+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 летит самолет физика: Почему летит самолет физика. Готово отписаться от рассылки

0

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.

Самолет с точки зрения физики. Почему летает самолет? детали авиалайнера, от которых зависят летные качества

Самолет относится к летательным аппаратам тяжелее воздуха. Это означает, что для его полета нужны определенные условия, сочетание точно рассчитанных факторов. Полет самолета – это результат действия подъемной силы, которая возникает при движении потоков воздуха навстречу крылу. Оно повернуто под точно рассчитанным углом и имеет аэродинамическую форму, благодаря которой при определенной скорости начинает стремиться вверх, как говорят летчики – “становится на воздух”.

Разгоняют самолет и поддерживают его скорость двигатели. Реактивные толкают самолет вперед за счет сгорания керосина и потока газов, вырывающихся из сопла с большой силой. Винтовые двигатели “тянут” самолет за собой.


Крыло современных самолетов является статичной конструкцией и само по себе не может самостоятельно создавать подъемную силу. Возможность поднять многотонную машину в воздух возникает только после поступательного движения (разгона) летательного аппарата с помощью силовой установки. В этом случае крыло, поставленное под острым углом к направлению воздушного потока, создает различное давление: над железной пластиной оно будет меньше, а снизу изделия – больше. Именно разность давлений приводит к возникновению аэродинамической силы, способствующей набору высоты.

Материалы по теме:

Почему у пассажирских самолетов два или четыре двигателя?

Подъемная сила самолетов состоит из следующих факторов:

  1. Угла атаки
  2. Несимметричного профиля крыла

Наклон металлической пластины (крыла) к воздушному потоку принято называть углом атаки. Обычно при подъеме самолета упомянутое значение не превышает 3-5°, чего достаточно для взлета большинства моделей самолетов. Дело в том, что конструкция крыльев с момента создания первого летательного аппарата претерпела серьезные изменения и сегодня представляет собой несимметричный профиль с более выпуклым верхним листом металла. Нижний лист изделия характеризуется ровной поверхностью для практически беспрепятственного прохождения воздушных потоков.

Схематично процесс образования подъемной силы выглядит так: верхним струйкам воздуха нужно пройти больший путь (из-за выпуклой формы крыла), чем нижним, при этом количество воздуха за пластиной должно остаться одинаковым. В результате верхние струйки будут двигаться быстрее, создавая согласно уравнению Бернулли область пониженного давления. Непосредственно различие в давлении над и под крылом вкупе с работой двигателей помогает самолету набрать требуемую высоту. Следует помнить, что значение угла атаки не должно превышать критической отметки, иначе подъемная сила упадет.

Материалы по теме:

Почему у самолетов раскачиваются крылья?

Крыла и двигателей недостаточно для управляемого, безопасного и комфортного полета. Самолетом нужно управлять, при этом точность управления более всего нужна во время посадки. Летчики называют посадку управляемым падением – скорость самолета снижается так, что он начинает терять высоту. При определенной скорости это падение может быть очень плавным, приводящим к мягкому касанию колесами шасси полосы.

Продолжаем срывать покровы с тайн гражданской авиации. Сегодня развеем страхи авиапассажиров от взлета современного лайнера.

Написать сейчас опус меня сподвиг один из читателей, который прислал ссылки на пару взлетов из аэропорта Курумоч (Самара), снятого любопытными пассажирами из салона самолета.

В данных видео привлекли комментарии. Что ж, вот они:

Комментарии к нему:

И комментарии

Оба случая объединяет один признак — пилоты «сходу пошли на взлет!»

Кошмар ведь, не правда ли?!!

Давайте разберемся!


Пассажиры со стажем наверняка помнят ритуал, повторяющийся практически в каждом взлете советского лайнера — самолет останавливается в начале полосы, затем некоторое время стоит — пилоты дают пассажирам помолиться.. да чего скрывать — они и сами в это время «молились» — так в шутку называют чтение карты контрольных проверок. После чего двигатели резко начинают сильно реветь, самолет — дрожать, пассажиры креститься… пилот отпускает тормоза и неведомая сила начинает вжимать притихших пассажиров в их кресла. Все трясется, полки открываются, у проводников что-то падает…

И вдруг, разумеется совершенно случайно, самолет взлетает. Становится немного тише, можно перевести дух… Но вдруг самолет начинает падать вниз!

В последний момент пилоты как правило «выравнивают лайнер», после этого еще пару раз «выключаются турбины» в наборе высоты, ну а потом все становится обычно. Стюардессы с каменными лицами разносят соки-воды, для тех, кто плохо молился — кислородную маску. А затем начинается главное, ради чего и летают пассажиры — разносят еду.

Ничего не упустил? Вроде такие отзывы о полетах я читал неоднократно на непрофильных форумах.

Давайте разберемся.

Прямо сразу расставим точки над ё по поводу остановки лайнера на полосе перед взлетом. Как все же должны делать пилоты — останавливаться или нет?

Ответ таков — и так и эдак правильно. Современная методика взлета рекомендует НЕ останавливаеться на полосе, если на то нет веских причин. Под такими причинами могут скрываться:

а) Диспетчер пока еще думает — выпускать Вас или подержать еще маленько
б) Полоса имеет ограниченную длину.

По пункту А, думаю, все понятно.

По пункту Б скажу следующее — если ВПП (полоса) действительно очень короткая, а самолет загружен так, чтобы только-только масса проходила для этой длины — в этом случае имеет смысл сэкономить несколько десятков метров и вывести двигатель на повышенный режим, удерживая самолет на тормозах. Или же ВПП просто ну очень непривычно короткая, пусть даже самолет легкий. В этом случае пилот тоже «на всякий случай» так сделает.

Например, мы используем такой взлет в Шамбери. Там ВПП всего два километра, а впереди горы. Хочется как можно быстрее оторваться от земли и умчатся повыше. И обычно масса там приближена к максимально возможно для условий взлета.

В подавляющем большинстве случаев, если диспетчер нам разрешил взлет одновременно с занятием полосы — мы не будем останавливаться. Мы вырулим на осевую линию (причем, возможно, что уже с ускорением), убедимся в устойчивом прямолинейном движении самолета, и после этого «дадим по газам».

Стоп!

А как же «помолиться»? Ведь выше ж написано про некую «карту контрольных проверок!»

На В737 ее принято зачитывать до получения разрешения на занятие полосы. И уж точно до получения разрешения на взлет. Поэтому, когда я получаю разрешение на взлет одновременно с разрешением занять полосу, я уже готов ко взлету, и я совсем не тороплюсь, как это может показаться пассажиру в салоне. У меня уже все готово.


Так зачем же все-таки так делать? Почему бы не постоять?

Очевидные плюсы — увеличение пропускной способности аэропорта. Чем меньше времени каждый отдельно взятый самолет занимает полосу, тем больше взлетно-посадочных операций с нее можно произвести.

Второе — экономия топлива.

Третье — безопасность. Как ни странно это звучит, но это уменьшает риск попадания посторонних объектов (в двигатель) и помпажа (читай, «отказа») двигателя при взлете с сильным попутным ветром.

Вот что пишет мистер Боинг по этому поводу:

Да-да, документы иномарок написаны на английском. Хотите стать пилотом? Учите английский!

И заодно и китайский. Сосед развивается уж больно стремительно.


Летим дальше.

Почему пилоты так резко задирают нос после взлета? Вот на советской технике это делали плавно, не спеша. .. Ведь не ровен час, уронят нафиг!

Тут голая аэродинамика и методика выполнения взлета. Иномарки как правило взлетают с очень небольшим углом отклонения механизации крыла (те забавные штуки, которые особенно сильно вылезают из крыла на посадке, и немного на взлете). Это дает много преимуществ:

а) Увеличивается угол набора
б) следствие из пункта А: уменьшается шум на местности,
в) и далее — увеличиваются шансы не влететь в препятствия в случае отказа двигателя

Да, современные лайнеры имеют такие мощные двигатели, что все нормируемые значения градиентов набора достигаются и при пониженной тяге (ее все равно будет достаточно при потере двигателя), но в некоторых ситуациях мистер Боинг настоятельно рекомендует взлетать на максимально возможно тяге. Если самолет легкий — получается просто классный аттракцион «Ракета».

Да, это создает некий дискомфорт для пассажиров (кому нравится лететь с задраными ногами) — но это абсолютно безопасно и будет длиться не очень долго.

«Почти упали после взлета»

Выше я написал, что самолет после взлета вдруг «начинает падать вниз!» Вот это особо хорошо чувствовалось на Ту-154, который натужно взлетал с довольно большим углом положения закрылков, и далее постепенно убирал их в нулевое положение. При уборке закрылков самолет теряет часть прироста подъемной силы (если убрать чересчур быстро, то можно и высоту потерять на самом деле — это правда, но для этого надо быть совсем уж неумелым пилотом, причем оба пилота должны быть неумехами), поэтому в салоне кажется, что самолет начал падать.

На самом деле он может в это время продолжать набор высоты. Просто угол становится более пологим и в этот переходный момент времени человеку кажется, что он летит вниз. Так уже устроен человек.

«Пару раз выключались турбины»

О, это наиболее частое происшествие в рассказах пассажиров! Конкурировать с этим могут только «пилот лишь с пятой попытки попали на аэродром». Наиболее характерно это было для Ту-154 и Ту-134, то есть, на самолетах с двигателями, расположенными далеко в хвосте — их в салоне почти не слышно, если они только не работают на повышенном режиме.

В шуме как раз-таки и загвоздка. Все примитивно до безобразия. В наборе высоты двигатели работают на очень высоком режиме. Чем выше режим работы двигателей — тем громче его слышно. Но иногда нам, пилотам, приходится выполнять команды диспетчера и прекращать набор высоты — например для того, чтобы разминуться (на безопасном удалении, конечно же) с другим самолетом. Мы плавно переводим самолет в горизонтальный полет, а чтобы не превратиться в сверхзвуковой лайнер (ведь двигатели, работающие на режиме набора создают очень большую тягу), приходится прибирать режим. В салоне становится значительно тише.

Вроде бы все.

Спасибо за внимание!



Большинство из нас все-таки иногда задают вопрос себе как может удержаться в воздухе самолет весом до 600 тонн и более.

Из школьных учебников понятно, что они поднимаются, подчиняясь законам физики, и поднимаются все летательные конструкции, начиная с легких спортивных самолетиков и заканчивая тяжелыми транспортниками или бесформенными вертолетами. Происходит это за счет силы тяги двигателя и подъемной силы.

Практически каждый знает словосочетание «подъемная сила», но не все могут объяснить, как это происходит. А на самом деле объяснить данное действо можно, не влезая в математические формулы и аксиомы.

Крыло летального аппарата – это главная несущая поверхность самолета. Почти всегда имея определенный профиль, у которого верхняя часть выпуклая, а нижняя плоская. Когда воздушный поток проходит под нижней частью профиля самолета, изменения структуры и формы его практически не происходит. Воздушный поток, проходя над верхней частью профиля, сужается, так как для потока воздуха верхняя плоскость профиля — это как вогнутая стенка в трубе, в ней он как бы протекает.

Чтобы прогнать за определенное время тот же объем воздуха через данную «продавленную» трубу, двигать его нужно быстрее. По закону Бернулли, который проходится в школьной программе физике, чем выше скорость потока, тем ниже его давление. Из этого следует, что давление над всем крылом, а значит и над профилем ниже давления под ним.

Образуется сила, которая хочет выдавить крыло, а, следовательно, и весь самолет. Это и называется подъемной силой. Если же она становится больше веса летательного аппарата, он взлетает. Чем больше скорость, тем больше подъемная сила. Если же вес самолета и значение подъемной силы сравнялись, то летательный аппарат перейдет в горизонтальное положение. Не плохую скорость придает его авиационный двигатель, т.е. силу тяги, которую он создает.

Используя вышеизложенные принципы можно, по теории, заставить взлететь любой предмет с любой массой и формой. Не стандартной формы, т.е. отличается от самолетов, является вертолет. Он разительно отличается от самолета, но в воздух его поднимает по той же причине. У вертолета крыло с а аэродинамическим профилем, является лопасть его главного несущего винта.

Лопасть создает подъемную силу, двигаясь в воздушном потоке при вращении винта, которая поднимает его и двигает вертолет вперед. Этого происходит при изменении наклона вращения винта, в результате чего появляется горизонтальная составляющая подъемной силы, которая исполняет роль силы тяги самолетного двигателя.

Самолеты, особенно вблизи, впечатляют своими г абаритами 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?

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.

Человечество издавна интересовал вопрос, как же так получается, что многотонный летательный аппарат легко поднимается к небесам. Как же происходит взлет и как летают самолеты? Когда авиалайнер движется на большой скорости по взлетной полосе, у крыльев появляется подъемная сила и работает снизу вверх.

При движении воздушного судна вырабатывается разница давлений на нижнюю и верхнюю стороны крыла, благодаря чему получается подъемная сила, удерживающая воздушное судно в воздухе. Т.е. высокое давление воздуха снизу толкает крыло вверх, при этом низкое давление сверху затягивает крыло на себя. В результате крыло поднимается.

Для взлета авиалайнера, ему необходим достаточный разбег. Подъемная сила крыльев увеличивается в процессе набора скорости , которая должна превысить предельный взлетный режим. Затем пилот увеличивает угол взлета , отводя штурвал к себе. Носовая часть лайнера поднимается вверх, и машина поднимается в воздух.

Затем убираются шасси и выпускные фары . С целью уменьшения подъемной силы крыла, пилот постепенно выполняет уборку механизации. Когда авиалайнер достигнет необходимого уровня, летчик устанавливает стандартное давление, а двигателям – номинальный режим . Чтобы посмотреть, как взлетает самолет, видео предлагаем просмотреть в конце статьи.

Взлет судна выполняется под углом . С практической точки зрения этому можно дать следующее объяснение. Руль высоты – это подвижная поверхность, управляя которой можно вызвать отклонение самолета по тангажу.

Рулем высоты можно управлять углом тангажа, т.е. изменять скорость набора или потери высоты. Это происходит вследствие изменения угла атаки и силы подъема. Увеличивая скорость двигателя, пропеллер начинает крутиться быстрее и поднимает авиалайнер вверх. И наоборот, направляя рули высоты вниз, нос самолета опускается вниз, при этом скорость двигателя следует уменьшать.

Хвостовая часть авиалайнера укомплектована рулем направления и тормозами на обе стороны колес.

Как летают авиалайнеры

Отвечая на вопрос, почему летают самолеты, следует вспомнить закон физики. Разница давлений воздействует на подъемную силу крыла.

Скорость потока будет больше, если давление воздуха будет низким и с точностью, наоборот.

Поэтому, если скорость авиалайнера большая, то его крылья приобретают подъемную силу, которая толкает воздушное судно.

Еще на подъемную силу крыла авиалайнера влияют некоторые обстоятельства: угол атаки, скорость и плотность потока воздуха, площадь, профиль и форма крыла.

Современные лайнеры имеют минимальную скорость от 180 до 250 км/час , при которых осуществляется взлет, планирует в небесах и не падает.

Высота полета

Какая же предельная и безопасная высота полета самолета.

Не все суда имеют одинаковую высоту полета , «воздушный потолок» может колебаться на высоте от 5000 до 12100 метров . На больших высотах плотность воздуха минимальная, при этом лайнер достигает наименьшего сопротивления воздуха.

Двигателю лайнера необходим фиксированный объем воздуха для сжигания, потому как двигатель не создаст нужной тяги. Также, при полетах на большой высоте, самолет экономит топливо до 80% в отличие от высоты до километра.

За счет чего самолет находится в воздухе

Чтобы ответить, почему самолеты летают, необходимо поочередно разобрать принципы его перемещения в воздухе. Реактивный авиалайнер с пассажирами на борту достигает несколько тонн, но при этом, легко взлетает и осуществляет тысячекилометровый перелет.

На движение в воздухе влияют и динамические свойства аппарата, конструкции агрегатов, формирующие полетную конфигурацию.

Силы, влияющие на движение самолета в воздухе

Работа авиалайнера начинается с запуска двигателя. Небольшие суда работают на поршневых двигателях, вращающих воздушные винты, при этом создается тяга, помогающая воздушному судну перемещаться в воздушном пространстве.

Большие авиалайнеры работают на реактивных двигателях, которые в процессе работы выбрасывают много воздуха, при этом реактивная сила приводит летательный аппарат к движению вперед.

Почему же самолет взлетает и находится долгое время в воздухе? Так как форма крыльев имеет разную конфигурацию: сверху округлая, а снизу плоская , то поток воздуха с обеих сторон не одинаковый. Сверху крыльев воздух скользит и становится разреженным, а давление его меньше, чем воздух снизу крыла. Потому, посредством неравномерного давления воздуха и форме крыльев, возникает сила, приводящая к взлету самолета вверх.

Но чтобы авиалайнер мог легко оторваться от земли, ему необходимо на высокой скорости совершить разбег по взлетной полосе.

Из этого следует вывод, чтобы авиалайнер беспрепятственно находился в полете, ему необходим движущийся воздух, который рассекают крылья и создает подъемную силу.

Взлет самолета и его скорость

Многих пассажиров интересует вопрос, какую скорость развивает самолет при взлете? Существует ошибочное представление, что скорость взлета для каждого самолета одинакова. Чтобы ответить на вопрос, какая скорость самолета при взлете, следует обратить внимание на немаловажные факторы.

  1. Авиалайнер не имеет строго фиксированной скорости. Подъемная сила воздушного лайнера зависит от его массы и длины крыльев . Взлет совершается тогда, когда при встречном потоке создается подъемная сила, которая на много больше массы самолета. Поэтому, взлет и скорость воздушного аппарата зависит от направления ветра, атмосферного давления, влажности, осадков, длины и состояния взлетной полосы.
  2. Чтобы создать подъемную силу и удачно выполнить отрыв от земли, самолету необходимо набрать максимальную взлетную скорость и достаточный разбег . Для этого требуются длинные взлетные полосы. Чем большегрузный самолет, тем требуются длиннее взлетно-посадочная полоса.
  3. Для каждого самолета существует своя шкала взлетных скоростей, потому что все они имеют свое предназначение: пассажирский, спортивный, грузовой. Чем легче самолет, тем взлетная скорость значительно ниже и наоборот.

Взлет пассажирского реактивного самолета Boeing 737

  • Разбег авиалайнера по взлетной полосе начинается, когда двигатель достигнет 800 оборотов в минуту, пилот потихоньку отпускает тормоза и держит рычаг управления на нейтральном уровне. Затем самолет продолжает движение на трех колесах;
  • Перед отрывом от земли скорость лайнера должна достигнуть 180 км в час . Затем летчик тянет рычаг, что приводит к отклонению щитков – закрылков и поднятию носовой части самолета. Далее разгон производится на двух колесах;
  • После, с приподнятой носовой частью, авиалайнер разгоняется на двух колесах до 220 км в час , а затем производится отрыв от земли.

Поэтому, если вы хотите подробнее узнать, как взлетает самолет, на какую высоту и с какой скоростью, мы предлагаем вам эту информацию в нашей статье. Надеемся, что от воздушного путешествия вы получите огромное удовольствие.

За счет чего самолет держится в воздухе. Школьная энциклопедия

Самолет – это летательный аппарат, имеющий массу больше массы воздуха, и подъемную силу, созданную по аэродинамическому принципу (отбрасывание вниз части воздуха за счет обтекания крыла). Подъемная сила — это и есть ответ на вопрос о том, почему самолеты летают. Ее создают несущие поверхности (в основном, крылья) при движении навстречу воздушному потоку самолета, развивающего скорость при помощи силовой установки или турбины. За счет силовой установки, создающей силу тяги, самолет способен преодолевать сопротивление воздуха.

Самолеты летают по законам физики

В основе аэродинамики как науки заложена теорема Николая Егоровича Жуковского, выдающегося русского ученого, основателя аэродинамики, которая была сформулирована еще в 1904 году. Спустя год, в ноябре 1905 года Жуковский изложил свою теорию создания подъемной силы крыла летательного аппарата на заседании Математического общества.

Для того чтобы подъемная сила смогла поднять в воздух 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.

Почему самолеты летают с разной скоростью?

От требуемой скорости самолета зависит и его размер. Площадь крыльев медленных транспортных самолетов должна быть достаточно большой, так как подъемная сила крыла и скорость, развиваемая самолетом, прямо пропорциональны. Большая площадь крыльев у медленных самолетов обусловлена тем, что при достаточно малых скоростях подъемная сила невелика.

Скоростные самолеты, как правило, имеют гораздо меньшие по размерам крылья, обладающие при этом достаточной подъемной силой. Чем меньше плотность воздуха, тем меньшей становится подъемная сила крыла, поэтому на большой высоте скорость самолета должна быть выше, чем при полете на малой высоте.

Почему самолеты летают так высоко?

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.

Приход лета в некоторые жаркие уголки нашей планеты приносит с собой не только изнурительный зной, но и задержки рейсов в аэропортах. Например, в Фениксе, штат Аризона, температура воздуха на днях достигла +48°С и авиакомпании были вынуждены отменить или перенести свыше 40 рейсов. В чём причина? Разве самолёты не летают в жару? Летают, но не при всякой температуре. По сообщениям СМИ, жара представляет особую проблему для самолётов Bombardier CRJ, максимальная рабочая температура взлёта для которых составляет +47,5°С. В то же время, большие самолёты от Airbus и Boeing могут летать и при температуре до +52°С градусов или около того. Разбираемся, чем вызваны такие ограничения.

Принцип подъёмной силы

Прежде чем пояснить, почему не каждый борт способен взлететь при высокой температуре воздуха необходимо осознать сам принцип, как летают самолёты. Конечно, каждый помнит ответ ещё со школы: «Всё дело в подъёмной силе крыла». Да, это верно, но не очень убедительно. Чтобы действительно понять законы физики, которые здесь задействованы, нужно обратить внимание на закон импульса . В классической механике импульс тела равен произведению массы m этого тела на его скорость v, направление импульса совпадает с направлением вектора скорости.

На этом этапе вы можете подумать, что речь идёт об изменении импульса самолёта. Нет, вместо этого рассмотрим изменение импульса воздуха , набегающего на плоскость крыла. Представьте себе, что каждая молекула воздуха — это крошечный шар, который соударяется с самолётом. Ниже приведена диаграмма, которая показывает этот процесс.

Движущееся крыло сталкивается с воздушными шарами (то есть, молекулами воздуха). Шары изменяют свой импульс, что требует приложения силы. Поскольку действие равно противодействию, сила, которую крыло прикладывает к шарикам воздуха, имеет ту же величину, что и сила, с которой сами шарики воздействуют на крыло. Это приводит к двум результатам. Во-первых, обеспечивается подъёмная сила крыла. Во-вторых, появляется обратная сила — тяга. Вы не можете достичь подъёма без тяги .

Чтобы генерировать подъёмную силу, самолёт должен двигаться, а чтобы увеличить его скорость, вам нужна большая сила тяги. Если быть более точным, то вам потребуется ровно столько тяги, сколько нужно, чтобы сбалансировать силу сопротивления воздуха — тогда вы летите с той скоростью, с которой хотите. Как правило, эту тягу обеспечивают реактивный двигатель или пропеллер. Скорее всего, вы могли бы использовать даже ракетный двигатель, но в любом случае — вам нужен генератор тяги.

При чём здесь температура?

Если крыло сталкивается всего с одним шариком воздуха (то есть молекулой), это не приведёт к большой подъёмной силе. Чтобы увеличить подъёмную силу нужно много столкновений с молекулами воздуха. Добиться этого можно двумя путями:

  • двигаться быстрее , увеличивая число молекул, которые входят в контакт с крылом в единицу времени;
  • сконструировать крылья с большей площадью поверхности , потому что в таком случае крыло будет сталкиваться с большим числом молекул;
  • ещё один способ увеличения площади поверхности соприкосновения — использовать больший угол атаки за счёт наклона крыльев;
  • наконец, можно добиться большего числа столкновений крыла с молекулами воздуха, если плотность самого воздуха выше , то есть, количество самих молекул в единице объёма больше. Иными словами, увеличение плотности воздуха повышает подъёмную силу.

Этот вывод подводит нас к температуре воздуха. Что представляет собой воздух? Это множество микрочастиц, молекул, которые движутся прямо вокруг нас в разном направлении и с разной скоростью. И эти частицы сталкиваются друг с другом. По мере повышения температуры средняя скорость движения молекул также увеличивается. Увеличение температуры приводит к расширению газа, и одновременно — к уменьшению плотности воздуха . Вспомните, что нагретый воздух легче холодного, именно на этом явлении выстроен принцип воздухоплавания шаров-монгольфьеров.

Итак, для большей подъёмной силы нужна либо более высокая скорость, либо большая площадь крыла, либо больший угол атаки молекул на крыло. Ещё одно условие: чем выше значение плотности воздуха — тем больше подъёмная сила. Но верно и обратное: чем меньше плотность воздуха, тем меньше подъёмная сила. И это актуально для жарких уголков планеты. Из-за высокой температуры плотность воздуха слишком низкая для некоторых самолётов , её недостаточно, чтобы они могли взлететь.

Конечно, можно компенсировать снижение плотности воздуха за счёт увеличения скорости. Но как это осуществить в реальности? В таком случае необходимо устанавливать на самолёт более мощные двигатели, либо увеличивать длину взлётно-посадочной полосы. Поэтому для авиакомпаний гораздо проще некоторые рейсы просто отменить. Или, по крайней мере, перенести на вечер, раннее утро, когда температура окружающей среды буде ниже максимально допустимого предела.

Наверно, нет человека, который глядя, как летит самолёт, не задавался вопросом: «Как он это делает?»

Люди всегда мечтали летать. Первым воздухоплавателем попытавшимся взлететь с помощью крыльев, можно, наверное, считать Икара. Затем, на протяжении тысячелетий у него было множество последователей, но настоящий успех выпал на долю братьев Райт. Именно они считаются изобретателями самолёта.

Видя на земле огромные пассажирские лайнеры, двухэтажные Боинги, например, совершенно невозможно понять, как эта многотонная металлическая махина поднимается в воздух, настолько это кажется противоестественным. Мало того, даже люди, всю жизнь проработавшие в смежных с авиацией отраслях и, безусловно, знающие теорию воздухоплавания, иногда честно признаются, что не понимают, как летают самолёты. Но мы все же попробуем разобраться.

Самолёт держится в воздухе благодаря действующей на него «подъёмной силе», которая возникает только в движении, которое обеспечивают двигатели, закреплённые на крыльях или фюзеляже.

  • Реактивные двигатели выбрасывают назад струю продуктов сгорания керосина или другого авиационного топлива, толкая самолёт вперёд.
  • Лопасти винтового двигателя как бы ввинчиваются в воздух и тянут самолёт за собой.

Подъемная сила

Подъемная сила возникает, когда набегающий поток воздуха обтекает крыло. Благодаря особой форме сечения крыла, часть потока над крылом имеет большую скорость, чем поток под крылом. Это происходит потому, что верхняя поверхность крыла выпуклая, в отличие от плоской нижней. В итоге воздуху, обтекающему крыло сверху, приходится пройти больший путь, соответственно с большей скоростью. А чем больше скорость потока, тем меньше давление в нём, и наоборот. Чем меньше скорость — тем больше давление.

В 1838 году, когда ещё аэродинамики, как таковой, не существовало, швейцарский физик Даниил Бернулли описал это явление, сформулировав закон, названный по его имени. Бернулли, правда, описывал течение потоков жидкости, но с возникновением и развитием авиации, его открытие оказалось как нельзя более кстати. Давление под крылом превышает давление сверху и выталкивает крыло, а с ним и самолёт, вверх.

Другое слагаемое подъёмной силы — так называемый «угол атаки». Крыло располагается под острым углом к встречному потоку воздуха, благодаря чему давление под крылом выше, чем сверху.

С какой скоростью летают самолёты

Для возникновения подъёмной силы необходима определённая, и довольно высокая, скорость движения. Различают минимальную скорость, она необходима для отрыва от земли, максимальную, и крейсерскую, на которой самолёт летит большую часть маршрута, она составляет около 80% максимальной. Крейсерская скорость современных пассажирских лайнеров 850-950 км в час.

Ещё есть понятие путевой скорости, которая складывается из собственной скорости самолёта и скорости воздушных потоков, которые ему приходится преодолевать. Именно, исходя из неё, рассчитывают продолжительность рейса.

Скорость, необходимая для взлёта зависит от массы самолёта, и для современных пассажирских судов составляет от 180 до 280 км в час. Примерно на такой же скорости производится посадка.

Высота

Высота полёта тоже выбирается не произвольно, а определяется большим количеством факторов, соображениями экономии топлива и безопасности.

У поверхности земли воздух более плотный, соответственно, он оказывает большое сопротивление движению, вызывая повышенный расход топлива. С увеличением высоты воздух становится более разряжённым, и сопротивление уменьшается. Оптимальной высотой для полёта считается высота около 10 000 метров. Расход топлива при этом минимален.

Ещё одним существенным плюсом полётов на больших высотах является отсутствие здесь птиц, столкновения с которыми не раз приводили к катастрофам.

Подниматься выше 12 000-13 000 метров гражданские самолёты не могут, так как слишком сильное разряжение препятствует нормальной работе двигателей.

Управление самолётом

Управление самолётом осуществляется путём увеличения или уменьшения тяги двигателя. При этом изменяется скорость, соответственно подъёмная сила и высота полёта. Для боле тонкого управления процессами изменения высоты и поворотов служат средства механизации крыла и рули, находящиеся на хвостовом оперении.

Взлёт и посадка

Чтобы подъёмная сила стала достаточной, для отрыва самолёта от земли, он должен развить достаточную скорость. Для этого служат взлётно-посадочные полосы. Для тяжёлых пассажирских или транспортных самолётов нужны длинные ВПП, длиной 3-4 километра.

За состоянием полос тщательно следят аэродромные службы, поддерживая их в идеально чистом состоянии, так как инородные предметы, попадая в двигатель, могут привести к аварии, а снег и лёд на полосе представляют большую опасность при взлёте и посадке.

При разбеге самолёта наступает момент, после которого отменить взлёт уже нельзя, так как скорость становится настолько велика, что самолёт уже не сможет остановиться в пределах полосы. Это так и называется — «скорость принятия решения».

Посадка — очень ответственный момент полёта, лётчики постепенно сбрасывают скорость, вследствие чего уменьшается подъёмная сила и самолёт снижается. Перед самой землёй скорость уже такая низкая, что на крыльях выпускаются закрылки, которые несколько увеличивают подъёмную силу и позволяют мягко посадить самолёт.

Таким образом, как бы странно нам это не казалось, самолёты летают, причём в строгом соответствии с законами физики.



Большинство из нас все-таки иногда задают вопрос себе как может удержаться в воздухе самолет весом до 600 тонн и более.

Из школьных учебников понятно, что они поднимаются, подчиняясь законам физики, и поднимаются все летательные конструкции, начиная с легких спортивных самолетиков и заканчивая тяжелыми транспортниками или бесформенными вертолетами. Происходит это за счет силы тяги двигателя и подъемной силы.

Практически каждый знает словосочетание «подъемная сила», но не все могут объяснить, как это происходит. А на самом деле объяснить данное действо можно, не влезая в математические формулы и аксиомы.

Крыло летального аппарата – это главная несущая поверхность самолета. Почти всегда имея определенный профиль, у которого верхняя часть выпуклая, а нижняя плоская. Когда воздушный поток проходит под нижней частью профиля самолета, изменения структуры и формы его практически не происходит. Воздушный поток, проходя над верхней частью профиля, сужается, так как для потока воздуха верхняя плоскость профиля — это как вогнутая стенка в трубе, в ней он как бы протекает.

Чтобы прогнать за определенное время тот же объем воздуха через данную «продавленную» трубу, двигать его нужно быстрее. По закону Бернулли, который проходится в школьной программе физике, чем выше скорость потока, тем ниже его давление. Из этого следует, что давление над всем крылом, а значит и над профилем ниже давления под ним.

Образуется сила, которая хочет выдавить крыло, а, следовательно, и весь самолет. Это и называется подъемной силой. Если же она становится больше веса летательного аппарата, он взлетает. Чем больше скорость, тем больше подъемная сила. Если же вес самолета и значение подъемной силы сравнялись, то летательный аппарат перейдет в горизонтальное положение. Не плохую скорость придает его авиационный двигатель, т.е. силу тяги, которую он создает.

Используя вышеизложенные принципы можно, по теории, заставить взлететь любой предмет с любой массой и формой. Не стандартной формы, т.е. отличается от самолетов, является вертолет. Он разительно отличается от самолета, но в воздух его поднимает по той же причине. У вертолета крыло с а аэродинамическим профилем, является лопасть его главного несущего винта.

Лопасть создает подъемную силу, двигаясь в воздушном потоке при вращении винта, которая поднимает его и двигает вертолет вперед. Этого происходит при изменении наклона вращения винта, в результате чего появляется горизонтальная составляющая подъемной силы, которая исполняет роль силы тяги самолетного двигателя.

У некоторых исследователей появлялись безумные идеи – они хотели полететь, но почему же результат оказался таким плачевным? Давно проводились попытки приделать к себе крылья, и, махая ими, взлететь в небо как пернатые. Оказалось, что силы человека недостаточно для поднятия себя на машущих крыльях.

Первыми народными умельцами были естествоиспытатели из Китая. Сведения о них записаны в «Цань-хань-шу» в первом веке нашей эры. Дальше история пестрит случаями подобного рода, которые происходили и в Европе, и в Азии, и в России.

Первое научное обоснование процессу полета дал Леонардо да Винчи в 1505 году. Он заметил, что птицам не обязательно махать , они могут держаться на неподвижном воздухе. Из этого ученый сделал вывод, что полет возможен, когда крылья движутся относительно воздуха, т.е. когда машут крыльями при отсутствии ветра или когда при неподвижных крыльях.

Почему же самолет летит?

Удерживать в воздухе помогает подъемная сила, которая действует только на больших скоростях. Особая контракция крыла позволяет создавать подъемную силу. Воздух, который движется над и под крылом, претерпевает изменения. Над крылом он разреженный, а под крылом – . Создаются два воздушных потока, направленные вертикально. Нижний поток приподнимает крылья, т.е. самолет, а верхний подталкивает вверх. Таким образом, получается, что на больших скоростях воздух под летательным аппаратом становится твердым.

Так реализуется вертикальное движение, но что заставляет самолет двигаться горизонтально? – Двигатели! Пропеллеры как бы просверливают путь в воздушном пространстве, преодолевая сопротивление воздуха.

Таким образом, подъемная сила преодолевает силу притяжения, а тяговая – силу торможения, и самолет летит.

Физические явления, лежащие в основе управления полетом

В самолете все держится на равновесии подъемной силы и силы земного притяжения. Самолет летит прямо. Увеличение скорости полета увеличит подъемную силу, самолет станет подниматься. Чтобы нивелировать этот эффект, пилот обязан опустить нос самолета.

Уменьшение скорости окажет прямо противоположный эффект, и пилоту потребуется поднять нос самолета. Если этого не сделать, произойдет крушение. В связи с указанными выше особенностями существует риск разбиться, когда самолет теряет высоту. Если это происходит близко к поверхности земли, риск почти 100%. Если это происходит высоко над землей, пилот успеет увеличить скорость и набрать высоту.

За счет чего поднимается самолет в небо. Как и почему летают самолеты? Объяснение с физической точки зрения довольно простое, но тяжелее это исполнить на практике

Часто, наблюдая за летящим в небе самолётом, мы задаёмся вопросом, как самолёт поднимается в воздух. Как он летит? Ведь самолёт значительно тяжелее воздуха.

Почему поднимается дирижабль

Мы знаем, что аэростаты и дирижабли поднимает в воздух сила Архимеда . Закон Архимеда для газов гласит: «Н а тело, погружённое в газ, действует выталкивающая сила, равная силе тяжести вытесненного этим телом газа» . Эта сила противоположна по направлению силе тяжести. То есть, сила Архимеда направлена вверх.

Если сила тяжести равна силе Архимеда, то тело находится в равновесии. Если же сила Архимеда больше силы тяжести, то тело поднимается в воздухе. Так как баллоны аэростатов и дирижаблей заполняют газом, который легче воздуха, то сила Архимеда выталкивает их вверх. Таким образом, сила Архимеда является подъёмной силой для летательных аппаратов легче воздуха.

Но сила тяжести самолёта значительно превышает силу Архимеда. Следовательно, поднять самолёт в воздух она не может. Так почему же он всё-таки взлетает?

Подъёмная сила крыла самолёта

Возникновение подъёмной силы часто объясняют разностью статических давлений воздушных потоков на верхней и нижней поверхности крыла самолёта.

Рассмотрим 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. По закону Бернулли, 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.

Но в этом случае невозможно объяснить, почему подъёмная сила появляется, когда профиль крыла имеет вогнуто-выпуклую или двояковыпуклую симметричную форму. Ведь здесь воздушные потоки проходят одинаковое расстояние, и разницы давлений нет.

На практике профиль крыла самолёта располагается под углом к воздушному потоку. Этот угол называется углом атаки . 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.

Но эта модель, описывающая возникновение подъёмной силы, не учитывает обтекание верхней поверхности профиля крыла. Поэтому в данном случае величина подъёмной силы занижается.

На самом деле всё намного сложнее. Подъёмная сила крыла самолёта не существует как самостоятельная величина. Это одна из аэродинамических сил.

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.

Полная аэродинамическая сила определяется как интеграл от давления вокруг контура профиля крыла:

Y – подъёмная сила

Р – тяга

– граница профиля

р – величина давления вокруг контура профиля крыла

n – нормаль к профилю

Теорема Жуковского

Как образуется подъёмная сила крыла, впервые объяснил русский учёный Николай Егорович Жуковский, которого называют отцом русской авиации. В 1904 г. он сформулировал теорему о подъёмной силе тела, которое обтекается плоскопараалельным потоком идеальной жидкости или газа.

Жуковский ввёл понятие циркуляции скорости потока, что позволило учесть скос потока и получить более точное значение подъёмной силы.

Подъемная сила крыла бесконечного размаха равна произведению плотности газа (жидкости), скорости газа (жидкости), циркуляции скорости потока и длины выделенного отрезка крыла. Направление действия подъемной силы получается поворотом вектора скорости набегающего потока на прямой угол против циркуляции.

Подъёмная сила

Плотность среды

Скорость потока на бесконечности

Циркуляция скорости потока(вектор направлен перпендикулярно плоскости профиля, направление вектора зависит от направления циркуляции),

Длина отрезка крыла (перпендикулярно плоскости профиля).

Величина подъёмной силы зависит от многих факторов: угла атаки, плотности и скорости воздушного потока, геометрии крыла и др.

Теорема Жуковского положена в основу современной теории крыла.

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.

Довольно странно наблюдать, как многотонная машина легко поднимается со взлетной полосы аэродрома и плавно набирает высоту. Казалось бы, поднять столь тяжелую конструкцию в воздух задача невыполнимая. Но, как видим, это не так. Почему самолет не падает, и за счет чего летит?

Ответ на этот вопрос лежит в тех физических законах, которые позволяют поднять в воздух летательные аппараты. Они верны не только в отношении планеров и легких спортивных самолетов, но и в отношении многотонных транспортных лайнеров, которые способны нести дополнительную полезную нагрузку. И вообще уж фантастическим, кажется полет вертолета, которые может не только двигаться по прямой линии, но и зависать на одном месте.

Полет летательных аппаратов стал возможен, благодаря совокупному использованию двух сил – подъемной, и силы тяги двигателей. И если с силой тяги все более или менее понятно, то с подъемной силой все обстоит несколько сложнее. Несмотря на то, что с этим выражением мы все хорошо знакомы, объяснить его может не каждый.

И так, какова природа появления подъемной силы?

Давайте внимательно посмотрим на крыло самолета, благодаря которому он и может держаться в воздухе. Снизу оно совершенно плоское, а сверху имеет сферическую форму, с выпуклостью наружу. Во время движения самолета воздушные потоки спокойно проходят под нижней частью крыла, не претерпевая каких — либо изменений. Но чтобы пройти над верхней поверхностью крыльев, воздушный поток должен сжаться. В результате мы получаем эффект продавленной трубы, сквозь которую должен пройти воздух.

Чтобы обогнуть сферическую поверхность крыла, воздуху понадобится больше времени, нежели при его прохождении под нижней, плоской поверхностью. По этой причине над крылом он движется быстрее, что, в свою очередь, приводит к возникновению разности давлений. Под крылом оно значительно больше, нежели над крылом, из-за чего и возникает подъемная сила. В данном случае действует закон Бернулли, с которым каждый из нас знаком со школьной скамьи. Самое главное в том, что разность давлений будет тем больше, чем выше скорость движения объекта. Вот и получается, что подъемная сила может возникать лишь при движении самолета. Она давит на крыло, заставляя его подниматься.

По мере разгона самолета по взлетной полосе, увеличивается и разность давлений, что приводит к возникновению подъемной силы. С набором скорости она постепенно растет, сравнивается с массой самолета, и как ее превысит, он взлетает. После набора высоты, пилоты уменьшают скорость, подъемная сила сравнивается с весом самолета, что заставляет его лететь в горизонтальной плоскости.

Чтобы самолет двигался вперед, его оснащают мощными двигателями, которые гонят воздушный поток в направлении крыльев. С их помощью можно регулировать интенсивность воздушного потока, а, следовательно, и силу тяги.

Самолет – это летательный аппарат, имеющий массу больше массы воздуха, и подъемную силу, созданную по аэродинамическому принципу (отбрасывание вниз части воздуха за счет обтекания крыла). Подъемная сила — это и есть ответ на вопрос о том, почему самолеты летают. Ее создают несущие поверхности (в основном, крылья) при движении навстречу воздушному потоку самолета, развивающего скорость при помощи силовой установки или турбины. За счет силовой установки, создающей силу тяги, самолет способен преодолевать сопротивление воздуха.

Самолеты летают по законам физики

В основе аэродинамики как науки заложена теорема Николая Егоровича Жуковского, выдающегося русского ученого, основателя аэродинамики, которая была сформулирована еще в 1904 году. Спустя год, в ноябре 1905 года Жуковский изложил свою теорию создания подъемной силы крыла летательного аппарата на заседании Математического общества.

Для того чтобы подъемная сила смогла поднять в воздух 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.

Почему самолеты летают с разной скоростью?

От требуемой скорости самолета зависит и его размер. Площадь крыльев медленных транспортных самолетов должна быть достаточно большой, так как подъемная сила крыла и скорость, развиваемая самолетом, прямо пропорциональны. Большая площадь крыльев у медленных самолетов обусловлена тем, что при достаточно малых скоростях подъемная сила невелика.

Скоростные самолеты, как правило, имеют гораздо меньшие по размерам крылья, обладающие при этом достаточной подъемной силой. Чем меньше плотность воздуха, тем меньшей становится подъемная сила крыла, поэтому на большой высоте скорость самолета должна быть выше, чем при полете на малой высоте.

Почему самолеты летают так высоко?

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.

Самолеты умеют летать , поскольку на большой скорости крыло самолета создаёт силу, толкающую самолёт вверх. Эта сила называется подъёмной силой крыла самолёта. Согласно законам физики, давление воздуха в тех местах, где скорость потока выше, будет более низким, и наоборот. Эта разница давлений и создаёт подъёмную силу крыла.

Научной основой аэродинамики является теорема великого русского учёного Николая Егоровича Жуковского, сформулированная им в 1904 году. Жуковский представил теорию образования подъёмной силы самолёта на заседании Математического общества в ноябре 1905 года.

Крыло современного самолёта имеет достаточную площадь, чтобы подъёмная сила могла поднимать самолёт вверх, даже при весе самолёта в десятки тонн. Подъемная сила крыла зависит от множества факторов: профиля, площади, формы крыла в плане, угла атаки, скорости и плотности потока воздуха. У каждого самолёта есть минимальная скорость, при которой самолет может взлетать, лететь и не падать. У современных пассажирских самолётов она колеблется в пределах от 180 до 250 км/ч.

Почему самолеты летают так высоко?
Современные реактивные самолёты летают на высотах от 5 до 11 тысяч метров над уровнем моря по очень простой причине: на таких высотах воздух гораздо менее плотный, что позволяет самолёту достигать меньшего сопротивления воздуха. Экономия горючего при полёте на 10,000 метров может достигать 80% от полёта на высоте 1000 метров. Поэтому самолёты и летают на больших высотах. Однако что мешает им подняться ещё выше, где воздух ещё более разрежен? — спросите вы. Дело в том, что двигателям самолётов нужно определённое минимальное количество воздуха для сжигания, иначе двигатель не сможет создавать необходимую тягу. Поэтому у каждого самолёта есть так называемый «практический потолок» — наибольшая высота, на которой самолёт может безопасно лететь. Например, у Ту-154 практический потолок равен примерно 12100 метрам.

На этом коротком видео наглядно продемонстрирован принцип подъёмной силы крыла:

Сегодня 9 февраля 2020 года. А вы знаете, какой сегодня праздник ?

Расскажите Почему самолеты летают друзьям в социальных сетях:

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.

как и почему летают пчелы и шмели / Хабр

В 2007 году появился фильм «Bee Movie», посвященный насекомым. Фильм неплох, но в нем прозвучало мнение, что пчелы, согласно принципам авиации, не должны летать, но летают. Это мнение быстро распространилось, и его принялись повторять на все лады журналисты, популяризаторы науки и обычные люди. Справедливости ради стоит заметить, что заблуждение о невозможности полета пчел и шмелей существовало задолго до фильма — где-то с начала XX века.

Проблема в том, что пчелы, шмели и другие летающие насекомые — вовсе не самолеты. Конечно, если рассчитывать подъемную силу крыльев пчелы при помощи математического аппарата авиастроения, то вывод будет, как и в фильме — пчелы и шмели не должны летать. Их небольшие крылышки просто не разовьют подъемную силу, достаточную для того, чтобы насекомое поднялось в воздух. На самом деле все гораздо сложнее и интереснее одновременно.

Взмахи крылышками и динамическое сваливание


У обычных самолетов крылья имеют достаточно жесткую конструкцию, они закреплены на корпусе самолета и составляют с ним единое целое. У них есть определенная степень гибкости, но с точки зрения аэродинамики существенного эффекта она не оказывает. Именно благодаря неподвижности крылья самолета обеспечивают значительную подъемную силу, которой достаточно для того, чтобы аппарат тяжелее воздуха оторвался от поверхности и летел.

У крыльев самолета — специфический аэродинамический профиль. Если увеличить угол наклона крыла по отношению к воздушному потоку, крыло создаст бОльшую подъемную силу. Но если угол будет слишком большим, то подъемная сила исчезнет, этот эффект называется сваливанием. Исчезни подъемная сила — и самолеты попадают.

У пчел, как и многих других насекомых, нет неподвижных крыльев, как у самолета. Для того, чтобы лететь, им нужно активно махать крыльями — это позволяет как бы оттолкнуться от воздуха и создать подъемную силу. Крылья в процессе взмаха совершают невероятно сложную траекторию движения. Крыло выполняет сложные движения на всем пути от начальной точки до конечной. Машущее крыло создает подъемную силу благодаря целому ряду физических явлений.

Первое из них — образование сильного завихрения на передней кромке крыла. Это явление называется динамическим сваливанием или же отсутствием сваливания (dynamic stall, absence of stall). Крыло находится под очень большим углом атаки при движении вверх и вниз. Угол атаки — угол между направлением вектора скорости набегающего на тело потока и характерным продольным направлением, выбранным на теле, например у крыла самолёта это будет хорда крыла, у самолёта — продольная строительная ось, у снаряда или ракеты — их ось симметрии.

В итоге воздушный поток разделяется с образованием завихрения у передней кромки крыла. В процессе полета завихрение остается на том же месте благодаря особенностям потока. Создается большая подъемная сила — благодаря разнице давлений. Если бы завихрение не возникало, то и подъемной силы бы не было.

Второе — эффекты благодаря вращению крыльев насекомого. При вращении крыла увеличивается завихрение на передней кромке, соответственно, растет и подъемная сила. Изменяя точку вращения крыла, можно менять и подъемную силу при каждом взмахе.


Диаграмма, показывающая разницу в аэродинамических характеристиках крыльев в режимах опережающего, симметричного и замедленного вращения. Черные линии представляют крыло, а точка показывает переднюю кромку. Красные стрелки показывают величину и направление сил. Эти данные были собраны с помощью модели машущего крыла робота. (Дикинсон, Lehmann & Sane, 1999)

А что там у других летающих насекомых?


Сложные механизмы полета наблюдаются не только у пчел, но и у других насекомых и птиц. У многих видов есть собственная техника увеличения подъемной силы с одновременной оптимизацией затрат энергии на выполнение взмаха. Ширококрылые бабочки в полете отбрасывают дискретные вихревые кольца. У этих насекомых по мере увеличения скорости полета цепочка вихревых колец сначала размыкается в верхней точке взмаха, что достигается энергичным хлопком крыльев над спинкой, а затем и в нижней точке.

В итоге при наиболее скоростном миграционном полете, а также при взлете крылья бабочки отбрасывают дискретные вихревые кольца: при хлопке крыльев в верхней точке кольцо отбрасывается назад и бабочка получает толчок вперед; в нижней точке взмаха бабочка хлопает крыльями и отбрасывает кольцо вниз, получая вследствие этого толчок вверх. И наконец, у насекомых с высокой частотой взмаха крыльев отбрасывание мелких дискретных колец становится основным способом создания полезных аэродинамических сил.

У многих насекомых при взмахе вверх возникает кратковременный импульс силы за счет расширения ранее образовавшегося кольца с ускорением воздуха назад. Важнейшую роль играют и особые движения крыльев, включая хлопок в верхней или нижней точке взмаха.

Шмели используют примерно тот же механизм полета, что и пчелы. И они тоже летают без всяких проблем. Проблема с объяснением механизма полета этих насекомых возникла именно из-за сложной траектории крыльев. Пчела совершает около 230 взмахов крыла в секунду, шмель — 300, в некоторых случаях — 400. Благодаря скорости, а также тому, что аэродинамическая поверхность с подвижной амплитудой генерирует гораздо большую подъемную силу, чем жестко зафиксированное крыло, насекомые и летают.

Ну а проблема с «невозможностью полета пчелы» возникли из-за неверной трактовки законов аэродинамики в применении к движущимся крыльям, причем без учета ряда принципов механики вязкой среды и газовой динамики.

Почему летит самолет? . Здравствуй, физика!

Почему взлетает змей? Потому, что его плоскость имеет наклон. И ветер, напирая на змей снизу, поднимает его вверх. Если ветра нет, приходится бежать, тащить змей за собой. Ведь это все равно: воздух ли напирает на змей или змей напирает на воздух.

Однажды был такой случай. По степи скакала тройка коней, запряженных в телегу. За телегой летел огромный змей, привязанный к ней крепкой веревкой. А под змеем висел человек! Это был Александр Федорович Можайский, один из изобретателей самолета. Почему же Можайскому пришло в голову летать на змее? Да потому, что и самолет взлетает подобно змею. Плоскости крыльев самолета тоже имеют наклон. И их тоже подпирает встречный ветер.

Конечно, самолету тройка коней не нужна. Его тянет винт или толкает реактивный двигатель. Но все же история самолета начиналась с воздушного змея. И мы с тобой тоже можем начать со змея. Возьми двойной лист писчей бумаги. От полена или дощечки отколи три сухие ровные лучинки. Выстругай из них гладкие полукруглые рейки шириной около 8 мм и толщиной 5–6 мм.

Две рейки наложи на лист бумаги крест-накрест, а третью, короткую, — вдоль узкой стороны листа. Концы реек должны выступать на 15–20 мм. Сверху будут торчать «рожки» — пересекающиеся концы реек. А снизу — «ножки», концы длинных реек.

У основания рожек срежь пересекающиеся рейки на половину их толщины, чтобы все три плотно прилегали к бумаге. Только не делай этого в центре листа, где скрещиваются длинные рейки. Здесь самая большая нагрузка, и ослабленные рейки могут при запуске змея переломиться.

На ножках сделай зарубки и привяжи к ним петли из ниток.

Приклей рейки к бумаге жидким канцелярским клеем. Негусто смазав плоскую сторону короткой рейки, приложи ее к бумаге и несколько раз с нажимом проведи сухой тряпкой.

Затем таким же образом приклей длинные рейки. Переверни змей, взяв его за рожки и ножки, и пригладь бумагу к рейкам.

Когда змей высохнет, сделай ему «уздечку». Для этого рожки обвяжи концами нитки таким образом, чтобы середина полученной петли оттягивалась на 3 см дальше скрещения длинных реек.

По обе стороны скрещения проколи бумагу и туго обмотай скрещение ниткой. Свободный конец этой нитки привяжи к середине петли между рожками. При натянутой средней нитке узел должен выходить на 2 см выше верхней кромки змея.

Бумагу на змее слегка обрызгай водой. Высохнув, она хорошо натянется.

Для хвоста лучше всего подойдут мочальные ленты, надерганные из рогожи. Связав из них полосу длиной около 2 м, привяжи ее концами к нитяным петлям на ножках змея. 8—10 мочальных лент длиной по 60–70 см сложи в пучок. Один конец этого пучка обогни вокруг середины ленты, привязанной к ножкам, и туго обвяжи ниткой. Пучок должен передвигаться по ленте с усилием.

К уздечке змея привяжи конец суровой нитки, смотанной на палку. Воткни палку концом в землю и, разматывая нитку, отойди шагов на пятьдесят по направлению ветра. Подними змей за ножки так, чтобы нитка была натянута. Дождавшись хорошего порыва ветра, когда змей сам потянется вверх, отпусти его.

Если змей, взлетев, будет крениться на одну сторону, сдвинь в эту же сторону среднюю нитку уздечки или пучок хвоста. Если змей будет кувыркаться или опрокидываться, хвост слишком легок. Привяжи к нему пучок травы.

Существует множество других конструкций змеев, и простых, и очень сложных. Ведь змей — выдумка не новая. Им забавлялись еще в глубокой древности. Архитас из Тарента запускал змеи за четыреста лет до нашей эры.

Архитасу было хорошо: в его время не существовало никаких проводов. А теперь их сколько угодно: и электрических, и телеграфных, и телефонных. Пускай свой змей только в таких местах, где нет проводов!

Как самолёт может зависнуть в воздухе. Показал на видео пилот

Многие видели видео, как самолёты зависают в небе перед приземлением, но мало кто видел версию, снятую из кабины пилота. Тиктокер взял и показал: под его управлением воздушное средство просто перестало двигаться. Но это не чудо — физика всё легко объясняет.

Пилот гражданской авиации по имени Максим, который рассказывает про свою работу в тиктоке под ником Maxporitskiy0, показал трюк, который заставил изумиться многих пользователей развлекательной платформы.

Пока коллега из Литвы отключает людей своими фотографиями, которые он сделал с разницей в год, Maxporitskiy0 ломает головы людям. Для этого мужчине просто понадобилось заснять из кабины сверхлёгкого одномоторного самолёта российского производства «Элитар-Сигма» проплывающий ниже пейзаж.

Одномоторный самолёт российского производства «Элитар-Сигма»

Точнее, всё дело в том, что, по идее, он должен был проплывать, меняться, снизу должны были чередоваться поля и деревья, но нет. На видео Максима заснеженная земля статична. Никакого движения не происходит.

Пилот показал на видео, как зависнуть на самолёте в воздухе

Из-за этого кажется, что пилот вместе с самолётом просто зависли на месте. Но тут нет ни магии, ни чуда, и никакой Кинг-Конг не держит «Элитар-Сигму» за хвост. Вот как это объясняет сам Максим.

Приборная 120 км/ч. Ветер встречный дует с такой же скоростью. Вот и результат.

Видео с таким же эффектом, но сделанное с Земли, сломало в своё время пользователей Сети. Водитель заснял самолёт, подлетающий к аэропорту Внуково, который буквально висит в воздухе и не двигается.

В дело вступил ещё и так называемый эффект зависания — самая обычная оптическая иллюзия, которая складывается из двух составляющих: расстояния в четыре-пять километров от объекта наблюдения до самого наблюдателя  и небольшой скорости в 150-300 километров в час. Стоит соблюсти эти два параметра, и вуаля — можно сколько угодно брать и ломать пользователей Сети.

И им это нравится. Комментаторы уверены: такое может происходить только в играх.

Текстуры грузятся, не мешай!

Конец карты был найден.

Пинг 999)))

А этот комментарий получает приз зрительских симпатий, и только попробуйте поспорить (и не засмеяться).

Типа скорость совпадает со скоростью вращения Земли или чё?

Пилот из США свой самолёт в воздухе зависать не заставлял, а решил сам продемонстрировать фигуру высшего пилотажа. На огромной высоте ему пришлось вылезти из кабины, чтобы вручную запустить двигатель.

А фотограф устроил съемку боевым истребителям, но, чтобы поспеть за такими моделями, ему самому понадобилось собственное воздушнее средство, и это выглядит впечатляюще.

Как летают самолеты — Физика самолета Рейс

От провала плавления крыльев Икара до эскизов воздушного винта Леонардо да Винчи до полета братьев Райт, наконец, на Китти-Хок, немногие вещи занимали большее место в человеческом воображении, чем мечта о полете. Реальность того, как самолеты используют подъемную силу и силу тяжести, чтобы оставаться в воздухе, еще более удивительна. Нечего стыдиться, если вам интересно, что держит самолет в воздухе.Итак, давайте ответим на вопрос, как летают самолеты сегодня.

Как летают самолеты?

Короче: крылья, подъем, молекулы воздуха и покорение гравитации.

Что держит самолет в воздухе?

Тот факт, что самолетов летают из-за того, что называется «подъемной силой» , является общеизвестным. Однако это еще не все.

Большинство из нас понимает под «подъемной силой» , создающую или использующую давление воздуха под крыльями .Физика того, как это происходит, столь же сложна, сколь и интересна.

Во-первых, хотя мы склонны сосредотачиваться на подъемной силе, лучший способ представить полет, согласно видео Minute Physics по этой теме, может заключаться в том, чтобы думать о полете как о средстве гравитационного «баланса» , которое просто случается с происходят в воздухе.

Это не значит, что самолеты просто летают в воздухе. Чтобы летать, они должны создавать тягу, а также в качестве подъемной силы, уравновешивая различные гравитационные силы.

Как это достигается?

Начнем с того, что, как указывает это видео Minute Physics, на самолет действует не только подъемная сила, но и сила сопротивления и гравитационные силы, которые также тянут его вниз.

Редакционная группа Thrust Drag Lift Weight

Самолет имеет массу и массу, как и все его оборудование и багаж, а также каждый пассажир. Все это необходимо учитывать в расчетах, чтобы сделать самолет годным к полету.

Это означает не только создание подъемной силы, но и создание достаточной подъемной силы, толкающей самолет вверх, чтобы противодействовать и, таким образом, уравновешивать силы, толкающие его вниз.

Физика полета самолета

Чтобы начать это более глубокое погружение в физику полета самолета, рассмотрим третий закон движения Ньютона: на каждое действие существует равная и противоположная реакция.

Редакционная группа Силы и моменты во время равновесия на уровне крыльев

Это, с точки зрения физики, как достигается баланс — воздух действует как восходящая сила на самолет, следовательно, подъемная сила, а вес и масса действуют как нисходящая сила, следовательно, сопротивление . Выровняйте эти две противоположные силы, и в результате получится баланс.

Когда самолет припаркован на земле, количество молекул воздуха, ударяющих по самолету в целом и крыльям в частности, примерно одинаково. Следовательно, самолет остается на месте. Однако, как только самолет отрывается от земли, молекулы воздуха ударяют по крыльям самолета по-другому.

Если посмотреть на крыло самолета, то видно, что оно не прямое, а закреплено под слегка наклонным углом, при этом нижняя часть прямая, а верхняя обычно имеет более плавный изгиб. Это не просто эстетический выбор, а, скорее, неотъемлемая часть того, чтобы самолеты могли летать и оставаться в воздухе.

Редакционная группа Самолет Wing Angle Of Attack

Как уже говорилось, равная сила означает баланс, а наклон и изгиб крыльев немного нарушают этот баланс, в результате чего большее количество молекул ударяется о нижнюю часть крыла и более «жестко», чем Топ.

Наклон крыльев вверх гарантирует, что воздух также попадает в нижнюю часть крыла, что приводит к возникновению подъемной силы, которая имеет решающее значение для полета.

Тот же принцип действует и в форме крыла.

Удар лобовой поверхности по плоской поверхности неизбежно создаст большую силу, чем удар по чему-либо под углом, что и происходит, когда молекулы воздуха ударяются о изогнутую вершину крыла.

Кривизна уменьшает количество молекул, которые ударяются о крыло, а те, которые попадают в него, делают это под углом, менее благоприятным для высвобождающей силы.

Редакционная группа Piper pa-38

Кроме того, центростремительное движение молекул воздуха вокруг крыла снижает давление, оказываемое молекулами воздуха на верхнюю часть крыла.

Minute Physics использует аналогию с ливнем. В этом случае передние части тела бегуна намокают, а задняя — в меньшей степени.

Это потому, что угол, под которым движется бегун в сочетании с движением вперед, означает, что большая часть дождя попадает в лицо и переднюю часть тела и отслаивается вокруг спины, делая ее более сухой.

По сути, нечто подобное происходит с крыльями и подъемной силой. Как и в случае с каплями дождя, ударяющими по телу в приведенной выше аналогии, по мере того, как самолет движется вперед, молекулы воздуха проходят мимо изогнутых вершин и назад и вместо этого ударяются в переднюю и нижнюю части — места, необходимые для создания и поддержания подъемной силы.

Аэродинамический дизайн

Здесь также имеет значение общий аэродинамический дизайн. Любой, кто когда-либо делал бумажный самолетик, знает, что бумажные крылья, наклоненные по диагонали, позволяют летать гораздо лучше бумажных самолетиков, чем те, которые имеют простые прямоугольные крылья и квадратную форму.

Так же, как изогнутая верхняя половина крыла уменьшает количество молекул воздуха и, следовательно, силу, оказываемую на нее, аэродинамические наклонные конструкции крыла в реальных самолетах помогают воздуху перемещаться вокруг крыльев и плоскости таким образом, чтобы уменьшить сопротивление и таким образом сделать его более гладким и быстрым.

Самолет братьев Райт не имел изогнутых крыльев, упомянутых здесь, в пользу более крупного, квадратного и плоского дизайна.

Редакционная группа The Wright Flyer

То, что остается неизменным между их самым примитивным самолетом и самыми большими на сегодняшний день реактивными самолетами, и, таким образом, является критическим фактором в конструкции крыла, так это «угол атаки», то есть степень наклона крыла, чтобы создают дисбаланс верхнего / нижнего давления воздуха.

Однако слишком большой наклон, и воздушный поток вокруг крыльев становится слишком прерывистым и неравномерным, и самолет не может поддерживать подъемную силу и летать должным образом.Наклон в 15 градусов, как правило, является максимально устойчивым углом для аэродинамического полета.

Редакционная группа Основные силы на самолете тяжелее воздуха

Thrust and Drag

Однако все эти разговоры о подъемной силе, силе и гравитации — это только половина уравнения.

В конце концов, крылья самолета работают таким образом только в том случае, если воздух ударяет спереди и снизу с достаточной силой, чтобы противодействовать количеству ударов сверху и, таким образом, создавать достаточно большой дисбаланс, чтобы преодолеть гравитацию.

Это означает, что самолет должен двигаться вперед с достаточной скоростью, чтобы поддерживать этот дисбаланс.

И это подводит нас к следующей части нашего уравнения — тяги и сопротивления.

Проще говоря, тяга толкает самолет вперед, а сопротивление сдерживает.

Редакционная группа Thrust Drag Lift Weight

Точно так же, как создание подъемной силы связано с дисбалансом сил верхнего / нижнего крыла, создание тяги сводится к отталкиванию воздуха назад с достаточной силой и скоростью, чтобы противодействовать силе сопротивления, действующей на самолет.

От Китти-Хок до небес над Европой во время Первой мировой войны в первые десятилетия полета тяга была достигнута в основном за счет пропеллеров. Затем была изобретена реактивная сила.

Редакция Деревянный винт фиксированного шага

Сегодня в большинстве самолетов используется комбинация этих двух компонентов, которые работают вместе, чтобы эффективно, сильно и достаточно быстро выталкивать воздух назад, чтобы противодействовать сопротивлению и, таким образом, помогать самолету преодолевать гравитацию.

Те же принципы кривизны, центростремительной силы и дисбаланса воздушных сил, которые они создают с крыльями, работают и на пропеллеры, которые захватывают воздух под их пропеллерами и толкают их назад.

Когда они делают это с достаточной силой, величина тяги перевешивает величину сопротивления, и самолет движется вперед.

Как в воздухе управляют самолеты

Все это хорошо, но как насчет рулевого управления в воздухе? Поднять большой металлический самолет с земли — впечатляющий подвиг, но это не будет иметь большого значения, если он сможет лететь только по прямой.

Конечно, птицы не летают по прямой, и именно от них мы получаем ответ.

Когда мы видим, как птицы летают, и они поворачиваются, они опускают одно крыло или другое и, таким образом, при повороте летят под наклоном.

Самолеты, конечно же, делают то же самое. Когда самолету необходимо повернуть, одна сторона опускается ниже, чем другая, поскольку самолет наклоняется в направлении, в котором пилот хочет повернуть.

Редакционная группа

Учитывая все вышеизложенное о подъемной силе и о том, как молекулы воздуха ударяются о нижнюю часть крыльев, причина этого уже может быть очевидна.

Наклоняя и наклоняя самолет таким образом, пилот создает еще один дисбаланс в том, как молекулы воздуха ударяются о крылья.

На этот раз это сделано для увеличения силы воздуха на одном крыле по сравнению с другим.

Точно так же, как дисбаланс давления воздуха сверху / снизу вызывает подъемную силу, дисбаланс давления воздуха влево / вправо на крылья позволяет самолету управлять.

Последний совет по законцовке крыла

Редакционная группа Airbus A350 Winglets

Наконец, стоит отметить, что современные авиалайнеры обычно имеют законцовки крыла, также называемые винглетами, которые выступают на конце.

Почему?

Крылья отбрасывают воздух не идеальным, гладким, аккуратным распределением, а в виде «крыловых вихрей», то есть больших завихрений воздуха. Хотя большая часть этого проходит за самолетом, некоторые из них закручиваются вверх, что может снизить подъемную силу.

В современных самолетах это объясняется перевернутыми законцовками крыла, которые помогают свести к минимуму влияние этих завихрений воздуха на способность самолета поддерживать подъемную силу и плавность полета вперед.

Ссылки ▾

Похожие сообщения

Watch Dot Physics: How Planes Fly (Признайтесь — вы всегда хотели знать)

Когда вы находитесь в самолете, вы, вероятно, заняты

, думая о том, насколько вы несчастны.

Тесные сиденья, плачущие младенцы, ограниченное количество

алкоголя, которое можно выпить, чтобы все это забыть.

Но вы когда-нибудь задумывались о

, как вы летите по воздуху со скоростью

миль в час, не падая с неба?

Ну да, так что давайте пристегнем ремни безопасности

и поговорим о физике полета.

Начнем с самого основного бита — принципа импульса.

Он говорит, что силы изменяют импульс

объекта, а импульс является произведением массы и скорости.

Что это значит?

Предположим, я бросаю мяч в стену, и он отскакивает.

Чтобы мяч изменил направление,

чтобы изменить импульс, ему нужна сила.

И эта сила исходит от стены.

Силы действуют парами, так что, когда мяч ударяется о стену,

стена по существу ударяет в ответ, толкая мяч

в противоположном направлении.

Итак, какое отношение имеют шары и стены к самолетам?

Ну а если заменить шар на

воздух и стенку крылом?

Когда воздух попадает в крыло, крыло отталкивает

назад с равной силой, перемещая воздух вниз

и вперед и поднимая самолет в воздух.

Итак, мы подняли самолет.

Движение вперед сложнее.

Воздух должен продолжать толкать его вверх

с силой, равной силе тяжести,

, которая пытается тянуть самолет вниз.

Как только это произойдет и самолет выровняется,

вам понадобится тяга.

Это исходит от двигателя или винта самолета,

в зависимости от типа самолета.

Они берут воздух из передней части самолета

и толкают его так, чтобы он летел позади самолета

, и это изменение импульса толкает самолет вперед.

Теперь, если вы хотите построить самолет, у вас есть несколько вариантов.

Это столкновения с воздухом в крыле, которые заставляют его летать.

Сколько ты несешь, как быстро идешь и высоко поднимаешься,

Ответы лежат в области физики.

Чем больше крыло, тем больше подъемная сила,

, что означает, что вы несете больше вещей или летите выше,

, но чем больше крыло, тем больше лобовое сопротивление, которое его замедляет

, и вам понадобится больше тяги для движения. такая же скорость.

Вы можете сделать крыло меньшего размера, но у вас будет меньше

столкновений с воздухом, поэтому вам нужно будет лететь быстрее

, чтобы увеличить силу каждого столкновения

, чтобы получить ту же подъемную силу.

В конце концов, вам, вероятно, понадобится степень в области авиационной техники

, чтобы построить лучший самолет.

Плотность воздуха тоже имеет значение.

Чем выше плотность, тем больше воздушных шаров вы получите.

Вот почему самолету

труднее летать в жаркую погоду или на большой высоте

, поскольку и то, и другое снижает плотность воздуха.

Итак, в следующий раз, когда вы будете преодолевать препятствия в воздухе

со скоростью 500 миль в час, проклиная этого плачущего ребенка,

найдите момент, чтобы оценить элегантную физику полета.

Нет единого способа объяснить, как работают полеты

Давайте будем ясны — самолеты сложны. Конечно, вполне возможно получить лист бумаги и сложить его особым образом, чтобы он летел. Но физика полета нетривиальна. Еще сложнее объяснить силы, действующие на летающий самолет, в коротком видео — это то, что я сделал в своем недавнем WIRED-видео о физике полета.

Один из наиболее частых комментариев к этому видео был примерно таким:

Что, черт возьми, не так с этим видео? Какой-то чувак пытается объяснить, как летают самолеты, но он даже не сказал слова «Бернулли». Все уже знают, что самолеты летают по принципу Бернулли. Этому парню нужно вернуться в школу.

Хорошо, то, что касается возвращения в школу, вероятно, правда (я всегда могу узнать больше). Но оказывается, что вам не нужен принцип Бернулли, чтобы объяснить, как летают самолеты.

Допустим, я хотел объяснить полет самолета. Я мог бы использовать это обычное объяснение:

Крыло изогнуто сверху. Когда он летит в воздух, часть воздуха проходит сверху, а часть — под ним. Поскольку верхний воздушный путь длиннее, он должен идти быстрее. Согласно принципу Бернулли, более быстрый воздух снижает давление. При меньшем давлении на верх самолет поднимается вверх. Это физика.

Увы, с таким объяснением есть проблемы.Первая проблема заключается в том, что воздух не проходит через вершину с более высокой скоростью , потому что — это более длинный путь — это просто неправда (посмотрите это отличное видео, объясняющее общие проблемы с объяснением полета). Вторая проблема — атаковать сложную идею (полет) другой сложной концепцией (принцип Бернулли). При использовании принципа Бернулли физика полета становится похожей на игру словесных ассоциаций. Я говорю «подъемная сила», вы говорите «Бернулли». Не беспокойтесь о том, что это значит, просто помните, что Бернулли — правильный ответ.

Вы можете увидеть подобные объяснения в других областях. Мне больше всего нравится вопрос о том, что вызывает сезоны на Земле. Или как я это выражаю: почему летом жарче? Если вы спросите людей на улице, я уверен, что большинство из них скажут что-нибудь о наклоне земной оси. Действительно, на Земле (в Северном полушарии) теплее из-за наклона оси Земли. Но если вы нажмете дальше и спросите, почему это делает теплее, есть большая вероятность, что они ответят, что наклон Земли приближает нас к Солнцу, тем самым нагревая вещи.ПОДСКАЗКА: это неправильно. Настоящая причина того, что летом теплее, заключается в том, что солнце дольше поднимается по небу. Оба эти фактора означают большее солнечное нагревание земли и более жаркую погоду. Фактически, поскольку орбита Земли не является полностью круговой, мы на самом деле на дальше от Солнца на летом — но все равно жарче, чем зимой.

Итак, в конце концов люди получают это ложное чувство понимания (касается ли оно летающих самолетов или причин года).

Как летают самолеты? | Авиационная триада

Чтобы понять, как работает самолет, вы должны сначала понять четыре силы, действующие на него все время:

  • Вес — направленная вниз сила, действующая на самолет. Гравитационное притяжение Земли удерживает самолет на земле до тех пор, пока на него не действует противодействующая сила — подъемная сила.
  • Подъемник — Сила, направленная вверх, действующая на плоскость. Подъемная сила позволяет самолету подниматься в воздух и выдерживать полет, не падая на землю.
  • Тяга — Сила, толкающая самолет вперед, создаваемая пропеллером или реактивным двигателем. Когда энергия высвобождается назад, самолет перемещается вперед в соответствии с третьим законом движения Ньютона (для каждого действия существует равная и противоположная реакция).
  • Drag — Сила, замедляющая прямую тягу самолета. Повышенное трение и изменения давления воздуха способствуют сопротивлению.

Базовое описание четырех сил полета можно найти на этой диаграмме на веб-сайте Смитсоновского национального музея авиации и космонавтики.

Подготовка к взлету

Для того, чтобы самолет взлетел, необходимо создать достаточную тягу, чтобы самолет двигался вперед, и необходимо создать достаточную подъемную силу, чтобы самолет оторвался от земли. Легко представить себе, как тяга может создаваться двигателем или гребным винтом; в конце концов, большинство людей знакомо с тем, как автомобили движутся по земле. Сложнее представить себе, как самолет, который весит десятки тысяч фунтов, может бросить вызов гравитации.

Однако на самом деле самолеты не противостоят гравитации. Вместо этого наклон и площадь крыльев самолета манипулируют частицами воздуха вокруг самолета, создавая достаточно сильную подъемную силу, чтобы сила тяжести преодолевалась силой воздуха под крыльями. Проще говоря, крылья самолета созданы для создания подъемной силы, превышающей вес самолета.

Взлет по ходу игры

Есть два разных элемента, которые влияют на способность крыльев самолета создавать подъемную силу:

  1. Угол атаки
  2. Разница давления воздуха над и под крылом

Угол атаки относится к небольшому углу крыла самолета по отношению к набегающему воздуху, что позволяет крылу «ловить» воздух, когда оно движется вперед.Молекулы воздуха расщепляются в двух направлениях, когда они бомбардируют переднюю часть крыла, и многие из них проталкиваются под крыло. Это заставляет воздух опускаться вниз от самолета, создавая «поток воды вниз», и — снова в соответствии с третьим законом Ньютона! — самолет толкает вверх равной силой.

По мере увеличения угла атаки будет создаваться больше подъемной силы. Однако есть переломный момент, когда наклон слишком крутой и нарушает траекторию полета самолета. Если угол атаки слишком велик, будет создан слишком большой дрейф, что приведет к сваливанию самолета и, возможно, по спирали, если угол не будет исправлен.

Второй фактор — это разница в давлении воздуха между воздухом чуть выше крыла и воздухом чуть ниже крыла. Когда самолет мчится по воздуху, воздух разделяется на два потока. Воздух над крылом имеет более низкое давление, тогда как воздух под крылом имеет более высокое давление. Разница в этих давлениях создает подъемную силу.

Взлет — это также тонкий механический маневр для пилота, поскольку он должен понимать, как управлять скоростью и формой самолета для создания подъемной силы.Во-первых, пилот должен запустить двигатель самолета и проехать сотни миль в час по взлетно-посадочной полосе с соответствующей скоростью, определяемой такими факторами, как вес самолета, температура воздуха и т. Д. Как только самолет достигает «скорости вращения», пилот регулирует часть в задней части самолета называется лифтом, который захватывает воздух и заставляет нос самолета подниматься вверх. Теперь угол атаки увеличен, что позволяет самолету подниматься для взлета. Пилот может также увеличить площадь крыла, установив предкрылки в передней части крыла или закрылки в задней части крыла, увеличивая подъемную силу.

Вы можете легко воссоздать движение воздуха через крыло самолета, высунув руку из окна движущегося автомобиля. Как движение руки вверх или вниз или удержание ее на одном уровне влияет на движение руки? Ваша рука так же легко поднимается, когда машина останавливается, или просто задействует мышцы рук для борьбы с гравитацией и удерживает руку в воздухе?

Если у вас все еще возникают проблемы с визуализацией физики полета, посмотрите это видео от PBS или от Tech Insider.

Посадка самолета

Подъем самолета в воздух — не единственная важная часть полета. Пилот также должен безопасно вернуть своих пассажиров на землю! Если это не чрезвычайная ситуация, пилоты медленно опускают самолет, чтобы пассажиры могли комфортно приспособиться к изменяющимся уровням давления. Пилоты обычно действуют по «правилу трех», то есть самолет снижается на 300 метров (1000 футов) каждые три мили. Это соответствует углу спуска примерно 3 градуса.

Для осторожного снижения пилот должен немного уменьшить подъемную силу самолета, чтобы его вес вернул его на землю. Они делают это за счет уменьшения тяги и увеличения сопротивления, что снижает подъемную силу. (Если это сбивает с толку, помните, что самолет без тяги, то есть стоящий на месте, не поднимается в воздух.)

Для этого пилоты уменьшают тягу двигателя и могут наклонять нос самолета вверх, тем самым увеличивая трение воздуха и создавая сопротивление. По мере того, как самолет продолжает снижаться, пилот может использовать закрылки и предкрылки для увеличения лобового сопротивления.Когда самолет начинает свое окончательное снижение, шасси развертывается, самолет приземляется задними колесами, и применяются тормоза для замедления самолета.

Самолет внизу приземляется в одном из самых густонаселенных мест в мире! Вы бы чувствовали себя в безопасности?

Maho Beach, Сен-Мартен

Пройдите авиационную подготовку или начните летную карьеру с Aviation Triad

Если вас очаровал этот краткий обзор физики и механики полета, вы можете подумать о карьере в авиации.Aviation Triad предоставляет начинающим авиационным студентам и амбициозным авиационным работникам широкий спектр возможностей обучения и карьерного роста в районе Пьемонта в Северной Каролине. Свяжитесь с нами онлайн, чтобы получать новости о возможностях в вашем регионе!

Физика в небе: Физика на плоскости

На этой неделе мы отдыхаем от дома и отправляемся в небо! Теперь эту скучную поездку на самолете можно наполнить физикой!


Что вам понадобится
  • Одна пустая одноразовая бутылка для воды с крышкой
  • Билет на самолет или друг, который отвезет вас на своем самолете
Что делать
  1. Как только вы достигнете своей крейсерской высоты (примерно в то время, когда они поворачивают знак ремня безопасности), возьмите бутылку с водой из сумки для переноски и положите ее.
  2. Отвинтите колпачок.

  3. Снова закрутите колпачок.

  4. Как только вы приземлитесь, посмотрите на свою бутылку. Что с ним случилось?

Что происходит?

Когда вы стоите на земле на уровне моря, на каждый квадратный дюйм вашего тела приходится около 14 фунтов. Давление исходит от всех молекул газа вокруг вас, которые притягиваются к Земле под действием силы тяжести. Вы не замечаете, что это происходит, потому что это давление всегда давит на вас, и вы всегда сопротивляетесь ему.

Чем дальше вы удаляетесь от Земли, тем меньше гравитация, поэтому молекулы газа расположены не так близко друг к другу и не оказывают такого большого давления. Фактически, к тому времени, когда вы отправитесь в космос, все молекулы газа, которые находятся в нашей атмосфере, не существуют, потому что они находятся за пределами гравитационного притяжения Земли. Когда вы поднимаетесь в самолете, давление молекул воздуха уменьшается. Итак, когда бутылка открыта и вы болтаетесь на своем месте на высоте около 30 000 футов, давление внутри и снаружи бутылки меньше.Сейчас гора Эверест составляет всего 30 000 футов, и многим людям нужны кислородные баллоны, чтобы подняться на эту вершину. Внутри самолета давление в кабине составляет 8000 футов, что по-прежнему довольно высоко, почти как гора Сент-Хеленс, но это не делает кислородные баллоны одним из рекомендуемых элементов оборудования, когда вы пытаетесь подняться на вершину. Причина, по которой самолеты оснащены кислородными масками, свисающими с потолка, заключается в разнице в давлении от 30 000 футов до 8 000 футов. Если в салоне падает давление, маски падают, чтобы у пассажиров появился кислород для дыхания.Когда вы закручиваете крышку на бутылку, вы запечатываете молекулы газа, которые находятся внутри бутылки, по сути, улавливая давление воздуха с высоты 8000 футов над уровнем моря. Когда вы наконец приземлитесь, давление воздуха на Земле будет намного больше, чем оно было в герметичной кабине высотой 8000 футов. Он давит на внешнюю часть бутылки, но давление внутри бутылки не отталкивается с той же силой. Поскольку давление снаружи бутылки больше, чем давление внутри бутылки, бутылка мнется.

Попробуй!
  • Попробуйте тот же эксперимент, если вы занимаетесь подводным плаванием с аквалангом. Что происходит?
  • Попробуйте закрыть баллон, когда находитесь на земле, и понаблюдайте за разницей в баллоне, когда достигнете крейсерской высоты в самолете.

Что заставляет бумажные самолетики летать?

Аэродинамика

Что заставляет летать бумажный самолетик? Воздух — это то, что вас окружает. Держите руку перед собой так, чтобы ладонь была обращена в сторону, так, чтобы большой палец находился сверху, а мизинец смотрел в пол.Махи рукой вперед-назад. Вы чувствуете воздух? Теперь поверните ладонь так, чтобы она была параллельна земле, и снова поверните ее вперед и назад, как будто вы рассекаете ее по воздуху. Вы все еще можете чувствовать воздух, но ваша рука может двигаться в нем более плавно, чем когда ваша рука поднята под прямым углом. Насколько легко самолет движется по воздуху или его аэродинамика — это первое, что нужно учитывать при выполнении полета на большие расстояния.

Перетаскивание и гравитация

Самолеты, которые выталкивают много воздуха, как это делала ваша рука, когда она была обращена в сторону, говорят, что они имеют большое «сопротивление» или сопротивление движению по воздуху.Если вы хотите, чтобы ваш самолет пролетел как можно дальше, вам нужен самолет с минимальным сопротивлением. Вторая сила, которую самолетам необходимо преодолеть, — это «гравитация». Вам нужно свести вес вашего самолета к минимуму, чтобы помочь бороться с притяжением силы тяжести к земле.

Тяга и подъем

«Тяга» и «подъемная сила» — это две другие силы, которые помогают вашему самолету совершать длительный полет. Тяга — это поступательное движение самолета. Первоначальный толчок создается мускулами «пилота» при запуске бумажного самолетика.После этого бумажные самолетики становятся действительно планерами, преобразующими высоту в поступательное движение. Подъем возникает, когда воздух под крылом самолета толкает вверх сильнее, чем воздух над ним толкает вниз. Именно эта разница в давлении позволяет самолету летать. Давление на поверхность крыла можно уменьшить, заставив воздух двигаться над ним быстрее. Крылья самолета изогнуты, так что воздух быстрее движется над крылом, что приводит к толчку вверх или подъему крыла.

Четыре силы в равновесии

Длительный полет происходит, когда эти четыре силы — сопротивление, сила тяжести, тяга и подъемная сила — уравновешены.Некоторые самолеты (например, дротики) предназначены для метания с большой силой. Поскольку у дротиков нет большого сопротивления и подъемной силы, они зависят от дополнительной тяги для преодоления силы тяжести. Летчики на дальние расстояния часто строятся с таким же дизайном. Самолеты, которые созданы для того, чтобы проводить долгое время в воздухе, обычно имеют большую подъемную силу, но небольшую тягу. Эти самолеты летают медленно и плавно.

Принципы полета

ПРИНЦИПЫ
904 904 904 904 904 четыре силы, действующие на самолет все время, пока он летит.Четыре силы:
(1) подъемная сила, (2) сила тяжести или вес, (3) тяга и (4) сопротивление.
Подъемная сила и сопротивление считаются аэродинамическими силами, потому что они существуют благодаря движению. самолета по воздуху.
Подъем: создается за счет более низкого давления, создаваемого на верхней поверхности крыльев самолета по сравнению с давлением на нижние поверхности крыла, в результате чего крыло ПОДНИМАЕТСЯ вверх.Особая форма крыла самолета (аэродинамический профиль) спроектирован так, что воздух, проходящий через него, должен будет проходить большее расстояние и быстрее, что приведет к уменьшению зоны давления (см. иллюстрацию), таким образом поднятие крыла вверх. Подъем — это сила, которая противостоит силе тяжести (или веса).
Подъемная сила зависит от (1) формы профиля (2) угла атаки (3) площади поверхности, подверженной воздушному потоку (4) квадрат скорости воздуха (5) плотность воздуха.
Вес: Вес действует вертикально вниз от центра тяжести (CG) самолета.
Тяга: определяется как толкающая или тянущая сила в прямом направлении разработан авиационный двигатель.Сюда входят поршневые двигатели, турбореактивные двигатели, турбовинтовые двигатели.
Сопротивление: — это сила, которая препятствует движению самолета вперед. в частности, сопротивление — это тормозящая сила, действующая на тело, движущееся через жидкость, параллельно направлению движения тела. Это трение воздуха, когда он встречает и проходит над самолетом и его компонентами.Сопротивление создается силой удара с воздуха, трение кожи и смещение воздуха.
Управление полетом самолета
Самолет оборудован определенными неподвижными и подвижными поверхностями или аэродинамическим профилем, которые обеспечивают устойчивость и контроль во время полета.Они проиллюстрированы на картинке.
Каждый из названных профилей предназначен для выполнения определенной функции в полете самолета. Неподвижными профилями являются крыло, вертикальный и горизонтальный стабилизаторы. Подвижные воздушные фильтры, называемые контрольными. Поверхности, это элероны, рули высоты, рули направления и закрылки.Элероны, рули высоты и рули используются для «управления» самолетом. в полете, чтобы он летел туда, куда хочет пилот. Закрылки обычно используются только во время приземления и выдвигаются во время снять.
Элерон: может быть определен как подвижная поверхность управления, прикрепленная к задняя кромка крыла для управления самолетом в крене, то есть вращении вокруг продольной оси.
Лифт: определяется как горизонтальная контрольная поверхность, обычно прикрепленная к задней кромке горизонтального стабилизатора самолета, предназначенного для приложения к самолету движения по тангажу. Качка Движение — это сила, стремящаяся вращать самолет вокруг боковой оси, то есть носом вверх или носом вниз.
Руль направления: представляет собой вертикальную рулевую поверхность, обычно шарнирно прикрепленную к хвостовая стойка за вертикальным стабилизатором и предназначена для приложения к самолету рыскания, то есть для его поворота вправо или влево относительно вертикальной оси.
Закрылки: шарнирные или скользящие поверхности, установленные на задняя кромка крыльев и предназначена для увеличения развала крыльев.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

2019 © Все права защищены. Карта сайта