воздуха, который в нем находится.

Но попробуйте заполнить миску из нашего примера предметами – и она затонет. Точно так же с кораблем, именно поэтому есть строгие нормативы по весу груза, которое можно взять на борт. 

На самолетах тоже действуют правила провоза багажа: есть определенная взлетная масса, превышать которую нельзя. Так что еще один секрет того, почему самолет не падает, а корабль не тонет, в его правильном весе и послушных пассажирах.

Физика в движении самолета – внеурочная деятельность (конкурсная работа) – Корпорация Российский учебник (издательство Дрофа – Вентана)

  • Участник:Полозкова Анастасия Петровна
  • Руководитель:Гусарова Ирина Викторовна
Цель исследования: проследить историю открытия физики, связанной с самолетом, как эти открытия повлияли на развитие общества. Исследовать некоторые физические явления, происходящие при полете самолета, установить между ними связь.

Введение

Обоснования выбора темы

Из множества предоставляемых вариантов тем, я выбрала именно изучение физических явлений, связанных с полетом самолета, потому что такой популярный и распространенный способ передвижения на сегодняшний день является интересным объектом изучения. Самолёт — воздушное судно, предназначенное для полётов в атмосфере с помощью силовой установки, создающей тягу, и неподвижного относительно других частей аппарата крыла, создающего подъёмную силу. Физика играет огромную роль в процессе работы самолета. Тысячи самолетов летают каждый день. Тысячи людей доверяют жизни самолетам. Как же физика связана с этим? Именно этот вопрос натолкнул меня на изучения данной темы.

Актуальность это работы обусловлена изучением историей открытия физических явления в полете самолета, совершенствования их использования, а также возможностью развития моих исследовательских способностей, расширения кругозора и базы математических и физических знаний, развития логического мышления, тренировки интеллекта.

Объектом исследования является школьный материал физики 7-9 класс.

Предметом исследования являются физические явления в полете самолета.

Гипотезой исследования стало предположение: изученные физические явления лежат в основе полета самолета.

Цель исследования: проследить историю открытия физики, связанной с самолетом, как эти открытия повлияли на развитие общества. Исследовать некоторые физические явления, происходящие при полете самолета, установить между ними связь.

Практическая значимость работы определяется возможностью подробного изучения, саморазвития, анализа открытий.

I глава. Научное описание и объяснение явлений

1. Подъемная сила

Упрощённый вариант появления подъёмной силы крыла, которое располагается параллельно потоку воздуха. Конструкция крыла такова, что верхняя часть его профиля имеет выпуклую форму. Воздушный поток, обтекающий крыло, разделяется на два: верхний и нижний. Скорость нижнего потока остаётся практически неизменной. А вот скорость верхнего возрастает за счёт того, что он должен преодолеть больший путь за то же время. Чем выше скорость потока, тем ниже давление в нём. Следовательно, давление над крылом становится ниже. Из-за разницы этих давлений возникает подъёмная сила, которая толкает крыло вверх, а вместе с ним поднимается и самолёт. И чем больше эта разница, тем больше и подъёмная сила. А почему подъёмная сила появляется, когда профиль крыла имеет вогнуто-выпуклую или двояковыпуклую симметричную форму?

Профиль крыла самолёта располагается под углом к воздушному потоку. А поток воздуха, сталкиваясь с нижней поверхностью такого крыла, скашивается и приобретает движение вниз. Согласно закону сохранения импульса на крыло будет действовать сила, направленная в противоположном направлении, то есть, вверх.

На самом деле всё намного сложнее. Набегающий поток воздуха воздействует на крыло с силой, которая называется полной аэродинамической силой. А подъёмная сила – это одна из составляющих этой силы. Вторая составляющая – сила лобового сопротивления. Вектор полной аэродинамической силы – это сумма векторов подъёмной силы и силы лобового сопротивления. Вектор подъёмной силы направлен перпендикулярно вектору скорости набегающего воздушного потока. А вектор силы лобового сопротивления – параллельно.

Самолёт может взлететь только в том случае, если подъёмная сила больше его веса. Скорость он развивает с помощью двигателей. С увеличением скорости увеличивается и подъёмная сила. И самолёт поднимается вверх.

Если подъёмная сила и вес самолёта равны, то он летит горизонтально. Двигатели самолёта создают тягу – силу, направление которой совпадает с направлением движения самолёта и противоположно направлению лобового сопротивления. Тяга толкает самолёт сквозь воздушную среду. При горизонтальном полёте с постоянной скоростью тяга и лобовое сопротивление уравновешены. Если увеличить тягу, самолёт начнёт ускоряться. Но и лобовое сопротивление увеличится тоже. И вскоре они снова уравновесятся. И самолёт будет лететь с постоянной, но большей скоростью.

Если скорость уменьшается, то становится меньше и подъёмная сила, и самолёт начинает снижаться.

2. Сила тяжести

Сила тяжести остается всегда одинаковой, на земле ли самолет или в воздухе, и поэтому приятно знать, что эта постоянная сила всегда с нами. Полет возможен только тогда, когда есть поступательная скорость. Поступательная скорость получается за счет энергии от сгорания горючего.

Если мы отрываемся от земли и поднимаемся на некоторую высоту, мы уже имеем некоторый запас энергии (вес самолета), способный придать самолету поступательную скорость, когда мотор перестанет ее развивать. В случае остановки мотора на некоторой высоте над землей вес продолжает тянуть самолет вперед; самолет не падает, а начинает планировать, скользя вниз, будучи все время управляем.

Чем выше самолет находится в воздухе, тем большее расстояние он может пролететь без мотора. Постоянно действующая сила тяжести становится чем- то вроде постоянной охраны обеспечивая самолет невидимой энергией, необходимой для движения вперед.

3. Электризация

На задней кромке крыла хорошо видны 10 электростатических разрядников.

Статическое электричество для летательных аппаратов представляет серьёзную проблему, но успешно решаемую.

Из-за трения о воздух на самолете в полёте набирается заряд 200 – 300 мкКл, поднимающий потенциал до 200 – 300 киловольт.

Когда шасси самолета приближаются к посадочной полосе, происходит электрический разряд на землю длиной около метра, чаще всего по поверхности резины колес. Его хорошо видно в темноте.

Накапливающееся в полёте статическое электричество значительно ухудшает работу радиосвязного оборудования, приводит к сбоям в работе цифровой аппаратуры. После посадки летательного аппарата статический заряд вполне способен убить человека.

Для предотвращения негативного влияния статического электричества на летательных аппаратах установлены следующие средства защиты:

  • Перемычки металлизации, соединяющие отдельные элементы конструкции самолета между собой и массой самолета.
  • Разрядники, способствующие стеканию накопленного самолетом заряда статического электричества в атмосферу.

На самолётах электростатические разрядники установлены группами на конце крыла, а также других выступающих частях конструкции планера.

Тело разрядника длиной 10–15 см представляет объемный резистор сопротивлением в 10–100 МОм.

II глава. История открытия, интересные факты о рассматриваемых явлениях

1. Подъемная сила

Подъемная, она же Архимедова, сила. Легенда гласит, что царь Герон II попросил мыслителя определить, из чистого ли золота сделана его корона, не причиняя вреда самому царскому венцу. Взвесить корону Архимеду труда не составило, но этого было мало — нужно было определить объем короны, чтобы рассчитать плотность металла, из которого она отлита, и определить, чистое ли это золото. Дальше, согласно легенде, Архимед, озабоченный мыслями о том, как определить объем короны, погрузился в ванну — и вдруг заметил, что уровень воды в ванне поднялся. И тут ученый осознал, что объем его тела вытеснил равный ему объем воды, следовательно, и корона, если ее опустить в заполненный до краев таз, вытеснит из него объем воды, равный ее объему. Решение задачи было найдено. А в развитии аэродинамики у нас в стране выдающуюся роль сыграл профессор Николай Егорович Жуковский (1847—1921) —«отец русской авиации». Заслуга Жуковского состоит в том, что он первый объяснил образование подъемной силы крыла и сформулировал теорему для вычисления этой силы. Теорема Жуковского: Подъёмная сила сегмента крыла бесконечного размаха равна произведению плотности газа (жидкости), скорости газа (жидкости), циркуляции скорости потока и длины выделенного отрезка крыла. Направление действия подъёмной силы получается поворотом вектора скорости набегающего потока на прямой угол против циркуляции. До Жуковского возникновение подъёмной силы объяснялось ударной теорией Ньютона, описывающей ударяющиеся об обтекаемое тело не связанные друг с другом частицы воздуха. Данная теория даёт заниженное значение подъёмной силы крыла. Жуковский впервые представил открытый им осенью 1904 года механизм образования подъёмной силы крыла на заседании Математического общества 15 ноября 1905 года.

2. Сила тяжести

Исаак Ньютон гулял по яблоневому саду в поместье своих родителей и вдруг увидел луну в дневном небе. И тут же на его глазах с ветки оторвалось и упало на землю яблоко. Ньютон в это самое время работал над законами движения , он уже знал, что яблоко упало под воздействием гравитационного поля Земли. Знал он и о том, что Луна не просто висит в небе, а вращается по орбите вокруг Земли, и, следовательно, на нее воздействует какая-то сила, которая удерживает ее от того, чтобы сорваться с орбиты и улететь по прямой прочь, в открытый космос. Тут ему и пришло в голову, что, возможно, это одна и та же сила заставляет и яблоко падать на землю, и Луну оставаться на околоземной орбите. Все считали, что есть земная гравитация, действующая на несовершенной Земле, и есть гравитация небесная, действующая на совершенных небесах. Ньютон же сделал следующее – он объединил эти два типа гравитации в своем сознании. С этого исторического момента искусственное и ложное разделение Земли и остальной Вселенной прекратило свое существование.

3. Электризация

 Электризация – это явления, в которых тела приобретают свойства притягивать другие тела; вэлектризациивсегдаучаствуютдватела. Приэтом электризуются оба тела. Электризация происходит при соприкосновении. Греческий философ Фалес Милетский, живший в 624-547 гг. до нашей эры, открыл, что янтарь, потертый о мех, приобретает свойство притягивать мелкие предметы — пушинки, соломинки и т.п. Это свойство в течение ряда столетий приписывалось только янтарю, от названия которого и произошло слово «электричество». Рождение учения об электричестве связано с именем Уильяма Гильберта (1540-1603). Он был одним из первых ученых, утвердивших опыт, эксперимент как основу исследования. Он пока­зал, что при трении электризуется не только янтарь, но и многие другие вещества и что притягивают они не только пылинки, но и металлы, дерево, листья, камешки и даже воду и масло.

Вывод

Изучая физические явления, у меня возникло желание более подробно изучить их применение. Удивительным фактом и маленьким открытием становится то, что окружающие явления подчиняются и объясняются общими законами и закономерностями в физике.

Самолеты не летают над Европой. Такое уже было, но это не про коронавирус — Туризм — Новости Санкт-Петербурга

Извержение вулкана Эйяфьятлайокудль в Исландии в апреле 2010 года

автор фото Хёйкур Сноррасон (Haukur Snorrason)

Поделиться

Тысячи отмененных рейсов, сотни тысяч застрявших путешественников, прекращение авиасообщения между континентами. Нет, это не 2020, такое уже было 10 лет назад. В Исландии, которую некоторые путают с Ирландией, а кое-кто и с Испанией, начал извергаться вулкан Эйяфьятлайокудль (в переводе с исландского «ледник на горе на острове»).

Как понятно из названия, основная опасность для местных жителей была в том, что извержение магмы растопило ледник, и огромные массы воды ринулись вниз по склону горы на фермы и поля у ее подножия. 700 исландцам пришлось в срочном порядке убегать от разбушевавшейся горы. Синергия землетрясения, магмы и воды разнесла в щепки дома, уничтожила посевы, повредила главную дорогу вокруг острова.

Поделиться

Эйяфьятлайокудль как из пушки выстрелил в атмосферу столбом пепла, часть которого покрыла ровным слоем южную часть Исландии, а другая поднялась на высоту 13 километров. Там ураганный ветер понёс пепел в сторону Европы.

Заместитель руководителя центра Исавиа по управлению воздушным движением в океаническом секторе в Рейкьявике Арни Балдурсон рассказал «Фонтанке», что Эйяфьятлайокудль не выглядел опасным до самого начала извержения. «В апреле 2010 года я работал помощником менеджера и организовывал смены авиадиспетчеров. Помню, как узнал об извержении Эйяфьятлайокудля. На самом деле тогда мы обращали большее внимание на сейсмическую активность в Фиммвёрдухаулс, это горное «седло» между ледниками Эйяфьятлайокудль и Мирдалсёкудль. В первой половине апреля там было несколько землетрясений, открылось несколько трещин, откуда вытекала лава. Но те извержения никак не влияли на полёты, к ним даже ходили туристы. Однако 15 апреля нам позвонили сейсмологи из исландской метеорологической организации и сказали, что один из самых больших вулканов Исландии Эйяфьятлайокудль начал извергаться», — рассказывает Арни Балдурсон.

По его словам, на этот случай у них уже давно существовал план, где первым пунктом говорилось, что нужно срочно информировать все авиакомпании об извержении с помощью авиационной телеграммы NOTAM.

Вершина вулкана Эйяфьятлайокудль в Исландии в апреле 2010 года после изверженияФото: Организатор туристических полетов Flightseeing.is, специально для «Фонтанки.ру»Вершина вулкана Эйяфьятлайокудль в Исландии в апреле 2010 года после изверженияФото: Организатор туристических полетов Flightseeing.is, специально для «Фонтанки.ру»Вершина вулкана Эйяфьятлайокудль в Исландии в апреле 2010 года после изверженияФото: Организатор туристических полетов Flightseeing.is, специально для «Фонтанки.ру»Поделиться

«Да, мы велели всем авиакомпаниям держаться подальше от вулкана, но само воздушное пространство над Исландией мы не закрывали, — вспоминает Арни Балдурсон. — В итоге главный аэропорт Исландии Кефлавик работал на протяжении всей ситуации с вулканом, даже когда европейские власти запретили полёты в своих странах. Помнится, на телевидении даже был репортаж из шотландского аэропорта, где все рейсы были отменены, кроме одного, который летел в Исландию».

Меньше суток потребовалось облаку пепла из Эйяфьятлайокудля, чтобы добраться до Петербурга. Быстро среагировали и авиационные власти. Уже к 19 апреля в Пулково отменили 411 рейсов, по всему Евросоюзу из расписания вычеркнули более 63 тысяч полетов. Всё из-за опасности вулканического пепла, который при попадании в авиационный двигатель выводит его из строя. Впрочем, некоторые авиационные чиновники, среди которых был и глава Международной ассоциации воздушного транспорта IATA Джованни Бисиньяни, назвали запрет полетов следствием паники.

Воздушный трафик в Европе 16 апреля 2010 годаФото: Flightradar24Поделиться

«Всё дело в том, что огромное облако пепла всё время перемещалось на большой скорости, — поясняет Арни Балдурсон. — Не было гарантии, что какой-то конкретный самолет не попадет в опасную ситуацию. Поэтому этот запрет был, скорее, перестраховкой со стороны европейских властей. В это время самолёты всё ещё продолжали летать в районе Исландии, только теперь они забирали намного севернее, и уже оттуда поворачивали в Европу».

В 2020 году никто не возражает против отмены пассажирских рейсов из-за пандемии коронавируса, впрочем, полностью авиасообщение над Европой и не прекратилось. По данным Евроконтроля на 12 апреля, трафик сократился на 92 % по сравнению с тем же периодом прошлого года. Европейский организатор воздушного движения прогнозирует общие потери за год в районе 35 %. Основной фокус авиакомпаний сейчас на международных грузовых перевозках и внутренних пассажирских рейсах.

По словам Арни Балдурсона, 10 лет назад ситуация с вулканом разрешилась через две недели, после чего воздушный трафик над океаном увеличился в разы. «В начале мая был поставлен рекорд, который до сих пор не побит, — рассказывает Арни Балдурсон. — Через исландский сектор пролетело более 1000 самолетов за сутки. Нам пришлось срочно созывать всех авиадиспетчеров в каждый сектор, чтобы обеспечить интервалы между самолетами».

Тогда закрытие европейского неба привело к изменению процедуры на случай извержения вулкана. Теперь авиационные власти только информируют авиаперевозчиков о возможной опасности, а те уже должны принимать окончательное решение о выполнении полетов, рассказывает Арни Балдурсон.

Гораздо более масштабные изменения ждут авиаотрасль после кризиса 2020 года. Они будут касаться как отдельных авиакомпаний, многие из которых уже начали сокращать флот и сотрудников, а некоторые объявили о банкротстве, так и глобальных правил перевозок. Например, авиакомпании продвигают новый сервис, когда вместо возврата денег на билет будут предлагать пассажирам ваучеры на равноценную или большую сумму, с возможностью оплатить будущий перелет.

«Я никогда раньше не видел такого масштабного кризиса в авиаперевозках, как из-за COVID-19. Сейчас ситуация намного хуже и драматичнее, чем 10 лет назад. Скорее всего, отрасли понадобится много месяцев, чтобы восстановиться до уровня конца 2019 года. Но мы, конечно, всё преодолеем», — уверен Арни Балдурсон.

Андрей Меньшенин, «Фонтанка.ру»

Извержение вулкана Эйяфьятлайокудль в Исландии в апреле 2010 года

автор фото Хёйкур Сноррасон (Haukur Snorrason)

Воздушный трафик в Европе 16 апреля 2010 годаФото: Flightradar24

Самолеты сейчас летают пустыми. Какие технические проблемы это вызывает?

 

Какие трудности возникают при полетах на почти пустом самолете?

Кроме явных финансовых убытков и экологических опасений, полеты на пустых самолетах вызывают и другие проблемы. Например, чисто физические – связанные с весом и балансом.

Когда рейсом летит всего несколько человек, пассажиров или равномерно рассаживают по салону или добавляют балласт в багажный отсек, чтобы сбалансировать вес.

По сильно упрощенной схеме самолет устроен как гигантские качели. По умолчанию центр тяжести самолета – около основного шасси. Но на деле получается, что центр тяжести конкретного самолета на конкретном рейсе может смещаться – из-за пассажиров, багажа, топлива. Центр тяжести меняется даже в течение одного полета. 

 

Что же с этим делать?

Перед вылетом оператор рассчитывает взлетную массу – он учитывает вес пустого самолета, пассажиров, багажа, груза и топлива. Это нужно, чтобы определить центр тяжести самолета как можно точнее.

Например, у самолета Embraer E175 двигатели расположены перед крыльями, поэтому его центр тяжести оказывается ближе к передней части судна. По мере сжигания топлива он смещается к хвосту. 

Перед вылетом диспетчер авиакомпании передает пилоту специальную форму, в которой указано, сколько пассажиров полетит рейсом, в какой части салона – передней, средней или задней – они будут сидеть, сколько у них багажа и куда конкретно его погрузят. С учетом всей этой информации и многих других важных факторов (например, угла отклонения закрылков) компьютер рассчитывает центр тяжести и взлетную скорость. 

Обычно у гигантов вроде Boeing 737 или Airbus A320 нет проблем с весом и балансом даже при почти пустом самолете – если пассажиры равномерно распределены по салону. А вот экипажам не таких крупных машин довольно часто приходится пересаживать пассажиров.

Например, самолет Embraer E175, как говорят пилоты, «перетяжеленный на хвост». Часто задняя часть салона заполнена пассажирами эконом-класса, а передняя наоборот – почти пустая. Тогда компьютер посоветует пересадить какое-то число пассажиров из задней части в среднюю или переднюю. В такой ситуации бортпроводники предлагают кому-то переместиться, обычно не уточняя зачем конкретно это нужно. И пассажир эконом-класса может оказаться в бизнесе. В самолетах «перетяжеленных на нос», чтобы сбалансировать вес, багаж размещают в хвостовой части.

Иногда, например, при небольшом весе топлива в самолет загружают балласт из тяжелых мешков с песком или галькой. Эти мешки загружают в носовую или хвостовую часть самолета – в зависимости от того, где находится центр тяжести. А сколько именно мешков нужно, рассчитывают на основании рекомендаций Управления гражданской авиации. При этом учитывается примерный средний вес одного пассажира и его багажа.

 

Авиация для детей

Зачем нужны разные самолеты?

— «А что такое «сверхзвуковые скорости и сверхзвуковые самолеты?»- спросил Петр Иванович Таблеткин.

— «Сверхзвуковыми называют самолеты, которые летают так быстро, что обгоняют звук от своего полета. Самолет уже пролетел, а звук до нас ещё не дошел. Такие самолеты летают в два раза быстрее обычных реактивных самолетов», — пояснил механик.

— «Я хочу полететь завтра на Остров Пальм на сверхзвуковом самолете!»- оживился Петр Иванович.

— «Долететь-то можно, но приземлиться, скорее всего, не получится. Остров то маленький, и сверхзвуковой самолет не успеет затормозить на летном поле», — уточнил Винтов.

— «А зачем нужны такие небольшие самолеты как тот, у которого мы стоим? Он с винтом, а значит медленно летает. И на нем быстро не долетишь. А вдобавок он еще и маленький. А это значит, что на нем много грузов не перевезешь. Зачем тогда он вообще нужен?» — спросил Петр Иванович.

— «О! Это очень важный и очень нужный самолет. У него есть одно чрезвычайно важное свойство. Видите, у этого самолета есть два больших крыла. И они расположены одно над другим, поэтому он может взлетать и садиться на очень маленькие площадки. И даже может сесть на пятачок земли на островке или в лесу».

Задание детям: А ты знаешь, что такое «пятачок земли» и откуда взялось это слово? (Пятачок — это пятикопеечная монета. Сейчас таким словом еще называют пятирублевую монету. Пятачком называют еще очень небольшой кусочек земли. А еще есть пятачок у поросенка — он тоже круглый и небольшой).

Ответ: Пятачок — это пятикопеечная монета. Сейчас таким словом еще называют пятирублевую монету. Пятачком называют еще очень небольшой кусочек земли. А еще есть пятачок у поросенка — он тоже круглый и небольшой.

Техник Винтов продолжил: «Там, где не сможет сесть реактивный самолет, сможет приземлиться этот самолетик. Поэтому такие самолеты у нас летают на короткие расстояния в ближайшие села и развозят в них пассажиров и грузы. Сначала пассажиров и грузы доставляют большие реактивные самолеты в центральный большой аэропорт. А уже из него на маленьких самолетах их доставляют из этого большого города и главного аэропорта в небольшие городки и села».

Никто не может объяснить, почему самолеты остаются в воздухе

В декабре 2003 года в ознаменование 100-летия первого полета братьев Райт в газете New York Times был опубликован рассказ под названием «Оставаясь в воздухе; Что их там поддерживает? » Суть статьи заключалась в простом вопросе: что держит самолеты в воздухе? Чтобы ответить на него, газета Times обратилась к Джону Д. Андерсону-младшему, куратору аэродинамики в Национальном музее авиации и космонавтики и автору нескольких учебников в этой области.

Однако Андерсон сказал, что на самом деле нет согласия относительно того, что создает аэродинамическую силу, известную как подъемная сила. «На этот вопрос нет однозначного ответа», — сказал он газете Times . Люди дают разные ответы на вопрос, некоторые с «религиозным рвением». Спустя более 15 лет после этого заявления до сих пор существуют разные версии того, что создает подъемную силу, каждая из которых имеет свой значительный ранг ревностных защитников. На данном этапе истории полетов эта ситуация немного озадачивает.В конце концов, естественные процессы эволюции, действующие бездумно, хаотично и без какого-либо понимания физики, эоны назад решили механическую проблему аэродинамической подъемной силы для парящих птиц. Почему ученым так сложно объяснить, что удерживает в воздухе птиц и авиалайнеры?

Путаницу усугубляет тот факт, что отчеты о лифте существуют на двух отдельных уровнях абстракции: техническом и нетехническом. Они скорее дополняют, чем противоречат друг другу, но они различаются по своим целям.Одна существует как строго математическая теория, область, в которой среда анализа состоит из уравнений, символов, компьютерных симуляций и чисел. Существует мало серьезных разногласий относительно того, какие уравнения или их решения являются подходящими. Задача технической математической теории — делать точные прогнозы и прогнозировать результаты, которые будут полезны авиационным инженерам, занятым сложным бизнесом по проектированию самолетов.

Но сами по себе уравнения не являются объяснениями, как и их решения.Есть второй, нетехнический уровень анализа, который призван дать нам физическое, здравое объяснение подъемной силы. Цель нетехнического подхода — дать нам интуитивное понимание реальных сил и факторов, которые действуют при удержании самолета в воздухе. Этот подход существует не на уровне чисел и уравнений, а на уровне понятий и принципов, которые знакомы и понятны неспециалистам.

Именно на этом втором, нетехническом уровне и лежат разногласия.Для объяснения подъемной силы обычно предлагаются две разные теории, и сторонники обеих сторон аргументируют свои точки зрения в статьях, книгах и в Интернете. Проблема в том, что каждая из этих двух нетехнических теорий правильна сама по себе. Но ни один из них не дает полного объяснения подъемной силы, которое обеспечивает полный учет всех основных сил, факторов и физических условий, управляющих аэродинамической подъемной силой, без каких-либо проблем, оставшихся висячими, необъяснимыми или неизвестными. Существует ли вообще такая теория?

Две конкурирующие теории

Безусловно, наиболее популярным объяснением подъемной силы является теорема Бернулли, принцип, установленный швейцарским математиком Даниэлем Бернулли в его трактате 1738 года, Hydrodynamica .Бернулли происходил из семьи математиков. Его отец Иоганн внес свой вклад в вычисления, а его дядя Якоб ввел термин «интеграл». Многие из работ Даниэля Бернулли были связаны с потоком жидкости: воздух — это жидкость, и теорема, связанная с его именем, обычно выражается в терминах динамики жидкости. Проще говоря, закон Бернулли гласит, что давление жидкости уменьшается с увеличением ее скорости, и наоборот.

Теорема Бернулли пытается объяснить подъемную силу как следствие изогнутой верхней поверхности аэродинамического профиля — технического названия крыла самолета.Идея гласит, что из-за этой кривизны воздух, проходящий через верхнюю часть крыла, движется быстрее, чем воздух, движущийся по нижней поверхности крыла, которая является плоской. Теорема Бернулли гласит, что повышенная скорость на вершине крыла связана с областью более низкого давления, а именно подъемной силой.

Предоставлено: L-Dopa

. Горы эмпирических данных по линиям тока (линиям частиц дыма) в тестах в аэродинамической трубе, лабораторных экспериментах с соплами и трубками Вентури и т. Д. Предоставляют неопровержимые доказательства того, что, как было сказано, принцип Бернулли верен и верен.Тем не менее, есть несколько причин, по которым теорема Бернулли сама по себе не дает полного объяснения подъемной силы. Хотя опыт показывает, что воздух движется быстрее по искривленной поверхности, сама по себе теорема Бернулли не объясняет, почему это так. Другими словами, теорема не говорит о том, как появилась более высокая скорость над крылом.

Предоставлено: L-Dopa

. Есть много плохих объяснений более высокой скорости. Согласно наиболее распространенной теории — теории «равного времени прохождения» — частицы воздуха, которые разделяются на передней кромке крыла, должны одновременно соединяться на задней кромке.Поскольку верхний участок проходит дальше, чем нижний за заданный промежуток времени, он должен двигаться быстрее. Ошибка здесь в том, что нет физической причины, по которой два участка должны достигать задней кромки одновременно. И действительно, они этого не делают: эмпирический факт состоит в том, что воздух наверху движется намного быстрее, чем могла бы объяснить теория равного времени прохождения.

Существует также пресловутая «демонстрация» принципа Бернулли, которая повторяется во многих популярных аккаунтах, видео на YouTube и даже в некоторых учебниках.Для этого нужно держать лист бумаги горизонтально у рта и дуть через изогнутый верх. Страница поднимается, якобы иллюстрируя эффект Бернулли. Противоположный результат должен произойти, когда вы продуваете нижнюю часть листа: скорость движущегося под ним воздуха должна тянуть страницу вниз. Вместо этого, как это ни парадоксально, страница поднимается.

Подъем изогнутой бумаги при приложении потока к одной стороне «происходит не потому, что воздух движется с разной скоростью с двух сторон», — говорит Хольгер Бабинский, профессор аэродинамики Кембриджского университета, в своей статье «. Как работают крылья? » Чтобы продемонстрировать это, подуйте прямой лист бумаги — например, который держат так, чтобы он свисал вертикально, — и убедитесь, что бумага не движется в ту или иную сторону, потому что «давление с обеих сторон бумаги — это такой же, несмотря на очевидную разницу в скорости.”

Второй недостаток теоремы Бернулли состоит в том, что она не говорит, как и почему более высокая скорость на вершине крыла приносит вместе с собой более низкое давление, а не более высокое. Было бы естественно думать, что когда кривизна крыла вытесняет воздух вверх, этот воздух сжимается, что приводит к увеличению давления наверху крыла. Такие «узкие места» обычно замедляют ход вещей в обычной жизни, а не ускоряют их. На шоссе, когда две или более полосы движения сливаются в одну, машины не едут быстрее; вместо этого наблюдается массовое замедление движения и, возможно, даже автомобильная пробка.Молекулы воздуха, обтекающие крыло, не ведут себя подобным образом, но в теореме Бернулли не сказано, почему бы и нет.

Третья проблема представляет собой наиболее решительный аргумент против того, чтобы рассматривать теорему Бернулли как полное описание подъемной силы: самолет с изогнутой верхней поверхностью способен летать в перевернутом состоянии. В перевернутом полете изогнутая поверхность крыла становится нижней поверхностью и, согласно теореме Бернулли, затем создает пониженное давление на ниже крыла . Это более низкое давление, добавленное к силе тяжести, должно иметь общий эффект оттягивания самолета вниз, а не удержания его вверх.Более того, летательные аппараты с симметричными аэродинамическими профилями, с равной кривизной сверху и снизу — или даже с плоскими верхней и нижней поверхностями — также могут летать в перевернутом положении, если аэродинамический профиль встречает встречный ветер под соответствующим углом атаки. Это означает, что одной теоремы Бернулли недостаточно для объяснения этих фактов.

Другая теория подъемной силы основана на третьем законе движения Ньютона, принципе действия и противодействия. Теория утверждает, что крыло удерживает самолет в воздухе, толкая воздух вниз.Воздух имеет массу, и из третьего закона Ньютона следует, что толчок крыла вниз приводит к равному и противоположному толчку назад вверх, то есть подъемной силе. Ньютоновское учение применимо к крыльям любой формы, изогнутым или плоским, симметричным или несимметричным. Он подходит для самолетов, летящих перевернутым или правым боком. Действующие силы также известны из обычного опыта — например, когда вы высовываете руку из движущегося автомобиля и наклоняете ее вверх, воздух отклоняется вниз, и ваша рука поднимается. По этим причинам третий закон Ньютона является более универсальным и исчерпывающим объяснением подъемной силы, чем теорема Бернулли.

Но взятый сам по себе принцип действия и противодействия также не может объяснить более низкое давление наверху крыла, которое существует в этой области, независимо от того, имеет ли крыло изогнутый профиль. Только когда самолет приземляется и останавливается, область более низкого давления наверху крыла исчезает, возвращается к атмосферному давлению и становится одинаковым как сверху, так и снизу. Но пока самолет летит, эта область более низкого давления является неизбежным элементом аэродинамической подъемной силы, и это нужно объяснять.

Историческое понимание

Ни Бернулли, ни Ньютон сознательно не пытались объяснить, что держит самолет, конечно, потому что они жили задолго до реального развития механического полета. Их соответствующие законы и теории были просто переориентированы после того, как братья Райт взлетели, что сделало изучение аэродинамической подъемной силы серьезным и неотложным делом для ученых.

Большинство этих теоретических отчетов пришло из Европы. В начале 20 века несколько британских ученых разработали технические и математические объяснения подъемной силы, в которых воздух рассматривался как идеальная жидкость, а это означало, что он несжимаем и имел нулевую вязкость.Это были нереалистичные предположения, но, возможно, они были понятны ученым, столкнувшимся с новым явлением управляемого механического полета. Эти предположения также сделали лежащую в основе математику более простой и понятной, чем она могла бы быть в противном случае, но эта простота имела свою цену: сколь бы успешными ни были математические расчеты аэродинамических профилей, движущихся в идеальных газах, они оставались эмпирически несовершенными.

В Германии одним из ученых, который занялся проблемой подъемной силы, был не кто иной, как Альберт Эйнштейн.В 1916 году Эйнштейн опубликовал в журнале Die Naturwissenschaften небольшую статью, озаглавленную «Элементарная теория водных волн и полета», в которой стремился объяснить, что объясняет несущую способность крыльев летательных аппаратов и парящих птиц. «Эти вопросы окружают много неясности, — писал Эйнштейн. «Действительно, должен признаться, что я никогда не встречал простого ответа на них даже в специальной литературе».

Эйнштейн затем приступил к объяснению, предполагающему несжимаемую жидкость без трения, то есть идеальную жидкость.Не упоминая Бернулли по имени, он дал отчет, который согласуется с принципом Бернулли, сказав, что давление жидкости больше там, где ее скорость меньше, и наоборот. Чтобы воспользоваться преимуществами этих перепадов давления, Эйнштейн предложил аэродинамический профиль с выступом наверху, так что форма увеличивала скорость воздушного потока над выступом и, таким образом, уменьшала давление там.

Эйнштейн, вероятно, думал, что его анализ идеальной жидкости будет одинаково хорошо применим к реальным потокам жидкости.В 1917 году на основе своей теории Эйнштейн разработал аэродинамический профиль, который позже стал известен как крыло с кошачьей спиной из-за его сходства с горбатой спиной вытягивающейся кошки. Он представил этот проект производителю самолетов LVG (Luftverkehrsgesellschaft) в Берлине, который построил на его основе новый летательный аппарат. Летчик-испытатель сообщил, что аппарат качается в воздухе, как «беременная утка». Много позже, в 1954 году, сам Эйнштейн назвал свой экскурс в воздухоплавание «юношеским безумием». Человек, который дал нам радикально новые теории, проникшие как в самые маленькие, так и в самые большие компоненты Вселенной, тем не менее, не смог внести положительный вклад в понимание подъемной силы или разработать практическую конструкцию аэродинамического профиля.

К полной теории подъемной силы

Современные научные подходы к проектированию самолетов — это область моделирования вычислительной гидродинамики (CFD) и так называемых уравнений Навье-Стокса, которые полностью учитывают фактическую вязкость реального воздуха. Решения этих уравнений и результаты моделирования CFD дают прогнозы распределения давления, схемы воздушного потока и количественные результаты, которые являются основой современных высокотехнологичных конструкций самолетов.Тем не менее, сами по себе они не дают физического и качественного объяснения подъемной силы.

Однако в последние годы ведущий специалист по аэродинамике Дуг Маклин попытался выйти за рамки чисто математического формализма и разобраться с физическими причинно-следственными связями, которые определяют подъемную силу во всех ее реальных проявлениях. Маклин, который большую часть своей профессиональной карьеры проработал инженером в Boeing Commercial Airplanes, где он специализировался на разработке кода CFD, опубликовал свои новые идеи в тексте 2012 года Understanding Aerodynamics: Arguing from the Real Physics .

Учитывая, что книга включает более 500 страниц довольно подробного технического анализа, удивительно, что в нее включен раздел (7.3.3), озаглавленный «Основное объяснение подъемной силы крылового профиля, доступное для нетехнической аудитории». Создание этих 16 страниц было нелегким делом для Маклина, мастера своего дела; действительно, это была «наверное самая сложная часть книги для написания», — говорит автор. «В него было внесено больше изменений, чем я могу сосчитать. Я никогда не был полностью этим доволен ».

Сложное объяснение подъемной силы Маклином начинается с основного предположения всей обычной аэродинамики: воздух вокруг крыла действует как «сплошной материал, который деформируется, повторяя контуры аэродинамического профиля.Эта деформация существует в виде глубокого потока жидкости как над, так и под крылом. «Аэродинамический профиль влияет на давление на большой площади в так называемом поле давления », — пишет Маклин. «Когда создается подъемная сила, над аэродинамическим профилем всегда образуется диффузное облако низкого давления, а внизу обычно образуется диффузное облако высокого давления. Там, где эти облака касаются аэродинамического профиля, они образуют перепад давления, который создает подъемную силу на аэродинамический профиль ».

Тест водного канала в NASA Ames Fluid Mechanics Lab использует флуоресцентный краситель для визуализации поля потока над крылом самолета.Линии тока, движущиеся слева направо и изгибающиеся при встрече с крылом, помогают проиллюстрировать физику подъемной силы. Предоставлено: Ян Аллен.

Крыло толкает воздух вниз, в результате чего воздушный поток поворачивается вниз. Воздух над крылом ускоряется в соответствии с принципом Бернулли. Кроме того, есть область высокого давления под крылом и область низкого давления вверху. Это означает, что в объяснении подъемной силы Маклином есть четыре необходимых компонента: поворот воздушного потока вниз, увеличение скорости воздушного потока, зона низкого давления и зона высокого давления.

Но именно взаимосвязь между этими четырьмя элементами является наиболее новым и отличительным аспектом описания Маклина. «Они поддерживают друг друга во взаимных причинно-следственных отношениях, и ни одно не существовало бы без других», — пишет он. «Разница давлений оказывает подъемную силу на аэродинамический профиль, в то время как поворот потока вниз и изменения скорости потока поддерживают разницу давлений». Именно эта взаимосвязь составляет пятый элемент объяснения Маклина: взаимность между четырьмя другими.Это как если бы эти четыре компонента вместе создают себя и поддерживают себя посредством одновременных актов взаимного творения и причинно-следственной связи.

Похоже, в этой синергии есть намек на волшебство. Процесс, который описывает Маклин, похоже на то, как четыре активных агента подтягиваются друг к другу, чтобы коллективно держаться в воздухе. Или, как он признает, это случай «круговой причинно-следственной связи». Каким образом возможно, чтобы каждый элемент взаимодействия поддерживал и усиливал все остальные? И что вызывает это взаимное, взаимное, динамическое взаимодействие? Ответ Маклина: второй закон движения Ньютона.

Второй закон Ньютона гласит, что ускорение тела или пакета жидкости пропорционально приложенной к нему силе. «Второй закон Ньютона гласит, что когда перепад давления накладывает результирующую силу на жидкую посылку, это должно вызывать изменение скорости или направления (или обоих) движения посылки», — объясняет Маклин. Но, в свою очередь, разница давлений зависит от ускорения посылки и существует из-за него.

Разве мы не получаем здесь что-то даром? Маклин говорит «нет»: если бы крыло было в состоянии покоя, никакой части этого кластера взаимно усиливающей активности не существовало бы.Но тот факт, что крыло движется по воздуху, и каждая часть влияет на все остальные, создает эти взаимозависимые элементы и поддерживает их на протяжении всего полета.

Включение взаимности подъема

Вскоре после публикации Understanding Aerodynamics Маклин понял, что он не полностью учел все элементы аэродинамической подъемной силы, потому что он не объяснил убедительно, что вызывает изменение давления на крыло по сравнению с окружающим.Так, в ноябре 2018 года Маклин опубликовал в The Physics Teacher статью из двух частей, в которой он предложил «исчерпывающее физическое объяснение» аэродинамической подъемной силы.

Хотя статья в значительной степени повторяет предыдущую аргументацию Маклина, она также пытается добавить лучшее объяснение того, что вызывает неоднородность поля давления, и принять ту физическую форму, которую оно имеет. В частности, его новый аргумент вводит взаимное взаимодействие на уровне поля потока, так что неоднородное поле давления является результатом приложенной силы, направленной вниз силы, оказываемой аэродинамическим профилем на воздух.

Успешно ли раздел 7.3.3 Маклина и его последующая статья предоставить полное и правильное описание подъемной силы открыто для интерпретации и споров. Есть причины, по которым трудно дать ясный, простой и удовлетворительный отчет об аэродинамической подъемной силе. Во-первых, потоки жидкости сложнее и труднее для понимания, чем движения твердых объектов, особенно потоки жидкости, которые разделяются на передней кромке крыла и подвергаются различным физическим силам сверху и снизу.Некоторые споры, касающиеся подъемной силы, касаются не самих фактов, а, скорее, того, как эти факты следует интерпретировать, что может включать вопросы, которые невозможно решить экспериментальным путем.

Тем не менее, на данный момент есть только несколько нерешенных вопросов, требующих объяснения. Как вы помните, подъемная сила — это результат разницы давлений между верхней и нижней частями аэродинамического профиля. У нас уже есть приемлемое объяснение того, что происходит в нижней части аэродинамического профиля: встречный воздух толкает крыло как по вертикали (создавая подъемную силу), так и по горизонтали (создавая сопротивление).Толчок вверх существует в виде более высокого давления под крылом, и это более высокое давление является результатом простого ньютоновского действия и противодействия.

Однако в верхней части крыла дела обстоят совсем иначе. Здесь существует область более низкого давления, которая также является частью аэродинамической подъемной силы. Но если ни принцип Бернулли, ни третий закон Ньютона не объясняют этого, что делает? Из линий тока мы знаем, что воздух над крылом плотно прилегает к кривизне крыла, направленной вниз.Но почему частицы воздуха, движущиеся по верхней поверхности крыла, должны следовать его кривизне вниз? Почему они не могут отделиться от него и улететь прямо назад?

Марк Дрела, профессор гидродинамики Массачусетского технологического института и автор книги Flight Vehicle Aerodynamics , предлагает ответ: «Если бы посылки на мгновение улетели по касательной к верхней поверхности профиля, внизу буквально образовался бы вакуум. их », — объясняет он. «Этот вакуум затем засасывает посылки, пока они в основном не заполнят вакуум, т.е.е., пока они снова не переместятся по касательной к профилю. Это физический механизм, который заставляет частицы перемещаться по форме аэродинамического профиля. Остается небольшой частичный вакуум, чтобы посылки оставались на изогнутой траектории ».

Это оттягивание или оттягивание этих пакетов воздуха от соседних участков выше — это то, что создает область более низкого давления наверху крыла. Но это действие сопровождается еще одним эффектом: более высокой скоростью воздушного потока над крылом. «Пониженное давление на подъемное крыло также« действует горизонтально »на воздушные пакеты, когда они приближаются вверх по потоку, поэтому они имеют более высокую скорость к тому времени, когда они поднимаются над крылом», — говорит Дрела.«Таким образом, повышенная скорость над подъемным крылом может рассматриваться как побочный эффект пониженного там давления».

Но, как всегда, когда дело доходит до объяснения лифта на нетехническом уровне, у другого эксперта будет другой ответ. Кембриджский аэродинамик Бабинский говорит: «Мне неприятно не соглашаться с моим уважаемым коллегой Марком Дрелой, но если объяснением было создание вакуума, то трудно объяснить, почему иногда поток все же отделяется от поверхности. Но во всем остальном он прав.Проблема в том, что нет простого и быстрого объяснения ».

Сам Дрела признает, что его объяснение в некотором смысле неудовлетворительно. «Одна очевидная проблема заключается в том, что нет объяснения, которое было бы общепринятым», — говорит он. Так, где это оставляет нас? Фактически, именно там, где мы начали: с Джона Д. Андерсона, который заявил: «На этот вопрос нет однозначного ответа».

Динамика полета

Что такое аэронавтика? | Динамика полета | Самолеты | Двигатели | История полета | Что такое UEET?
Словарь | Веселье и игры | Образовательные ссылки | Урок Планы | Индекс сайта | Дом

Динамика полета

Что такое воздух?

Воздуха это физическая субстанция, которая имеет вес.В нем есть молекулы, которые постоянно движутся. Давление воздуха создается движущимися молекулами. Движущийся воздух обладает силой, которая поднимает воздушных змеев и воздушные шары вверх и вниз. Воздух — это смесь разных газов; кислород, углерод диоксид и азот. Все, что летает, нуждается в воздухе. Воздух имеет силу толкать и тянуть птиц, воздушные шары, воздушные змеи и самолеты.

В 1640 году Эвагелиста Торричелли обнаружила в этом воздухе есть масса. При экспериментировании измерив ртуть, он обнаружил, что воздух оказывает давление на ртуть.

Francesco Lana подержанный Это открытие начали планировать для дирижабля в конце 1600-х годов. Он нарисовал дирижабль на бумаге, в котором использовалась идея о весе воздуха. Корабль был полым сфера, из которой будет удален воздух. Как только воздух был удален, сфера имела бы меньший вес и могла бы взлетать в воздух. Каждый из четырех сфер будут прикреплены к конструкции, похожей на лодку, а затем весь машина будет плавать. Фактический дизайн никогда не был опробован.

Горячий воздух расширяется и распространяется и становится легче холодного воздуха. Когда воздушный шар наполнен горячим воздухом, он поднимается вверх, потому что горячий воздух расширяется. внутри воздушного шара. Когда горячий воздух остывает и выходит из воздушного шара, воздушный шар возвращается вниз.

Как крылья поднимают самолет

Крылья самолета имеют такую ​​форму, чтобы воздух двигался быстрее поверх крыла. Когда воздух движется быстрее, давление воздуха уменьшается. Таким образом, давление на верхнюю часть крыла меньше, чем давление на низ крыла.Разница в давлении создает на крыле силу, которая лифты крыло поднялось в воздух.

Вот простой компьютерное моделирование что вы можете использовать, чтобы изучить, как крылья поднимают вверх

Законы движения

Сэр Исаак Ньютон предложил три закона движения в 1665 году. Законы движения Помогите объяснить, как летают самолеты.

1.Если объект не движется, он не начнет двигаться сам по себе. Если объект движется, он не остановится или не изменит направление, если что-то не толкнет Это.


2. Объекты будут двигаться дальше и быстрее, если их толкать сильнее.


3. Когда объект толкают в одном направлении, всегда возникает сопротивление. того же размера в обратном направлении.

Силы рейса

Управление полетом самолета

Как летает самолет? Представим, что наши руки — это крылья.Если мы поместим одно крыло вниз и одно крыло вверх, мы можем использовать рулон. к изменить направление самолета. Мы помогаем повернуть самолет путем рыскания в одну сторону. Если мы поднимем нос, как пилот может поднять нос самолета мы поднимаем шаг самолета. Все эти размеры вместе позволяют управлять полетом. самолета. Пилот самолета имеет специальные органы управления, с помощью которых можно летать. самолет.Есть рычаги и кнопки, на которые пилот может нажимать, чтобы изменить рыскание, тангаж и крен самолета.

Кому рулон самолет вправо или влево, элероны подняты на один крыло и опущенное на другом. Крыло с опущенными элеронами поднимается, пока крыло с поднятым элероном опускается.

Подача заставляет самолет снижаться или подниматься. Пилот настраивает лифты на хвосте, чтобы самолет спускался или поднимался.Опускание лифтов вызвал падение носа самолета, в результате чего самолет упал. Повышение лифты заставляют самолет набирать высоту.

Рыскание это поворот самолета. Когда руль повернут в сторону самолет движется влево или вправо. Нос самолета заострен в том же направлении, что и руль направления. Руль направления и элероны используются вместе, чтобы сделать поворот

Как пилот управляет самолетом?

Щелкните значок радара , пеленгатора , Указатель высоты и консоль дроссельной заслонки части кабину для более детального обзора.

Для управления самолетом пилот использует несколько инструментов …

Пилот контролирует мощность двигателя используя дроссель. Нажатие на дроссельную заслонку увеличивает мощность, и ее вытягивание снижает мощность.

элероны поднять и опустить крылья. Пилот контролирует крен самолет, подняв один элерон или другой с помощью штурвала. Превращая колесо управления по часовой стрелке поднимает правый элерон и опускает левый элерон, который катит самолет вправо.

л

Изображение самолета в рулоне

руль работает с контролировать рыскание самолета. Пилот перемещает руль влево и вправо, при этом влево и правые педали. Нажатие правой педали руля направления перемещает руль вправо. Это поворачивает самолет вправо. Используется вместе, руль направления и элероны используются для поворота самолета.

Изображение самолета Yaw

лифты которые на хвостовой части используются для управления шагом самолет.Пилот использует штурвал, чтобы поднять и опустите лифты, перемещая их вперед-назад. Опускание лифтов заставляет нос самолета опускаться и позволяет самолету опускаться. Повышая лифты пилот может поднять самолет.

Изображение плоскости

Пилот самолета нажимает на верхнюю часть педалей руля направления, чтобы задействовать тормоза . Тормоза используются, когда самолет находится на земле, чтобы замедлить самолет и будьте готовы остановить это.Верхняя часть левого руля управляет левым тормозом а верхняя часть правой педали управляет правым тормозом.

Если вы посмотрите на эти движения вместе, вы увидите, что каждый тип движения помогает контролировать направление и уровень самолета во время полета.

Звуковой барьер

Звук состоит из движущихся молекул воздуха. Они толкаются и собираются вместе, чтобы сформировать звуковые волны .Звук волны распространяются со скоростью около 750 миль в час на уровне моря. Когда самолет летит в скорость звука воздушные волны собираются вместе и сжимайте воздух перед самолетом, чтобы он не двигался вперед. Этот сжатие вызывает ударная волна формировать перед самолет.

Чтобы лететь быстрее скорости звука, самолет должен иметь возможность пробить ударную волну.Когда самолет движется по волнам, это заставляет звуковые волны распространяться, и это создает громкий шум или звуковой Стрела . Звуковой удар вызван внезапным изменением давления воздуха. Когда самолет движется быстрее звука, он движется со сверхзвуковой скоростью. Самолет, летящий со скоростью звука, движется со скоростью Мах 1 или около 760 миль в час. 2 Маха — это в два раза больше скорости звука.

Режимы полета

Иногда обозначается скорости полета , каждый режим — это разный уровень скорости полета.

Гидросамолет

Авиация общего назначения (100–350 Миль в час).

Большинство ранних самолетов могли летать только на этот уровень скорости. Ранние двигатели были не такими мощными, как сегодня. Однако этот режим до сих пор используется на небольших самолетах.Примеры этого режима — небольшие опрыскиватели, используемые фермерами для поля, двух- и четырехместные пассажирские самолеты, а также гидросамолеты, способные приземлиться на воду.

Боинг 747

Дозвуковой (350-750 миль / ч).

Эта категория содержит большинство коммерческие самолеты, которые сегодня используются для перевозки пассажиров и грузов.В скорость чуть ниже скорости звука. Двигатели сегодня легче и более мощный и может быстро перемещаться с большим количеством людей или товаров.

Concorde

Сверхзвуковой (760-3500 миль / ч — 1 Мах — 5 Махов).

760 миль / ч — это скорость звука.Его еще называют MACH 1. Эти самолеты может летать со скоростью до 5 раз быстрее звука. Самолеты в этом режиме имеют специально разработанные высокопроизводительные двигатели. Они также разработаны с легкими материалами, чтобы обеспечить меньшее сопротивление. Concorde — это пример этого режима полета.

Шаттл

Гиперзвуковой (3500-7000 миль / ч — 5 Махов до 10 Маха).

Ракеты летят со скоростью в 5-10 раз большей скорости звука, чем они. выйти на орбиту. Примером гиперзвукового корабля является Х-15, который это ракета. Космический шаттл также является примером этого режима. Для этого были разработаны новые материалы и очень мощные двигатели. скорость.

Наверх

Что такое аэронавтика? | Динамика полета | Самолеты | Двигатели | История полета | Что такое UEET?
Словарь | Веселье и игры | Образовательные ссылки | Урок Планы | Индекс сайта | Дом

Как работают самолеты | наука о полете

Как работают самолеты | наука полета — Объясни это Рекламное объявление

Криса Вудфорда.Последнее изменение: 24 августа 2020 г.

Мы считаем само собой разумеющимся, что можем летать с одной стороны света к другому за считанные часы, но сто лет назад этот удивительный способность летать по воздуху только что открылась. Какие сделают ли братья Райт — пионеры механического полета возраст, в котором около 100 000 самолетов поднимаются в небо каждый день только в Соединенных Штатах? Конечно, они были бы поражены, и тоже в восторге. Благодаря их успешным экспериментам с Самолет по праву признан одним из величайших изобретения всех времен.Давайте подробнее разберемся, как это работает!

Фото: Вам нужны большие крылья, чтобы поднять такой большой самолет, как этот C-17 Globemaster ВВС США. Крылья имеют ширину 51,75 м (169 футов) — это немного меньше длины корпуса самолета, составляющей 53 м (174 фута). Максимальный взлетный вес составляет 265 352 кг (585 000 фунтов), что примерно соответствует 40 взрослым слонам! Фото Майкла Бэттлса любезно предоставлено ВВС США.

Как летают самолеты?

Если вы когда-нибудь видели, как взлетает или прилетает реактивный самолет земли, первое, что вы заметите, это шум двигатели.Реактивные двигатели, представляющие собой длинные металлические трубы, непрерывно горящие. поток топлива и воздуха, намного шумнее (и намного мощнее), чем традиционные винтовые двигатели. Вы можете подумать, что двигатели — это ключ к самолет летит, но вы ошибаетесь. Вещи могут летать довольно счастливо без двигателей, как планеры (самолеты без двигателей), бумажные самолетики, и действительно, летающие птицы охотно показывают нам.

На фото: на самолет в полете действуют четыре силы. Когда самолет летит горизонтально с постоянной скоростью, подъемная сила крыльев точно уравновешивает вес самолета, а тяга точно уравновешивает сопротивление.Однако во время взлета или когда самолет пытается подняться в небо (как показано здесь), тяга двигателей, толкающих самолет вперед, превышает сопротивление (сопротивление воздуха), тянущее его назад. Это создает подъемную силу, превышающую вес самолета, которая поднимает самолет выше в небо. Фото Натанаэля Каллона любезно предоставлено ВВС США.

Если вы пытаетесь понять, как летают самолеты, вам нужно ясно о разнице между двигателями и крыльями и они делают разные работы.Двигатели самолета предназначены для его движения. вперед на большой скорости. Это заставляет воздух быстро течь над крыльями, которые отбрасывают воздух вниз к земле, создавая восходящую силу, называемую подъемной силой, которая преодолевает сопротивление самолета. вес и держит его в небе. Так что двигатели двигают самолет вперед, в то время как крылья перемещают его вверх.

Фото: Третий закон движения Ньютона объясняет, как двигатели и крылья работают вместе, заставляя самолет двигаться по небу. Сила горячего выхлопного газа, вылетающего назад от реактивного двигателя, толкает самолет вперед.Это создает движущийся поток воздуха над крыльями. Крылья заставляют воздух опускаться, и это толкает самолет вверх. Фото Сэмюэля Роджерса (с добавленными аннотациями Expainthatstuff.com) любезно предоставлено ВВС США. Подробнее о том, как работают двигатели, читайте в нашей подробной статье о реактивных двигателях.

Как крылья создают подъемную силу?

Одним предложением крылья создают подъемную силу, изменяя направление и давление воздуха, который врезается в них, когда двигатели стреляют в них по небу.

Перепад давления

Хорошо, крылья — это ключ к тому, чтобы что-то летало, но как они работают? Крылья большинства самолетов имеют изогнутую верхнюю поверхность и более плоскую нижнюю поверхность, что делает форма поперечного сечения, называемая аэродинамическим профилем (или аэродинамическим профилем, если вы британцы):


Фото: крыло с аэродинамическим профилем обычно имеет изогнутую верхнюю поверхность и плоскую нижнюю поверхность.Это крыло самолета НАСА «Центурион», работающего на солнечной энергии. Фото Тома Чиды любезно предоставлено Центром летных исследований Армстронга НАСА.

Во многих научных книгах и на веб-страницах вы найдете неверное объяснение того, как такой аэродинамический профиль создает подъемную силу. Это выглядит следующим образом: когда воздух движется по изогнутой верхней поверхности крыла, он должен пройти на дальше, на , чем воздух, который проходит под ним, поэтому он должен лететь на быстрее (чтобы преодолеть большее расстояние за то же время). Согласно принципу аэродинамики, названному Бернулли По закону, быстро движущийся воздух имеет более низкое давление, чем медленно движущийся воздух, поэтому давление над крылом ниже, чем давление под ним, и это создает подъемную силу, которая приводит самолет в движение вверх.

Хотя это объяснение того, как работают крылья, часто повторяется, оно неверно: оно дает правильный ответ, но по совершенно неправильным причинам! Подумайте об этом на мгновение, и вы увидите, что если бы это было правдой, акробатические самолеты не могли бы летать вверх ногами. Переворачивание самолета вызовет «опускание вниз», и он упадет на землю. Более того, вполне возможно спроектировать самолеты с аэродинамическими профилями, которые являются симметричными (смотрящими прямо вниз по крылу), и при этом они по-прежнему создают подъемную силу.Например, бумажные самолетики (и сделанные из тонкого бальзового дерева) создают подъемную силу, даже если у них плоские крылья.

« Популярное объяснение понятия» лифт «- обычное, быстрое, звучит логично и дает правильный ответ, но также вводит неправильные представления, использует бессмысленную физический аргумент и вводит в заблуждение уравнение Бернулли ».

Профессор Хольгер Бабинский, Кембриджский университет

Но стандартное объяснение подъемной силы проблематично и по другой важной причине: воздух, стреляющий над крылом, не должен идти в ногу с воздухом, идущим под ним, и ничто не говорит о том, что он должен преодолевать большее расстояние за одно и то же время.Представьте себе две молекулы воздуха, которые попадают в переднюю часть крыла и разделяются так, что одна взлетает вверх, а другая свистит прямо под днищем. Нет причин, по которым эти две молекулы должны прибыть в заднюю часть крыла в одно и то же время: вместо этого они могут встретиться с другими молекулами воздуха. Этот недостаток в стандартном объяснении аэродинамического профиля получил техническое название «теория равного прохождения». Это просто причудливое название (неправильной) идеи о том, что воздушный поток разделяется на переднюю часть профиля и снова аккуратно встречается сзади.

Как аэродинамические крылья создают подъемную силу №1: аэродинамический профиль разделяет входящий воздух, снижает давление верхнего воздушного потока и ускоряет оба воздушных потока вниз. Когда воздух ускоряется вниз, крыло (и самолет) движутся вверх. Чем больше аэродинамический профиль отклоняет путь встречного воздуха, тем большую подъемную силу он создает.

Так каково настоящее объяснение? Когда изогнутое крыло с аэродинамическим профилем летит по небу, оно отклоняет воздух и изменяет давление воздуха над и под ним.Это интуитивно очевидно. Подумайте, каково это, когда вы медленно идете через бассейн и чувствуете силу воды, толкающей ваше тело: ваше тело отвлекает поток воды, когда он проталкивается через него, и крыло с аэродинамическим профилем делает то же самое (гораздо более драматично — потому что это то, для чего оно предназначено). Когда самолет летит вперед, изогнутая верхняя часть крыла снижает давление воздуха прямо над ним, поэтому он движется вверх.

Почему это происходит? Когда воздух течет по изогнутой верхней поверхности, его естественный наклон должен двигаться по прямой линии, но изгиб крыла тянет его назад и вниз.По этой причине воздух эффективно растягивается в больший объем — такое же количество молекул воздуха вынуждено занимать больше места — и это то, что снижает его давление. По совершенно противоположной причине давление воздуха под крылом увеличивается: продвигающееся крыло сжимает молекулы воздуха перед собой в меньшее пространство. Разница в давлении воздуха между верхней и нижней поверхностями вызывает большую разницу в скорости воздуха (а не наоборот, как в традиционной теории крыла).Разница в скорости (наблюдаемая в реальных экспериментах в аэродинамической трубе) намного больше, чем можно было бы предсказать из простой теории (равнопроходной). Таким образом, если две наши молекулы воздуха разделяются спереди, одна, проходящая через верх, попадает в хвостовую часть крыла намного быстрее, чем та, которая проходит под нижней частью. Независимо от того, когда они прибудут, обе эти молекулы будут ускоряться вниз — и это помогает создать подъемную силу во втором важном направлении.

Рекламные ссылки

Промывка вниз

Если вы когда-либо стояли возле вертолета, вы точно знаете, как он остается в небе: он создает огромный поток воздуха, который уравновешивает его вес.Винты вертолетов очень похожи на профили самолетов, но вращаются по кругу, а не движутся вперед по прямой, как в самолетах. Но даже в этом случае самолеты создают поток воды точно так же, как вертолеты — просто мы этого не замечаем. Промывка вниз не так очевидна, но так же важна, как и с измельчителем.

Этот второй аспект создания подъемной силы намного легче понять, чем разницу давления, по крайней мере, для физика: согласно третьему закону движения Исаака Ньютона, если воздух создает восходящую силу к самолету, самолет должен давать (равный и противоположный) нисходящий сила в воздух.Таким образом, самолет также создает подъемную силу, используя свои крылья, чтобы толкать воздух за собой вниз. Это происходит потому, что крылья не совсем горизонтальны, как вы могли предположить, а очень немного наклонены назад. таким образом они попали в воздух под углом атаки. Наклонные крылья толкают вниз как ускоренный воздушный поток (сверху над ними), так и более медленно движущийся воздушный поток (снизу), и это создает подъемную силу. Поскольку изогнутая верхняя часть аэродинамического профиля отклоняет (толкает вниз) больше воздуха, чем более прямая нижняя часть (другими словами, значительно изменяет траекторию входящего воздуха), она создает значительно большую подъемную силу.

Как крылья с аэродинамическим профилем создают подъемную силу №2: Изогнутая форма крыла создает область низкого давления над ним (красный цвет), которая создает подъемную силу. Низкое давление заставляет воздух ускоряться над крылом, а изогнутая форма крыла (и более высокое давление воздуха значительно выше измененного воздушного потока) вынуждает этот воздух создавать мощный поток вниз, также толкая самолет вверх. На этой анимации показано, как разные углы атаки (угол между крылом и набегающим воздухом) изменяют область низкого давления над крылом и подъемную силу, которую оно создает.Когда крыло плоское, его изогнутая верхняя поверхность создает умеренную область низкого давления и умеренную подъемную силу (красный). По мере увеличения угла атаки подъемная сила также резко увеличивается — до такой степени, что увеличение сопротивления приводит к срыву самолета (см. Ниже). Если мы наклоним крыло вниз, мы создадим более низкое давление под ним, и самолет упадет. Основан на учебном фильме 1941 года «Аэродинамика», общественном достоянии военного ведомства.

Вам может быть интересно, почему воздух вообще стекает за крыло?Почему, например, он не ударяется о переднюю часть крыла, не изгибается сверху, а затем не продолжает двигаться в горизонтальном направлении? Почему используется обратная промывка, а не просто горизонтальная «обратная промывка»? Вернемся к нашему предыдущему обсуждению давления: крыло снижает давление воздуха непосредственно над ним. Выше, намного выше самолета, воздух все еще находится с нормальным давлением, которое выше, чем давление воздуха непосредственно над крылом. Таким образом, воздух с нормальным давлением над крылом толкает воздух с более низким давлением непосредственно над ним, эффективно «разбрызгивая» воздух вниз и за крыло при обратной промывке.Другими словами, перепад давления, создаваемый крылом, и поток воздуха позади него — это не две отдельные вещи, а неотъемлемая часть одного и того же эффекта: крыло с наклонным аэродинамическим профилем создает перепад давления, который вызывает обратный поток, и это производит поднимать.

Теперь мы видим, что крылья — это устройства, предназначенные для выталкивания воздуха вниз. Легко понять, почему самолеты с плоскими или симметричными крыльями (или перевернутые каскадерские самолеты) все еще могут безопасно летать. Пока крылья создают нисходящий поток воздуха, самолет будет испытывать равную и противоположную силу — подъемную силу — которая будет удерживать его в воздухе.Другими словами, перевернутый пилот создает определенный угол атаки, который создает достаточно низкое давление над крылом, чтобы удерживать самолет в воздухе.

Сколько подъемника вы можете сделать?

Как правило, воздух, проходящий через верх и низ крыла, очень точно следует изгибу поверхностей крыла — точно так же, как вы могли бы проследить за ним, если бы рисовали его контур ручкой. Но по мере увеличения угла атаки плавный воздушный поток за крылом начинает разрушаться и становится более турбулентным, что снижает подъемную силу.При определенном угле (обычно около 15 °, хотя он может быть разным) воздух больше не течет плавно вокруг крыла. Сильно увеличилось лобовое сопротивление, сильно уменьшилась подъемная сила, и говорят, что у самолета сваливается с места, . Это немного сбивающий с толку термин, потому что двигатели продолжают работать, а самолет продолжает лететь; срыв просто означает потерю подъемной силы.

Фото: Как самолет сваливается: вот крыло аэродинамической трубы, обращенное к набегающему воздуху под крутым углом атаки.Вы можете видеть линии наполненного дымом воздуха, приближающиеся справа и отклоняющиеся от крыла по мере их движения влево. Обычно линии воздушного потока очень точно повторяют форму (профиль) крыла. Здесь из-за большого угла атаки воздушный поток разделился за крылом, а турбулентность и сопротивление значительно увеличились. У летящего таким образом самолета произойдет внезапная потеря подъемной силы, которую мы называем «сваливанием». Фото любезно предоставлено Исследовательским центром НАСА в Лэнгли.

Самолеты могут летать без крыльев аэродинамической формы; вы узнаете это, если когда-либо делали бумажный самолетик — и это было доказано 17 декабря 1903 года братьями Райт.В их оригинальном патенте «Летающая машина» (патент США № 821393) ясно, что слегка наклоненные крылья (которые они называли «самолетами») являются ключевыми частями их изобретения. Их «самолетики» были просто кусками ткани, натянутыми на деревянный каркас; у них не было профиль крыловой (aerofoil). Райт понял, что угол атаки имеет решающее значение: «В летательных аппаратах, характерных для данного изобретения, устройство поддерживается в воздухе из-за контакта между воздухом и нижней поверхностью одного или нескольких самолетов, контакт -поверхность представлена ​​под небольшим углом падения к воздуху.»[Курсив добавлен]. Хотя Райт были блестящими учеными-экспериментаторами, важно помнить, что им не хватало наших современных знаний в области аэродинамики и полного понимания того, как именно работают крылья.

Неудивительно, что чем больше крылья, тем большую подъемную силу они создают: удвоение площади крыла (это плоская область, которую вы видите, глядя сверху), удваивает и подъемную силу, и сопротивление, которое оно создает. Вот почему гигантские самолеты (такие как C-17 Globemaster в нашем верхнее фото) имеют гигантские крылья.Но маленькие крылья также могут создавать большую подъемную силу, если они двигаются достаточно быстро. Чтобы создать дополнительную подъемную силу при взлете, у самолетов есть закрылки на крыльях, которые они могут выдвигать, чтобы опустить больше воздуха. Подъемная сила и сопротивление изменяются в зависимости от квадрата вашей скорости, поэтому, если самолет летит вдвое быстрее по отношению к набегающему воздуху, его крылья производят в четыре раза больше подъемной силы (и сопротивления). Вертолеты создают огромную подъемную силу, очень быстро вращая лопасти винта (по сути, тонкие крылья, вращающиеся по кругу).

Крыловые вихри

Теперь самолет не сбрасывает воздух за собой совершенно чисто. (Вы можете, например, представить, как кто-то выталкивает большой ящик с воздухом из задней двери военного транспортера, так что он падает прямо вниз. Но это не совсем так!) Каждое крыло фактически отправляет воздух вниз, создавая вращающийся вихрь (своего рода мини-торнадо) сразу за ним. Это немного похоже на то, когда вы стоите на платформе на железнодорожной станции, и скоростной поезд мчится мимо, не останавливаясь, оставляя за собой то, что кажется огромным всасывающим вакуумом.В случае с самолетом вихрь имеет довольно сложную форму, и большая его часть движется вниз, но не все. Огромный поток воздуха движется вниз по центру, но некоторое количество воздуха на самом деле закручивается вверх по обе стороны от законцовок крыльев, уменьшая подъемную силу.


Фото: законы Ньютона заставляют самолеты летать: самолет создает восходящую силу (подъемную силу), толкая воздух вниз к земле. Как видно на этих фотографиях, воздух движется вниз не аккуратным потоком, а вихрем. Помимо прочего, вихрь влияет на то, насколько близко один самолет может лететь позади другого, и это особенно важно вблизи аэропортов, где постоянно движется множество самолетов, создавая сложные модели турбулентности в воздухе.Слева: цветной дым показывает вихри на крыльях реального самолета. Дым в центре движется вниз, но поднимается за концы крыльев. Справа: как вихрь появляется снизу. Белый дым показывает тот же эффект в меньшем масштабе при испытании в аэродинамической трубе. Обе фотографии любезно предоставлено Исследовательским центром НАСА в Лэнгли.

Как управляют самолеты?

Что такое рулевое управление?

Управлять чем угодно — от скейтборда или велосипеда до автомобиля. или гигантский реактивный самолет — означает, что вы меняете направление, в котором он движется.С научной точки зрения, изменение чего-то направление движения означает, что вы изменяете его скорость , то есть скорость, которую он имеет в определенном направлении. Четный если он движется с той же скоростью, если вы меняете направление движения, вы меняете скорость. Что-то менять Скорость (включая направление движения) означает, что вы ускоряете его . Опять же, не имеет значения, останется ли скорость то же самое: изменение направления всегда означает изменение скорости и ускорения.Законы движения Ньютона говорят нам, что вы можете ускорить что-либо (изменить его скорость или направление движения) только с помощью силы — другими словами, как-то толкать или тянуть. Короче говоря, если вы хотите управлять чем-то, вам нужно приложить силу к Это.

Фото: Управление самолетом С-17 по крутому крену. Фото Рассела Э. Кули IV любезно предоставлено ВВС США.

Другой способ взглянуть на рулевое управление — подумать о нем как о том, чтобы что-то перестало двигаться по прямой и начало двигаться по кругу.Это означает, что вы должны дать ему то, что называется центростремительная сила. Вещи, которые движутся по кругу (или рулевого управления по кривой, которая является частью круга) всегда есть что-то, что действует на них, чтобы дать им центростремительную силу. Если вы ведете автомобиль на повороте, центростремительная сила создается за счет трения между четырьмя шинами и дорогой. Если вы едете по кривой на скорости, часть вашей центростремительной силы исходит от шин, а часть — от наклоняясь в поворот. Если вы катаетесь на скейтборде, вы можете наклонить деку и наклониться, чтобы ваш вес помогал центростремительная сила.В каждом случае вы двигаетесь по кругу, потому что что-то обеспечивает центростремительную силу, которая тянет вас. путь от прямой до кривой.

Теоретически рулевое управление

Если вы находитесь в самолете, очевидно, что вы не контактируете с землей, так откуда берется центростремительная сила? чтобы помочь тебе держаться по кругу? Точно так же, как велосипедист, наклоняющийся в поворот, самолет «наклоняется» в поворот. Рулевое управление включает крен , где самолет наклоняется в одну сторону, и одно крыло опускается ниже, чем другое.Самолет общий подъемник наклонен под углом, и, хотя большая часть подъемника по-прежнему направлена ​​вверх, некоторые теперь действуют вбок. Это боком Часть подъемника обеспечивает центростремительную силу, которая заставляет самолет двигаться по кругу. Поскольку там меньше лифта действуя вверх, вес самолета меньше уравновешивается. Вот почему поворот самолета по кругу сделает он теряет подъемную силу и высоту (высоту), если пилот не делает что-то еще для компенсации, например, использует лифты (поверхности управления полетом в задней части самолета), чтобы увеличить угол атаки и, следовательно, снова поднять подъемную силу.

Иллюстрация: Когда самолет кренится, подъемная сила, создаваемая его крыльями, наклоняется под углом. Большая часть подъемной силы по-прежнему действует вверх, но некоторые наклоняются в одну сторону, обеспечивая центростремительную силу, которая заставляет самолет вращаться по кругу. Чем круче угол крена, тем больше подъемная сила наклонена в сторону, тем меньше силы, направленной вверх, чтобы уравновесить вес, и тем больше потеря высоты (если пилот не компенсирует).

Рулевое управление на практике

В кабине есть рулевое управление, но это единственное, что у самолета общего с автомобилем.Как вы управляете тем, что летит по воздуху на высокой скорости? Простой! Вы заставляете воздушный поток проходить мимо крыльев с каждой стороны по-разному. Самолеты перемещаются вверх и вниз, поворачиваются из стороны в сторону и останавливаются комплексом Набор подвижных закрылков под названием , рулевые поверхности на передней и задней кромках крыльев и оперения. Их называют элеронами, рулями высоты, рулями направления, интерцепторами и воздушными тормозами.

Фото: На C-17 Globemaster более 20 поверхностей управления.При взгляде сверху они включают в себя: четыре руля высоты (внутренний и внешний), два руля направления (верхний и нижний), и два стабилизатора на хвосте; плюс восемь интерцепторов, четыре закрылка и два элерона на крыльях. Фото Тиффани А. Эмери любезно предоставлено ВВС США с аннотацией, предоставленной Expainthatstuff.com.

Полет на самолете очень сложен, и я не пишу здесь руководство для пилота: это всего лишь очень базовое введение в науку о силах и движении применительно к самолетам. Для простого обзора всех различных элементов управления плоскостью и как они работают, взгляните на статью Википедии о управляющих поверхностях.Основное введение НАСА в полет содержит хороший рисунок органы управления кабиной самолета и их использование для управления самолетом. Более подробную информацию вы найдете в официальном FAA. Справочник пилота по аэронавигационным знаниям (Глава 6 посвящена управлению полетом).

Один из способов понять управляющие поверхности — построить себе бумажный самолетик и поэкспериментировать. Первый, Постройте себе простой бумажный самолетик и убедитесь, что он летит по прямой. Затем отрежьте или разорвите заднюю часть крыльев, чтобы элероны.Наклоните их вверх и вниз и посмотрите, какой эффект они занимают разные должности. Наклоните один вверх, а другой вниз и посмотрите, какая разница. Затем попробуйте сделать новый самолет с одним крылом больше другого (или тяжелее, добавив скрепки). Способ заставить бумажный самолетик поворачиваться — это заставить одно крыло генерировать большую подъемную силу, чем другое, — и вы можете сделать это разными способами!

Другие части самолета

Фото: Братья Райт очень научились летать, тщательно проверяя все особенности своих самолетов.Здесь они изображены во время одного из их первых полетов с двигателем 17 декабря 1903 года. Предоставлено NASA / Internet Archive.

Вот некоторые другие ключевые части самолетов:

  • Топливные баки : Вам нужно топливо, чтобы привести в действие самолет — много. An Airbus A380 вмещает более 310 000 литров (82 000 галлонов США) топлива, что примерно в 7000 раз больше, чем у обычного автомобиля! Топливо надежно упакован в огромные крылья самолета.
  • Шасси : Самолеты взлетают и приземляются на прочные колеса и шины, которые быстро убираются в шасси (самолет днище) с помощью гидроцилиндров для уменьшения лобового сопротивления (сопротивления воздуха) при они в небе.
  • Радио и радар : братьям Райт пришлось летать на своих новаторский самолет Китти Хок полностью на виду. Это не имело значения потому что он пролетел у земли, пробыл в воздухе всего 12 секунд, и не было другие самолеты, о которых нужно беспокоиться! В наши дни небеса заполнены самолеты, которые летают днем, ночью и в любую погоду. Для навигации необходимы радио, радары и спутниковые системы.
  • Герметичные кабины : давление воздуха падает с высотой над поверхностью Земли — поэтому альпинистам необходимо использовать кислород цилиндры для достижения большой высоты.Вершина Эвереста — это чуть менее 9 км (5,5 миль) над уровнем моря, но реактивные самолеты обычно летали на больших высотах, и военные самолеты летали почти в три раза выше! Вот почему у пассажирских самолетов есть герметичные кабины: те, в которые постоянно нагнетается нагретый воздух чтобы люди могли нормально дышать. Военные летчики избегают проблемы, ношение масок и герметичных костюмов.

Благодарности

Я очень благодарен Стиву Носковичу за неоценимую помощь в уточнении и улучшении моего объяснения о том, как крылья создают подъемную силу.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

  • Руководство по аэронавтике для новичков: отличное введение в науку о полете (особенно для студентов) от Исследовательского центра NASA Glenn Research Center. Охватывает, как работают самолеты и двигатели, аэродинамические трубы, гиперзвук, аэродинамику, воздушные змеи и модели ракет.
  • Документы Уилбура и Орвилла Райтов в Библиотеке Конгресса: довольно много интересных статей и фотографий Райтов доступны в Интернете.
  • Летающая машина: оригинальный патент братьев Райт (подан 22 марта 1903 г. и выдан 22 мая 1906 г.) стоит прочитать, потому что он дает представление о полете собственными словами изобретателей. Поскольку в этом патенте описывается машина без двигателя, легко понять решающую важность крыльев в «летательной машине» — то, что мы склонны упускать из виду в эпоху реактивных двигателей!
  • Справочник пилотов по аэронавигационным знаниям: Министерство транспорта США / FAA, 2016. К сожалению, даже в этом официальном руководстве приводится неверное объяснение подъемной силы Бернулли / равнопроходного транспорта.

Книги

Для читателей постарше
Для младших читателей
  • Летная школа: Как управлять самолетом шаг за шагом, Ник Барнард. Thames and Hudon, 2012. Хорошо иллюстрированный 48-страничный обзор для детей 8–12 лет.
  • Свидетель: Полет Эндрю Нахума. Дорлинг Киндерсли, 2011. Наглядное руководство по истории и технологиям, лежащим в основе самолетов и других летательных аппаратов.
  • Воздушные и космические путешествия Криса Вудфорда. Факты в файле, 2004. Это одна из моих собственных книг, в которой рассказывается об истории полетов на воздушных шарах, самолетах и ​​космических ракетах.Подходит для детей от 10 до взрослых.

Статьи

  • [PDF] Как работают крылья? профессора Хольгера Бабинского. Physics Education, Volume 38, Number 6, 2003. Более подробное объяснение того, почему традиционное объяснение Бернулли подъемной силы неверно, и альтернативное объяснение того, как на самом деле работают крылья.

Видео

  • Воздушный поток через крыло и Как работают крылья: эти короткие научные фильмы Хольгера Бабинского показывают движение воздуха по аэродинамическому профилю (аэродинамическому профилю) при изменении угла атаки и доказывают, что классическое простое объяснение Бернулли, основанное на равном времени прохождения, неверно.
  • Как на самом деле работают крылья ?: Краткое изложение проекта Bloodhound SSC охватывает почти те же вопросы, что и моя статья, но всего за полторы минуты!
  • Как летают самолеты: длинное (18,5 минут) видео 1968 года от Федерального управления гражданской авиации, которое объясняет пилотам основы полета.
  • Аэродинамика: Этот старый и крутой учебный фильм военного министерства США 1941 года объясняет теорию аэродинамических поверхностей и то, как они создают разную подъемную силу при изменении угла атаки.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2009, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2009/2020) Самолеты. Получено с https://www.explainthatstuff.com/howplaneswork.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Как работают самолеты | наука о полете

Как работают самолеты | наука полета — Объясни это Рекламное объявление

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 24 августа 2020 г.

Мы считаем само собой разумеющимся, что можем летать с одной стороны света к другому за считанные часы, но сто лет назад этот удивительный способность летать по воздуху только что открылась.Какие сделают ли братья Райт — пионеры механического полета возраст, в котором около 100 000 самолетов поднимаются в небо каждый день только в Соединенных Штатах? Конечно, они были бы поражены, и тоже в восторге. Благодаря их успешным экспериментам с Самолет по праву признан одним из величайших изобретения всех времен. Давайте подробнее разберемся, как это работает!

Фото: Вам нужны большие крылья, чтобы поднять такой большой самолет, как этот C-17 Globemaster ВВС США.Крылья имеют ширину 51,75 м (169 футов) — это немного меньше длины корпуса самолета, составляющей 53 м (174 фута). Максимальный взлетный вес составляет 265 352 кг (585 000 фунтов), что примерно соответствует 40 взрослым слонам! Фото Майкла Бэттлса любезно предоставлено ВВС США.

Как летают самолеты?

Если вы когда-нибудь видели, как взлетает или прилетает реактивный самолет земли, первое, что вы заметите, это шум двигатели. Реактивные двигатели, представляющие собой длинные металлические трубы, непрерывно горящие. поток топлива и воздуха, намного шумнее (и намного мощнее), чем традиционные винтовые двигатели.Вы можете подумать, что двигатели — это ключ к самолет летит, но вы ошибаетесь. Вещи могут летать довольно счастливо без двигателей, как планеры (самолеты без двигателей), бумажные самолетики, и действительно, летающие птицы охотно показывают нам.

На фото: на самолет в полете действуют четыре силы. Когда самолет летит горизонтально с постоянной скоростью, подъемная сила крыльев точно уравновешивает вес самолета, а тяга точно уравновешивает сопротивление. Однако во время взлета или когда самолет пытается подняться в небо (как показано здесь), тяга двигателей, толкающих самолет вперед, превышает сопротивление (сопротивление воздуха), тянущее его назад.Это создает подъемную силу, превышающую вес самолета, которая поднимает самолет выше в небо. Фото Натанаэля Каллона любезно предоставлено ВВС США.

Если вы пытаетесь понять, как летают самолеты, вам нужно ясно о разнице между двигателями и крыльями и они делают разные работы. Двигатели самолета предназначены для его движения. вперед на большой скорости. Это заставляет воздух быстро течь над крыльями, которые отбрасывают воздух вниз к земле, создавая восходящую силу, называемую подъемной силой, которая преодолевает сопротивление самолета. вес и держит его в небе.Так что двигатели двигают самолет вперед, в то время как крылья перемещают его вверх.

Фото: Третий закон движения Ньютона объясняет, как двигатели и крылья работают вместе, заставляя самолет двигаться по небу. Сила горячего выхлопного газа, вылетающего назад от реактивного двигателя, толкает самолет вперед. Это создает движущийся поток воздуха над крыльями. Крылья заставляют воздух опускаться, и это толкает самолет вверх. Фото Сэмюэля Роджерса (с добавлением аннотаций Expainthatstuff.com) любезно предоставлено ВВС США. Подробнее о том, как работают двигатели, читайте в нашей подробной статье о реактивных двигателях.

Как крылья создают подъемную силу?

Одним предложением крылья создают подъемную силу, изменяя направление и давление воздуха, который врезается в них, когда двигатели стреляют в них по небу.

Перепад давления

Хорошо, крылья — это ключ к тому, чтобы что-то летало, но как они работают? Крылья большинства самолетов имеют изогнутую верхнюю поверхность и более плоскую нижнюю поверхность, что делает форма поперечного сечения, называемая аэродинамическим профилем (или аэродинамическим профилем, если вы британцы):


Фото: крыло с аэродинамическим профилем обычно имеет изогнутую верхнюю поверхность и плоскую нижнюю поверхность.Это крыло самолета НАСА «Центурион», работающего на солнечной энергии. Фото Тома Чиды любезно предоставлено Центром летных исследований Армстронга НАСА.

Во многих научных книгах и на веб-страницах вы найдете неверное объяснение того, как такой аэродинамический профиль создает подъемную силу. Это выглядит следующим образом: когда воздух движется по изогнутой верхней поверхности крыла, он должен пройти на дальше, на , чем воздух, который проходит под ним, поэтому он должен лететь на быстрее (чтобы преодолеть большее расстояние за то же время). Согласно принципу аэродинамики, названному Бернулли По закону, быстро движущийся воздух имеет более низкое давление, чем медленно движущийся воздух, поэтому давление над крылом ниже, чем давление под ним, и это создает подъемную силу, которая приводит самолет в движение вверх.

Хотя это объяснение того, как работают крылья, часто повторяется, оно неверно: оно дает правильный ответ, но по совершенно неправильным причинам! Подумайте об этом на мгновение, и вы увидите, что если бы это было правдой, акробатические самолеты не могли бы летать вверх ногами. Переворачивание самолета вызовет «опускание вниз», и он упадет на землю. Более того, вполне возможно спроектировать самолеты с аэродинамическими профилями, которые являются симметричными (смотрящими прямо вниз по крылу), и при этом они по-прежнему создают подъемную силу.Например, бумажные самолетики (и сделанные из тонкого бальзового дерева) создают подъемную силу, даже если у них плоские крылья.

« Популярное объяснение понятия» лифт «- обычное, быстрое, звучит логично и дает правильный ответ, но также вводит неправильные представления, использует бессмысленную физический аргумент и вводит в заблуждение уравнение Бернулли ».

Профессор Хольгер Бабинский, Кембриджский университет

Но стандартное объяснение подъемной силы проблематично и по другой важной причине: воздух, стреляющий над крылом, не должен идти в ногу с воздухом, идущим под ним, и ничто не говорит о том, что он должен преодолевать большее расстояние за одно и то же время.Представьте себе две молекулы воздуха, которые попадают в переднюю часть крыла и разделяются так, что одна взлетает вверх, а другая свистит прямо под днищем. Нет причин, по которым эти две молекулы должны прибыть в заднюю часть крыла в одно и то же время: вместо этого они могут встретиться с другими молекулами воздуха. Этот недостаток в стандартном объяснении аэродинамического профиля получил техническое название «теория равного прохождения». Это просто причудливое название (неправильной) идеи о том, что воздушный поток разделяется на переднюю часть профиля и снова аккуратно встречается сзади.

Как аэродинамические крылья создают подъемную силу №1: аэродинамический профиль разделяет входящий воздух, снижает давление верхнего воздушного потока и ускоряет оба воздушных потока вниз. Когда воздух ускоряется вниз, крыло (и самолет) движутся вверх. Чем больше аэродинамический профиль отклоняет путь встречного воздуха, тем большую подъемную силу он создает.

Так каково настоящее объяснение? Когда изогнутое крыло с аэродинамическим профилем летит по небу, оно отклоняет воздух и изменяет давление воздуха над и под ним.Это интуитивно очевидно. Подумайте, каково это, когда вы медленно идете через бассейн и чувствуете силу воды, толкающей ваше тело: ваше тело отвлекает поток воды, когда он проталкивается через него, и крыло с аэродинамическим профилем делает то же самое (гораздо более драматично — потому что это то, для чего оно предназначено). Когда самолет летит вперед, изогнутая верхняя часть крыла снижает давление воздуха прямо над ним, поэтому он движется вверх.

Почему это происходит? Когда воздух течет по изогнутой верхней поверхности, его естественный наклон должен двигаться по прямой линии, но изгиб крыла тянет его назад и вниз.По этой причине воздух эффективно растягивается в больший объем — такое же количество молекул воздуха вынуждено занимать больше места — и это то, что снижает его давление. По совершенно противоположной причине давление воздуха под крылом увеличивается: продвигающееся крыло сжимает молекулы воздуха перед собой в меньшее пространство. Разница в давлении воздуха между верхней и нижней поверхностями вызывает большую разницу в скорости воздуха (а не наоборот, как в традиционной теории крыла).Разница в скорости (наблюдаемая в реальных экспериментах в аэродинамической трубе) намного больше, чем можно было бы предсказать из простой теории (равнопроходной). Таким образом, если две наши молекулы воздуха разделяются спереди, одна, проходящая через верх, попадает в хвостовую часть крыла намного быстрее, чем та, которая проходит под нижней частью. Независимо от того, когда они прибудут, обе эти молекулы будут ускоряться вниз — и это помогает создать подъемную силу во втором важном направлении.

Рекламные ссылки

Промывка вниз

Если вы когда-либо стояли возле вертолета, вы точно знаете, как он остается в небе: он создает огромный поток воздуха, который уравновешивает его вес.Винты вертолетов очень похожи на профили самолетов, но вращаются по кругу, а не движутся вперед по прямой, как в самолетах. Но даже в этом случае самолеты создают поток воды точно так же, как вертолеты — просто мы этого не замечаем. Промывка вниз не так очевидна, но так же важна, как и с измельчителем.

Этот второй аспект создания подъемной силы намного легче понять, чем разницу давления, по крайней мере, для физика: согласно третьему закону движения Исаака Ньютона, если воздух создает восходящую силу к самолету, самолет должен давать (равный и противоположный) нисходящий сила в воздух.Таким образом, самолет также создает подъемную силу, используя свои крылья, чтобы толкать воздух за собой вниз. Это происходит потому, что крылья не совсем горизонтальны, как вы могли предположить, а очень немного наклонены назад. таким образом они попали в воздух под углом атаки. Наклонные крылья толкают вниз как ускоренный воздушный поток (сверху над ними), так и более медленно движущийся воздушный поток (снизу), и это создает подъемную силу. Поскольку изогнутая верхняя часть аэродинамического профиля отклоняет (толкает вниз) больше воздуха, чем более прямая нижняя часть (другими словами, значительно изменяет траекторию входящего воздуха), она создает значительно большую подъемную силу.

Как крылья с аэродинамическим профилем создают подъемную силу №2: Изогнутая форма крыла создает область низкого давления над ним (красный цвет), которая создает подъемную силу. Низкое давление заставляет воздух ускоряться над крылом, а изогнутая форма крыла (и более высокое давление воздуха значительно выше измененного воздушного потока) вынуждает этот воздух создавать мощный поток вниз, также толкая самолет вверх. На этой анимации показано, как разные углы атаки (угол между крылом и набегающим воздухом) изменяют область низкого давления над крылом и подъемную силу, которую оно создает.Когда крыло плоское, его изогнутая верхняя поверхность создает умеренную область низкого давления и умеренную подъемную силу (красный). По мере увеличения угла атаки подъемная сила также резко увеличивается — до такой степени, что увеличение сопротивления приводит к срыву самолета (см. Ниже). Если мы наклоним крыло вниз, мы создадим более низкое давление под ним, и самолет упадет. Основан на учебном фильме 1941 года «Аэродинамика», общественном достоянии военного ведомства.

Вам может быть интересно, почему воздух вообще стекает за крыло?Почему, например, он не ударяется о переднюю часть крыла, не изгибается сверху, а затем не продолжает двигаться в горизонтальном направлении? Почему используется обратная промывка, а не просто горизонтальная «обратная промывка»? Вернемся к нашему предыдущему обсуждению давления: крыло снижает давление воздуха непосредственно над ним. Выше, намного выше самолета, воздух все еще находится с нормальным давлением, которое выше, чем давление воздуха непосредственно над крылом. Таким образом, воздух с нормальным давлением над крылом толкает воздух с более низким давлением непосредственно над ним, эффективно «разбрызгивая» воздух вниз и за крыло при обратной промывке.Другими словами, перепад давления, создаваемый крылом, и поток воздуха позади него — это не две отдельные вещи, а неотъемлемая часть одного и того же эффекта: крыло с наклонным аэродинамическим профилем создает перепад давления, который вызывает обратный поток, и это производит поднимать.

Теперь мы видим, что крылья — это устройства, предназначенные для выталкивания воздуха вниз. Легко понять, почему самолеты с плоскими или симметричными крыльями (или перевернутые каскадерские самолеты) все еще могут безопасно летать. Пока крылья создают нисходящий поток воздуха, самолет будет испытывать равную и противоположную силу — подъемную силу — которая будет удерживать его в воздухе.Другими словами, перевернутый пилот создает определенный угол атаки, который создает достаточно низкое давление над крылом, чтобы удерживать самолет в воздухе.

Сколько подъемника вы можете сделать?

Как правило, воздух, проходящий через верх и низ крыла, очень точно следует изгибу поверхностей крыла — точно так же, как вы могли бы проследить за ним, если бы рисовали его контур ручкой. Но по мере увеличения угла атаки плавный воздушный поток за крылом начинает разрушаться и становится более турбулентным, что снижает подъемную силу.При определенном угле (обычно около 15 °, хотя он может быть разным) воздух больше не течет плавно вокруг крыла. Сильно увеличилось лобовое сопротивление, сильно уменьшилась подъемная сила, и говорят, что у самолета сваливается с места, . Это немного сбивающий с толку термин, потому что двигатели продолжают работать, а самолет продолжает лететь; срыв просто означает потерю подъемной силы.

Фото: Как самолет сваливается: вот крыло аэродинамической трубы, обращенное к набегающему воздуху под крутым углом атаки.Вы можете видеть линии наполненного дымом воздуха, приближающиеся справа и отклоняющиеся от крыла по мере их движения влево. Обычно линии воздушного потока очень точно повторяют форму (профиль) крыла. Здесь из-за большого угла атаки воздушный поток разделился за крылом, а турбулентность и сопротивление значительно увеличились. У летящего таким образом самолета произойдет внезапная потеря подъемной силы, которую мы называем «сваливанием». Фото любезно предоставлено Исследовательским центром НАСА в Лэнгли.

Самолеты могут летать без крыльев аэродинамической формы; вы узнаете это, если когда-либо делали бумажный самолетик — и это было доказано 17 декабря 1903 года братьями Райт.В их оригинальном патенте «Летающая машина» (патент США № 821393) ясно, что слегка наклоненные крылья (которые они называли «самолетами») являются ключевыми частями их изобретения. Их «самолетики» были просто кусками ткани, натянутыми на деревянный каркас; у них не было профиль крыловой (aerofoil). Райт понял, что угол атаки имеет решающее значение: «В летательных аппаратах, характерных для данного изобретения, устройство поддерживается в воздухе из-за контакта между воздухом и нижней поверхностью одного или нескольких самолетов, контакт -поверхность представлена ​​под небольшим углом падения к воздуху.»[Курсив добавлен]. Хотя Райт были блестящими учеными-экспериментаторами, важно помнить, что им не хватало наших современных знаний в области аэродинамики и полного понимания того, как именно работают крылья.

Неудивительно, что чем больше крылья, тем большую подъемную силу они создают: удвоение площади крыла (это плоская область, которую вы видите, глядя сверху), удваивает и подъемную силу, и сопротивление, которое оно создает. Вот почему гигантские самолеты (такие как C-17 Globemaster в нашем верхнее фото) имеют гигантские крылья.Но маленькие крылья также могут создавать большую подъемную силу, если они двигаются достаточно быстро. Чтобы создать дополнительную подъемную силу при взлете, у самолетов есть закрылки на крыльях, которые они могут выдвигать, чтобы опустить больше воздуха. Подъемная сила и сопротивление изменяются в зависимости от квадрата вашей скорости, поэтому, если самолет летит вдвое быстрее по отношению к набегающему воздуху, его крылья производят в четыре раза больше подъемной силы (и сопротивления). Вертолеты создают огромную подъемную силу, очень быстро вращая лопасти винта (по сути, тонкие крылья, вращающиеся по кругу).

Крыловые вихри

Теперь самолет не сбрасывает воздух за собой совершенно чисто. (Вы можете, например, представить, как кто-то выталкивает большой ящик с воздухом из задней двери военного транспортера, так что он падает прямо вниз. Но это не совсем так!) Каждое крыло фактически отправляет воздух вниз, создавая вращающийся вихрь (своего рода мини-торнадо) сразу за ним. Это немного похоже на то, когда вы стоите на платформе на железнодорожной станции, и скоростной поезд мчится мимо, не останавливаясь, оставляя за собой то, что кажется огромным всасывающим вакуумом.В случае с самолетом вихрь имеет довольно сложную форму, и большая его часть движется вниз, но не все. Огромный поток воздуха движется вниз по центру, но некоторое количество воздуха на самом деле закручивается вверх по обе стороны от законцовок крыльев, уменьшая подъемную силу.


Фото: законы Ньютона заставляют самолеты летать: самолет создает восходящую силу (подъемную силу), толкая воздух вниз к земле. Как видно на этих фотографиях, воздух движется вниз не аккуратным потоком, а вихрем. Помимо прочего, вихрь влияет на то, насколько близко один самолет может лететь позади другого, и это особенно важно вблизи аэропортов, где постоянно движется множество самолетов, создавая сложные модели турбулентности в воздухе.Слева: цветной дым показывает вихри на крыльях реального самолета. Дым в центре движется вниз, но поднимается за концы крыльев. Справа: как вихрь появляется снизу. Белый дым показывает тот же эффект в меньшем масштабе при испытании в аэродинамической трубе. Обе фотографии любезно предоставлено Исследовательским центром НАСА в Лэнгли.

Как управляют самолеты?

Что такое рулевое управление?

Управлять чем угодно — от скейтборда или велосипеда до автомобиля. или гигантский реактивный самолет — означает, что вы меняете направление, в котором он движется.С научной точки зрения, изменение чего-то направление движения означает, что вы изменяете его скорость , то есть скорость, которую он имеет в определенном направлении. Четный если он движется с той же скоростью, если вы меняете направление движения, вы меняете скорость. Что-то менять Скорость (включая направление движения) означает, что вы ускоряете его . Опять же, не имеет значения, останется ли скорость то же самое: изменение направления всегда означает изменение скорости и ускорения.Законы движения Ньютона говорят нам, что вы можете ускорить что-либо (изменить его скорость или направление движения) только с помощью силы — другими словами, как-то толкать или тянуть. Короче говоря, если вы хотите управлять чем-то, вам нужно приложить силу к Это.

Фото: Управление самолетом С-17 по крутому крену. Фото Рассела Э. Кули IV любезно предоставлено ВВС США.

Другой способ взглянуть на рулевое управление — подумать о нем как о том, чтобы что-то перестало двигаться по прямой и начало двигаться по кругу.Это означает, что вы должны дать ему то, что называется центростремительная сила. Вещи, которые движутся по кругу (или рулевого управления по кривой, которая является частью круга) всегда есть что-то, что действует на них, чтобы дать им центростремительную силу. Если вы ведете автомобиль на повороте, центростремительная сила создается за счет трения между четырьмя шинами и дорогой. Если вы едете по кривой на скорости, часть вашей центростремительной силы исходит от шин, а часть — от наклоняясь в поворот. Если вы катаетесь на скейтборде, вы можете наклонить деку и наклониться, чтобы ваш вес помогал центростремительная сила.В каждом случае вы двигаетесь по кругу, потому что что-то обеспечивает центростремительную силу, которая тянет вас. путь от прямой до кривой.

Теоретически рулевое управление

Если вы находитесь в самолете, очевидно, что вы не контактируете с землей, так откуда берется центростремительная сила? чтобы помочь тебе держаться по кругу? Точно так же, как велосипедист, наклоняющийся в поворот, самолет «наклоняется» в поворот. Рулевое управление включает крен , где самолет наклоняется в одну сторону, и одно крыло опускается ниже, чем другое.Самолет общий подъемник наклонен под углом, и, хотя большая часть подъемника по-прежнему направлена ​​вверх, некоторые теперь действуют вбок. Это боком Часть подъемника обеспечивает центростремительную силу, которая заставляет самолет двигаться по кругу. Поскольку там меньше лифта действуя вверх, вес самолета меньше уравновешивается. Вот почему поворот самолета по кругу сделает он теряет подъемную силу и высоту (высоту), если пилот не делает что-то еще для компенсации, например, использует лифты (поверхности управления полетом в задней части самолета), чтобы увеличить угол атаки и, следовательно, снова поднять подъемную силу.

Иллюстрация: Когда самолет кренится, подъемная сила, создаваемая его крыльями, наклоняется под углом. Большая часть подъемной силы по-прежнему действует вверх, но некоторые наклоняются в одну сторону, обеспечивая центростремительную силу, которая заставляет самолет вращаться по кругу. Чем круче угол крена, тем больше подъемная сила наклонена в сторону, тем меньше силы, направленной вверх, чтобы уравновесить вес, и тем больше потеря высоты (если пилот не компенсирует).

Рулевое управление на практике

В кабине есть рулевое управление, но это единственное, что у самолета общего с автомобилем.Как вы управляете тем, что летит по воздуху на высокой скорости? Простой! Вы заставляете воздушный поток проходить мимо крыльев с каждой стороны по-разному. Самолеты перемещаются вверх и вниз, поворачиваются из стороны в сторону и останавливаются комплексом Набор подвижных закрылков под названием , рулевые поверхности на передней и задней кромках крыльев и оперения. Их называют элеронами, рулями высоты, рулями направления, интерцепторами и воздушными тормозами.

Фото: На C-17 Globemaster более 20 поверхностей управления.При взгляде сверху они включают в себя: четыре руля высоты (внутренний и внешний), два руля направления (верхний и нижний), и два стабилизатора на хвосте; плюс восемь интерцепторов, четыре закрылка и два элерона на крыльях. Фото Тиффани А. Эмери любезно предоставлено ВВС США с аннотацией, предоставленной Expainthatstuff.com.

Полет на самолете очень сложен, и я не пишу здесь руководство для пилота: это всего лишь очень базовое введение в науку о силах и движении применительно к самолетам. Для простого обзора всех различных элементов управления плоскостью и как они работают, взгляните на статью Википедии о управляющих поверхностях.Основное введение НАСА в полет содержит хороший рисунок органы управления кабиной самолета и их использование для управления самолетом. Более подробную информацию вы найдете в официальном FAA. Справочник пилота по аэронавигационным знаниям (Глава 6 посвящена управлению полетом).

Один из способов понять управляющие поверхности — построить себе бумажный самолетик и поэкспериментировать. Первый, Постройте себе простой бумажный самолетик и убедитесь, что он летит по прямой. Затем отрежьте или разорвите заднюю часть крыльев, чтобы элероны.Наклоните их вверх и вниз и посмотрите, какой эффект они занимают разные должности. Наклоните один вверх, а другой вниз и посмотрите, какая разница. Затем попробуйте сделать новый самолет с одним крылом больше другого (или тяжелее, добавив скрепки). Способ заставить бумажный самолетик поворачиваться — это заставить одно крыло генерировать большую подъемную силу, чем другое, — и вы можете сделать это разными способами!

Другие части самолета

Фото: Братья Райт очень научились летать, тщательно проверяя все особенности своих самолетов.Здесь они изображены во время одного из их первых полетов с двигателем 17 декабря 1903 года. Предоставлено NASA / Internet Archive.

Вот некоторые другие ключевые части самолетов:

  • Топливные баки : Вам нужно топливо, чтобы привести в действие самолет — много. An Airbus A380 вмещает более 310 000 литров (82 000 галлонов США) топлива, что примерно в 7000 раз больше, чем у обычного автомобиля! Топливо надежно упакован в огромные крылья самолета.
  • Шасси : Самолеты взлетают и приземляются на прочные колеса и шины, которые быстро убираются в шасси (самолет днище) с помощью гидроцилиндров для уменьшения лобового сопротивления (сопротивления воздуха) при они в небе.
  • Радио и радар : братьям Райт пришлось летать на своих новаторский самолет Китти Хок полностью на виду. Это не имело значения потому что он пролетел у земли, пробыл в воздухе всего 12 секунд, и не было другие самолеты, о которых нужно беспокоиться! В наши дни небеса заполнены самолеты, которые летают днем, ночью и в любую погоду. Для навигации необходимы радио, радары и спутниковые системы.
  • Герметичные кабины : давление воздуха падает с высотой над поверхностью Земли — поэтому альпинистам необходимо использовать кислород цилиндры для достижения большой высоты.Вершина Эвереста — это чуть менее 9 км (5,5 миль) над уровнем моря, но реактивные самолеты обычно летали на больших высотах, и военные самолеты летали почти в три раза выше! Вот почему у пассажирских самолетов есть герметичные кабины: те, в которые постоянно нагнетается нагретый воздух чтобы люди могли нормально дышать. Военные летчики избегают проблемы, ношение масок и герметичных костюмов.

Благодарности

Я очень благодарен Стиву Носковичу за неоценимую помощь в уточнении и улучшении моего объяснения о том, как крылья создают подъемную силу.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

  • Руководство по аэронавтике для новичков: отличное введение в науку о полете (особенно для студентов) от Исследовательского центра NASA Glenn Research Center. Охватывает, как работают самолеты и двигатели, аэродинамические трубы, гиперзвук, аэродинамику, воздушные змеи и модели ракет.
  • Документы Уилбура и Орвилла Райтов в Библиотеке Конгресса: довольно много интересных статей и фотографий Райтов доступны в Интернете.
  • Летающая машина: оригинальный патент братьев Райт (подан 22 марта 1903 г. и выдан 22 мая 1906 г.) стоит прочитать, потому что он дает представление о полете собственными словами изобретателей. Поскольку в этом патенте описывается машина без двигателя, легко понять решающую важность крыльев в «летательной машине» — то, что мы склонны упускать из виду в эпоху реактивных двигателей!
  • Справочник пилотов по аэронавигационным знаниям: Министерство транспорта США / FAA, 2016. К сожалению, даже в этом официальном руководстве приводится неверное объяснение подъемной силы Бернулли / равнопроходного транспорта.

Книги

Для читателей постарше
Для младших читателей
  • Летная школа: Как управлять самолетом шаг за шагом, Ник Барнард. Thames and Hudon, 2012. Хорошо иллюстрированный 48-страничный обзор для детей 8–12 лет.
  • Свидетель: Полет Эндрю Нахума. Дорлинг Киндерсли, 2011. Наглядное руководство по истории и технологиям, лежащим в основе самолетов и других летательных аппаратов.
  • Воздушные и космические путешествия Криса Вудфорда. Факты в файле, 2004. Это одна из моих собственных книг, в которой рассказывается об истории полетов на воздушных шарах, самолетах и ​​космических ракетах.Подходит для детей от 10 до взрослых.

Статьи

  • [PDF] Как работают крылья? профессора Хольгера Бабинского. Physics Education, Volume 38, Number 6, 2003. Более подробное объяснение того, почему традиционное объяснение Бернулли подъемной силы неверно, и альтернативное объяснение того, как на самом деле работают крылья.

Видео

  • Воздушный поток через крыло и Как работают крылья: эти короткие научные фильмы Хольгера Бабинского показывают движение воздуха по аэродинамическому профилю (аэродинамическому профилю) при изменении угла атаки и доказывают, что классическое простое объяснение Бернулли, основанное на равном времени прохождения, неверно.
  • Как на самом деле работают крылья ?: Краткое изложение проекта Bloodhound SSC охватывает почти те же вопросы, что и моя статья, но всего за полторы минуты!
  • Как летают самолеты: длинное (18,5 минут) видео 1968 года от Федерального управления гражданской авиации, которое объясняет пилотам основы полета.
  • Аэродинамика: Этот старый и крутой учебный фильм военного министерства США 1941 года объясняет теорию аэродинамических поверхностей и то, как они создают разную подъемную силу при изменении угла атаки.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2009, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2009/2020) Самолеты. Получено с https://www.explainthatstuff.com/howplaneswork.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Как работают самолеты | наука о полете

Как работают самолеты | наука полета — Объясни это Рекламное объявление

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 24 августа 2020 г.

Мы считаем само собой разумеющимся, что можем летать с одной стороны света к другому за считанные часы, но сто лет назад этот удивительный способность летать по воздуху только что открылась.Какие сделают ли братья Райт — пионеры механического полета возраст, в котором около 100 000 самолетов поднимаются в небо каждый день только в Соединенных Штатах? Конечно, они были бы поражены, и тоже в восторге. Благодаря их успешным экспериментам с Самолет по праву признан одним из величайших изобретения всех времен. Давайте подробнее разберемся, как это работает!

Фото: Вам нужны большие крылья, чтобы поднять такой большой самолет, как этот C-17 Globemaster ВВС США.Крылья имеют ширину 51,75 м (169 футов) — это немного меньше длины корпуса самолета, составляющей 53 м (174 фута). Максимальный взлетный вес составляет 265 352 кг (585 000 фунтов), что примерно соответствует 40 взрослым слонам! Фото Майкла Бэттлса любезно предоставлено ВВС США.

Как летают самолеты?

Если вы когда-нибудь видели, как взлетает или прилетает реактивный самолет земли, первое, что вы заметите, это шум двигатели. Реактивные двигатели, представляющие собой длинные металлические трубы, непрерывно горящие. поток топлива и воздуха, намного шумнее (и намного мощнее), чем традиционные винтовые двигатели.Вы можете подумать, что двигатели — это ключ к самолет летит, но вы ошибаетесь. Вещи могут летать довольно счастливо без двигателей, как планеры (самолеты без двигателей), бумажные самолетики, и действительно, летающие птицы охотно показывают нам.

На фото: на самолет в полете действуют четыре силы. Когда самолет летит горизонтально с постоянной скоростью, подъемная сила крыльев точно уравновешивает вес самолета, а тяга точно уравновешивает сопротивление. Однако во время взлета или когда самолет пытается подняться в небо (как показано здесь), тяга двигателей, толкающих самолет вперед, превышает сопротивление (сопротивление воздуха), тянущее его назад.Это создает подъемную силу, превышающую вес самолета, которая поднимает самолет выше в небо. Фото Натанаэля Каллона любезно предоставлено ВВС США.

Если вы пытаетесь понять, как летают самолеты, вам нужно ясно о разнице между двигателями и крыльями и они делают разные работы. Двигатели самолета предназначены для его движения. вперед на большой скорости. Это заставляет воздух быстро течь над крыльями, которые отбрасывают воздух вниз к земле, создавая восходящую силу, называемую подъемной силой, которая преодолевает сопротивление самолета. вес и держит его в небе.Так что двигатели двигают самолет вперед, в то время как крылья перемещают его вверх.

Фото: Третий закон движения Ньютона объясняет, как двигатели и крылья работают вместе, заставляя самолет двигаться по небу. Сила горячего выхлопного газа, вылетающего назад от реактивного двигателя, толкает самолет вперед. Это создает движущийся поток воздуха над крыльями. Крылья заставляют воздух опускаться, и это толкает самолет вверх. Фото Сэмюэля Роджерса (с добавлением аннотаций Expainthatstuff.com) любезно предоставлено ВВС США. Подробнее о том, как работают двигатели, читайте в нашей подробной статье о реактивных двигателях.

Как крылья создают подъемную силу?

Одним предложением крылья создают подъемную силу, изменяя направление и давление воздуха, который врезается в них, когда двигатели стреляют в них по небу.

Перепад давления

Хорошо, крылья — это ключ к тому, чтобы что-то летало, но как они работают? Крылья большинства самолетов имеют изогнутую верхнюю поверхность и более плоскую нижнюю поверхность, что делает форма поперечного сечения, называемая аэродинамическим профилем (или аэродинамическим профилем, если вы британцы):


Фото: крыло с аэродинамическим профилем обычно имеет изогнутую верхнюю поверхность и плоскую нижнюю поверхность.Это крыло самолета НАСА «Центурион», работающего на солнечной энергии. Фото Тома Чиды любезно предоставлено Центром летных исследований Армстронга НАСА.

Во многих научных книгах и на веб-страницах вы найдете неверное объяснение того, как такой аэродинамический профиль создает подъемную силу. Это выглядит следующим образом: когда воздух движется по изогнутой верхней поверхности крыла, он должен пройти на дальше, на , чем воздух, который проходит под ним, поэтому он должен лететь на быстрее (чтобы преодолеть большее расстояние за то же время). Согласно принципу аэродинамики, названному Бернулли По закону, быстро движущийся воздух имеет более низкое давление, чем медленно движущийся воздух, поэтому давление над крылом ниже, чем давление под ним, и это создает подъемную силу, которая приводит самолет в движение вверх.

Хотя это объяснение того, как работают крылья, часто повторяется, оно неверно: оно дает правильный ответ, но по совершенно неправильным причинам! Подумайте об этом на мгновение, и вы увидите, что если бы это было правдой, акробатические самолеты не могли бы летать вверх ногами. Переворачивание самолета вызовет «опускание вниз», и он упадет на землю. Более того, вполне возможно спроектировать самолеты с аэродинамическими профилями, которые являются симметричными (смотрящими прямо вниз по крылу), и при этом они по-прежнему создают подъемную силу.Например, бумажные самолетики (и сделанные из тонкого бальзового дерева) создают подъемную силу, даже если у них плоские крылья.

« Популярное объяснение понятия» лифт «- обычное, быстрое, звучит логично и дает правильный ответ, но также вводит неправильные представления, использует бессмысленную физический аргумент и вводит в заблуждение уравнение Бернулли ».

Профессор Хольгер Бабинский, Кембриджский университет

Но стандартное объяснение подъемной силы проблематично и по другой важной причине: воздух, стреляющий над крылом, не должен идти в ногу с воздухом, идущим под ним, и ничто не говорит о том, что он должен преодолевать большее расстояние за одно и то же время.Представьте себе две молекулы воздуха, которые попадают в переднюю часть крыла и разделяются так, что одна взлетает вверх, а другая свистит прямо под днищем. Нет причин, по которым эти две молекулы должны прибыть в заднюю часть крыла в одно и то же время: вместо этого они могут встретиться с другими молекулами воздуха. Этот недостаток в стандартном объяснении аэродинамического профиля получил техническое название «теория равного прохождения». Это просто причудливое название (неправильной) идеи о том, что воздушный поток разделяется на переднюю часть профиля и снова аккуратно встречается сзади.

Как аэродинамические крылья создают подъемную силу №1: аэродинамический профиль разделяет входящий воздух, снижает давление верхнего воздушного потока и ускоряет оба воздушных потока вниз. Когда воздух ускоряется вниз, крыло (и самолет) движутся вверх. Чем больше аэродинамический профиль отклоняет путь встречного воздуха, тем большую подъемную силу он создает.

Так каково настоящее объяснение? Когда изогнутое крыло с аэродинамическим профилем летит по небу, оно отклоняет воздух и изменяет давление воздуха над и под ним.Это интуитивно очевидно. Подумайте, каково это, когда вы медленно идете через бассейн и чувствуете силу воды, толкающей ваше тело: ваше тело отвлекает поток воды, когда он проталкивается через него, и крыло с аэродинамическим профилем делает то же самое (гораздо более драматично — потому что это то, для чего оно предназначено). Когда самолет летит вперед, изогнутая верхняя часть крыла снижает давление воздуха прямо над ним, поэтому он движется вверх.

Почему это происходит? Когда воздух течет по изогнутой верхней поверхности, его естественный наклон должен двигаться по прямой линии, но изгиб крыла тянет его назад и вниз.По этой причине воздух эффективно растягивается в больший объем — такое же количество молекул воздуха вынуждено занимать больше места — и это то, что снижает его давление. По совершенно противоположной причине давление воздуха под крылом увеличивается: продвигающееся крыло сжимает молекулы воздуха перед собой в меньшее пространство. Разница в давлении воздуха между верхней и нижней поверхностями вызывает большую разницу в скорости воздуха (а не наоборот, как в традиционной теории крыла).Разница в скорости (наблюдаемая в реальных экспериментах в аэродинамической трубе) намного больше, чем можно было бы предсказать из простой теории (равнопроходной). Таким образом, если две наши молекулы воздуха разделяются спереди, одна, проходящая через верх, попадает в хвостовую часть крыла намного быстрее, чем та, которая проходит под нижней частью. Независимо от того, когда они прибудут, обе эти молекулы будут ускоряться вниз — и это помогает создать подъемную силу во втором важном направлении.

Рекламные ссылки

Промывка вниз

Если вы когда-либо стояли возле вертолета, вы точно знаете, как он остается в небе: он создает огромный поток воздуха, который уравновешивает его вес.Винты вертолетов очень похожи на профили самолетов, но вращаются по кругу, а не движутся вперед по прямой, как в самолетах. Но даже в этом случае самолеты создают поток воды точно так же, как вертолеты — просто мы этого не замечаем. Промывка вниз не так очевидна, но так же важна, как и с измельчителем.

Этот второй аспект создания подъемной силы намного легче понять, чем разницу давления, по крайней мере, для физика: согласно третьему закону движения Исаака Ньютона, если воздух создает восходящую силу к самолету, самолет должен давать (равный и противоположный) нисходящий сила в воздух.Таким образом, самолет также создает подъемную силу, используя свои крылья, чтобы толкать воздух за собой вниз. Это происходит потому, что крылья не совсем горизонтальны, как вы могли предположить, а очень немного наклонены назад. таким образом они попали в воздух под углом атаки. Наклонные крылья толкают вниз как ускоренный воздушный поток (сверху над ними), так и более медленно движущийся воздушный поток (снизу), и это создает подъемную силу. Поскольку изогнутая верхняя часть аэродинамического профиля отклоняет (толкает вниз) больше воздуха, чем более прямая нижняя часть (другими словами, значительно изменяет траекторию входящего воздуха), она создает значительно большую подъемную силу.

Как крылья с аэродинамическим профилем создают подъемную силу №2: Изогнутая форма крыла создает область низкого давления над ним (красный цвет), которая создает подъемную силу. Низкое давление заставляет воздух ускоряться над крылом, а изогнутая форма крыла (и более высокое давление воздуха значительно выше измененного воздушного потока) вынуждает этот воздух создавать мощный поток вниз, также толкая самолет вверх. На этой анимации показано, как разные углы атаки (угол между крылом и набегающим воздухом) изменяют область низкого давления над крылом и подъемную силу, которую оно создает.Когда крыло плоское, его изогнутая верхняя поверхность создает умеренную область низкого давления и умеренную подъемную силу (красный). По мере увеличения угла атаки подъемная сила также резко увеличивается — до такой степени, что увеличение сопротивления приводит к срыву самолета (см. Ниже). Если мы наклоним крыло вниз, мы создадим более низкое давление под ним, и самолет упадет. Основан на учебном фильме 1941 года «Аэродинамика», общественном достоянии военного ведомства.

Вам может быть интересно, почему воздух вообще стекает за крыло?Почему, например, он не ударяется о переднюю часть крыла, не изгибается сверху, а затем не продолжает двигаться в горизонтальном направлении? Почему используется обратная промывка, а не просто горизонтальная «обратная промывка»? Вернемся к нашему предыдущему обсуждению давления: крыло снижает давление воздуха непосредственно над ним. Выше, намного выше самолета, воздух все еще находится с нормальным давлением, которое выше, чем давление воздуха непосредственно над крылом. Таким образом, воздух с нормальным давлением над крылом толкает воздух с более низким давлением непосредственно над ним, эффективно «разбрызгивая» воздух вниз и за крыло при обратной промывке.Другими словами, перепад давления, создаваемый крылом, и поток воздуха позади него — это не две отдельные вещи, а неотъемлемая часть одного и того же эффекта: крыло с наклонным аэродинамическим профилем создает перепад давления, который вызывает обратный поток, и это производит поднимать.

Теперь мы видим, что крылья — это устройства, предназначенные для выталкивания воздуха вниз. Легко понять, почему самолеты с плоскими или симметричными крыльями (или перевернутые каскадерские самолеты) все еще могут безопасно летать. Пока крылья создают нисходящий поток воздуха, самолет будет испытывать равную и противоположную силу — подъемную силу — которая будет удерживать его в воздухе.Другими словами, перевернутый пилот создает определенный угол атаки, который создает достаточно низкое давление над крылом, чтобы удерживать самолет в воздухе.

Сколько подъемника вы можете сделать?

Как правило, воздух, проходящий через верх и низ крыла, очень точно следует изгибу поверхностей крыла — точно так же, как вы могли бы проследить за ним, если бы рисовали его контур ручкой. Но по мере увеличения угла атаки плавный воздушный поток за крылом начинает разрушаться и становится более турбулентным, что снижает подъемную силу.При определенном угле (обычно около 15 °, хотя он может быть разным) воздух больше не течет плавно вокруг крыла. Сильно увеличилось лобовое сопротивление, сильно уменьшилась подъемная сила, и говорят, что у самолета сваливается с места, . Это немного сбивающий с толку термин, потому что двигатели продолжают работать, а самолет продолжает лететь; срыв просто означает потерю подъемной силы.

Фото: Как самолет сваливается: вот крыло аэродинамической трубы, обращенное к набегающему воздуху под крутым углом атаки.Вы можете видеть линии наполненного дымом воздуха, приближающиеся справа и отклоняющиеся от крыла по мере их движения влево. Обычно линии воздушного потока очень точно повторяют форму (профиль) крыла. Здесь из-за большого угла атаки воздушный поток разделился за крылом, а турбулентность и сопротивление значительно увеличились. У летящего таким образом самолета произойдет внезапная потеря подъемной силы, которую мы называем «сваливанием». Фото любезно предоставлено Исследовательским центром НАСА в Лэнгли.

Самолеты могут летать без крыльев аэродинамической формы; вы узнаете это, если когда-либо делали бумажный самолетик — и это было доказано 17 декабря 1903 года братьями Райт.В их оригинальном патенте «Летающая машина» (патент США № 821393) ясно, что слегка наклоненные крылья (которые они называли «самолетами») являются ключевыми частями их изобретения. Их «самолетики» были просто кусками ткани, натянутыми на деревянный каркас; у них не было профиль крыловой (aerofoil). Райт понял, что угол атаки имеет решающее значение: «В летательных аппаратах, характерных для данного изобретения, устройство поддерживается в воздухе из-за контакта между воздухом и нижней поверхностью одного или нескольких самолетов, контакт -поверхность представлена ​​под небольшим углом падения к воздуху.»[Курсив добавлен]. Хотя Райт были блестящими учеными-экспериментаторами, важно помнить, что им не хватало наших современных знаний в области аэродинамики и полного понимания того, как именно работают крылья.

Неудивительно, что чем больше крылья, тем большую подъемную силу они создают: удвоение площади крыла (это плоская область, которую вы видите, глядя сверху), удваивает и подъемную силу, и сопротивление, которое оно создает. Вот почему гигантские самолеты (такие как C-17 Globemaster в нашем верхнее фото) имеют гигантские крылья.Но маленькие крылья также могут создавать большую подъемную силу, если они двигаются достаточно быстро. Чтобы создать дополнительную подъемную силу при взлете, у самолетов есть закрылки на крыльях, которые они могут выдвигать, чтобы опустить больше воздуха. Подъемная сила и сопротивление изменяются в зависимости от квадрата вашей скорости, поэтому, если самолет летит вдвое быстрее по отношению к набегающему воздуху, его крылья производят в четыре раза больше подъемной силы (и сопротивления). Вертолеты создают огромную подъемную силу, очень быстро вращая лопасти винта (по сути, тонкие крылья, вращающиеся по кругу).

Крыловые вихри

Теперь самолет не сбрасывает воздух за собой совершенно чисто. (Вы можете, например, представить, как кто-то выталкивает большой ящик с воздухом из задней двери военного транспортера, так что он падает прямо вниз. Но это не совсем так!) Каждое крыло фактически отправляет воздух вниз, создавая вращающийся вихрь (своего рода мини-торнадо) сразу за ним. Это немного похоже на то, когда вы стоите на платформе на железнодорожной станции, и скоростной поезд мчится мимо, не останавливаясь, оставляя за собой то, что кажется огромным всасывающим вакуумом.В случае с самолетом вихрь имеет довольно сложную форму, и большая его часть движется вниз, но не все. Огромный поток воздуха движется вниз по центру, но некоторое количество воздуха на самом деле закручивается вверх по обе стороны от законцовок крыльев, уменьшая подъемную силу.


Фото: законы Ньютона заставляют самолеты летать: самолет создает восходящую силу (подъемную силу), толкая воздух вниз к земле. Как видно на этих фотографиях, воздух движется вниз не аккуратным потоком, а вихрем. Помимо прочего, вихрь влияет на то, насколько близко один самолет может лететь позади другого, и это особенно важно вблизи аэропортов, где постоянно движется множество самолетов, создавая сложные модели турбулентности в воздухе.Слева: цветной дым показывает вихри на крыльях реального самолета. Дым в центре движется вниз, но поднимается за концы крыльев. Справа: как вихрь появляется снизу. Белый дым показывает тот же эффект в меньшем масштабе при испытании в аэродинамической трубе. Обе фотографии любезно предоставлено Исследовательским центром НАСА в Лэнгли.

Как управляют самолеты?

Что такое рулевое управление?

Управлять чем угодно — от скейтборда или велосипеда до автомобиля. или гигантский реактивный самолет — означает, что вы меняете направление, в котором он движется.С научной точки зрения, изменение чего-то направление движения означает, что вы изменяете его скорость , то есть скорость, которую он имеет в определенном направлении. Четный если он движется с той же скоростью, если вы меняете направление движения, вы меняете скорость. Что-то менять Скорость (включая направление движения) означает, что вы ускоряете его . Опять же, не имеет значения, останется ли скорость то же самое: изменение направления всегда означает изменение скорости и ускорения.Законы движения Ньютона говорят нам, что вы можете ускорить что-либо (изменить его скорость или направление движения) только с помощью силы — другими словами, как-то толкать или тянуть. Короче говоря, если вы хотите управлять чем-то, вам нужно приложить силу к Это.

Фото: Управление самолетом С-17 по крутому крену. Фото Рассела Э. Кули IV любезно предоставлено ВВС США.

Другой способ взглянуть на рулевое управление — подумать о нем как о том, чтобы что-то перестало двигаться по прямой и начало двигаться по кругу.Это означает, что вы должны дать ему то, что называется центростремительная сила. Вещи, которые движутся по кругу (или рулевого управления по кривой, которая является частью круга) всегда есть что-то, что действует на них, чтобы дать им центростремительную силу. Если вы ведете автомобиль на повороте, центростремительная сила создается за счет трения между четырьмя шинами и дорогой. Если вы едете по кривой на скорости, часть вашей центростремительной силы исходит от шин, а часть — от наклоняясь в поворот. Если вы катаетесь на скейтборде, вы можете наклонить деку и наклониться, чтобы ваш вес помогал центростремительная сила.В каждом случае вы двигаетесь по кругу, потому что что-то обеспечивает центростремительную силу, которая тянет вас. путь от прямой до кривой.

Теоретически рулевое управление

Если вы находитесь в самолете, очевидно, что вы не контактируете с землей, так откуда берется центростремительная сила? чтобы помочь тебе держаться по кругу? Точно так же, как велосипедист, наклоняющийся в поворот, самолет «наклоняется» в поворот. Рулевое управление включает крен , где самолет наклоняется в одну сторону, и одно крыло опускается ниже, чем другое.Самолет общий подъемник наклонен под углом, и, хотя большая часть подъемника по-прежнему направлена ​​вверх, некоторые теперь действуют вбок. Это боком Часть подъемника обеспечивает центростремительную силу, которая заставляет самолет двигаться по кругу. Поскольку там меньше лифта действуя вверх, вес самолета меньше уравновешивается. Вот почему поворот самолета по кругу сделает он теряет подъемную силу и высоту (высоту), если пилот не делает что-то еще для компенсации, например, использует лифты (поверхности управления полетом в задней части самолета), чтобы увеличить угол атаки и, следовательно, снова поднять подъемную силу.

Иллюстрация: Когда самолет кренится, подъемная сила, создаваемая его крыльями, наклоняется под углом. Большая часть подъемной силы по-прежнему действует вверх, но некоторые наклоняются в одну сторону, обеспечивая центростремительную силу, которая заставляет самолет вращаться по кругу. Чем круче угол крена, тем больше подъемная сила наклонена в сторону, тем меньше силы, направленной вверх, чтобы уравновесить вес, и тем больше потеря высоты (если пилот не компенсирует).

Рулевое управление на практике

В кабине есть рулевое управление, но это единственное, что у самолета общего с автомобилем.Как вы управляете тем, что летит по воздуху на высокой скорости? Простой! Вы заставляете воздушный поток проходить мимо крыльев с каждой стороны по-разному. Самолеты перемещаются вверх и вниз, поворачиваются из стороны в сторону и останавливаются комплексом Набор подвижных закрылков под названием , рулевые поверхности на передней и задней кромках крыльев и оперения. Их называют элеронами, рулями высоты, рулями направления, интерцепторами и воздушными тормозами.

Фото: На C-17 Globemaster более 20 поверхностей управления.При взгляде сверху они включают в себя: четыре руля высоты (внутренний и внешний), два руля направления (верхний и нижний), и два стабилизатора на хвосте; плюс восемь интерцепторов, четыре закрылка и два элерона на крыльях. Фото Тиффани А. Эмери любезно предоставлено ВВС США с аннотацией, предоставленной Expainthatstuff.com.

Полет на самолете очень сложен, и я не пишу здесь руководство для пилота: это всего лишь очень базовое введение в науку о силах и движении применительно к самолетам. Для простого обзора всех различных элементов управления плоскостью и как они работают, взгляните на статью Википедии о управляющих поверхностях.Основное введение НАСА в полет содержит хороший рисунок органы управления кабиной самолета и их использование для управления самолетом. Более подробную информацию вы найдете в официальном FAA. Справочник пилота по аэронавигационным знаниям (Глава 6 посвящена управлению полетом).

Один из способов понять управляющие поверхности — построить себе бумажный самолетик и поэкспериментировать. Первый, Постройте себе простой бумажный самолетик и убедитесь, что он летит по прямой. Затем отрежьте или разорвите заднюю часть крыльев, чтобы элероны.Наклоните их вверх и вниз и посмотрите, какой эффект они занимают разные должности. Наклоните один вверх, а другой вниз и посмотрите, какая разница. Затем попробуйте сделать новый самолет с одним крылом больше другого (или тяжелее, добавив скрепки). Способ заставить бумажный самолетик поворачиваться — это заставить одно крыло генерировать большую подъемную силу, чем другое, — и вы можете сделать это разными способами!

Другие части самолета

Фото: Братья Райт очень научились летать, тщательно проверяя все особенности своих самолетов.Здесь они изображены во время одного из их первых полетов с двигателем 17 декабря 1903 года. Предоставлено NASA / Internet Archive.

Вот некоторые другие ключевые части самолетов:

  • Топливные баки : Вам нужно топливо, чтобы привести в действие самолет — много. An Airbus A380 вмещает более 310 000 литров (82 000 галлонов США) топлива, что примерно в 7000 раз больше, чем у обычного автомобиля! Топливо надежно упакован в огромные крылья самолета.
  • Шасси : Самолеты взлетают и приземляются на прочные колеса и шины, которые быстро убираются в шасси (самолет днище) с помощью гидроцилиндров для уменьшения лобового сопротивления (сопротивления воздуха) при они в небе.
  • Радио и радар : братьям Райт пришлось летать на своих новаторский самолет Китти Хок полностью на виду. Это не имело значения потому что он пролетел у земли, пробыл в воздухе всего 12 секунд, и не было другие самолеты, о которых нужно беспокоиться! В наши дни небеса заполнены самолеты, которые летают днем, ночью и в любую погоду. Для навигации необходимы радио, радары и спутниковые системы.
  • Герметичные кабины : давление воздуха падает с высотой над поверхностью Земли — поэтому альпинистам необходимо использовать кислород цилиндры для достижения большой высоты.Вершина Эвереста — это чуть менее 9 км (5,5 миль) над уровнем моря, но реактивные самолеты обычно летали на больших высотах, и военные самолеты летали почти в три раза выше! Вот почему у пассажирских самолетов есть герметичные кабины: те, в которые постоянно нагнетается нагретый воздух чтобы люди могли нормально дышать. Военные летчики избегают проблемы, ношение масок и герметичных костюмов.

Благодарности

Я очень благодарен Стиву Носковичу за неоценимую помощь в уточнении и улучшении моего объяснения о том, как крылья создают подъемную силу.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

  • Руководство по аэронавтике для новичков: отличное введение в науку о полете (особенно для студентов) от Исследовательского центра NASA Glenn Research Center. Охватывает, как работают самолеты и двигатели, аэродинамические трубы, гиперзвук, аэродинамику, воздушные змеи и модели ракет.
  • Документы Уилбура и Орвилла Райтов в Библиотеке Конгресса: довольно много интересных статей и фотографий Райтов доступны в Интернете.
  • Летающая машина: оригинальный патент братьев Райт (подан 22 марта 1903 г. и выдан 22 мая 1906 г.) стоит прочитать, потому что он дает представление о полете собственными словами изобретателей. Поскольку в этом патенте описывается машина без двигателя, легко понять решающую важность крыльев в «летательной машине» — то, что мы склонны упускать из виду в эпоху реактивных двигателей!
  • Справочник пилотов по аэронавигационным знаниям: Министерство транспорта США / FAA, 2016. К сожалению, даже в этом официальном руководстве приводится неверное объяснение подъемной силы Бернулли / равнопроходного транспорта.

Книги

Для читателей постарше
Для младших читателей
  • Летная школа: Как управлять самолетом шаг за шагом, Ник Барнард. Thames and Hudon, 2012. Хорошо иллюстрированный 48-страничный обзор для детей 8–12 лет.
  • Свидетель: Полет Эндрю Нахума. Дорлинг Киндерсли, 2011. Наглядное руководство по истории и технологиям, лежащим в основе самолетов и других летательных аппаратов.
  • Воздушные и космические путешествия Криса Вудфорда. Факты в файле, 2004. Это одна из моих собственных книг, в которой рассказывается об истории полетов на воздушных шарах, самолетах и ​​космических ракетах.Подходит для детей от 10 до взрослых.

Статьи

  • [PDF] Как работают крылья? профессора Хольгера Бабинского. Physics Education, Volume 38, Number 6, 2003. Более подробное объяснение того, почему традиционное объяснение Бернулли подъемной силы неверно, и альтернативное объяснение того, как на самом деле работают крылья.

Видео

  • Воздушный поток через крыло и Как работают крылья: эти короткие научные фильмы Хольгера Бабинского показывают движение воздуха по аэродинамическому профилю (аэродинамическому профилю) при изменении угла атаки и доказывают, что классическое простое объяснение Бернулли, основанное на равном времени прохождения, неверно.
  • Как на самом деле работают крылья ?: Краткое изложение проекта Bloodhound SSC охватывает почти те же вопросы, что и моя статья, но всего за полторы минуты!
  • Как летают самолеты: длинное (18,5 минут) видео 1968 года от Федерального управления гражданской авиации, которое объясняет пилотам основы полета.
  • Аэродинамика: Этот старый и крутой учебный фильм военного министерства США 1941 года объясняет теорию аэродинамических поверхностей и то, как они создают разную подъемную силу при изменении угла атаки.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2009, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2009/2020) Самолеты. Получено с https://www.explainthatstuff.com/howplaneswork.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Как летают самолеты и самолеты

См. Вашу рекламу
Как работают самолеты

Самолеты летают, когда движение воздуха поперек их крыльев создает восходящую силу на крылья (и, следовательно, на остальную часть самолета), превышающую силу тяжести, тянущую самолет к земле.Физика, лежащая в основе этого явления, была впервые описана Даниэлем Бернулли, швейцарским математиком и ученым 18 века, изучавшим движение жидкостей. Бернулли обнаружил, что давление движущейся жидкости обратно пропорционально скорости жидкости. Другими словами, давление жидкости уменьшается с увеличением скорости жидкости, и наоборот.

Принцип Бернулли

Самолеты летают, когда движение воздуха поперек их крыльев создает восходящую силу на крылья (и, следовательно, на остальную часть самолета), которая больше, чем сила тяжести, тянущая самолет к Земля.

Физика этого явления была впервые описана Даниэлем Бернулли, швейцарским математиком и ученым 18 века, изучавшим движение жидкостей. Бернулли обнаружил, что Давление движущейся жидкости обратно пропорционально скорости жидкости. Другими словами, давление жидкости уменьшается с увеличением скорости жидкости, и наоборот.

Тот же принцип применяется к движущемуся воздуху. Чем быстрее воздух движется через пространство, тем ниже давление воздуха; чем медленнее он движется, тем выше давление.Крылья самолета рассчитаны на Преимущество этого факта и создание подъемной силы, необходимой для преодоления веса самолета и отрыва самолета от земли. Нижняя сторона крыльев более или менее плоская, а вершина изогнутая. Кроме того, крылья наклонены. немного вниз спереди назад, поэтому воздух, движущийся вокруг крыла, проходит более длинный путь через верх, чем под ним. Воздух, идущий над крылом, движется быстрее, чем воздух, идущий под ним, и давление воздуха над крылом таким образом, он ниже, чем под крылом, где собираются вместе более медленно движущиеся молекулы воздуха.Перепад давления создает подъемную силу, и чем быстрее крыло движется по воздуху, тем больше становится подъемная сила, в конечном итоге преодолевая силу. силы тяжести на самолет.

Фазы полета
Подавление назад и выруливание

Этот первый этап полета, после того как все двери были закрыты, включает перемещение самолета от взлетно-посадочной полосы терминала и вдоль рулежных дорожек к взлетно-посадочной полосе. Моторизованный автомобиль под названием иногда буксир используется, чтобы отодвинуть самолет от ворот.В некоторых аэропортах определенным самолетам разрешено использовать обратную тягу. Это означает, что после запуска двигателя на воротах реверсоры тяги используются буквально для поддержки самолета. подальше от ворот. Затем самолет движется своим ходом по рулежным дорожкам. Поскольку самолеты предназначены в первую очередь для полетов и не являются наземными транспортными средствами, их руление осуществляется на очень низких скоростях. Отталкивание происходит только тогда, когда пилот разрешение на это от службы управления воздушным движением, которая отслеживает все движения самолетов во время руления.

Взлет и набор высоты

Когда готов к взлету и получает разрешение от службы управления воздушным движением продолжить движение, пилот или первый помощник воздушного судна отпускает тормоза и перемещает дроссельную заслонку, чтобы увеличить мощность двигателя для ускорения. вниз по взлетно-посадочной полосе. После выравнивания на взлетно-посадочной полосе управление самолетом обычно осуществляется с помощью ножных педалей, которые манипулируют носовым колесом до тех пор, пока скорость не станет достаточной, чтобы ветер, несущийся рулем направления на хвосте самолета, заставлял рулевое колесо носа ненужное.

По мере того, как самолет набирает скорость, воздух все быстрее и быстрее проходит над его крыльями, и создается подъемная сила. Приборы на борту самолета показывают эту скорость, которая равна не только скорости самолета. относительно земли, но также и скорость любого ветра, который может дуть в сторону самолета (самолет обычно взлетает навстречу ветру). Когда воздушная скорость достигает определенной заданной точки, известной как скорость вращения, пилот манипулирует панели на хвостовой части самолета для поворота носовой части самолета вверх.Это создает еще более сильную подъемную силу, и самолет отрывается от земли.

Скорость вращения, сокращенно VR, является одним из трех важных параметров воздушной скорости, рассчитываемых перед каждым полетом. Остальные — V1 — скорость, выше которой безопасная остановка на взлетно-посадочной полосе невозможна; и V2 — минимальная скорость, необходимая для удержания самолета в полете в случае отказа двигателя после того, как самолет превысит скорость V1. Некоторые из факторов, влияющих на VR и V2, — это вес самолета, температура воздуха и высота аэропорта.В Чем тяжелее самолет, тем больше подъемная сила и, следовательно, требуется скорость, чтобы оторвать его от земли. Самолету также нужно лететь быстрее, чтобы лететь в жаркий день, чем в прохладный. Горячий воздух менее плотный, чем холодный, и меньшая плотность создает меньшую подъемную силу для такая же скорость. Точно так же, чем выше высота, тем менее плотный воздух. Самолету требуется больше скорости, чтобы оторваться от земли в таком месте, как Денвер, чем в таком месте, как Нью-Йорк, при всех прочих факторах, таких как вес, равны. Некоторые из этих факторов также важны при расчете V1, хотя ключевым фактором является длина используемой взлетно-посадочной полосы.

Большинство больших реактивных самолетов отрываются от земли со скоростью около 160 миль в час и первоначально набирают высоту под углом более 15 градусов. Угол наклона крыльев самолета к обтекаемому воздуху чрезвычайно важен. для поддержания лифта. Если так называемый угол атаки слишком велик, поток воздуха вокруг крыльев нарушается, и самолет теряет подъемную силу.

Чтобы сделать самолет более аэродинамически эффективным, колеса, по которым он катится, когда он находится на земле, убираются в полость в брюхе самолета после того, как он находится в воздухе.Там имеет меньшее лобовое сопротивление (сопротивление ветру), и самолет может летать быстрее, когда его шасси убрано.

Круиз

Как только самолет находится в воздухе, он продолжает набирать высоту до тех пор, пока не достигнет крейсерской высоты, которая определяется пилотом и должна быть одобрена авиадиспетчерской службой. На данный момент мощность снижается от настройки, необходимой для набора высоты, и самолет поддерживает постоянную горизонтальную высоту. Чтобы лететь ровно, вес самолета и подъемная сила, создаваемая крыльями, точно равны.

Стандартной высоты для крейсерского полета не существует. Как правило, это около 35000 футов, но она может значительно варьироваться в зависимости от продолжительности полета, погодных условий, турбулентности воздуха и местоположения. других самолетов в небе. Крейсерские скорости имеют постоянное число Маха, около 82 процентов скорости звука. Это означает, что скорость земли составляет около 550 миль в час, хотя она также может значительно варьироваться в зависимости от встречного и попутного ветра. и другие факторы.

Во время полета пилоты обычно следуют по обозначенным воздушным трассам или трассам в небе, которые отмечены на полетных картах и ​​определяются их отношением к радионавигационным маякам, сигналы которых подбираются самолетом. Некоторые самолеты также имеют на борту инерциальные навигационные системы, помогающие пилотам ориентироваться. Эти компьютерные системы вычисляют положение самолета от точки отправления, внимательно отслеживая его курс. скорость и другие факторы после того, как он покинет ворота.Некоторые самолеты также могут использовать сигналы группировки спутников для определения своего местоположения. Это известно как Глобальная система позиционирования. Коммерческие самолеты все чаще используй это. GPS позволяет самолету с разрешения службы управления воздушным движением безопасно работать вне заданных воздушных трасс. Эта возможность делает операции более эффективными и увеличивает пропускную способность авиационной системы.

Пилоты управляют и направляют самолет в полете, манипулируя панелями на крыльях и хвосте самолета.Эти управляющие поверхности описаны более подробно далее в этой главе.

Спуск и посадка

На этом этапе полета пилот постепенно возвращает самолет к земле, уменьшая мощность и скорость двигателя, а значит, и силу подъемной силы. Так называемый финальный подход начинается в нескольких милях от аэропорта. К этому моменту служба управления воздушным движением установила последовательность для посадки самолетов, тщательно отделив их от всех других самолетов, направляющихся в тот же аэропорт или вылетающих из него.Шасси опускается, замедляется самолет дальше. Кроме того, панели на задней кромке крыльев самолета, известные как закрылки, используются для увеличения лобового сопротивления и, таким образом, уменьшения скорости и высоты. Используются другие панели, известные как рули высоты, и руль направления (так как они на протяжении всего полета) для управления самолетом и удержания его на курсоре (курс) и глиссаде (глиссаде) непрерывные радиосигналы, по которым летный экипаж будет следовать до конца взлетно-посадочной полосы.

Самолеты авиакомпании обычно движутся со скоростью около 120 миль в час относительно земли, когда они приземляются.Затем летный экипаж быстро замедляет самолет с помощью нескольких действий: обратно на дроссели, подняв еще один набор панелей на верхней части крыльев, называемых спойлерами, которые нарушают воздушный поток и увеличивают сопротивление ветру, реверсируя тягу двигателей и, конечно же, применяя тормоза.

Такси и парковка

Заключительный этап полета — это обратная сторона первого этапа. Самолет на малой скорости своим ходом выезжает на рулежную дорожку, а оттуда — к выходу на посадку.Поскольку большинство ворот оснащены подвижные трапы или крытые пандусы, самолеты обычно припарковываются самостоятельно.

Основные части самолета
Фюзеляж

Это основной корпус самолета, за исключением его хвостового оперения, крыльев и двигателей. Термин происходит от французского слова fusele, что означает конический, потому что фюзеляж имеет форму длинной цилиндр с коническими концами. Он состоит из склепанных между собой алюминиевых секций, а внутри находятся три основные секции: кабина, кабина (которая часто подразделяется на две или три секции с различным расположением сидений. и разные классы обслуживания) и грузовой отсек.

Кабина

Кабина — самая передняя часть фюзеляжа, в ней находятся все инструменты, необходимые для управления самолетом. Кабина экипажа, которую иногда называют кабиной пилота, имеет сиденья для пилота и второй пилот; бортинженер, на некоторых самолетах; и места для одного или двух наблюдателей, которые могут быть от самой авиакомпании или от FAA. Кабина закрыта для пассажиров во время полета и бортпроводников во время взлета и посадки.

Кабина

Кабина — это часть фюзеляжа позади (и ниже в случае двухпалубного Боинга 747) кабины, где авиакомпания перевозит пассажиров, груз или и то, и другое, в случае комбинации перевозчик.В типовой пассажирской кабине есть камбуз для приготовления пищи; туалеты; одно или несколько сидений, туалетов и верхних полок для хранения багажа, верхней одежды и других вещей, переносимых в самолет пассажирами; и несколько дверей наружу, большинство из которых используются только для аварийной эвакуации. Количество выходов определяется количеством посадочных мест. Маленькие самолеты перевозят около 60 пассажиров, более крупные, такие как Boeing 747, могут перевозить более 400 пассажиров.

Грузовой трюм

Это область фюзеляжа под пассажирской палубой, где перевозятся груз и багаж.В основном это нижняя половина цилиндра фюзеляжа. Он находится под давлением вместе с остальной частью фюзеляж и имеет системы обогрева для мест, предназначенных для перевозки живых животных. В самолетах также есть системы вентиляции, которые нагнетают воздух в эти области. Доступ в грузовые отсеки осуществляется через двери в салоне самолета. Доступа из каюты нет.

Крылья

Крылья — это аэродинамический профиль, который создает подъемную силу, необходимую для удержания самолета от земли.Как и фюзеляж, к которому они прикреплены, они сделаны из панелей из алюминиевого сплава, склепанных заклепками. все вместе. Точка крепления — это центр тяжести или точка равновесия летательного аппарата.

Большинство реактивных самолетов имеют стреловидные крылья, то есть крылья наклонены назад к задней части самолета. Стреловидные крылья создают меньшую подъемную силу, чем перпендикулярные крылья, но они более эффективны на высоких скорости, потому что они создают меньшее сопротивление.

Крылья в основном полые внутри, с большими отсеками для топлива.На большинстве самолетов, эксплуатируемых сегодня, крылья также поддерживают двигатели, которые прикреплены к пилонам, подвешенным под крыльями.

Крылья

спроектированы и изготовлены с особым вниманием к форме, контуру, длине, ширине и глубине, и они оснащены множеством различных типов поверхностей управления, которые описаны ниже.

Оперение

Оперение — это хвостовое оперение самолета, состоящее из больших килей, которые проходят как по вертикали, так и по горизонтали от задней части фюзеляжа.Их основная цель — помочь стабилизировать самолет, очень похожий на киль лодки. Кроме того, в них также встроены поверхности управления, которые помогают пилотам управлять самолетом.

Панели управления

Поверхности управления, прикрепленные к крыльям и хвосту самолета, изменяют равновесие прямого и горизонтального полета при движении вверх и вниз или влево и вправо. Они управляются из элементов управления в кабина. В некоторых самолетах гидравлические линии соединяют органы управления кабиной с этими различными внешними панелями.В других случаях связь электронная.

Руль — это большая панель, прикрепленная к задней кромке вертикального стабилизатора самолета в задней части самолета. Он используется для управления рысканием, то есть движением носа влево или вправо. Руль направления используется в основном во время взлета и посадки, чтобы удерживать нос самолета на средней линии взлетно-посадочной полосы. Он управляется ножными педалями в кабине. Реактивные самолеты также имеют автоматические демпферы рыскания, которые работают постоянно, для комфортной езды.

Руль высоты — это панели, прикрепленные к задней кромке двух горизонтальных стабилизаторов самолета, а также часть хвостового оперения или оперения. Лифты контролируют тангаж самолета, то есть движение носа вверх или вниз. Они используются во время полета и управляются путем вытягивания или нажатия на штурвал управления или контроллер боковой ручки в кабине.

Элероны — это панели, встроенные в заднюю кромку крыльев. Как и лифты, они используются во время полета для управления самолетом и управляются поворотом штурвала или боковой ручки управления. контроллер в кабине слева или справа.Эти рулевые движения отклоняют элероны вверх или вниз, что, в свою очередь, влияет на относительную подъемную силу крыльев. Отклоненный вниз элерон увеличивает подъемную силу крыла, к которому он прикреплен, в то время как элерон отклоняется вверх, уменьшает подъемную силу своего крыла. Таким образом, если пилот отклонит вниз элерон на левом крыле самолета и отклонит вверх элерон на правом крыле, самолет будет катиться или крениться вправо. Спойлеры — это панели, встроенные в верхние поверхности крыльев, и в основном они используются во время приземления, чтобы нарушить подъемную силу крыльев и, таким образом, удерживать самолет в твердой посадке на земле после того, как он приземлится.Их также можно использовать во время полета. чтобы ускорить спуск.

Другими основными рулевыми поверхностями являются закрылки и предкрылки, которые в основном предназначены для увеличения подъемной силы крыльев на малых скоростях, используемых во время взлета и посадки. Закрылки устанавливаются на задняя кромка крыльев, ламели по передней кромке. В выдвинутом состоянии они увеличивают подъемную силу, поскольку увеличивают площадь крыльев и подчеркивают изгиб крыльев. Закрылки также обычно открываются на конечном этапе захода на посадку. для увеличения подъемной силы, что обеспечивает управляемость и устойчивость на низких скоростях.Настройки закрылков и предкрылков контролируются пилотами, хотя иногда предусмотрены системы автоматического выдвижения / втягивания для защиты полета и целостности конструкции.

Шасси шасси

Шасси — это шасси, которое поддерживает самолет, когда он находится на земле, и состоит из колес, шин, тормозов, амортизаторов, осей и других опорных конструкций. Практически все У реактивного самолета есть носовое колесо с двумя шинами, а также два или более узлов основного шасси с 16 шинами.Шасси обычно поднимается и опускается гидравлически и полностью помещается в нижней части фюзеляжа в убранном состоянии. Самолет шины заполнены азотом, а не воздухом, потому что азот не расширяется и не сжимается так сильно, как воздух при резких перепадах температуры, что снижает вероятность разрыва шины.

Двигатели

Точное количество двигателей на самолете определяется требованиями к мощности и характеристикам самолета. Большинство реактивных самолетов имеют два, три или четыре двигателя, в зависимости от размера самолета.Некоторые имеют двигатели, прикрепленные к задней части фюзеляжа. У многих они установлены на пилонах, свисающих под крыльями. Некоторые из них имеют комбинацию того и другого, с двигателем под каждым крылом и одним на верхней части фюзеляжа в задней части самолета.

Мощность, производимая двигателями, контролируется пилотами прямо или косвенно через компьютеризированные средства управления. Все большие авиалайнеры рассчитаны на безопасные полеты с меньшим числом двигателей. Другими словами, оставшийся двигатель или двигатели обладают достаточной мощностью, чтобы поддерживать самолет в воздухе.

Реактивный двигатель

Как упоминалось выше, для перемещения самолета по воздуху и создания достаточной подъемной силы для полета требуется какая-то движущая сила. Самыми ранними формами силовой установки были простые бензиновые двигатели. что получились пропеллеры. Большинство современных авиалайнеров оснащено реактивными двигателями, которые более мощные, механически более простые и надежные, чем поршневые. Реактивные двигатели впервые поступили на коммерческую службу в конце 1950-х годов и находились в широкое распространение к середине 1960-х гг.

Реактивный двигатель забирает воздух спереди, сжимает его на все меньшие и меньшие пространства, протягивая его через ряд лопастей компрессора. Затем топливо добавляется в горячий сжатый воздух и воспламеняется. смесь в камере сгорания. Это вызывает взрыв чрезвычайно горячих газов в задней части двигателя и создает силу, известную как тяга, которая толкает двигатель (и, следовательно, самолет) вперед. Это тот же принцип, что и толкает воздушный шар вперед, когда его надувают воздухом и отпускают.Воздух, выходящий как из воздушного шара, так и из реактивного двигателя, создает перепад давления между передней и задней частью замкнутого пространства, что приводит к движению вперед. Важно отметить, что когда горячие газы вырываются из задней части струи, они вращают колесо, известное как турбина. Турбина соединена центральным валом с лопатками компрессора в передней части двигателя и, таким образом, обеспечивает вращение компрессора, пока двигатель работает. на.

Как и во всех двигателях внутреннего сгорания, мощность увеличивается за счет добавления большего количества топлива в камеру сгорания.Самые мощные на сегодняшний день реактивные двигатели могут создавать тягу более 90 000 фунтов. Выразил другое Кстати, каждый из этих гигантских двигателей может поднять 90 000 фунтов прямо от земли. Поскольку самолет использует свои крылья для вертикального подъема, а двигатели — только для горизонтального движения, эти большие двигатели могут поднимать с земли огромное количество веса наземный и силовой самолет на больших скоростях.

Типы форсунок

Есть три основных типа реактивных двигателей.Турбореактивные двигатели — это двигатели, которые используют только выхлопную тягу для продвижения самолета вперед, как только что было описано.

Турбореактивные двухконтурные или вентиляторные двигатели — это улучшенная версия турбореактивного двигателя. С более крупным вентилятором спереди ТРДД втягивает больше воздуха. Он также отводит часть поступающего воздуха вокруг камеры сгорания. и позже смешивает его с горячими выхлопными газами, выходящими наружу. Это снижает температуру и скорость выхлопа, увеличивает тягу на более низких оборотах и ​​делает двигатель тише.

Третий тип — турбовинтовые, или воздушно-реактивные. Он использует реактивный двигатель для вращения пропеллера. Тяга создается как винтом, так и выхлопными газами самой струи. Турбовинтовые используются на небольшие самолеты малой дальности, такие как те, которые часто используются пригородными и региональными авиакомпаниями. Они эффективны в этих типах операций, но менее эффективны на высоких скоростях и на больших высотах, которыми управляют большие коммерческие самолеты.

История | Дерегулирование | Состав | Экономика | Как они летают | Безопасность | Аэропорты | УВД | Окружающая среда | Глоссарий

Почему летают самолеты?

Почему летают самолеты?

Как любитель авиации вы прочитали много интересных статей об авиации, но знаете ли вы основные принципы полета? Почему летают самолеты? Мы объясним 4 основных силы полета.

На маршевые самолеты действуют 4 основных силы: тяга, сопротивление, сила тяжести и подъемная сила. Если все эти силы уравновешены, самолет остается в воздухе. Каждая из этих сил имеет решающее значение для полета самолета.

Подъемная сила создается, когда крыло с изогнутым аэродинамическим профилем летит по небу, оно отклоняет воздух и изменяет давление воздуха над и под ним. Это интуитивно очевидно. Подумайте, каково это, когда вы медленно идете через бассейн и чувствуете силу воды, толкающей ваше тело: ваше тело отклоняет поток воды, когда она проталкивается через него, и крыло с аэродинамическим профилем делает то же самое (гораздо более резко — потому что это то, для чего он предназначен).Когда самолет летит вперед, изогнутая верхняя часть крыла снижает давление воздуха прямо над ним, поэтому он движется вверх.

Тяга — это сила, которая перемещает самолет в направлении движения. Он создается с помощью пропеллера, реактивного двигателя или ракеты.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

2019 © Все права защищены. Карта сайта