როგორ მუშაობს თვითმფრინავის ფრთა?

თვითმფრინავი შეიძლება იყოს ან არ იყოს მე -20 საუკუნის სიცოცხლის ყველაზე შეცვლილი გამოგონება; აშკარად შეიძლება გაკეთდეს არგუმენტები სხვა ნებისმიერი ინოვაციისთვის, მათ შორის ანტიბიოტიკი, წამლები, კომპიუტერული პროცესორი და უკაბელო გლობალური კომუნიკაციის ტექნოლოგია. ამ გამოგონებებიდან რამდენიმე, ასეთის არსებობის შემთხვევაში, ატარებს როგორც ვიზუალურ სიდიადეს, ისე ადამიანთა თანდაყოლილ სულს, გაბედულობასა და ძიებას, ისევე როგორც თვითმფრინავს.

ტიპიური თვითმფრინავის ძირითადი ნაწილი მნიშვნელოვნად არ განსხვავდება სხვა მასშტაბური სამგზავრო მანქანებისგან; იგი შედგება მილის მილისგან, რომელშიც სხედან მგზავრები, პასუხისმგებელი პირები და სხვა ტრანსპორტირებული ნივთები. ასევე, თვითმფრინავების უმეტესობას აქვს ბორბლები; დამკვირვებელთა უმეტესობა მათ პირველ ადგილზე არ მიიჩნევს, მაგრამ თვითმფრინავების უმეტესობას არ შეეძლო აფრენა ან დაშვება მათ გარეშე.

თუმცა, ცხადია, მთავარი ფიზიკური თვისება, რაც თვითმფრინავს დაუყოვნებლივ ამოიცნობს ფრთებს. გარკვეულწილად, დამხმარე სტრუქტურები, რომლებზეც ასევე წაიკითხავთ, თვითმფრინავის დამახასიათებელ გარეგნობას მატებს, მაგრამ ფრთა რატომღაც ყველაზე დამაჯერებელია; მიუხედავად მისი მატყუარა ძირითადი გარეგნობისა, თვითმფრინავის ფრთა არის ნამდვილი საოცრება ინჟინერიისა და ასევე შეუცვლელი თანამედროვე ცივილიზაციაში.

თვითმფრინავის კონტროლი არა მხოლოდ მოითხოვსაწევა(ბევრად უფრო მეტი ამის შესახებ მოგვიანებით), არამედ ვერტიკალური, ასევე ჰორიზონტალური მართვის და სტაბილიზაციის მოწყობილობა. ქვემოთ მოცემულია სტანდარტული სამგზავრო სტილის თვითმფრინავი; აშკარაა, რომ თვითმფრინავის, ან, ამ საკითხთან დაკავშირებით, სამგზავრო რეაქტიული თვითმფრინავის არანაირი დიზაინი არ არსებობს. იფიქრეთ ფიზიკაზე და არა კონკრეტულ ინგრედიენტებზე.

თვითმფრინავის მილს, ან სხეულს ეწოდებაფუსელეჟი. ფრთები მიმაგრებულია ფიუზელაჟზე მისი სიგრძის დაახლოებით ნახევარი წერტილით. თავად ფრთებს აქვს უკანა მხარეს მოძრავი კომპონენტების ორი ნაკრები; გარე ნაკრები ეწოდებააილერონებიხოლო უფრო გრძელს, შინაგანს უბრალოდ უწოდებენფლაპები. ეს შესაბამისად ცვლის საჰაერო ხომალდს და აჭიანურებს თვითმფრინავის მართვას და შენელებას. ფრთათა წვერებს ხშირად აქვთ პატარა მოძრავიფრთების ფურცლები, რომლებიც ამცირებენ ჩათრევას.

თვითმფრინავის კუდის ნაწილებში შედისჰორიზონტალურიდავერტიკალური სტაბილიზატორები,ყოფილი მიბაძა პატარა ფრთებს ორიენტაციაში და ტრაბახობსლიფტის ფანტებიდა ეს უკანასკნელი ასაჭე,თვითმფრინავის ჰორიზონტალური კურსის შეცვლის ძირითადი საშუალებები. თვითმფრინავი, რომელსაც მხოლოდ ძრავა და ფრთები ჰქონდა, მაგრამ არც ერთი საჭე არ იქნებოდა მძლავრი მანქანის გარეშე საჭე, და არ სჭირდება ფიზიკოსი ან პროფესიონალი მამოძრავებელი მანქანა პრობლემების დასადგენად აქ.

​ორვილი და ვილბურ რაიტი1903 წელს ჩრდილოეთ კაროლინაში, აშშ – ში პირველი წარმატებული ფრენის შესრულება განიხილება. როგორც თქვენ ალბათ იფიქრეთ, რომ ისინი უბრალო დარდი არ იყვნენ რომლებმაც ერთად მოისროლეს slapdash უკუჩვენება საავტომობილო და მსუბუქი მსუბუქი ფიცრებიდან და გააკრიტიკეს ის, რაც შემთხვევით მუშაობდა მათ წყალობა. პირიქით, ისინი საგულდაგულოდ მკვლევარები იყვნენ და მათ ესმოდათ, რომ ფრთა იქნებოდა ნებისმიერი წარმატებული თვითმფრინავის მფრინავი მექანიზმის კრიტიკული ასპექტი. ("თვითმფრინავი" უცნაური, მაგრამ საყვარელი ტერმინია საავიაციო სამყაროში.)

Wrights– ს წვდომა ჰქონდა ქარის გვირაბის მონაცემებზე გერმანიიდან, და მათ ეს გამოიყენეს ბორბლებისთვის ფრთების ფორმულირებაში, რაც წინ უძღოდა მათ 1903 წლის მყისიერად ცნობილ მოტორიზებულ ვერსიას. მათ ექსპერიმენტები ჩაატარეს ფრთების სხვადასხვა ფორმებზე და აღმოაჩინეს, რომ იდეალური ჩანდა ის, რომლითაც ფრთების სიგრძე-ფრთის სიგანე იყო და ახლო მანძილზე 6.4-დან 1-ია. რომ ეს თითქმის სრულყოფილიათანაფარდობადასტურდება თანამედროვე საინჟინრო მეთოდებით.

ფრთა არის ერთგვარი საჰაერო ფოლგა, რომელიც არის ნებისმიერი ნაწილის გადაკვეთა, რომელიც ინჟინრებისთვის საინტერესოა სითხის დინამიკის სფეროში, როგორიცაა აფრები, პროპელერები და ტურბინები. ეს წარმოდგენა სასარგებლოა პრობლემების გადასაჭრელად, რადგან ის გთავაზობთ საუკეთესო ვიზუალურ გამოსახულებას იმის შესახებ, თუ როგორ იზრდება თვითმფრინავი და როგორ ხდება მისი მოდულირება ფრთის სხვადასხვა ფორმისა და სხვა მახასიათებლების საშუალებით.

ალბათ სკოლაში, ან უბრალოდ ახალი ამბების ყურებისას, თქვენ ნახეთ ან გსმენიათ ტერმინი "ლიფტი" ფრენის შესახებ. რა არის ლიფტი ფიზიკაში? ლიფტი გაზომვადი ოდენობაა თუ არა?

სინამდვილეში, ლიფტი არის ძალა, რომელიც განსაზღვრებით უპირისპირდება ობიექტსწონა. წონა თავის მხრივ არის ძალა, რომელიც წარმოიქმნება სიმძიმის ზემოქმედების შედეგად ობიექტებზემასა. ლიფტის მიღწევა არსებითად უნდა შეეწინააღმდეგოს სიმძიმის სიმძიმის - და სიმძიმის "თაღლითობებს" ამ ვერტიკალურ ომში, რადგან ის არასდროს ისვენებს!

ლიფტი არისვექტორული რაოდენობა, როგორც ყველა ძალა, და ამრიგად აქვს სკალარული კომპონენტი (მისი რიცხვი, ან სიდიდე) და მითითებული მიმართულება (ჩვეულებრივ ორი ​​განზომილების ჩათვლით, ეტიკეტირებულიxდაy, გაცნობითი დონის ფიზიკის პრობლემებში). ვექტორი შედგენილია ობიექტის წნევის ცენტრის გავლით და მიმართულია სითხის დინების მიმართულების პერპენდიკულარულად.

ლიფტს მოითხოვს ასითხე(გაზები ან გაზების ნარევი, მაგალითად, ჰაერი ან სითხე, მაგალითად ზეთი), როგორც საშუალება. ამრიგად, არც მყარი ობიექტი და არც ვაკუუმი არ ემსახურება სტუმართმოყვარე საფრენი გარემოს; პირველი მათგანი ინტუიციურად აშკარაა, მაგრამ თუ ოდესმე გიფიქრიათ, შეეძლოთ თუ არა თვითმფრინავის მართვა გარე სივრცეში მისი ფრთების ან კუდის მანიპულირებით, პასუხი უარყოფითია; არ არსებობს ფიზიკური "პერსონალი" თვითმფრინავის ნაწილების წინააღმდეგ.

ყველამ დააკვირდა მდინარის ან ნაკადის დაბინძურებებსა და დინებებს და დაფიქრდა სითხის ნაკადის ბუნებაზე. რა ხდება, როდესაც მდინარე ან ნაკადი მოულოდნელად ბევრად ვიწროვდება და სიღრმე არ იცვლება? შედეგად, მდინარის წყალი გაცილებით სწრაფად გადის წარსულში. უფრო მაღალი სიჩქარე ნიშნავს მეტ კინეტიკურ ენერგიას და კინეტიკური ენერგიის ზრდა ეყრდნობა სისტემაში ენერგიის გარკვეულ შეტანას სამუშაოს სახით.

რაც შეეხება სითხის დინამიკას, მთავარია ის, რომ წნევა P დაეცემა სიმკვრივის სწრაფად მოძრავ სითხეებშიρ, ჰაერის ჩათვლით. (სიმკვრივე იყოფა მასაზე, მოცულობაზე, ან მ / ვ.) სითხის კინეტიკური ენერგია (1/2) ρv², მისი პოტენციური ენერგია ρgh (სადთარის სიმაღლის ნებისმიერი ცვლილება, რომელზეც არსებობს სითხის წნევის სხვაობა) და მთლიანი წნევაპმე -18 საუკუნის შვეიცარიელი მეცნიერის მიერ განთქმულმა განტოლებამ იპყროდევიდ ბერნული. ზოგადი ფორმა წერია:

Აქგარის აჩქარება დედამიწის ზედაპირზე მიზიდულობის გამო, რომლის მნიშვნელობაა 9.8 მ / წმ². ეს განტოლება ვრცელდება უამრავ სიტუაციაში, რომლებიც მოიცავს წყლისა და გაზების ნაკადს და სითხეებში ობიექტების გადაადგილებას, მაგალითად, თვითმფრინავებს ცის ჰაერში.

თვითმფრინავის ფრთის განხილვისას, ბერნულის განტოლების ბოლო ტერმინი შეიძლება ჩამოაგდეს, რადგან ფრთა განიხილება, როგორც ერთგვაროვანი სიმაღლე:

თქვენ ასევე უნდა იცოდეთ უწყვეტობის განტოლება, რომელიც უკავშირდება წნევას განივი ფრთა ფართობზე:

ამ განტოლებების გაერთიანება აჩვენებს, თუ როგორ წარმოიქმნება ლიფტის ძალა. კრიტიკულად, წნევის დიფერენციალი ფრთის ზედა ნაწილსა და ქვედა მხარეს შორის არის ჰაერის ფურცლის შესაბამისი გვერდების სხვადასხვა ფორმის შედეგი. ფრთაზე მაღლა ჰაერი დაშვებულია უფრო სწრაფად, ვიდრე მის ქვეშ არსებული ჰაერი, რის შედეგადაც ხდება ერთგვარი "წოვის წნევა" ზემოდან, რომელიც ეწინააღმდეგება თვითმფრინავის წონას.

თვით თვითმფრინავის წინსვლა, რა თქმა უნდა, ქმნის ჰაერის მოძრაობას; თვითმფრინავის ჰორიზონტალური სიჩქარე იქმნება მისი რეაქტიული ძრავების ჰაერზე მოქცევით და ამ მიმართულებით საჰაერო ხომალდის მიმართ მოქმედი დაპირისპირებული ძალა ეწოდებაგადაიტანეთ​.

• ამრიგად, თვითმფრინავის და მისი ფრთების აღმავალი, დაღმავალი, წინ და უკან ძალების რეზიუმე, როგორც ეს ერთი მხრიდან ჩანსაწევა​, ​წონა​, ​ნდობადაგადაიტანეთ​.