Hoe werkt een vliegtuigvleugel?

Het vliegtuig is misschien wel of niet de meest levensveranderende uitvinding van de 20e eeuw; Er kunnen duidelijk argumenten worden aangevoerd voor allerlei andere innovaties, waaronder antibiotica, de computerprocessor en de komst van draadloze wereldwijde communicatietechnologie. Maar weinig van deze uitvindingen, als ze er al zijn, dragen zowel de visuele grootsheid als de aangeboren menselijke geest van durf en verkenning, zoals het vliegtuig.

Het grootste deel van een typisch vliegtuig is grotendeels niet te onderscheiden van andere grootschalige passagiersvoertuigen; het bestaat uit een buisvormig compartiment waarin passagiers, de verantwoordelijken en andere vervoerde items zitten. Ook hebben de meeste vliegtuigen wielen; de meeste waarnemers zouden ze niet als een primaire functie zien, maar de meeste vliegtuigen zouden zonder hen niet kunnen opstijgen of landen.

Het is echter duidelijk het belangrijkste fysieke kenmerk waardoor een vliegtuig zijn vleugels onmiddellijk herkent. Tot op zekere hoogte dragen de ondersteunende structuren waarover je ook zult lezen bij aan het karakteristieke uiterlijk van een vliegtuig, maar de vleugel is op de een of andere manier het meest overtuigend; ondanks zijn bedrieglijk eenvoudige uiterlijk, is de vliegtuigvleugel een echt wonder van techniek en onmisbaar voor het leven in de moderne beschaving.

Vliegtuigbesturing vereist niet alleen:optillen(daarover later veel meer) maar ook verticale en horizontale stuur- en stabilisatieapparatuur. Het volgende is van toepassing op een standaard passagiersvliegtuig; het is duidelijk dat er geen enkel ontwerp van een vliegtuig, of wat dat betreft een passagiersvliegtuig, bestaat. Denk aan de fysica, niet aan de specifieke ingrediënten.

De buis, of het lichaam, van een vliegtuig heet deromp. De vleugels zijn ongeveer halverwege de lengte aan de romp bevestigd. De vleugels zelf hebben twee sets beweegbare onderdelen aan de achterkant; de buitenste set heetrolroeren, terwijl de langere, innerlijke eenvoudig worden genoemdflappen. Deze veranderen respectievelijk de rol en de weerstand van het vliegtuig, wat helpt bij het sturen en vertragen van het vliegtuig. De vleugeltips hebben vaak kleine beweegbarevleugeltjes, die de weerstand verminderen.

De staartdelen van een vliegtuig omvatten:horizontaalenverticale stabilisatoren,de voormalige bootsen kleine vleugels na in oriëntatie en opscheppenliftkleppen, en de laatste inclusief aroer,het belangrijkste middel van het vliegtuig om de horizontale koers te wijzigen. Een vliegtuig dat alleen een motor en vleugels had maar geen roer zou zijn als een krachtige auto zonder car stuur, en er is geen natuurkundige of professionele autocoureur voor nodig om de problemen te ontdekken hier.

​Orville en Wilbur Wrightworden gecrediteerd voor het maken van de eerste succesvolle vlucht, in 1903 in North Carolina, V.S. Zoals je misschien al vermoedde, waren het niet louter waaghalzen die een slordig ding van een motor en een paar lichtgewicht planken in elkaar gooide en het probeerden, een die toevallig werkte in hun gunst. Integendeel, het waren nauwgezette onderzoekers en ze begrepen dat de vleugel zou dienen als het kritieke aspect van elk succesvol vliegtuigvliegmechanisme. ("Vliegtuig" is een eigenaardige maar sympathieke term in de luchtvaartwereld.)

De Wrights hadden toegang tot windtunnelgegevens uit Duitsland en gebruikten deze bij de formulering van vleugels voor de zweefvliegtuigen die voorafgingen aan hun onmiddellijk beroemde gemotoriseerde versie uit 1903. Ze experimenteerden met verschillende vleugelvormen en ontdekten dat degenen met een spanwijdte-tot-vleugelbreedte-verhouding binnen een korte afstand, en in de buurt van 6,4 tot 1, ideaal leken; dat dit bijna perfect isbeeldverhoudingis bevestigd door moderne technische methoden.

Een vleugel is een soort vleugelprofiel, de dwarsdoorsnede van alles wat interessant is voor ingenieurs op het gebied van vloeistofdynamica, zoals zeilen, propellers en turbines. Deze weergave is nuttig bij het oplossen van problemen omdat het de beste visuele weergave biedt van hoe een vliegtuig opstijgt en hoe dit kan worden gemoduleerd door verschillende vleugelvormen en andere kenmerken.

Misschien heb je op school, of gewoon door naar het nieuws te kijken, de term 'lift' gezien of gehoord met betrekking tot vliegen. Wat is lift in de natuurkunde? Is lift zelfs een meetbare hoeveelheid, of wordt het op één toegewezen?

Lift is in feite een kracht, een kracht die per definitie de weerstand van een object tegengaatgewicht. Gewicht is op zijn beurt de kracht die wordt geproduceerd als gevolg van de effecten van de zwaartekracht op objecten metmassa-. Om lift te bereiken, moet je de zwaartekracht in wezen tegengaan - en de zwaartekracht "bedriegt" in dit verticale touwtrekken, omdat het nooit rust!

Lift is eenvectorgrootheid, zoals alle krachten, en heeft dus zowel een scalaire component (het aantal of grootte) als een gespecificeerde richting (meestal inclusief twee dimensies, gelabeldXenja, in inleidende fysica problemen). De vector die wordt getekend, werkt door het drukpunt van het object en is loodrecht op de richting van de vloeistofstroom gericht.

Lift vereist eenvloeistof(een gas of mengsel van gassen, zoals lucht, of een vloeistof, zoals olie) als medium. Dus noch een vast object, noch een vacuüm dient als een gastvrije vliegomgeving; de eerste hiervan is intuïtief duidelijk, maar als je je ooit hebt afgevraagd of je een vliegtuig in de ruimte zou kunnen besturen door zijn vleugels of staart te manipuleren, is het antwoord nee; er is geen fysiek "ding" waar de vliegtuigdelen tegenaan kunnen duwen.

Iedereen heeft de wervelingen en stromingen van een rivier of beek bekeken en heeft nagedacht over de aard van vloeistofstroom. Wat gebeurt er als een rivier of beek plotseling veel smaller wordt, zonder verandering in diepte? Het rivierwater stroomt daardoor veel sneller voorbij. Hogere snelheden betekenen meer kinetische energie, en verhogingen van kinetische energie zijn afhankelijk van enige input van energie in het systeem in de vorm van werk.

Wat de vloeistofdynamica betreft, is het belangrijkste punt dat de druk P zal dalen in snel bewegende vloeistoffen met dichtheidρ, inclusief lucht. (Dichtheid is massa gedeeld door volume, of m/V.) De verschillende relaties tussen de kinetische energie van een vloeistof (1/2)ρv², de potentiële energie ρgh (waarhis elke hoogteverandering waarover een vloeistofdrukverschil bestaat) en totale drukPwordt vastgelegd door de vergelijking die beroemd is gemaakt door de 18e-eeuwse Zwitserse wetenschapperDavid Bernoulli. De algemene vorm is geschreven:

Hiergis versnelling door zwaartekracht aan het aardoppervlak, die de waarde 9,8 m/s. heeft². Deze vergelijking is van toepassing op talloze situaties met de stroming van water en gassen en de beweging van objecten in vloeistoffen, zoals vliegtuigen die door de lucht vliegen.

Bij het beschouwen van de vliegtuigvleugel kan de laatste term in de vergelijking van Bernoulli worden weggelaten omdat de vleugel wordt behandeld als op een uniforme hoogte:

U moet zich ook bewust zijn van de continuïteitsvergelijking, die de druk relateert aan het vleugeloppervlak in de dwarsdoorsnede:

Het combineren van deze vergelijkingen laat zien hoe liftkracht wordt geproduceerd. Kritiek is dat het drukverschil tussen de bovenkant van de vleugel en de onderkant het resultaat is van de verschillende vormen van de respectieve zijden van het vleugelprofiel. De lucht boven de vleugel mag sneller bewegen dan de lucht eronder, wat resulteert in een soort "zuigdruk" van bovenaf die het gewicht van het vliegtuig tegenwerkt.

De voorwaartse beweging van het vliegtuig zelf is natuurlijk wat de beweging van de lucht creëert; de horizontale snelheid van het vliegtuig wordt gecreëerd door de stuwkracht van zijn straalmotoren tegen de lucht, en de resulterende tegenkracht die in deze richting op het vaartuig wordt uitgeoefend, wordt genoemdslepen​.

• Dus een samenvatting van de opwaartse, neerwaartse, voorwaartse en achterwaartse krachten op een vliegtuig en zijn vleugels, gezien vanaf één kant, is:optillen​, ​gewicht​, ​stuwkrachtenslepen​.