Hvordan fungerer et flyfløy?

Flyet er kanskje ikke den mest livsforandrende oppfinnelsen i det 20. århundre; argumenter kan tydelig føres for alle slags andre innovasjoner, inkludert antibiotika, dataprosessor og fremkomsten av trådløs global kommunikasjonsteknologi. Likevel er det få av disse oppfinnelsene som bærer både den visuelle storheten og den medfødte menneskelige ånden av å våge og utforske, som flyet gjør.

Hovedtyngden av et typisk fly kan i stor grad ikke skilles fra andre store personbiler; den består av et rørlignende rom der passasjerer, ansvarlige og andre transporterte gjenstander sitter. Dessuten har de fleste fly hjul; de fleste observatører ville ikke plassere dem som en primær funksjon, men de fleste fly kunne ikke ta av eller lande uten dem.

Klart, men den viktigste fysiske funksjonen som gjør at et fly umiddelbart identifiserer sine vinger. Til en viss grad bidrar bærestrukturene du vil lese om til et flys karakteristiske utseende, men vingen er på en eller annen måte den mest overbevisende; til tross for det villedende grunnleggende utseendet, er flyvingen en ekte teknologisk vidunder samt uunnværlig for livet i moderne sivilisasjon.

Flykontroll krever ikke bareløfte(mye mer om det senere), men også vertikal samt horisontal styring og stabiliseringsutstyr. Følgende gjelder for et vanlig fly i passasjerstil; klart, ingen design av et fly, eller for den saks skyld et passasjerflyfly, eksisterer. Tenk på fysikken, ikke de spesifikke ingrediensene.

Røret eller kroppen til et fly kallesskroget. Vingene er festet til skroget på et punkt omtrent halvveis langs lengden. Vingene har to sett med bevegelige komponenter på baksiden; det ytre settet kallesailerons, mens de lengre indre kalles ganske enkeltklaffer. Disse endrer henholdsvis rullen og dra av flyet, hjelper til med å styre og bremse flyet. Vingespissene har ofte små bevegeligewinglets, som reduserer dra.

Haldelene til et fly inkludererhorisontalogvertikale stabilisatorer,den tidligere etterligner bittesmå vinger i orientering og skrytheisklaffer, og sistnevnte inkludert aror,flyets primære middel for å endre horisontal kurs. Et fly som bare hadde motor og vinger, men ingen ror, ville være som en kraftig bil uten rattet, og det tar ikke en fysiker eller profesjonell racerbilfører å oppdage problemene her.

​Orville og Wilbur Wrighter kreditert for å ha gjort den første vellykkede flyturen, i 1903 i North Carolina, U.S.A. Som du kanskje antok, var de ikke bare våghalser som kastet sammen en slapdash-konstruksjon fra en motor og noen lette planker og tok tak i den, en som tilfeldigvis fungerte i deres favorisere. Tvert imot, de var grundige forskere, og de forsto at vingen ville tjene som det kritiske aspektet ved enhver vellykket flyflymekanisme. ("Fly" er et sjarmerende, men elskelig begrep i luftfartsverdenen.)

Wrights hadde tilgang til vindtunneldata fra Tyskland, og de brukte dette i formuleringen av vinger for seilflyene som gikk foran den øyeblikkelig berømte motoriserte versjonen fra 1903. De eksperimenterte med forskjellige vingeformer, og oppdaget at de med forhold mellom vingespenn-til-ving-bredde innenfor et nært område, og nær 6,4 til 1, virket ideelle; at dette er en nesten perfektstørrelsesforholdethar blitt støttet av moderne ingeniørmetoder.

En vinge er en slags bæreprofil, som er tverrsnittet av noe som er interessant for ingeniører innen væskedynamikk, som seil, propeller og turbiner. Denne representasjonen er nyttig for å løse problemer fordi den gir den beste visuelle representasjonen av hvordan et plan stiger og hvordan dette kan moduleres gjennom forskjellige vingeformer og andre funksjoner.

Kanskje på skolen, eller bare ved å se på nyhetene, har du sett eller hørt begrepet "løft" med henvisning til fly. Hva er løft i fysikk? Er løft til og med målbar mengde, eller kartlegges den til en?

Heis er faktisk en kraft, en som per definisjon motsetter seg en gjenstandvekt. Vekt er i sin tur kraften som produseres som et resultat av tyngdekraftens effekter på gjenstander medmasse. Å oppnå løft er i hovedsak å motvirke tyngdekraften - og tyngdekraften "jukser" i denne vertikale dragkampen, fordi den aldri hviler!

Heis er envektor mengde, som alle krefter, og har dermed både en skalar komponent (antall eller størrelse) og en spesifisert retning (vanligvis inkludert to dimensjoner, merketxogy, i fysiske problemer på introduksjonsnivå). Vektoren tegnes virker gjennom objektets trykksenter og er rettet vinkelrett på fluidstrømningsretningen.

Heis krever envæske(en gass eller en blanding av gasser, slik som luft, eller en væske, slik som olje) som et medium. Dermed tjener verken et solid objekt eller et vakuum som et gjestfritt flygende miljø; den første av disse er intuitivt åpenbar, men hvis du noen gang lurte på om du kunne styre et fly i verdensrommet ved å manipulere vingene eller halen, er svaret nei; det er ingen fysiske "ting" som flydelene kan presse mot.

Alle har sett på virvler og strømmer av en elv eller bekk, og grublet over væskestrømmen. Hva skjer når en elv eller bekk plutselig blir mye smalere, uten endring i dybden? Elvevannet strømmer langt raskere forbi som et resultat. Høyere hastigheter betyr mer kinetisk energi, og økninger i kinetisk energi er avhengig av noe innspill av energi til systemet i form av arbeid.

Når det gjelder væskedynamikk, er nøkkelpunktet at trykket P vil synke i raskt bevegende væsker med tetthetρ, inkludert luft. (Tetthet er masse delt på volum, eller m / V.) De forskjellige forholdene mellom den kinetiske energien til en væske (1/2) ρv², dens potensielle energi ρgh (hvorher en hvilken som helst endring i høyden der det er en fluidtrykkforskjell) og totaltrykkPblir fanget av ligningen gjort kjent av den sveitsiske forskeren fra 1700-talletDavid Bernoulli. Den generelle formen er skrevet:

Herger akselerasjon på grunn av tyngdekraften på jordens overflate, som har verdien 9,8 m / s². Denne ligningen gjelder utallige situasjoner som involverer strømmen av vann og gasser og bevegelse av gjenstander i væsker, for eksempel fly som glipper gjennom luftens himmel.

Når flyvingen vurderes, kan den siste termen i Bernoullis ligning slippes fordi vingen blir behandlet som i en jevn høyde:

Du bør også være oppmerksom på kontinuitetsligningen, som relaterer press til tverrsnittsfløyområdet:

Å kombinere disse ligningene viser hvordan løftekraft produseres. Kritisk er trykkforskjellen mellom toppen av vingen og undersiden et resultat av de forskjellige fasongene på de respektive sidene av bæreflaten. Luften over vingen får bevege seg raskere enn luften under, noe som resulterer i et slags "sugetrykk" ovenfra som motsetter vekten av flyet.

Selve flyets bevegelse fremover er selvfølgelig det som skaper luftens bevegelse; flyets horisontale hastighet er skapt av jetmotorenes skyv mot luften, og den resulterende motsatte kraften som utøves mot fartøyet i denne retningen kallesdra​.

• Dermed er en oppsummering av styrkene oppover, nedover, fremover og bakover på et fly og vingene sett fra den ene sidenløfte​, ​vekt​, ​fremstøtogdra​.