Avion može ili ne mora biti izum koji najviše mijenja život 20. stoljeća; očito se mogu iznijeti argumenti za sve druge inovacije, uključujući antibiotike, računalni procesor i pojavu bežične globalne komunikacijske tehnologije. Ipak, nekoliko ovih izuma, ako ih uopće ima, nose i vizualnu veličinu i urođeni ljudski duh odvažnosti i istraživanja, kao i zrakoplov.
Glavnina tipičnog aviona u velikoj se mjeri ne razlikuje od ostalih putničkih vozila velikih razmjera; sastoji se od odjeljka sličnog cijevi u kojem sjede putnici, odgovorni ljudi i drugi prevoženi predmeti. Također, većina aviona ima kotače; većina promatrača ne bi ih postavila kao primarnu značajku, ali većina zrakoplova ne bi mogla poletjeti ili sletjeti bez njih.
Jasno je, međutim, da je glavna fizička značajka koja čini avion svojim krilima odmah prepoznatljivim. Do neke mjere, potporne konstrukcije o kojima ćete također čitati dodaju karakterističan izgled zrakoplova, ali krilo je nekako najuvjerljivije; usprkos svom varljivo osnovnom izgledu, krilo zrakoplova pravo je čudo tehnike, kao i neophodno za život u modernoj civilizaciji.
Aerodinamički aktivni dijelovi zrakoplova
Kontrola zrakoplova zahtijeva ne samolift(o tome mnogo više kasnije), ali i vertikalna, kao i vodoravna oprema za upravljanje i stabilizaciju. Sljedeće se odnosi na standardni zrakoplov u putničkom stilu; jasno je da ne postoji niti jedan dizajn aviona ili, pak, putničkog aviona. Mislite na fiziku, a ne na određene sastojke.
Cijev ili tijelo zrakoplova naziva setrup aviona. Krila su pričvršćena na trup na točki otprilike na pola njegove dužine. Sama krila na stražnjoj strani imaju dva kompleta pokretnih dijelova; pozivaju se vanjski skupovikrilci, dok se dulje, unutarnje, jednostavno nazivajuzakrilci. Oni mijenjaju kotrljanje i otpor zrakoplova, pomažući u upravljanju i usporavanju zrakoplova. Vrhovi krila često imaju male pokretnekrila, koji smanjuju otpor.
Repni dijelovi aviona uključujuvodoravnoivertikalni stabilizatori,bivši oponašajući sićušna krila u orijentaciji i hvalisanjeklapne dizala, a potonji uključujući akormilo,primarno sredstvo zrakoplova za promjenu vodoravnog smjera. Zrakoplov koji je imao samo motor i krila, ali nije imao kormilo, bio bi poput moćnog automobila s br upravljač, a fizičaru ili profesionalnom vozaču trkaćih automobila nije potreban da uoči probleme ovdje.
Povijest krila zrakoplova
Orville i Wilbur Wrightzaslužni su za prvi uspješan let, 1903. u Sjevernoj Karolini, SAD. Kao što ste možda pretpostavili, nisu bili puki drznici koji su zajedno sa motorom i nekoliko laganih dasaka spojili pljeskavicu i pokušali to, slučajno je uspjelo u njihovom milost. Naprotiv, bili su pedantni istraživači i shvatili su da će krilo služiti kao kritični aspekt svakog uspješnog mehanizma letenja aviona. ("Avion" je neobičan, ali simpatičan pojam u zrakoplovnom svijetu.)
Wrightovi su imali pristup podacima iz zračnog tunela iz Njemačke, a to su koristili u formulaciji krila za jedrilice koja je prethodila njihovoj trenutno poznatoj motoriziranoj verziji iz 1903. godine. Eksperimentirali su s različitim oblicima krila i otkrili da se oni s omjerom raspona krila i širine krila u bliskom rasponu i blizu 6,4 prema 1 čine idealnim; da je ovo gotovo savršenoomjer slikepotvrđena je modernim inženjerskim metodama.
Krilo je vrsta zračnog krila, koji je presjek svega što zanima inženjere u području dinamike fluida, poput jedra, propelera i turbina. Ovaj prikaz je koristan u rješavanju problema jer nudi najbolji vizualni prikaz kako se avion diže i kako se to može modulirati kroz različite oblike krila i druge značajke.
Osnovne aerodinamičke činjenice
Možda ste u školi ili samo gledajući vijesti vidjeli ili čuli izraz "lift" u odnosu na let. Što je lift u fizici? Je li lift uopće mjerljiva količina, ili se mapira na jednu?
Podizanje je zapravo sila koja se po definiciji suprotstavlja objektnojtežina. Težina je pak sila koja nastaje kao rezultat utjecaja gravitacije na predmete samasa. Postići lift znači suštinski se suprotstaviti gravitaciji - i gravitacija "vara" u ovom vertikalnom potezanju konopa, jer nikad ne miruje!
Dizalo je avektorska količina, kao i sve sile, i stoga ima i skalarnu komponentu (svoj broj ili veličinu) i određeni smjer (obično uključujući dvije dimenzije, označenexig, u uvodnim problemima iz fizike). Izvučeni vektor djeluje kroz središte pritiska predmeta i usmjeren je okomito na smjer protoka fluida.
Za podizanje je potreban atekućina(plin ili smjesa plinova, kao što je zrak, ili tekućina, kao što je ulje) kao medij. Stoga niti čvrsti predmet niti vakuum ne služe kao gostoljubivo leteće okruženje; prvi od njih je intuitivno očit, ali ako ste se ikad pitali možete li upravljati avionom u svemiru manipulirajući njegovim krilima ili repom, odgovor je ne; ne postoje fizičke "stvari" na koje bi se dijelovi aviona mogli pogurati.
Bernoullijeva jednadžba
Svi su promatrali vrtloge i struje rijeke ili potoka i razmišljali o prirodi protoka tekućine. Što se događa kad rijeka ili potok iznenada postanu uski, bez promjene dubine? Kao rezultat toga riječna voda teče daleko brže. Veće brzine znače više kinetičke energije, a povećanja kinetičke energije oslanjaju se na neki unos energije u sustav u obliku rada.
Što se tiče dinamike fluida, ključna je stvar da će tlak P pasti u tekućinama gustoće koje se brzo krećuρ, uključujući zrak. (Gustoća je masa podijeljena s volumenom ili m / V.) Različiti odnosi između kinetičke energije tekućine (1/2) ρv2, njegova potencijalna energija ρgh (gdjehje svaka promjena visine na kojoj postoji razlika tlaka fluida) i ukupnog tlakaStrzarobljena je jednadžbom koju je proslavio švicarski znanstvenik iz 18. stoljećaDavid Bernoulli. Opći obrazac je napisan:
P + \ frac {1} {2} \ rho v ^ 2 + \ rho gh = konstanta
Ovdjegje ubrzanje zbog gravitacije na površini Zemlje, koja ima vrijednost 9,8 m / s2. Ova se jednadžba odnosi na bezbroj situacija koje uključuju protok vode i plinova te kretanje predmeta u tekućinama, poput zrakoplova koji zippaju kroz zrak neba.
Fizika leta zrakoplova
U razmatranju zrakoplovnog krila može se izbaciti posljednji pojam u Bernoullijevoj jednadžbi jer se krilo tretira kao da je na jednolikoj visini:
P + \ frac {1} {2} \ rho v ^ 2 = konstanta
Također biste trebali biti svjesni jednadžbe kontinuiteta koja odnosi tlak na površinu krila presjeka:
\ rho Av = konstanta
Kombinacija ovih jednadžbi pokazuje kako nastaje sila podizanja. Razlika tlaka između vrha krila i donje strane presudno je rezultat različitih oblika odgovarajućih stranica profila. Zrak iznad krila smije se kretati brže od zraka ispod, što rezultira svojevrsnim "pritiskom usisavanja" odozgo koji se suprotstavlja težini aviona.
Kretanje samog aviona prema naprijed, naravno, je ono što stvara kretanje zraka; vodoravnu brzinu aviona stvara potisak njegovih mlaznih motora u zrak, a rezultantna suprotstavljena sila koja djeluje na letjelicu u ovom smjeru naziva seopterećenje.
- Tako je sažetak sila gore, dolje, naprijed i natrag u zrakoplovu i njegovim krilima gledano s jedne stranelift, težina, povjerenjeiopterećenje.