Lennuk võib olla 20. sajandi kõige elu muutvam leiutis või mitte; argumente võib selgelt tuua igasuguste muude uuenduste kohta, sealhulgas antibiootikumid, arvutiprotsessor ja traadita ülemaailmse sidetehnoloogia tulek. Kuid vähesed neist leiutistest, kui neid on, kannavad nii visuaalset suursugusust kui ka inimese kaasasündinud julguse ja avastamise vaimu nagu lennuk.
Suurem osa tüüpilisest lennukist ei erine enamjaolt teistest suuremahulistest reisijateveokitest; see koosneb torukujulisest ruumist, kus istuvad reisijad, vastutavad isikud ja muud transporditavad esemed. Samuti on enamikul lennukitel rattad; enamik vaatlejaid ei paigutaks neid esmase funktsioonina, kuid enamik lennukeid ei saanud ilma nendeta õhku tõusta ega maanduda.
Ilmselgelt on peamine füüsiline omadus, mis muudab lennuki selle tiivad kohe tuvastatavaks. Mingil määral lisavad lennukile iseloomulikku välimust ka tugikonstruktsioonid, millest te ka lugege, kuid tiib on kuidagi kõige veenvam; hoolimata petlikust väljanägemisest on lennuki tiib tõeline inseneritöö ime ning möödapääsmatu ka tänapäeva tsivilisatsioonis.
Lennuki aerodünaamiliselt aktiivsed osad
Lennukijuhtimine nõuab mitte ainulttõstke(palju rohkem sellest hiljem), aga ka vertikaalsed kui ka horisontaalsed juhtimis- ja stabiliseerimisseadmed. Järgmine kehtib tavalise reisijatüüpi lennukiga; ilmselgelt pole olemas ühtegi lennuki konstruktsiooni ega ka reisija reaktiivlennukit. Mõelge füüsikale, mitte konkreetsetele koostisosadele.
Lennuki toru või kere nimetataksekere. Tiivad kinnitatakse kere külge umbes poole pikkuse ulatuses. Tiibadel endil on tagaküljel kaks liikuvate komponentide komplekti; välimist komplekti nimetatakseaileronid, pikemaid, sisemisi aga lihtsalt nimetatakseklapid. Need muudavad vastavalt õhusõiduki veeremist ja tõmmet, aidates lennukit juhtida ja aeglustada. Tiivaotstel on sageli väike teisaldatavustiivad, mis vähendavad lohistamist.
Lennuki sabaosad hõlmavadhorisontaalnejavertikaalsed stabilisaatorid,esimene jäljendades pisikesi tiibu orientatsioonis ja kiitlemaslifti klapidja viimane koos arool,lennuki peamine vahend horisontaalse suuna muutmiseks. Lennuk, millel oleks ainult mootor ja tiivad, kuid puudub rool, oleks nagu võimas auto, millel puudub rool ja probleemide märkamiseks pole vaja füüsikut ega professionaalset võistlusauto juhti siin.
Lennuki tiiva ajalugu
Orville ja Wilbur Wrightkrediteeritakse esimese eduka lennu tegemisega 1903. aastal USA-s Põhja-Carolinas. Nagu arvata võis, polnud nad pelgalt uljad kes viskas mootori ja mõnede kergete plankude kokkupõrke kokku ja tegi selle, mis juhtus töötama nende mootoris, kasuks. Vastupidi, nad olid hoolikad uurijad ja nad mõistsid, et tiib on iga eduka lennukilennumehhanismi kriitiline aspekt. ("Lennuk" on lennundusmaailmas omapärane, kuid armastusväärne termin.)
Wrightidel oli juurdepääs tuuletunneli andmetele Saksamaalt ja nad kasutasid seda tiibade koostamisel purilennukitele, mis eelnesid nende kohe kuulsale 1903. aasta mootorversioonile. Nad katsetasid erinevate tiibade kujuga ja avastasid, et ideaalsed tundusid need, mille tiibade siruulatuse ja tiiva laiuse suhe oli lähedal ja lähedal 6,4–1; et see on peaaegu täiuslikkuvasuheon tänapäevaste insenerimeetoditega kinnitatud.
Tiib on omamoodi tiib, mis on läbilõige kõigist, mis vedeliku dünaamika vallas inseneridele huvi pakub, näiteks purjed, sõukruvid ja turbiinid. See kujutis on abiks probleemide lahendamisel, kuna see pakub parimat visuaalset ettekujutust sellest, kuidas lennuk tõuseb ja kuidas seda saab erinevate tiibade kuju ja muude funktsioonide abil moduleerida.
Aerodünaamika põhifaktid
Võib-olla olete koolis või lihtsalt uudiseid vaadates näinud või kuulnud terminit "lift", viidates lennule. Mis on füüsikas lift? Kas lift on isegi mõõdetav suurus või ühildub see ühega?
Tõstuk on tegelikult jõud, mis definitsiooni järgi vastandub objekti omalekaal. Kaal on omakorda jõud, mis tekib raskusjõu mõjul objektidelemass. Tõste saavutamine tähendab raskusjõu sisulist neutraliseerimist - ja gravitatsioon "petab" seda vertikaalset köievedu, sest see ei puhka kunagi!
Lift on avektori kogus, nagu kõigil jõududel, ja sellel on nii skalaarkomponent (selle arv või suurus) kui ka määratud suund (tavaliselt sisaldab kahte mõõdet, sildigaxjay, sissejuhatava taseme füüsikaülesannetes). Vektor on joonistatud toimides läbi objekti rõhukeskme ja on suunatud vedeliku voolu suunaga risti.
Tõstmiseks on vaja avedelik(gaas või gaaside segu, näiteks õhk, või vedelik, näiteks õli) kui keskkond. Seega ei ole tahke ese ega vaakum külalislahke lennukeskkonnana; esimene neist on intuitiivselt ilmne, kuid kui te olete kunagi mõelnud, kas saaksite lennukit avakosmoses tiibade või sabaga manipuleerides juhtida, on vastus eitav; pole mingit füüsilist "kraami", mille vastu lennuki osad vastu suruda.
Bernoulli võrrand
Kõik on jälginud jõe või oja pööriseid ja hoovusi ning mõelnud vedeliku voolamise olemuse üle. Mis juhtub, kui jõgi või oja muutub järsku palju kitsamaks, muutmata sügavust? Selle tulemusena voolab jõevesi mööda palju kiiremini. Suuremad kiirused tähendavad rohkem kineetilist energiat ja kineetilise energia suurenemine sõltub mõningast energia sisestamisest süsteemi töö vormis.
Mis puutub vedeliku dünaamikasse, siis põhipunkt on see, et rõhk P langeb kiiresti liikuvas tiheduses vedelikusρ, sealhulgas õhk. (Tihedus on mass jagatud mahuga või m / V.) Erinevad seosed vedeliku kineetilise energia vahel (1/2) ρv2, selle potentsiaalne energia ρgh (kushon mis tahes kõrguse muutus, mille korral on vedeliku rõhu erinevus) ja kogurõhkPon hõivatud võrrandiga, mille kuulsaks tegi 18. sajandi Šveitsi teadlaneDavid Bernoulli. Üldvorm on kirjutatud:
P + \ frac {1} {2} \ rho v ^ 2 + \ rho gh = konstant
Siingon kiirendus gravitatsiooni tõttu Maa pinnal, mille väärtus on 9,8 m / s2. See võrrand kehtib loendamatute olukordade puhul, mis hõlmavad vee ja gaaside voogu ning vedelikes olevate objektide liikumist, näiteks taeva õhust läbi libisevad lennukid.
Lennukilennu füüsika
Lennuki tiiva kaalumisel võib Bernoulli võrrandi viimase termini loobuda, kuna tiibu käsitletakse ühtlaselt kõrgel:
P + \ frac {1} {2} \ rho v ^ 2 = konstant
Samuti peaksite olema teadlik järjepidevuse võrrandist, mis seob survet ristlõike tiiva pindalaga:
\ rho Av = konstant
Nende võrrandite ühendamine näitab, kuidas tõstejõud tekib. Kriitiliselt tuleneb rõhu erinevus tiiva ülaosa ja alaosa vahel tiibu vastavate külgede erineva kuju tagajärjel. Tiiva kohal oleval õhul lastakse liikuda kiiremini kui selle all oleval õhul, mille tagajärjeks on ülevalt mingi "imemisrõhk", mis on vastu lennuki kaalule.
Lennuki enda edasiliikumine loob muidugi õhu liikumise; lennuki horisontaalse kiiruse tekitab tema reaktiivmootorite tõukejõud õhku ja sellest tulenevat vastassuunalist jõudu, mida laevale selles suunas rakendatakse, nimetataksevedama.
- Seega on kokkuvõte lennuki üles-, allapoole-, edasi- ja tagasijõududest ning selle tiibadest ühest küljest vaadatunatõstke, kaal, tõukejõudjavedama.