كيف يعمل جناح الطائرة؟

قد تكون الطائرة أو لا تكون أكثر اختراع غيّر الحياة في القرن العشرين ؛ يمكن تقديم الحجج بوضوح لجميع أنواع الابتكارات الأخرى ، بما في ذلك الأدوية المضادة للمضادات الحيوية ومعالج الكمبيوتر وظهور تكنولوجيا الاتصالات العالمية اللاسلكية. ومع ذلك ، فإن القليل من هذه الاختراعات ، إن وجدت ، تحمل كلاً من العظمة البصرية والروح الإنسانية الفطرية للجرأة والاستكشاف كما تفعل الطائرة.

لا يمكن تمييز الجزء الأكبر من الطائرة النموذجية إلى حد كبير عن غيرها من مركبات الركاب الكبيرة الحجم ؛ يتكون من مقصورة تشبه الأنبوب يجلس فيها الركاب والأشخاص المسؤولون والأشياء المنقولة الأخرى. كما أن معظم الطائرات لها عجلات ؛ لن يضعها معظم المراقبين كميزة أساسية ، لكن معظم الطائرات لا تستطيع الإقلاع أو الهبوط بدونها.

من الواضح ، مع ذلك ، أن الميزة الفيزيائية الرئيسية التي تجعل الطائرة يمكن التعرف على جناحيها على الفور. إلى حد ما ، تضيف الهياكل الداعمة التي ستقرأ عنها أيضًا مظهرًا مميزًا للطائرة ، لكن الجناح هو الأكثر إقناعًا إلى حد ما ؛ على الرغم من مظهره الأساسي المخادع ، فإن جناح الطائرة هو أعجوبة هندسية حقيقية وكذلك لا غنى عنه للحياة في الحضارة الحديثة.

يتطلب التحكم في الطائرة ليس فقطمصعد(المزيد عن ذلك لاحقًا) ولكن أيضًا معدات التوجيه والتثبيت الرأسية والأفقية. ينطبق ما يلي على طائرة ركاب قياسية ؛ من الواضح أنه لا يوجد تصميم واحد لطائرة ، أو لطائرة ركاب نفاثة. فكر في الفيزياء وليس المكونات المحددة.

يُطلق على أنبوب أو جسم الطائرة اسمجسم الطائرة. الأجنحة متصلة بجسم الطائرة عند نقطة نصف طولها تقريبًا. تحتوي الأجنحة نفسها على مجموعتين من المكونات المتحركة على الظهر ؛ المجموعة الخارجية تسمىالجنيحات، في حين أن الأطول ، الداخلية تسمى ببساطةاللوحات. هذه تغير لفة وسحب الطائرة على التوالي ، مما يساعد في توجيه وإبطاء الطائرة. غالبًا ما تكون أطراف الجناح صغيرة متحركةالجنيحات، مما يقلل السحب.

تشمل أجزاء الذيل من الطائرةعرضيوالمثبتات الرأسيةالسابق يحاكي الأجنحة الصغيرة في الاتجاه والتباهياللوحات المصعد، والأخير بما في ذلك أالموجه،الوسيلة الأساسية للطائرة لتغيير المسار الأفقي. الطائرة التي تحتوي على محرك وأجنحة فقط ولكن بدون دفة ستكون مثل سيارة قوية بدون عجلة القيادة ، ولا يتطلب الأمر فيزيائيًا أو سائق سيارات سباق محترفًا لتحديد المشكلات هنا.

​أورفيل وويلبر رايتيُنسب إليهم الفضل في القيام بأول رحلة طيران ناجحة ، في عام 1903 في ولاية كارولينا الشمالية بالولايات المتحدة الأمريكية ، كما تعتقد ربما ، لم يكونوا مجرد متهورون الذين ألقوا معًا أداة هجومية من محرك وبعض الألواح خفيفة الوزن وقاموا بتجربتها ، والتي تصادف أنها تعمل في محاباة. على العكس من ذلك ، كانوا باحثين دقيقين ، وأدركوا أن الجناح سيكون بمثابة جانب حاسم في أي آلية طيران ناجحة. ("الطائرة" مصطلح غريب ولكنه محبوب في عالم الطيران.)

كان لدى Wrights إمكانية الوصول إلى بيانات نفق الرياح من ألمانيا ، واستخدموا ذلك في صياغة أجنحة الطائرات الشراعية التي سبقت نسختهم الآلية الشهيرة عام 1903. لقد جربوا أشكالًا مختلفة من الأجنحة ، واكتشفوا أن تلك ذات نسب امتداد الجناح إلى عرض الجناح ضمن مدى قريب ، وتقترب من 6.4 إلى 1 ، تبدو مثالية ؛ أن هذا يكاد يكون مثاليًاابعاد متزنةتم إثباته من خلال الأساليب الهندسية الحديثة.

الجناح هو نوع من الجنيح ، وهو المقطع العرضي لأي شيء يهم المهندسين في عالم ديناميكيات السوائل ، مثل الأشرعة والمراوح والتوربينات. هذا التمثيل مفيد في حل المشكلات لأنه يقدم أفضل تمثيل مرئي لكيفية ارتفاع الطائرة وكيف يمكن تعديل ذلك من خلال أشكال أجنحة مختلفة وميزات أخرى.

ربما في المدرسة ، أو بمجرد مشاهدة الأخبار ، رأيت أو سمعت مصطلح "رفع" في إشارة إلى الرحلة. ما هو المصعد في الفيزياء؟ هل الرفع كمية قابلة للقياس أم أنها مرتبطة بواحد؟

في الواقع ، قوة الرفع هي قوة تعارض بحكم تعريف الجسموزن. الوزن بدوره هو القوة الناتجة نتيجة لتأثيرات الجاذبية على الأجسام ذاتكتلة. إن تحقيق قوة الرفع يعني في الأساس مواجهة الجاذبية - و "غش" الجاذبية في لعبة شد الحبل العمودية هذه ، لأنها لا تستقر أبدًا!

المصعد هوكمية ناقلات، مثل جميع القوى ، وبالتالي يكون له مكون عددي (رقمه ، أو حجمه) واتجاه محدد (عادةً ما يتضمن بعدين ، معنونxوذ، في مشاكل الفيزياء التمهيدية). يتم رسم المتجه من خلال مركز ضغط الجسم ، ويتم توجيهه بشكل عمودي على اتجاه تدفق السوائل.

يتطلب الرفع أسائل(غاز أو خليط من الغازات ، مثل الهواء ، أو سائل ، مثل الزيت) كوسيط. وبالتالي لا يوجد جسم صلب ولا فراغ يعمل كبيئة طيران مضيافة ؛ الأول واضح بشكل حدسي ، ولكن إذا تساءلت يومًا ما إذا كان بإمكانك توجيه طائرة في الفضاء الخارجي من خلال التلاعب بجناحيها أو ذيلها ، فإن الإجابة هي لا ؛ لا توجد "أشياء" مادية يمكن أن تدفع بها أجزاء الطائرة.

لقد شاهد الجميع دوامات وتيارات نهر أو جدول ، وتفكروا في طبيعة تدفق السوائل. ماذا يحدث عندما يصبح النهر أو المجرى فجأة أضيق بكثير دون تغيير في العمق؟ نتيجة لذلك ، تتدفق مياه النهر بسرعة أكبر بكثير. تعني السرعات العالية المزيد من الطاقة الحركية ، وتعتمد الزيادات في الطاقة الحركية على بعض مدخلات الطاقة في النظام في شكل عمل.

فيما يتعلق بديناميات الموائع ، فإن النقطة الأساسية هي أن الضغط P سينخفض ​​في سوائل الكثافة المتحركة بسرعةρ، بما في ذلك الهواء. (الكثافة هي الكتلة مقسومة على الحجم ، أو m / V.) العلاقات المختلفة بين الطاقة الحركية للسائل (1/2) ρv²، طاقتها الكامنة ρgh (أينحهو أي تغيير في الارتفاع يوجد عليه اختلاف في ضغط المائع) والضغط الكليصتم التقاطها من خلال المعادلة التي اشتهر بها العالم السويسري في القرن الثامن عشرديفيد برنولي. النموذج العام مكتوب:

هنازهو تسارع بفعل الجاذبية على سطح الأرض بقيمة 9.8 م / ث². تنطبق هذه المعادلة على عدد لا يحصى من المواقف التي تتضمن تدفق المياه والغازات وحركة الأجسام في السوائل ، مثل انزلاق الطائرات في هواء السماء.

عند التفكير في جناح الطائرة ، يمكن إسقاط المصطلح الأخير في معادلة برنولي لأن الجناح يُعامل على أنه ارتفاع موحد:

يجب أن تكون على دراية أيضًا بمعادلة الاستمرارية ، والتي تتعلق بالضغط على منطقة الجناح المستعرضة:

يوضح الجمع بين هذه المعادلات كيفية إنتاج قوة الرفع. بشكل حاسم ، فرق الضغط بين أعلى الجناح والجانب السفلي هو نتيجة الأشكال المختلفة للجانبين المعنيين من الجنيح. يُسمح للهواء فوق الجناح بالتحرك بشكل أسرع من الهواء الموجود تحته ، مما ينتج عنه نوع من "ضغط الامتصاص" من أعلى يقاوم وزن الطائرة.

إن الحركة الأمامية للطائرة نفسها ، بالطبع ، هي التي تخلق حركة الهواء ؛ يتم إنشاء السرعة الأفقية للطائرة من خلال دفع محركاتها النفاثة ضد الهواء ، وتسمى القوة المعارضة الناتجة ضد المركبة في هذا الاتجاهيجر​.

• وبالتالي ، فإن ملخص القوى الصاعدة والهابطة والأمامية والخلفية على الطائرة وأجنحتها كما يُرى من جانب واحد هومصعد​, ​وزن​, ​دفعويجر​.