Hvordan fungerer en flyvinge?

Flyet er måske ikke den mest livsændrende opfindelse i det 20. århundrede; argumenter kan tydeligvis fremføres for alle andre innovationer, herunder antibiotika, computerprocessoren og fremkomsten af ​​trådløs global kommunikationsteknologi. Alligevel bærer kun få af disse opfindelser både den visuelle storhed og den medfødte menneskelige ånd af dristighed og udforskning, ligesom flyet gør.

Hovedparten af ​​et typisk fly kan i vid udstrækning ikke skelnes fra andre store personbiler; det består af et rørlignende rum, hvor passagerer, de ansvarlige og andre transporterede genstande sidder. De fleste fly har også hjul; de fleste observatører ville ikke placere dem som en primær funktion, men de fleste fly kunne ikke starte eller lande uden dem.

Det er imidlertid klart, at det vigtigste fysiske træk, der gør, at et fly straks identificerer dets vinger. Til en vis grad føjer de bærende strukturer, som du vil læse om, til et flys karakteristiske udseende, men vingen er på en eller anden måde den mest overbevisende; på trods af vildledende grundlæggende udseende er flyvingen en ægte vidunder af teknik såvel som uundværlig for livet i den moderne civilisation.

Flykontrol kræver ikke kunløfte op(meget mere om det senere) men også lodret såvel som vandret styrings- og stabiliseringsudstyr. Følgende gælder for en standardflyvemaskine i passagerstil; klart, ingen design af et fly eller for den sags skyld et passagerflyfly findes. Tænk på fysikken, ikke på de specifikke ingredienser.

Røret eller kroppen af ​​et fly kaldesskrog. Vingerne er fastgjort til skroget på et punkt omkring halvvejs langs dets længde. Vingerne har to sæt bevægelige komponenter på bagsiden; det ydre sæt kaldesailerons, mens de længere indre kaldes simpelthenklapper. Disse ændrer henholdsvis flyets rulle og træk, hvilket hjælper med at styre og sænke flyet. Vingespidserne har ofte små bevægeligewinglets, hvilket mindsker træk.

Halens dele af et fly inkluderervandretoglodrette stabilisatorer,den tidligere efterligner små vinger i orientering og pralelevatorklapperog sidstnævnte inklusive aror,flyets primære middel til at ændre vandret kurs. Et fly, der kun havde en motor og vinger, men intet ror, ville være som en kraftig bil uden rattet, og det tager ikke en fysiker eller professionel racerbilfører at få øje på problemerne her.

​Orville og Wilbur Wrighter krediteret for at have foretaget den første vellykkede flyvning i 1903 i North Carolina, U.S.A. Som du måske antog, var de ikke bare vovede der smed en slapdash-indretning fra en motor og nogle lette planker og slog den af, en der tilfældigvis fungerede i deres favor. Tværtimod var de omhyggelige forskere, og de forstod, at vingen ville tjene som det kritiske aspekt af enhver vellykket flyvemekanisme. ("Fly" er et malerisk, men elskeligt udtryk i luftfartsverdenen.)

Wrights havde adgang til vindtunneldata fra Tyskland, og de brugte dette i formuleringen af ​​vinger til svæveflyene, der gik forud for deres øjeblikkeligt berømte motoriserede version fra 1903. De eksperimenterede med forskellige vingeformer og opdagede, at dem med vingefang-til-fløj-bredde-forhold inden for et tæt område og tæt på 6,4 til 1, syntes ideelle; at dette er en næsten perfektbilledformater blevet understøttet af moderne tekniske metoder.

En fløj er en slags bæreflade, som er tværsnittet af alt, hvad der er interessant for ingeniører inden for væskedynamik, såsom sejl, propeller og turbiner. Denne repræsentation er nyttig til at løse problemer, fordi den giver den bedste visuelle repræsentation af, hvordan et plan stiger, og hvordan dette kan moduleres gennem forskellige vingeformer og andre funktioner.

Måske i skolen eller blot ved at se nyhederne har du set eller hørt udtrykket "løft" med henvisning til flyvning. Hvad er lift i fysik? Er lift endda målelig mængde, eller kortlægges den til en?

Lift er faktisk en kraft, der pr. Definition modsætter sig en genstandvægt. Vægt er igen den kraft, der produceres som et resultat af tyngdekraftens virkninger på genstande medmasse. At opnå løft er i det væsentlige at modvirke tyngdekraften - og tyngdekraften "snyder" i denne lodrette trækkraft, fordi den aldrig hviler!

Elevator er envektor mængde, som alle kræfter, og har således både en skalar komponent (dens antal eller størrelse) og en specificeret retning (normalt inklusive to dimensioner, mærketxogyi fysiske problemer på indledende niveau). Vektoren er tegnet virker gennem objektets trykcenter og er rettet vinkelret på fluidstrømningsretningen.

Elevator kræver envæske(en gas eller en blanding af gasser, såsom luft eller en væske, såsom olie) som et medium. Således tjener hverken et solidt objekt eller et vakuum som et gæstfrit flyvende miljø; den første af disse er intuitivt indlysende, men hvis du nogensinde spekulerede på, om du kunne styre et plan i det ydre rum ved at manipulere dets vinger eller hale, er svaret nej; der er ingen fysiske "ting" for de plane dele at skubbe imod.

Alle har set hvirvler og strømme i en flod eller strøm og overvejet væskestrømmens natur. Hvad sker der, når en flod eller strøm pludselig bliver meget mere snæver uden ændringer i dybden? Flodvandet strømmer langt hurtigere forbi som et resultat. Højere hastigheder betyder mere kinetisk energi, og stigninger i kinetisk energi er afhængige af noget input af energi til systemet i form af arbejde.

Med hensyn til væskedynamik er nøglepunktet, at trykket P vil falde i hurtigt bevægende væsker med densitetρ, inklusive luft. (Densitet er masse divideret med volumen eller m / V.) De forskellige forhold mellem en væskes kinetiske energi (1/2) ρv², dens potentielle energi ρgh (hvorher enhver ændring i højden, hvor der findes en væsketrykforskel) og det samlede trykPer fanget af ligningen, der er berømt af den schweiziske videnskabsmand fra det 18. århundredeDavid Bernoulli. Den generelle form er skrevet:

Herger acceleration på grund af tyngdekraften på jordens overflade, som har værdien 9,8 m / s². Denne ligning gælder for utallige situationer, der involverer strømmen af ​​vand og gasser og bevægelse af genstande i væsker, såsom fly, der lynlåser gennem luften på himlen.

Når man overvejer flyvingen, kan den sidste periode i Bernoullis ligning droppes, fordi vingen behandles som i en ensartet højde:

Du skal også være opmærksom på kontinuitetsligningen, der relaterer til tryk til tværsnitsfløjområdet:

En kombination af disse ligninger viser, hvordan løftekraft produceres. Kritisk er trykforskellen mellem toppen af ​​vingen og undersiden resultatet af de forskellige former på de respektive sider af bærefladen. Luften over vingen får lov til at bevæge sig hurtigere end luften nedenunder, hvilket resulterer i et slags "sugetryk" ovenfra, der modsætter flyets vægt.

Selve flyets fremadgående bevægelse er selvfølgelig det, der skaber luftens bevægelse; flyets vandrette hastighed er skabt af dets jetmotors tryk mod luften, og den resulterende modsatte kraft, der udøves mod fartøjet i denne retning, kaldestræk​.

• Således er en oversigt over de opadgående, nedadgående, fremadgående og bagudgående kræfter på et fly og dens vinger set fra den ene sideløfte op​, ​vægt​, ​stødogtræk​.