Kako deluje krilo letala?

Letalo je lahko ali pa ne najbolj izum 20. stoletja, ki spreminja življenje; očitno je mogoče navesti argumente za vse druge novosti, vključno z antibiotiki, računalniškim procesorjem in prihodom brezžične globalne komunikacijske tehnologije. Vendar le malo teh izumov, če sploh, nosi tako vizualno veličino kot prirojeni človeški duh drznosti in raziskovanja, kot tudi letalo.

Glavnina tipičnega letala se v veliki meri ne razlikuje od drugih velikih osebnih vozil; sestavljen je iz cevastega predelka, v katerem sedijo potniki, odgovorni in drugi prepeljani predmeti. Tudi večina letal ima kolesa; večina opazovalcev jih ne bi postavila kot primarno značilnost, vendar večina letal brez njih ne bi mogla vzleteti ali pristati.

Jasno pa je, da je glavna fizična lastnost, zaradi katere je letalo takoj prepoznavno, njegova krila. Do neke mere nosilne konstrukcije, o katerih boste tudi prebrali, prispevajo k značilnemu videzu letala, a krilo je nekako najbolj prepričljivo; kljub zavajajočemu osnovnemu videzu je krilo letala resnično tehnično čudo in nepogrešljivo za življenje v sodobni civilizaciji.

Nadzor letala ne zahteva samodvig(veliko več o tem kasneje), pa tudi navpična, pa tudi vodoravna oprema za krmiljenje in stabilizacijo. Za standardno potniško letalo velja naslednje; jasno je, da ne obstaja nobena zasnova letala ali kar zadeva potniško letalo. Pomislite na fiziko, ne na določene sestavine.

Cev ali telo letala se imenujetrup. Krila so pritrjena na trup približno na polovici njegove dolžine. Sama krila imajo na hrbtu dva sklopa premičnih komponent; zunanji niz se imenujejokrilca, medtem ko se daljši, notranji preprosto imenujejolopute. Ti spremenijo nagib in upor letala, kar pomaga pri krmiljenju in upočasnjevanju letala. Konice kril imajo pogosto majhne premikekrila, ki zmanjšajo upor.

Repni deli letala vključujejovodoravnoinnavpični stabilizatorji,nekdanji v orientaciji in hvalisanju posnema drobna kriladvižne lopute, in slednji, vključno z akrmilo,glavno sredstvo letala za spreminjanje vodoravne smeri. Letalo, ki je imelo le motor in krila, ni pa krmila, bi bilo kot močan avtomobil brez volan, fizik ali poklicni voznik dirkalnika pa ne odkrije težav tukaj.

​Orville in Wilbur Wrightso zaslužni za prvi uspešen polet leta 1903 v Severni Karolini v ZDA. Kot ste morda domnevali, niso bili zgolj drzni ki so skupaj z motorjem in nekaj lahkimi deskami skupaj vrgli izum iz slapdasha in ga preizkusili, kar je slučajno delovalo v njihovih naklonjenost. Nasprotno, bili so natančni raziskovalci in razumeli so, da bo krilo služilo kot kritični vidik vsakega uspešnega mehanizma letenja z letalom. ("Letalo" je v letalstvu nenavaden, a ljubezen izraz.)

Wrightovi so imeli dostop do podatkov o vetrovnikih iz Nemčije in so to uporabili pri oblikovanju kril za jadralna letala, ki so bila pred njihovo takoj znano motorizirano različico iz leta 1903. Eksperimentirali so z različnimi oblikami kril in odkrili, da se zdijo idealna tista z razmerjem širine in širine kril v bližini in približno 6,4 proti 1; da je to skoraj popolnorazmerjeso potrdile sodobne inženirske metode.

Krilo je nekakšen zračni profil, ki je presek vsega, kar zanima inženirje na področju dinamike tekočin, kot so jadra, propelerji in turbine. Ta predstavitev je v pomoč pri reševanju problemov, saj ponuja najboljši vizualni prikaz, kako se letalo dvigne in kako ga je mogoče modulirati z različnimi oblikami kril in drugimi značilnostmi.

Morda ste v šoli ali zgolj ob ogledu novic videli ali slišali izraz "dviganje" glede leta. Kaj je dvig v fiziki? Ali je dvigalo sploh merljiva količina, ali se preslika na eno?

Dvig je pravzaprav sila, ki po definiciji nasprotuje predmetuutež. Teža pa je sila, ki nastane kot posledica gravitacijskih vplivov na predmete zmaso. Doseči dvig pomeni v bistvu preprečiti gravitacijo - in gravitacija "goljufa" v tem navpičnem vlečenju vrvi, ker nikoli ne počiva!

Dvigalo je avektorska količina, kot vse sile in ima tako skalarno komponento (njeno število ali velikost) kot tudi določeno smer (običajno vključuje dve dimenziji, označeni zxiny, v uvodnih fizikalnih problemih). Vlečeni vektor deluje skozi središče tlaka predmeta in je usmerjen pravokotno na smer pretoka tekočine.

Dvigalo zahteva atekočina(plin ali mešanica plinov, kot je zrak, ali tekočina, kot je olje) kot medij. Tako niti trdni predmet niti sesalnik ne služita kot gostoljubno leteče okolje; prvi od njih je intuitivno očiten, a če ste se kdaj vprašali, ali lahko letalo usmerite v vesolje z manipulacijo njegovih kril ali repa, je odgovor ne; ni nobenih fizičnih "stvari", na katere bi se letalski deli lahko potisnili.

Vsi so opazovali vrtince in tokove reke ali potoka in premišljevali o naravi pretoka tekočine. Kaj se zgodi, ko reka ali potok nenadoma postaneta bolj ozka, brez spremembe globine? Rečna voda zaradi tega teče mimo veliko hitreje. Višje hitrosti pomenijo več kinetične energije, povečanje kinetične energije pa je odvisno od nekega vnosa energije v sistem v obliki dela.

Kar zadeva dinamiko tekočin, je ključno, da bo tlak P padel v tekočinah gostote, ki se hitro premikajoρ, vključno z zrakom. (Gostota je masa, deljena s prostornino, ali m / V.) Različna razmerja med kinetično energijo tekočine (1/2) ρv², njegova potencialna energija ρgh (kjerhje katera koli sprememba višine, pri kateri obstaja razlika v tlaku tekočine) in skupnega tlakaPje ujeta z enačbo, ki jo je zaslovel švicarski znanstvenik iz 18. stoletjaDavid Bernoulli. Splošna oblika je zapisana:

Tukajgje pospešek zaradi gravitacije na površini Zemlje, ki ima vrednost 9,8 m / s². Ta enačba velja za nešteto situacij, ki vključujejo pretok vode in plinov ter gibanje predmetov v tekočinah, na primer letala, ki se zadržujejo po zraku neba.

Pri obravnavi letalskega krila lahko izpustimo zadnji člen v Bernoullijevi enačbi, ker se krilo obravnava kot enakomerno višino:

Zavedati se morate tudi enačbe kontinuitete, ki povezuje pritisk s površino krila preseka:

Združevanje teh enačb kaže, kako nastane dvižna sila. Bistvena razlika v tlaku med zgornjim in spodnjim delom krila je posledica različnih oblik posameznih strani profila. Zrak nad krilom se lahko premika hitreje kot zrak od spodaj, kar povzroči nekakšen "sesalni tlak" od zgoraj, ki nasprotuje teži letala.

Samo gibanje letala naprej je seveda tisto, kar ustvarja gibanje zraka; vodoravno hitrost letala ustvarja potisk njenih reaktivnih motorjev proti zraku in nastala nasprotna sila, ki deluje proti plovilu v tej smeri, se imenujepovlecite​.

• Tako je povzetek sil navzgor, navzdol, naprej in nazaj na letalu in njegovih krilih, gledano z ene strani,dvig​, ​utež​, ​potiskinpovlecite​.