비행기는 20 세기의 가장 인생을 바꾸는 발명품 일 수도 아닐 수도 있습니다. 항생제 약물, 컴퓨터 프로세서 및 무선 글로벌 통신 기술의 출현을 포함하여 모든 방식의 다른 혁신에 대해 명백히 주장 할 수 있습니다. 그러나 이러한 발명품 중 일부는 비행기처럼 시각적 웅장 함과 대담함과 탐험의 타고난 인간 정신을 모두 지니고 있습니다.
일반적인 비행기의 대부분은 다른 대형 승용차와 거의 구별 할 수 없습니다. 승객, 담당자 및 기타 운송 물품이 앉는 튜브 모양의 구획으로 구성됩니다. 또한 대부분의 비행기에는 바퀴가 있습니다. 대부분의 관찰자들은 그것들을 주요 특징으로 여기지 않을 것이지만, 대부분의 비행기는 그것들 없이는 이륙하거나 착륙 할 수 없습니다.
그러나 비행기가 날개를 즉시 식별 할 수있게하는 주요 물리적 특징은 분명합니다. 어느 정도 읽게 될지지 구조는 비행기의 특징적인 외관을 더해 주지만, 날개는 어떻게 든 가장 매력적입니다. 기만적으로 기본적인 외양에도 불구하고 비행기 날개는 현대 문명 생활에 없어서는 안될 진정한 공학의 경이로움입니다.
비행기의 공기 역학적 활성 부품
비행기 제어는승강기(나중에 더 자세히 설명합니다) 수직 및 수평 조향 및 안정화 장비. 다음은 표준 승객 스타일 비행기에 적용됩니다. 분명히 비행기의 디자인이나 여객기의 디자인은 존재하지 않습니다. 특정 성분이 아니라 물리학을 생각하십시오.
비행기의 튜브 또는 몸체를동체. 날개는 길이를 따라 중간 지점에서 동체에 부착됩니다. 날개 자체에는 뒤쪽에 두 세트의 이동 가능한 구성 요소가 있습니다. 외부 세트가 호출됩니다에일러론, 더 길고 안쪽의 것은 단순히플랩. 이것들은 항공기의 회전과 항력을 각각 변경하여 조종과 비행기 속도를 늦 춥니 다. 윙 팁에는 종종 작은 이동식이 있습니다.작은 날개, 드래그를 감소시킵니다.
비행기의 꼬리 부분에는 다음이 포함됩니다.수평과수직 안정제,오리엔테이션에서 작은 날개를 모방하고 자랑하는 전자엘리베이터 플랩, 및 후자를 포함키,수평 방향을 변경하는 비행기의 주요 수단입니다. 엔진과 날개 만 있고 방향타가없는 비행기는 문제를 발견하기 위해 물리학 자나 전문 경주 용 자동차 운전자가 필요하지 않습니다. 여기.
비행기 날개의 역사
오빌과 윌버 라이트1903 년 미국 노스 캐롤라이나에서 첫 비행을 성공적으로 마친 것으로 알려져 있습니다. 아마도 짐작 하셨겠지만, 그들은 단순한 무모한 사람이 아니 었습니다. 모터와 약간의 가벼운 판자에서 slapdash 장치를 함께 던져서 그것을 사용했습니다. 호의. 반대로 그들은 세심한 연구자들이었고 날개가 성공적인 비행기 비행 메커니즘의 중요한 측면으로 작용할 것이라는 것을 이해했습니다. ( "비행기"는 항공 세계에서 기이하지만 사랑스러운 용어입니다.)
Wrights는 독일의 풍동 데이터에 액세스 할 수 있었으며, 이 데이터를 즉시 유명한 1903 년 전동 버전 이전 글라이더의 날개 공식화에 사용했습니다. 그들은 서로 다른 날개 모양을 실험했고, 날개 길이와 날개 폭의 비율이 가까운 범위 내에서 6.4 대 1에 가까운 날개 모양이 이상적이라는 것을 발견했습니다. 이것이 거의 완벽하다는 것을종횡비현대 엔지니어링 방법에 의해 입증되었습니다.
날개는 일종의 에어 포일로, 돛, 프로펠러 및 터빈과 같은 유체 역학 영역의 엔지니어가 관심을 갖는 모든 단면입니다. 이 표현은 비행기가 어떻게 떠오르는 지 그리고 이것이 다른 날개 모양과 다른 특징을 통해 어떻게 변조 될 수 있는지에 대한 최상의 시각적 표현을 제공하기 때문에 문제 해결에 도움이됩니다.
기본 공기 역학 정보
아마도 학교에서 또는 단순히 뉴스를 보면서 비행과 관련하여 "리프트"라는 용어를 보거나 들었을 것입니다. 물리학에서 리프트 란 무엇입니까? 리프트는 측정 가능한 양일까요, 아니면 하나에 매핑됩니까?
리프트는 실제로 물체의 정의에 반대하는 힘입니다.무게. 무게는 물체에 대한 중력의 영향으로 인해 생성되는 힘입니다.질량. 양력을 달성하는 것은 본질적으로 중력에 대항하는 것입니다.이 수직 줄다리기에서는 중력 "속임수"가 있습니다.
리프트는벡터량, 모든 힘과 마찬가지로 스칼라 구성 요소 (수 또는 크기)와 지정된 방향 (일반적으로 레이블이 지정된 2 차원 포함)이 모두 있습니다.엑스과와이, 입문 수준의 물리 문제). 그려진 벡터는 물체의 압력 중심을 통해 작용하고 유체 흐름 방향에 수직으로 향합니다.
리프트는체액(공기와 같은 기체 또는 기체의 혼합물 또는 기름과 같은 액체). 따라서 단단한 물체 나 진공은 친절한 비행 환경이 아닙니다. 첫 번째는 직관적으로 분명하지만, 날개 나 꼬리를 조작하여 우주 공간에서 비행기를 조종 할 수 있는지 궁금한 적이 있다면 대답은 '아니오'입니다. 비행기 부품이 밀어 낼 물리적 "물건"이 없습니다.
베르누이 방정식
모든 사람들은 강이나 개울의 소용돌이와 흐름을 관찰하고 유체 흐름의 본질을 숙고했습니다. 강이나 개울이 갑자기 깊이 변화없이 훨씬 더 좁아지면 어떻게됩니까? 그 결과 강물이 훨씬 더 빨리지나갑니다. 더 높은 속도는 더 많은 운동 에너지를 의미하고 운동 에너지의 증가는 일의 형태로 시스템에 입력되는 에너지에 의존합니다.
유체 역학과 관련하여 핵심은 압력 P가 빠르게 움직이는 밀도의 유체에서 떨어질 것이라는 것입니다.ρ, 공기 포함. (밀도는 질량을 부피 또는 m / V로 나눈 값입니다.) 유체의 운동 에너지 (1/2) ρv 간의 다양한 관계2, 그것의 위치 에너지 ρgh (여기서h유체 압력 차이가 존재하는 높이의 변화) 및 총 압력피18 세기 스위스 과학자가 유명하게 만든 방정식으로데이비드 베르누이. 일반 양식은 다음과 같이 작성됩니다.
P + \ frac {1} {2} \ rho v ^ 2 + \ rho gh = 상수
여기지9.8m / s의 값을 갖는 지구 표면의 중력으로 인한 가속도2. 이 방정식은 물과 가스의 흐름과 하늘의 공기를 통과하는 비행기와 같은 유체 속 물체의 움직임과 관련된 수많은 상황에 적용됩니다.
비행기 비행의 물리학
비행기 날개를 고려할 때 날개가 균일 한 높이에있는 것으로 간주되기 때문에 Bernoulli 방정식의 마지막 항을 삭제할 수 있습니다.
P + \ frac {1} {2} \ rho v ^ 2 = 상수
또한 압력을 단면 날개 면적과 관련시키는 연속성 방정식을 알고 있어야합니다.
\ rho Av = 상수
이 방정식을 결합하면 양력이 어떻게 생성되는지 알 수 있습니다. 결정적으로 날개의 상단과 밑면 사이의 압력 차이는 익형의 각 측면의 모양이 다르기 때문입니다. 날개 위의 공기는 아래의 공기보다 빠르게 움직일 수 있으며, 그 결과 비행기의 무게에 반대되는 일종의 "흡입 압력"이 발생합니다.
물론 비행기 자체의 전진 움직임은 공기의 움직임을 생성합니다. 비행기의 수평 속도는 공기에 대한 제트 엔진의 추력에 의해 생성되며, 이 방향으로 항공기에 가해지는 결과적인 반대 힘을견인.
- 따라서 한쪽에서 볼 때 비행기와 날개에 가해지는 상향, 하향, 전방 및 후방 힘의 요약은 다음과 같습니다.승강기, 무게, 추력과견인.
