Avionul poate fi sau nu cea mai schimbătoare invenție din secolul al XX-lea; se pot argumenta în mod clar orice alte inovații, inclusiv medicamente antibiotice, procesorul computerului și apariția tehnologiei globale de comunicații fără fir. Cu toate acestea, puține dintre aceste invenții, dacă există, poartă atât măreția vizuală, cât și spiritul uman înnăscut de îndrăzneală și explorare, la fel ca și avionul.
Cea mai mare parte a unui avion tipic nu se distinge în mare măsură de alte vehicule de pasageri la scară largă; este alcătuit dintr-un compartiment tubular în care stau pasagerii, responsabilii și alte obiecte transportate. De asemenea, majoritatea avioanelor au roți; majoritatea observatorilor nu le-ar localiza ca o caracteristică principală, dar majoritatea avioanelor nu ar putea decola sau ateriza fără ele.
Cu toate acestea, în mod clar, principala caracteristică fizică care face ca un avion să își poată identifica imediat aripile. Într-o oarecare măsură, structurile de susținere despre care veți citi se adaugă la aspectul caracteristic al unui avion, dar aripa este cumva cea mai convingătoare; în ciuda aspectului său înșelător de bază, aripa avionului este o adevărată minune a ingineriei, precum și indispensabilă vieții din civilizația modernă.
Părți active aerodinamic ale avionului
Controlul avionului necesită nu numailift(mult mai multe despre asta mai târziu), dar și echipamente de direcție și stabilizare verticale, precum și orizontale. Următoarele se aplică unui avion standard în stil pasager; în mod clar, nu există niciun proiect al unui avion sau, de altfel, un avion cu pasageri. Gândiți-vă la fizică, nu la ingredientele specifice.
Tubul sau corpul unui avion se numeștefuzelaj. Aripile sunt atașate la fuselaj într-un punct aproximativ la jumătatea lungimii sale. Aripile în sine au două seturi de componente mobile pe spate; setul exterior se numeștealeronii, în timp ce cele mai lungi, cele interioare sunt pur și simplu numiteclapete. Acestea schimbă rularea și, respectiv, tracțiunea aeronavei, ajutând la direcție și încetinirea avionului. Vârfurile aripilor au adesea mici mobilearipi, care scad tragerea.
Părțile cozii unui avion includorizontalășistabilizatori verticali,primele imitând aripi mici în orientare și lăudându-seclapetele liftului, iar acesta din urmă incluzând uncârma,mijloacele principale ale avionului de a modifica cursul orizontal. Un avion care avea doar motor și aripi, dar fără cârmă, ar fi ca o mașină puternică cu nr volan și nu este nevoie de un fizician sau de un șofer profesionist de mașină de curse pentru a detecta problemele Aici.
Istoria aripii avionului
Orville și Wilbur Wrightsunt creditați că au făcut primul zbor de succes, în 1903 în Carolina de Nord, S.U.A. După cum probabil ați presupus, nu au fost simpli temerari care a aruncat laolaltă o armamentă slapdash de la un motor și câteva scânduri ușoare și a făcut o încercare, una care s-a întâmplat să funcționeze în favoare. Dimpotrivă, au fost cercetători minuțioși și au înțeles că aripa va servi drept aspect critic al oricărui mecanism de zbor al avionului. („Avion” este un termen ciudat, dar adorabil în lumea aviației.)
Wright-urile au avut acces la datele tunelului eolian din Germania și au folosit acest lucru în formularea aripilor pentru planorele care au precedat faimoasa lor versiune motorizată din 1903. Au experimentat diferite forme de aripă și au descoperit că cele cu raporturi de anvergură aripă-aripă într-un interval apropiat și aproape de 6,4 la 1, păreau ideale; că este aproape perfectraportul de aspecta fost confirmat de metodele moderne de inginerie.
O aripă este un fel de aripă aeriană, care este secțiunea transversală a oricărui lucru de interes pentru inginerii din domeniul dinamicii fluidelor, cum ar fi pânze, elice și turbine. Această reprezentare este utilă în rezolvarea problemelor, deoarece oferă cea mai bună reprezentare vizuală a modului în care se ridică un plan și a modului în care acesta poate fi modulat prin diferite forme de aripă și alte caracteristici.
Fapte aerodinamice de bază
Poate că la școală, sau doar urmărind știrile, ați văzut sau auzit termenul „ridicare” referitor la zbor. Ce este ascensiunea în fizică? Ridicarea este chiar cantitate măsurabilă sau se mapează pe una singură?
Ridicarea este, de fapt, o forță care, prin definiție, se opune celei unui obiectgreutate. La rândul său, greutatea este forța produsă ca urmare a efectelor gravitației asupra obiectelor cumasa. Realizarea ridicării înseamnă a contracara în mod esențial gravitația - iar gravitația „trișează” în acest tragere verticală, deoarece nu se odihnește niciodată!
Lift este uncantitatea vectorială, ca toate forțele, și astfel are atât o componentă scalară (numărul sau magnitudinea acesteia), cât și o direcție specificată (de obicei, incluzând două dimensiuni, etichetateXșiy, în probleme de fizică la nivel introductiv). Vectorul este tras acționează prin centrul de presiune al obiectului și este direcționat perpendicular pe direcția fluxului de fluid.
Liftul necesită ofluid(un gaz sau un amestec de gaze, cum ar fi aerul, sau un lichid, cum ar fi petrolul) ca mediu. Astfel, nici un obiect solid și nici un vid nu servesc ca mediu de zbor ospitalier; primul dintre acestea este intuitiv evident, dar dacă v-ați întrebat vreodată dacă ați putea conduce un avion în spațiul cosmic prin manipularea aripilor sau a cozii sale, răspunsul este nu; nu există „chestii” fizice pe care să le împingă părțile plane.
Ecuația lui Bernoulli
Toată lumea a urmărit vârtejurile și curenții unui râu sau pârâu și a meditat asupra naturii fluxului fluid. Ce se întâmplă când un râu sau un pârâu devine brusc mult mai îngust, fără schimbări de adâncime? Ca urmare, apa râului curge mult mai repede. Vitezele mai mari înseamnă mai multă energie cinetică, iar creșterea energiei cinetice se bazează pe o cantitate de energie de intrare în sistem sub formă de muncă.
În ceea ce privește dinamica fluidelor, punctul cheie este că presiunea P va scădea în fluidele de densitate în mișcare rapidăρ, inclusiv aerul. (Densitatea este masa împărțită la volum sau m / V.) Diferitele relații dintre energia cinetică a unui fluid (1/2) ρv2, energia sa potențială ρgh (undeheste orice modificare a înălțimii peste care există o diferență de presiune a fluidului) și a presiunii totalePeste surprins de ecuația făcută celebră de către omul de știință elvețian din secolul al XVIII-leaDavid Bernoulli. Forma generală este scrisă:
P + \ frac {1} {2} \ rho v ^ 2 + \ rho gh = constant
Aicigeste accelerarea datorită gravitației la suprafața Pământului, care are valoarea de 9,8 m / s2. Această ecuație se aplică nenumăratelor situații care implică fluxul de apă și gaze și mișcarea obiectelor în fluide, cum ar fi avioanele care zboară prin aerul cerului.
Fizica zborului avionului
Considerând aripa avionului, ultimul termen din ecuația lui Bernoulli poate fi abandonat deoarece aripa este tratată ca fiind la o înălțime uniformă:
P + \ frac {1} {2} \ rho v ^ 2 = constantă
De asemenea, ar trebui să fiți conștienți de ecuația continuității, care leagă presiunea de aria aripii secțiunii transversale:
\ rho Av = constant
Combinarea acestor ecuații arată cum se produce forța de ridicare. În mod critic, diferențiala de presiune dintre partea superioară a aripii și partea inferioară este rezultatul diferitelor forme ale laturilor respective ale aripii. Aerul de deasupra aripii este permis să se miște mai repede decât aerul de dedesubt, ceea ce are ca rezultat un fel de „presiune de aspirare” de sus care se opune greutății avionului.
Mișcarea înainte a avionului în sine, desigur, este cea care creează mișcarea aerului; viteza orizontală a avionului este creată de împingerea motoarelor cu reacție împotriva aerului, iar forța rezultată opusă exercitată împotriva ambarcațiunii în această direcție este numitătrage.
- Astfel, este prezentat un rezumat al forțelor în sus, în jos, înainte și înapoi pe un avion și aripile sale, văzute dintr-o partelift, greutate, împingereșitrage.