Как работает крыло самолета?

Самолет может быть, а может и не быть самым судьбоносным изобретением ХХ века; Можно явно привести аргументы в пользу всевозможных других инноваций, включая антибиотики, компьютерный процессор и появление беспроводной глобальной коммуникационной технологии. Однако немногие из этих изобретений, если таковые имеются, несут в себе как визуальное величие, так и врожденный человеческий дух смелости и исследования, как и самолет.

Большая часть типичного самолета практически неотличима от других крупногабаритных пассажирских транспортных средств; он состоит из трубчатого отсека, в котором сидят пассажиры, ответственные лица и другие перевозимые предметы. Кроме того, у большинства самолетов есть колеса; большинство наблюдателей не считают их главной особенностью, но большинство самолетов не могут взлетать или приземляться без них.

Ясно, однако, главная физическая особенность, которая позволяет самолету сразу же идентифицировать его крылья. В некоторой степени поддерживающие конструкции, о которых вы также прочитаете, добавляют характерному внешнему виду самолета, но крыло в некотором роде выглядит наиболее убедительно; Несмотря на обманчивую простоту внешнего вида, крыло самолета является настоящим чудом инженерной мысли, а также незаменимо для жизни в современной цивилизации.

Для управления самолетом требуется не толькоподнимать(подробнее об этом позже), а также оборудование для вертикального и горизонтального рулевого управления и стабилизации. Следующее относится к стандартному пассажирскому самолету; Ясно, что ни одной конструкции самолета, да еще и реактивного пассажирского самолета, не существует. Думайте о физике, а не о конкретных ингредиентах.

Труба или корпус самолета называетсяфюзеляж. Крылья прикреплены к фюзеляжу примерно на половине его длины. Сами крылья имеют сзади два набора подвижных компонентов; внешний набор называетсяэлероны, а более длинные внутренние просто называютсязакрылки. Они изменяют крен и лобовое сопротивление самолета соответственно, помогая рулевому управлению и замедляя самолет. Законцовки крыльев часто имеют небольшие подвижныекрылышки, уменьшающие сопротивление.

К хвостовым частям самолета относятся:горизонтальныйа такжевертикальные стабилизаторы,первый имитирует крохотные крылышки в ориентации и хвастаетсязакрылки лифта, и последний, включаярульосновное средство изменения горизонтального курса самолета. Самолет, у которого были только двигатель и крылья, но без руля направления, был бы похож на мощную машину без рулевое колесо, и не требуется физика или профессионального автогонщика, чтобы обнаружить проблемы здесь.

​Орвилл и Уилбур Райтим приписывают первый успешный полет в 1903 году в Северной Каролине, США. Как вы, возможно, догадались, они были не просто смельчаками. кто собрал из мотора и легковесных досок хитроумную штуковину и попробовал, та, которая сработала в их услуга. Напротив, они были скрупулезными исследователями и понимали, что крыло будет важным аспектом любого успешного летательного механизма самолета. («Самолет» - странный, но привлекательный термин в мире авиации.)

У Райтов был доступ к данным из аэродинамической трубы из Германии, и они использовали их при разработке крыльев для планеров, которые предшествовали их знаменитой моторизованной версии 1903 года. Они экспериментировали с разными формами крыльев и обнаружили, что те, у которых отношение размаха к ширине крыла на близком расстоянии, около 6,4 к 1, кажутся идеальными; что это почти идеальныйсоотношение сторонподтверждено современными инженерными методами.

Крыло - это своего рода аэродинамический профиль, который представляет собой поперечное сечение всего, что интересует инженеров в области гидродинамики, например парусов, гребных винтов и турбин. Это представление полезно при решении проблем, поскольку оно предлагает наилучшее визуальное представление о том, как самолет поднимается и как это можно модулировать с помощью различных форм крыла и других особенностей.

Возможно, в школе или просто посмотрев новости, вы видели или слышали термин «подъемник», относящийся к полету. Что такое лифт в физике? Является ли подъем даже измеримой величиной или она соответствует единице?

Подъем - это, по сути, сила, которая по определению противодействует движению объекта.масса. Вес, в свою очередь, представляет собой силу, возникающую в результате воздействия гравитации на объекты смасса. Достижение подъемной силы - это, по сути, противодействие гравитации - а гравитация «обманывает» в этом вертикальном перетягивании каната, потому что она никогда не останавливается!

Лифт - этовекторная величина, как и все силы, и поэтому имеет как скалярную составляющую (ее число или величину), так и заданное направление (обычно включающее два измерения, помеченныеИкса такжеу, в задачах по физике вводного уровня). Нарисованный вектор действует через центр давления объекта и направлен перпендикулярно направлению потока жидкости.

Лифт требуетжидкость(газ или смесь газов, например воздух, или жидкость, например масло) в качестве среды. Таким образом, ни твердый объект, ни вакуум не могут служить благоприятной средой для полета; первый из них интуитивно очевиден, но если вы когда-нибудь задумывались, можете ли вы управлять самолетом в космическом пространстве, управляя его крыльями или хвостом, ответ будет отрицательным; нет никакого физического "материала", к которому можно было бы отталкивать детали самолета.

Все видели водовороты и течения реки или ручья и размышляли о природе течения жидкости. Что происходит, когда река или ручей внезапно сужаются без изменения глубины? В результате речная вода течет намного быстрее. Более высокие скорости означают больше кинетической энергии, а увеличение кинетической энергии зависит от некоторого ввода энергии в систему в виде работы.

Что касается гидродинамики, ключевым моментом является то, что давление P будет падать в быстро движущихся жидкостях с плотностьюρ, в том числе воздух. (Плотность - это масса, разделенная на объем, или м / В.) Различные соотношения между кинетической энергией жидкости (1/2) ρv², его потенциальная энергия ρgh (гдечаслюбое изменение высоты, на котором существует перепад давления жидкости) и общее давлениепописывается уравнением, ставшим известным швейцарским ученым XVIII века.Дэвид Бернулли. В общем виде пишется:

Здесьграмм- ускорение свободного падения у поверхности Земли, равное 9,8 м / с.². Это уравнение применимо к бесчисленным ситуациям, связанным с потоками воды и газов и движением объектов в жидкостях, таких как самолеты, проносящиеся по небу.

При рассмотрении крыла самолета последний член в уравнении Бернулли можно опустить, потому что крыло считается находящимся на постоянной высоте:

Вы также должны знать уравнение неразрывности, которое связывает давление с площадью поперечного сечения крыла:

Объединение этих уравнений показывает, как создается подъемная сила. Важно отметить, что перепад давления между верхней и нижней частью крыла является результатом различной формы соответствующих сторон аэродинамического профиля. Воздух над крылом может двигаться быстрее, чем воздух под ним, что приводит к своего рода «всасывающему давлению» сверху, которое противодействует весу самолета.

Самолет, конечно, движется вперед - вот что создает движение воздуха; горизонтальная скорость самолета создается тягой его реактивных двигателей в воздухе, и результирующая противодействующая сила, действующая на самолет в этом направлении, называетсятащить​.

• Таким образом, сводные данные о силах, направленных вверх, вниз, вперед и назад на самолет и его крылья, если смотреть с одной стороны, являютсяподнимать​, ​масса​, ​толкатьа такжетащить​.