A repülőgép lehet, hogy nem a 20. század életváltoztatóbb találmánya; érvek egyértelműen felhozhatók mindenféle újítással kapcsolatban, beleértve az antibiotikumokat, a számítógépes processzort és a vezeték nélküli globális kommunikációs technológia megjelenését. Mégis, ezek közül a találmányok közül kevesen hordozzák a merészség és a felfedezés vizuális nagyságát és veleszületett emberi szellemét, akárcsak a repülőgép.
A tipikus repülőgép nagy részét nem lehet megkülönböztetni a többi nagyméretű személygépjárműtől; tubusszerű fülkéből áll, amelyben az utasok, az illetékesek és egyéb szállított tárgyak ülnek. Ezenkívül a legtöbb gép kerekekkel rendelkezik; A legtöbb megfigyelő nem helyezné őket elsődleges jellemzőnek, de a legtöbb gép nem tudott felszállni vagy leszállni nélkülük.
Nyilvánvaló azonban, hogy a fő fizikai jellemző, amely a repülőgépet azonnal azonosítani tudja szárnyait. Bizonyos mértékben a tartószerkezetek, amelyekről szintén olvasni fog, hozzáadják a repülőgép jellegzetes megjelenését, de a szárny valahogy a legmeggyőzőbb; A megtévesztően alapos megjelenése ellenére a repülőgép szárnya a mérnöki munka valódi csodája, valamint nélkülözhetetlen az élet számára a modern civilizációban.
A repülőgép aerodinamikailag aktív részei
A repülőgép vezérléséhez nemcsakemel(sokkal többet erről később), hanem függőleges, valamint vízszintes kormány- és stabilizáló berendezéseket is. Az alábbiak egy standard utas típusú repülőgépre vonatkoznak; nyilvánvaló, hogy egyetlen repülőgép, vagy e tekintetben utasszállító repülőgép sem létezik. Gondoljon a fizikára, ne a konkrét összetevőkre.
A repülőgép csövét vagy testét nevezzükrepülőgéptörzs. A szárnyak a törzshöz annak hosszában körülbelül félúton vannak rögzítve. Maguk a szárnyak két mozgatható alkatrészkészlettel rendelkeznek a hátoldalon; a külső készletet hívjukcsűrők, míg a hosszabbakat, a belsőket egyszerűen hívjákszárnyak. Ezek megváltoztatják a repülőgép gördülését és ellenállását, elősegítve a gép irányítását és lassítását. A szárnyhegyek gyakran kicsi mozgathatóakszárnyasok, amelyek csökkentik a húzást.
A sík farokrészei közé tartozikvízszintesésfüggőleges stabilizátorok,előbbi apró szárnyakat utánozva tájékozódva és dicsekedvelift szárnyak, és az utóbbival együtt aoldalkormány,a repülőgép elsődleges eszköze a vízszintes irány megváltoztatására. Egy repülőgép, amelynek csak motorja és szárnya volt, de kormánya nem volt olyan, mint egy hatalmas autó, amelynek nincs kormány, és nem kell fizikusnak vagy hivatásos versenyautó-sofőrnek észrevennie a problémákat itt.
A repülőgép szárnyának története
Orville és Wilbur Wrightaz első sikeres repülést 1903-ban, Észak-Karolinában, Amerikai Egyesült Államokban tartják számon. Mint azt sejteni lehetett, nem puszta merészek voltak akik dobtak egy pofonkivitelezést egy motorból és néhány könnyű deszkából, és meg is tették azt, amely véletlenül az ő motorjukban működött szívességet. Épp ellenkezőleg, aprólékos kutatók voltak, és megértették, hogy a szárny minden sikeres repülőgép-repülési mechanizmus kritikus szempontja lesz. (A "repülőgép" egy furcsa, de szerethető kifejezés a repülési világban.)
A Wrightok Németországból hozzáférhettek a szélcsatornák adataihoz, és ezt használták fel a szárnyak megfogalmazásában azoknak a vitorlázógépeknek, amelyek megelőzték az 1903-as azonnal híres motoros változatukat. Különböző szárnyalakokkal kísérleteztek, és felfedezték, hogy ideálisnak tűnnek azok, amelyek szárnyfesztávolsága: szárnya szélessége szoros és közel 6,4-1 között van; hogy ez majdnem tökéletesoldalaránymodern mérnöki módszerek támasztották alá.
A szárny egyfajta repülőtéri szárny, amely annak a keresztmetszetnek számít, amelyet a mérnökök érdekelnek a folyadékdinamika területén, például a vitorlák, propellerek és turbinák. Ez az ábrázolás hasznos a problémák megoldásában, mert a legjobb vizuális ábrázolást nyújt arról, hogyan emelkedik egy sík, és hogyan lehet ezt modulálni a különböző szárnyalakok és egyéb jellemzők révén.
Alapvető aerodinamikai tények
Talán az iskolában, vagy pusztán a hírek megtekintésével látta vagy hallotta a „lift” kifejezést a repüléssel kapcsolatban. Mi a lift a fizikában? A felvonó még mérhető mennyiség, vagy egyre hasonlít?
A lift valójában olyan erő, amely definíció szerint szembeszáll egy tárgyévalsúly. A súly viszont a gravitáció által a tárgyakra gyakorolt hatás eredményeként keletkező erőtömeg. Az emelés elérése lényegében ellensúlyozza a gravitációt - és a gravitáció "megcsal" ebben a függőleges huzavonában, mert soha nem nyugszik!
A lift egyvektor mennyiség, mint minden erő, és így rendelkezik skaláris komponenssel (annak száma vagy nagysága) és egy meghatározott irányával (általában két dimenzióval, címkével)xésy, a bevezető szintű fizikai problémákban). A vektor meg van rajzolva a tárgy nyomásközpontján keresztül, és merőleges a folyadék áramlásának irányára.
Az emeléshez afolyadék(gáz vagy gázkeverék, például levegő, vagy folyadék, például olaj), mint közeg. Így sem szilárd tárgy, sem vákuum nem szolgál vendégszerető repülési környezetként; ezek közül az első intuitív módon nyilvánvaló, de ha valaha is elgondolkodtál azon, hogy irányíthat-e egy repülőgépet a világűrben a szárnyainak vagy a farkának manipulálásával, a válasz nemleges; nincs fizikai "cucc", amivel a repülőgép alkatrészei ellökhetnék magukat.
Bernoulli egyenlete
Mindenki figyelte a folyó vagy patak örvényeit és áramlatait, és töprengett a folyadékáramlás természetén. Mi történik, ha egy folyó vagy patak hirtelen sokkal szűkebbé válik, a mélység változása nélkül? Ennek eredményeként a folyó vize sokkal gyorsabban áramlik el. A nagyobb sebesség több kinetikus energiát jelent, és a kinetikus energia növekedése a munka valamilyen energiabevitelére támaszkodik a rendszerbe.
Ami a folyadékdinamikát illeti, az a legfontosabb, hogy a gyorsan mozgó sűrűségű folyadékokban a P nyomás csökkenjenρ, beleértve a levegőt is. (A sűrűség a tömeg térfogattal elosztva, vagy m / V.) A folyadék kinetikus energiája közötti különböző kapcsolatok (1/2) ρv2, potenciális energiája ρgh (aholha magasság bármely változása, amely felett folyadéknyomás-különbség van) és az össznyomásPszázadi svájci tudós híressé tett egyenlete rögzítiDavid Bernoulli. Az általános forma a következő:
P + \ frac {1} {2} \ rho v ^ 2 + \ rho gh = konstans
Ittggyorsulás a gravitáció miatt a Föld felszínén, amelynek értéke 9,8 m / s2. Ez az egyenlet számtalan olyan helyzetre vonatkozik, amely magában foglalja a víz és a gázok áramlását és a folyadékban lévő tárgyak mozgását, például az ég levegőjén átcsúszó repülőgépeket.
A repülőgép repülésének fizikája
A repülőgép szárnyának figyelembevételével Bernoulli egyenletében az utolsó kifejezés elvethető, mert a szárnyat egyenletes magasságúnak tekintik:
P + \ frac {1} {2} \ rho v ^ 2 = állandó
Tisztában kell lennie azzal a folytonossági egyenlettel is, amely a keresztmetszeti szárny területére vonatkoztatja a nyomást:
\ rho Av = állandó
Ezen egyenletek összevonása megmutatja, hogy az emelőerő hogyan keletkezik. Kritikus szempontból a szárny teteje és az alsó rész közötti nyomáskülönbség a szárnyfedél megfelelő oldalainak különböző formáinak eredménye. A szárny felett levő levegőnek gyorsabban mozoghat, mint az alatta lévő levegő, ami egyfajta "szívónyomást" eredményez felülről, amely ellentétes a sík súlyával.
Maga a sík előre mozgása természetesen létrehozza a levegő mozgását; a sík vízszintes sebességét sugárhajtóműveinek a levegővel szembeni tolása hozza létre, és az ebből eredő ellentétes erőt a vízi járműnek ebben az irányban nevezzük.húzás.
- Így összefoglaljuk a repülőgép felfelé, lefelé, előre és hátra ható erőit és szárnyait az egyik oldalról nézve.emel, súly, tolóerőéshúzás.