हवाई जहाज का विंग कैसे काम करता है?

हवाई जहाज २०वीं सदी का सबसे जीवन बदलने वाला आविष्कार हो भी सकता है और नहीं भी; एंटीबायोटिक दवाओं, कंप्यूटर प्रोसेसर और वायरलेस वैश्विक संचार प्रौद्योगिकी के आगमन सहित अन्य सभी प्रकार के नवाचारों के लिए स्पष्ट रूप से तर्क दिए जा सकते हैं। फिर भी इनमें से कुछ आविष्कार, यदि कोई हो, हवाई जहाज की तरह दृश्य भव्यता और साहस और अन्वेषण की सहज मानवीय भावना दोनों को ले जाते हैं।

एक विशिष्ट विमान का बड़ा हिस्सा अन्य बड़े पैमाने के यात्री वाहनों से काफी हद तक अप्रभेद्य है; इसमें एक ट्यूबलाइक कम्पार्टमेंट होता है जिसमें यात्री, प्रभारी लोग और अन्य परिवहन किए गए सामान बैठते हैं। इसके अलावा, अधिकांश विमानों में पहिए होते हैं; अधिकांश पर्यवेक्षक उन्हें प्राथमिक विशेषता के रूप में नहीं रखेंगे, लेकिन अधिकांश विमान उनके बिना उड़ान नहीं भर सकते या उतर नहीं सकते।

स्पष्ट रूप से, हालांकि, मुख्य भौतिक विशेषता जो एक हवाई जहाज को उसके पंखों को तुरंत पहचानने योग्य बनाती है। कुछ हद तक, सहायक संरचनाएं आप एक हवाई जहाज की विशिष्ट उपस्थिति में जोड़ने के बारे में भी पढ़ेंगे, लेकिन पंख किसी भी तरह से सबसे सम्मोहक है; अपनी भ्रामक मूल उपस्थिति के बावजूद, हवाई जहाज का पंख इंजीनियरिंग का एक वास्तविक चमत्कार है और साथ ही आधुनिक सभ्यता में जीवन के लिए अनिवार्य है।

हवाई जहाज नियंत्रण की आवश्यकता ही नहींलिफ़्ट(उस पर और अधिक बाद में) लेकिन ऊर्ध्वाधर के साथ-साथ क्षैतिज स्टीयरिंग और स्थिरीकरण उपकरण भी। निम्नलिखित एक मानक यात्री-शैली के हवाई जहाज पर लागू होता है; स्पष्ट रूप से, एक हवाई जहाज का कोई एक डिज़ाइन नहीं है, या उस मामले के लिए एक यात्री जेट विमान मौजूद नहीं है। भौतिकी के बारे में सोचें, विशिष्ट अवयवों के बारे में नहीं।

हवाई जहाज की नली या बॉडी को कहा जाता हैहवाई जहाज़ का ढांचा. पंख इसकी लंबाई के साथ लगभग आधे रास्ते पर धड़ से जुड़े होते हैं। पंखों में पीछे की तरफ चल घटकों के दो सेट होते हैं; बाहरी समुच्चय कहलाते हैंएलेरॉन्स, जबकि लंबे, आंतरिक लोगों को बस कहा जाता हैफ्लैप. ये क्रमशः विमान के रोल और ड्रैग को बदलते हैं, विमान को चलाने और धीमा करने में सहायता करते हैं। विंग युक्तियों में अक्सर छोटे जंगम होते हैंविंगलेट्स, जो ड्रैग को कम करता है।

एक विमान के पूंछ के हिस्सों में शामिल हैंक्षैतिजतथाऊर्ध्वाधर स्टेबलाइजर्स,पूर्व उन्मुखीकरण और शेखी बघारने में छोटे पंखों की नकल करता हैलिफ्ट फ्लैप, और उत्तरार्द्ध सहित aपतवार,क्षैतिज पाठ्यक्रम को बदलने का हवाई जहाज का प्राथमिक साधन। एक हवाई जहाज जिसमें केवल एक इंजन और पंख होते हैं लेकिन कोई पतवार नहीं होती है वह एक शक्तिशाली कार की तरह होता है जिसमें नहीं स्टीयरिंग व्हील, और यह एक भौतिक विज्ञानी या पेशेवर रेस-कार ड्राइवर को समस्याओं का पता लगाने के लिए नहीं लेता है यहां।

​ऑरविल और विल्बर राइट1903 में उत्तरी कैरोलिना, संयुक्त राज्य अमेरिका में पहली सफल उड़ान बनाने का श्रेय दिया जाता है, जैसा कि आपने शायद अनुमान लगाया था, वे केवल डेयरडेविल्स नहीं थे जिन्होंने एक मोटर और कुछ हल्के तख्तों से एक स्लैपडैश कोंटरापशन को एक साथ फेंक दिया और इसे चला दिया, जो उनके में काम करने के लिए हुआ था एहसान। इसके विपरीत, वे सावधानीपूर्वक शोधकर्ता थे, और वे समझते थे कि विंग किसी भी सफल हवाई जहाज उड़ान तंत्र के महत्वपूर्ण पहलू के रूप में काम करेगा। ("हवाई जहाज" विमानन दुनिया में एक विचित्र लेकिन प्यारा शब्द है।)

राइट्स के पास जर्मनी से पवन सुरंग डेटा तक पहुंच थी, और उन्होंने इसका उपयोग ग्लाइडर के लिए पंखों के निर्माण में किया था जो उनके तुरंत प्रसिद्ध 1903 मोटर चालित संस्करण से पहले थे। उन्होंने विभिन्न पंखों के आकार के साथ प्रयोग किया, और पाया कि पंख-से-पंख-चौड़ाई अनुपात एक करीबी सीमा के भीतर, और 6.4 से 1 के करीब, आदर्श लग रहे थे; कि यह लगभग पूर्ण हैआस्पेक्ट अनुपातआधुनिक इंजीनियरिंग विधियों द्वारा वहन किया गया है।

एक पंख एक प्रकार का एयरफ़ॉइल है, जो कि तरल गतिकी के क्षेत्र में इंजीनियरों के लिए रुचि की किसी भी चीज़ का क्रॉस सेक्शन है, जैसे कि पाल, प्रोपेलर और टर्बाइन। यह निरूपण समस्याओं को हल करने में सहायक होता है क्योंकि यह इस बात का सबसे अच्छा दृश्य प्रतिनिधित्व प्रदान करता है कि एक विमान कैसे उठता है और इसे विभिन्न पंखों के आकार और अन्य विशेषताओं के माध्यम से कैसे संशोधित किया जा सकता है।

शायद स्कूल में, या केवल समाचार देखकर, आपने उड़ान के संदर्भ में "लिफ्ट" शब्द देखा या सुना है। भौतिकी में लिफ्ट क्या है? क्या लिफ्ट भी मापने योग्य मात्रा है, या यह एक पर मैप करता है?

लिफ्ट, वास्तव में, एक बल है, जो परिभाषा के अनुसार किसी वस्तु का विरोध करता हैवजन. बदले में भार वह बल है जो वस्तुओं पर गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता हैद्रव्यमान. लिफ्ट प्राप्त करने के लिए अनिवार्य रूप से गुरुत्वाकर्षण का प्रतिकार करना है - और गुरुत्वाकर्षण इस ऊर्ध्वाधर रस्साकशी में "धोखा" देता है, क्योंकि यह कभी आराम नहीं करता है!

लिफ्ट एक हैवेक्टर क्वांटिटी, सभी बलों की तरह, और इस प्रकार एक अदिश घटक (इसकी संख्या, या परिमाण) और एक निर्दिष्ट दिशा (आमतौर पर दो आयामों सहित, लेबल किए गए) दोनों होते हैंएक्सतथाआप, प्रारंभिक स्तर की भौतिकी समस्याओं में)। वेक्टर खींचा गया वस्तु के दबाव के केंद्र के माध्यम से कार्य करता है, और द्रव प्रवाह की दिशा के लंबवत निर्देशित होता है।

लिफ्ट की आवश्यकता है aतरल(एक गैस या गैसों का मिश्रण, जैसे हवा, या एक तरल, जैसे तेल) एक माध्यम के रूप में। इस प्रकार न तो कोई ठोस वस्तु और न ही निर्वात एक मेहमाननवाज उड़ान वातावरण के रूप में कार्य करता है; इनमें से पहला सहज रूप से स्पष्ट है, लेकिन अगर आपने कभी सोचा है कि क्या आप किसी विमान को उसके पंखों या पूंछ में हेरफेर करके बाहरी अंतरिक्ष में चला सकते हैं, तो इसका उत्तर नहीं है; विमान के पुर्जों के खिलाफ धक्का देने के लिए कोई भौतिक "सामान" नहीं है।

सभी ने नदी या नाले की लहरों और धाराओं को देखा है, और द्रव प्रवाह की प्रकृति पर विचार किया है। क्या होता है जब कोई नदी या नाला अचानक गहराई में बिना किसी बदलाव के बहुत अधिक संकरा हो जाता है? परिणामस्वरूप नदी का पानी कहीं अधिक तेजी से बहता है। उच्च गति का अर्थ है अधिक गतिज ऊर्जा, और गतिज ऊर्जा में वृद्धि कार्य के रूप में प्रणाली में ऊर्जा के कुछ इनपुट पर निर्भर करती है।

द्रव गतिकी के संबंध में, मुख्य बिंदु यह है कि दबाव पी घनत्व के तेजी से बढ़ते तरल पदार्थों में गिर जाएगाρ, हवा सहित। (घनत्व द्रव्यमान से विभाजित है, या एम/वी।) तरल पदार्थ की गतिज ऊर्जा के बीच विभिन्न संबंध (1/2)ρv², इसकी स्थितिज ऊर्जा gh (जहाँएचऊंचाई में कोई परिवर्तन है जिस पर द्रव दबाव अंतर मौजूद है) और कुल दबावपी18 वीं शताब्दी के स्विस वैज्ञानिक द्वारा प्रसिद्ध समीकरण द्वारा कब्जा कर लिया गया हैडेविड बर्नौली. सामान्य रूप लिखा है:

यहाँजीपृथ्वी की सतह पर गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण है, जिसका मान 9.8 m/s. है². यह समीकरण पानी और गैसों के प्रवाह और तरल पदार्थों में वस्तुओं की गति से जुड़ी अनगिनत स्थितियों पर लागू होता है, जैसे कि हवाई जहाज आकाश की हवा में झूमते हैं।

हवाई जहाज के विंग पर विचार करते हुए, बर्नौली के समीकरण में अंतिम शब्द को छोड़ा जा सकता है क्योंकि विंग को एक समान ऊंचाई पर माना जाता है:

आपको निरंतरता समीकरण के बारे में भी पता होना चाहिए, जो क्रॉस-सेक्शनल विंग क्षेत्र के दबाव से संबंधित है:

इन समीकरणों के संयोजन से पता चलता है कि लिफ्ट बल कैसे उत्पन्न होता है। गंभीर रूप से, पंख के शीर्ष और नीचे के बीच दबाव अंतर एयरफोइल के संबंधित पक्षों के विभिन्न आकारों का परिणाम है। पंख के ऊपर की हवा को नीचे की हवा की तुलना में तेजी से आगे बढ़ने की अनुमति है, जिसके परिणामस्वरूप ऊपर से "चूसने का दबाव" होता है जो विमान के वजन का विरोध करता है।

विमान की आगे की गति, निश्चित रूप से, हवा की गति का निर्माण करती है; विमान का क्षैतिज वेग हवा के खिलाफ उसके जेट इंजनों के जोर से बनाया जाता है, और इस दिशा में शिल्प के खिलाफ लगाए गए परिणामी विरोधी बल को कहा जाता हैखींचना​.

• इस प्रकार एक हवाई जहाज और उसके पंखों पर ऊपर, नीचे, आगे और पीछे की ताकतों का सारांश जैसा कि एक तरफ से देखा जाता हैलिफ़्ट​, ​वजन​, ​जोरतथाखींचना​.