Πώς λειτουργεί ένα φτερό αεροπλάνου;

Το αεροπλάνο μπορεί ή όχι να είναι η πιο μεταβαλλόμενη ζωή εφεύρεση του 20ού αιώνα. Τα επιχειρήματα μπορούν σαφώς να γίνουν για κάθε είδους άλλες καινοτομίες, όπως τα αντιβιοτικά φάρμακα, ο επεξεργαστής υπολογιστών και η έλευση της ασύρματης παγκόσμιας τεχνολογίας επικοινωνιών. Ωστόσο, λίγες από αυτές τις εφευρέσεις, αν υπάρχουν, φέρουν τόσο το οπτικό μεγαλείο όσο και το έμφυτο ανθρώπινο πνεύμα τόλμης και εξερεύνησης, όπως και το αεροπλάνο.

Το μεγαλύτερο μέρος ενός τυπικού αεροπλάνου δεν διακρίνεται σε μεγάλο βαθμό από άλλα επιβατικά οχήματα μεγάλης κλίμακας. Αποτελείται από ένα σωληνωτό διαμέρισμα στο οποίο κάθονται οι επιβάτες, οι υπεύθυνοι και άλλα μεταφερόμενα αντικείμενα. Επίσης, τα περισσότερα αεροπλάνα έχουν τροχούς. οι περισσότεροι παρατηρητές δεν θα τους τοποθετούσαν ως κύριο χαρακτηριστικό, αλλά τα περισσότερα αεροπλάνα δεν μπορούσαν να απογειωθούν ή να προσγειωθούν χωρίς αυτά.

Σαφώς, ωστόσο, το κύριο φυσικό χαρακτηριστικό που κάνει ένα αεροπλάνο να αναγνωρίζει αμέσως τα φτερά του. Σε κάποιο βαθμό, οι υποστηρικτικές δομές που θα διαβάσετε επίσης προσθέτουν στη χαρακτηριστική εμφάνιση ενός αεροπλάνου, αλλά η πτέρυγα είναι κάπως η πιο συναρπαστική. Παρά την απατηλά βασική του εμφάνιση, η πτέρυγα του αεροπλάνου είναι ένα πραγματικό θαύμα της μηχανικής, καθώς και απαραίτητη για τη ζωή στο σύγχρονο πολιτισμό.

Ο έλεγχος του αεροπλάνου απαιτεί όχι μόνοανελκυστήρας(πολύ περισσότερο σε αυτό αργότερα) αλλά και κατακόρυφος καθώς και οριζόντιος εξοπλισμός διεύθυνσης και σταθεροποίησης. Τα ακόλουθα ισχύουν για ένα τυπικό αεροπλάνο τύπου επιβατών. σαφώς, δεν υπάρχει κανένας σχεδιασμός αεροπλάνου ή, για το θέμα αυτό, επιβατικό αεροπλάνο. Σκεφτείτε τη φυσική, όχι τα συγκεκριμένα συστατικά.

Ο σωλήνας ή το σώμα ενός αεροπλάνου ονομάζεταιάτρακτος. Τα φτερά συνδέονται με την άτρακτο σε ένα σημείο περίπου στα μισά του μήκους του. Τα ίδια τα φτερά έχουν δύο σετ κινητών εξαρτημάτων στο πίσω μέρος. ονομάζεται το εξωτερικό σετailerons, ενώ οι μακρύτεροι, εσωτερικοί καλούνται απλάπτερύγια. Αυτά αλλάζουν το ρολό και το τράβηγμα του αεροσκάφους αντίστοιχα, βοηθώντας στην οδήγηση και επιβράδυνση του αεροπλάνου. Οι άκρες των πτερυγίων έχουν συχνά μικρό κινητόφτερά, που μειώνουν τη μεταφορά.

Τα ουρά ενός αεροπλάνου περιλαμβάνουνοριζόντιοςκαικάθετοι σταθεροποιητές,οι πρώην μιμούνται μικροσκοπικά φτερά σε προσανατολισμό και καυχητικότηταπτερύγια ασανσέρ, και το τελευταίο συμπεριλαμβανομένου ενόςπηδάλιο,τα κύρια μέσα του αεροπλάνου για την αλλαγή της οριζόντιας πορείας. Ένα αεροπλάνο που είχε μόνο κινητήρα και φτερά αλλά χωρίς πηδάλιο θα ήταν σαν ένα ισχυρό αυτοκίνητο χωρίς τιμόνι και δεν χρειάζεται φυσικός ή επαγγελματίας οδηγός αγωνιστικού αυτοκινήτου για να εντοπίσει τα προβλήματα εδώ.

​Orville και Wilbur Wrightπιστώνεται ότι έκανε την πρώτη επιτυχημένη πτήση, το 1903 στη Βόρεια Καρολίνα, Η.Π.Α. Όπως ίσως υποθέσατε, δεν ήταν απλώς τολμηροί που έριξε μαζί ένα χαστούκι από ένα μοτέρ και μερικές ελαφριές σανίδες και το έκανε, ένα που έτυχε να δουλεύει στο δικό τους εύνοια. Αντίθετα, ήταν σχολαστικοί ερευνητές και κατάλαβαν ότι η πτέρυγα θα αποτελούσε την κρίσιμη πτυχή οποιουδήποτε επιτυχημένου μηχανισμού πτήσης αεροπλάνου. (Το "Αεροπλάνο" είναι ένας περίεργος αλλά αξιαγάπητος όρος στον αεροπορικό κόσμο.)

Οι Wrights είχαν πρόσβαση σε δεδομένα αιολικής σήραγγας από τη Γερμανία, και το χρησιμοποίησαν στη διαμόρφωση φτερών για τα ανεμόπτερα που προηγούνται της αμέσως διάσημης μηχανοκίνητης έκδοσής τους το 1903. Πειραματίστηκαν με διαφορετικά σχήματα πτερυγίων, και ανακάλυψαν ότι αυτά με αναλογίες πλάτους προς φτερό προς πλάτος σε κοντινή απόσταση, και κοντά στο 6,4 έως 1, φαινόταν ιδανικά. ότι αυτό είναι σχεδόν τέλειοαναλογία απεικόνισηςέχει επιβεβαιωθεί από τις σύγχρονες μεθόδους μηχανικής.

Η πτέρυγα είναι ένα είδος αεροτομής, το οποίο αποτελεί τη διατομή οποιουδήποτε ενδιαφέροντος για τους μηχανικούς στον τομέα της δυναμικής ρευστού, όπως πανιά, έλικες και στρόβιλοι. Αυτή η αναπαράσταση είναι χρήσιμη για την επίλυση προβλημάτων, διότι προσφέρει την καλύτερη οπτική αναπαράσταση του τρόπου ανόδου ενός αεροπλάνου και του τρόπου με τον οποίο μπορεί να διαμορφωθεί μέσω διαφορετικών σχημάτων πτέρυγας και άλλων χαρακτηριστικών.

Ίσως στο σχολείο, ή απλά παρακολουθώντας τις ειδήσεις, έχετε δει ή ακούσει τον όρο "ανελκυστήρας" σε σχέση με την πτήση. Τι είναι η ανύψωση στη φυσική; Η ανύψωση είναι ακόμη μετρήσιμη ποσότητα ή χαρτογραφείται σε μία;

Η ανύψωση είναι, στην πραγματικότητα, μια δύναμη, που εξ ορισμού αντιτίθεται σε ένα αντικείμενοβάρος. Το βάρος με τη σειρά του είναι η δύναμη που παράγεται ως αποτέλεσμα των επιδράσεων της βαρύτητας σε αντικείμενα μεμάζα. Η επίτευξη ανύψωσης είναι ουσιαστικά η εξουδετέρωση της βαρύτητας - και η «βαρύτητα» των απατεώνων σε αυτό το κάθετο ρυμουλκό, γιατί δεν στηρίζεται ποτέ!

Το Lift είναι έναποσότητα φορέα, όπως όλες οι δυνάμεις, και έτσι έχει τόσο ένα κλιμακωτό στοιχείο (τον αριθμό, ή το μέγεθος του) όσο και μια καθορισμένη κατεύθυνση (συνήθως περιλαμβάνει δύο διαστάσεις, επισημασμένεςΧκαιε, σε προβλήματα φυσικής εισαγωγής. Ο φορέας που τραβιέται δρα μέσω του κέντρου πίεσης του αντικειμένου και κατευθύνεται κάθετα προς την κατεύθυνση της ροής του ρευστού.

Η ανύψωση απαιτεί έναυγρό(αέριο ή μείγμα αερίων, όπως αέρα, ή υγρό, όπως λάδι) ως μέσο. Έτσι ούτε ένα στερεό αντικείμενο ούτε ένα κενό χρησιμεύει ως φιλόξενο περιβάλλον πτήσης. Το πρώτο από αυτά είναι διαισθητικά προφανές, αλλά αν αναρωτηθήκατε ποτέ εάν θα μπορούσατε να οδηγήσετε ένα αεροπλάνο στο διάστημα με το χειρισμό των φτερών ή της ουράς του, η απάντηση είναι όχι. δεν υπάρχει φυσικό υλικό για να σπρώξουν τα μέρη του αεροπλάνου.

Όλοι έχουν παρακολουθήσει τα νερά και τα ρεύματα ενός ποταμού ή ενός ρέματος και έχουν σκεφτεί τη φύση της ροής των υγρών. Τι συμβαίνει όταν ένα ποτάμι ή ένα ρεύμα ξαφνικά γίνει πολύ πιο στενό, χωρίς αλλαγή σε βάθος; Το νερό του ποταμού ρέει πολύ πιο γρήγορα ως αποτέλεσμα. Οι υψηλότερες ταχύτητες σημαίνουν περισσότερη κινητική ενέργεια και οι αυξήσεις της κινητικής ενέργειας βασίζονται σε κάποια εισροή ενέργειας στο σύστημα με τη μορφή εργασίας.

Όσον αφορά τη δυναμική των ρευστών, το βασικό σημείο είναι ότι η πίεση Ρ θα μειωθεί σε ταχέως κινούμενα ρευστά πυκνότηταςρ, συμπεριλαμβανομένου του αέρα. (Η πυκνότητα διαιρείται μάζα με τον όγκο ή m / V.) Οι διάφορες σχέσεις μεταξύ της κινητικής ενέργειας ενός υγρού (1/2) ρv², η δυνητική της ενέργεια ρgh (όπουηείναι οποιαδήποτε αλλαγή στο ύψος επί της οποίας υπάρχει διαφορά πίεσης υγρού) και συνολική πίεσηΠσυλλαμβάνεται από την εξίσωση που έγινε διάσημη από τον Ελβετό επιστήμονα του 18ου αιώναΝτέιβιντ Μπερνούλι. Η γενική φόρμα γράφεται:

Εδώσολείναι επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας στην επιφάνεια της Γης, η οποία έχει την τιμή 9,8 m / s². Αυτή η εξίσωση ισχύει για αμέτρητες καταστάσεις που περιλαμβάνουν τη ροή νερού και αερίων και την κίνηση αντικειμένων σε υγρά, όπως αεροπλάνα που περνούν τον αέρα του ουρανού.

Κατά την εξέταση της πτέρυγας του αεροπλάνου, ο τελευταίος όρος στην εξίσωση του Bernoulli μπορεί να πέσει επειδή το φτερό αντιμετωπίζεται ως ομοιόμορφο ύψος:

Θα πρέπει επίσης να γνωρίζετε την εξίσωση συνέχειας, η οποία σχετίζεται με την πίεση στην περιοχή πτέρυγας διατομής:

Ο συνδυασμός αυτών των εξισώσεων δείχνει πώς παράγεται η δύναμη ανύψωσης. Κρίσιμα, η διαφορά πίεσης μεταξύ της κορυφής της πτέρυγας και της κάτω πλευράς είναι το αποτέλεσμα των διαφορετικών σχημάτων των αντίστοιχων πλευρών του αεροτομή. Ο αέρας πάνω από την πτέρυγα αφήνεται να κινηθεί γρηγορότερα από τον αέρα από κάτω, με αποτέλεσμα ένα είδος "πίεσης πίεσης" από ψηλά που αντιτίθεται στο βάρος του επιπέδου.

Η εμπρόσθια κίνηση του ίδιου του αεροπλάνου, φυσικά, είναι αυτό που δημιουργεί την κίνηση του αέρα. η οριζόντια ταχύτητα του αεροπλάνου δημιουργείται από την ώθηση των κινητήρων αεριωθούμενων αεροπλάνων του στον αέρα, και η προκύπτουσα αντίθετη δύναμη που ασκείται ενάντια στο σκάφος προς αυτή την κατεύθυνση ονομάζεταισέρνω​.

• Έτσι, μια περίληψη των δυνάμεων προς τα πάνω, προς τα κάτω, προς τα εμπρός και προς τα πίσω σε ένα αεροπλάνο και τα φτερά του όπως φαίνεται από τη μία πλευρά είναιανελκυστήρας​, ​βάρος​, ​ώθησηκαισέρνω​.