Kā darbojas lidmašīnas spārns?

Lidmašīna var būt vai var nebūt vissmagākais 20. gadsimta izgudrojums; argumentus var skaidri izteikt par visa veida citiem jauninājumiem, ieskaitot antibiotikas, datoru procesoru un bezvadu globālo sakaru tehnoloģiju parādīšanos. Tomēr daži no šiem izgudrojumiem, ja tādi ir, satur gan vizuālo varenību, gan cilvēka iedzimto uzdrīkstēšanās un izpētes garu, tāpat kā lidmašīna.

Tipiskās lidmašīnas lielāko daļu nevar atšķirt no citiem liela izmēra pasažieru transportlīdzekļiem; tas sastāv no cauruļveida nodalījuma, kurā sēž pasažieri, atbildīgie cilvēki un citi pārvadāti priekšmeti. Arī lielākajai daļai lidmašīnu ir riteņi; lielākā daļa novērotāju tos neizvieto kā galveno iezīmi, taču lielākā daļa lidmašīnu bez tām nevarēja pacelties vai nosēsties.

Tomēr nepārprotami galvenā fiziskā īpašība, kas lidmašīnai liek uzreiz identificēt tās spārnus. Zināmā mērā lidmašīnai raksturīgo izskatu papildina arī atbalsta konstrukcijas, par kurām jūs arī lasīsit, taču spārns kaut kā ir vispievilcīgākais; Neskatoties uz maldinoši pamata izskatu, lidmašīnas spārns ir patiess inženiertehniskais brīnums, kā arī neaizstājams mūsdienu civilizācijas dzīvē.

Lidmašīnas vadība prasa ne tikaipacelt(daudz vairāk par to vēlāk), bet arī vertikālās, kā arī horizontālās stūres un stabilizācijas iekārtas. Šis attiecas uz standarta pasažieru stila lidmašīnu; skaidrs, ka nepastāv neviena lidmašīnas konstrukcija vai pasažieru reaktīvā lidmašīna. Padomājiet par fiziku, nevis par īpašajām sastāvdaļām.

Lidmašīnas cauruli vai korpusu sauc parfizelāža. Spārni ir piestiprināti pie fizelāžas vietā, kas atrodas aptuveni pusceļā visā garumā. Pašu spārnu aizmugurē ir divi kustīgu komponentu komplekti; tiek saukti ārējie komplektieleroni, bet garākos, iekšējos vienkārši saucatlokiem. Tie attiecīgi maina lidmašīnas rituli un pretestību, palīdzot vadīt un palēnināt lidmašīnu. Spārnu galiem bieži ir maza kustībaspārniņi, kas samazina vilkšanu.

Lidmašīnas astes daļas ietverhorizontāliunvertikālie stabilizatori,pirmais orientējoties atdarina sīkos spārnus un lepojaslifta atloki, un pēdējais, ieskaitot astūre,lidmašīnas galvenie horizontālā kursa mainīšanas līdzekļi. Lidmašīna, kurai bija tikai dzinējs un spārni, bet nebija stūres, būtu kā jaudīga automašīna ar nē stūres rata, un problēmu novērošanai nav nepieciešams fiziķis vai profesionāls sacīkšu automašīnas vadītājs šeit.

​Orvils un Vilburs Raitstiek ieskaitīti pirmā veiksmīgā lidojuma veikšanā 1903. gadā Ziemeļkarolīnā, ASV. Kā jūs, iespējams, nojautāt, viņi nebija vienkārši drosminieki kurš no motora un dažiem vieglajiem dēļiem sameta sadursmi un izdarīja to, kas gadījās strādāt viņu automašīnā labvēlība. Gluži pretēji, viņi bija rūpīgi pētnieki, un viņi saprata, ka spārns kalpos kā jebkura veiksmīga lidmašīnas lidošanas mehānisma kritiskais aspekts. ("Lidmašīna" ir savdabīgs, bet patīkams termins aviācijas pasaulē.)

Wrights bija pieeja vēja tuneļa datiem no Vācijas, un viņi to izmantoja, veidojot spārnus planieriem, kas bija pirms viņu uzreiz slavenās 1903. gada motorizētās versijas. Viņi eksperimentēja ar dažādām spārnu formām un atklāja, ka ideāli šķita tie, kuru spārnu platuma un spārna platuma attiecība bija tuvu un tuvu 6,4 līdz 1; ka tas ir gandrīz ideālsmalu attiecībair apstiprinājis modernās inženierijas metodes.

Spārns ir sava veida lidlauks, kas ir šķērsgriezums visam, kas interesē inženierus šķidruma dinamikas jomā, piemēram, buras, propelleri un turbīnas. Šis attēlojums ir noderīgs problēmu risināšanā, jo piedāvā vislabāko vizuālo attēlojumu par to, kā lidmašīna paceļas un kā to var modulēt, izmantojot dažādas spārnu formas un citas funkcijas.

Varbūt skolā vai vienkārši skatoties ziņas, jūs esat redzējis vai dzirdējis terminu "pacelt", atsaucoties uz lidojumu. Kas ir lifts fizikā? Vai pacēlājs ir pat izmērāms lielums, vai tas attiecas uz vienu?

Faktiski lifts ir spēks, kas pēc definīcijas pretojas objekta spēkamsvars. Svars savukārt ir spēks, ko rada gravitācijas ietekme uz objektiem armasa. Lai sasniegtu pacēlumu, būtībā jācīnās pret gravitāciju - un gravitācija "krāpjas" šajā vertikālajā virves vilkšanā, jo tā nekad neatpūšas!

Pacēlājs ir avektora daudzums, tāpat kā visiem spēkiem, un tādējādi tam ir gan skalārais komponents (tā skaits vai lielums), gan noteikts virziens (parasti ietverot divus izmērus, kas apzīmēti arxuny, ievada līmeņa fizikas problēmās). Vektors tiek uzzīmēts caur objekta spiediena centru un ir vērsts perpendikulāri šķidruma plūsmas virzienam.

Pacēlājam nepieciešams ašķidrums(gāze vai gāzu maisījums, piemēram, gaiss, vai šķidrums, piemēram, eļļa) kā vide. Tādējādi nedz ciets priekšmets, nedz vakuums nekalpo par viesmīlīgu lidošanas vidi; pirmais no tiem ir intuitīvi acīmredzams, bet, ja jūs kādreiz domājat, vai jūs varētu vadīt lidmašīnu kosmosā, manipulējot ar tās spārniem vai asti, atbilde ir nē; nav fiziskas "lietas", pret kurām lidmašīnas daļām varētu piespiesties.

Visi ir vērojuši upes vai strauta virpuļus un straumes un apdomājuši šķidruma plūsmas būtību. Kas notiek, kad upe vai strauts pēkšņi kļūst daudz šaurāks, nemainot dziļumu? Rezultātā upes ūdens plūst garām daudz ātrāk. Lielāki ātrumi nozīmē vairāk kinētiskās enerģijas, un kinētiskās enerģijas pieaugums ir atkarīgs no enerģijas enerģijas ievadīšanas sistēmā darba formā.

Kas attiecas uz šķidruma dinamiku, galvenais ir tas, ka spiediens P pazemināsies strauji kustīgos blīvuma šķidrumosρ, ieskaitot gaisu. (Blīvums ir masa dalīta ar tilpumu vai m / V.) Dažādas attiecības starp šķidruma kinētisko enerģiju (1/2) ρv², tā potenciālā enerģija ρgh (kurhir jebkura augstuma maiņa, kurā pastāv šķidruma spiediena starpība) un kopējais spiediensPtiek uztverts ar vienādojumu, ko slavens ir 18. gadsimta Šveices zinātnieksDeivids Bernulli. Vispārīgā forma ir rakstīta:

Šeitgir paātrinājums gravitācijas dēļ uz Zemes virsmas, kura vērtība ir 9,8 m / s². Šis vienādojums attiecas uz neskaitāmām situācijām, kas saistītas ar ūdens un gāzu plūsmu un objektu pārvietošanos šķidrumos, piemēram, lidmašīnām, kas rāvās caur debesu gaisu.

Apsverot lidmašīnas spārnu, Bernulli vienādojumā pēdējo terminu var atcelt, jo tiek uzskatīts, ka spārns atrodas vienmērīgā augstumā:

Jums jāzina arī nepārtrauktības vienādojums, kas attiecas uz spiedienu uz šķērsgriezuma spārnu laukumu:

Apvienojot šos vienādojumus, parādīts, kā rodas pacelšanās spēks. Kritiski, spiediena starpība starp spārna augšdaļu un apakšpusi ir rezultāts dažādajām lidlauka attiecīgo malu formām. Gaiss virs spārna ir atļauts pārvietoties ātrāk nekā gaiss zem tā, kā rezultātā no augšas rodas sava veida "sūkšanas spiediens", kas ir pretrunā ar plaknes svaru.

Protams, pati lidmašīnas kustība uz priekšu rada gaisa kustību; plaknes horizontālo ātrumu rada tās reaktīvo dzinēju vilce pret gaisu, un rezultātā iegūto pretējo spēku, kas šajā virzienā tiek veikts pret kuģi, sauc parvelciet​.

• Tādējādi tiek apkopots lidmašīnas augšupvērstā, lejupvērstā, uz priekšu un atpakaļ vērsto spēku un tās spārnu skats no vienas puses.pacelt​, ​svars​, ​grūdiensunvelciet​.