Hur fungerar ett flygplan?

Flygplanet är kanske inte den mest livsförändrande uppfinningen på 1900-talet; argument kan tydligt göras för alla andra innovationer, inklusive antibiotika, datorprocessorn och tillkomsten av trådlös global kommunikationsteknik. Men få av dessa uppfinningar, om några, bär både den visuella storheten och den medfödda mänskliga andan av våg och utforskning, liksom flygplanet.

Huvuddelen av ett typiskt plan skiljer sig i stor utsträckning från andra storskaliga personbilar. den består av ett tubliknande fack där passagerare, de ansvariga och andra transporterade föremål sitter. De flesta flygplan har också hjul; de flesta observatörer skulle inte placera dem som en primär funktion, men de flesta flygplan kunde inte starta eller landa utan dem.

Uppenbarligen är dock den viktigaste fysiska funktionen som gör att ett flygplan omedelbart identifierar sina vingar. Till viss del bidrar de stödjande strukturerna som du kommer att läsa om till ett flygplans karaktäristiska utseende, men vingen är på något sätt den mest övertygande; trots sitt bedrägligt grundläggande utseende är flygplanets vinge ett verkligt underverk av teknik såväl som oumbärligt för livet i den moderna civilisationen.

Flygkontroll kräver inte barahiss(mycket mer om det senare) men också vertikal såväl som horisontell styr- och stabiliseringsutrustning. Följande gäller för ett standardflygplan i passagerarstil; klart, ingen design av ett flygplan, eller för den delen en passagerarjetplan, existerar. Tänk på fysiken, inte de specifika ingredienserna.

Röret eller kroppen på ett flygplan kallasflygkroppen. Vingarna är fästa vid flygkroppen vid en punkt ungefär halvvägs längs dess längd. Vingarna själva har två uppsättningar rörliga komponenter på baksidan; den yttre uppsättningen kallasailerons, medan de längre, inre kallas helt enkeltklaffar. Dessa ändrar rullens respektive luftens drag, vilket hjälper till att styra och sakta ner planet. Vingspetsarna har ofta små rörligawinglets, vilket minskar drag.

Svansdelarna i ett plan inkluderarhorisontellochvertikala stabilisatorer,den tidigare efterliknar små vingar i orientering och skryterhissflikaroch den senare inklusive aroder,flygplanets främsta sätt att ändra horisontell kurs. Ett flygplan som bara hade motor och vingar men inget roder skulle vara som en kraftfull bil utan ratten, och det tar ingen fysiker eller professionell racerförare att upptäcka problemen här.

​Orville och Wilbur Wrightär krediterade för att ha gjort den första framgångsrika flygningen 1903 i North Carolina, USA Som du kanske antog var de inte bara våghalsar som slängde ihop ett slapdash-material från en motor och några lätta plankor och slog av det, en som råkade fungera i deras förmån. Tvärtom var de noggranna forskare och de förstod att vingen skulle tjäna som den kritiska aspekten av alla framgångsrika flygplansmekanismer. ("Flygplan" är en pittoresk men älskvärd term i flygvärlden.)

Wrights hade tillgång till vindtunneldata från Tyskland, och de använde detta i formuleringen av vingar för segelflygplanen som föregick deras omedelbart berömda motoriserade version från 1903. De experimenterade med olika vingformer och upptäckte att de med vingbredd-till-ving-bredd-förhållanden inom ett nära avstånd, och nära 6,4 till 1, verkade idealiska; att detta är en nästan perfektbildförhållandehar bekräftats av moderna tekniska metoder.

En vinge är en slags flygplatta, som är tvärsnittet av allt som är intressant för ingenjörer inom flytande dynamik, såsom segel, propeller och turbiner. Denna representation är till hjälp för att lösa problem eftersom den erbjuder den bästa visuella representationen av hur ett plan stiger och hur detta kan moduleras genom olika vingformer och andra funktioner.

Kanske i skolan, eller bara genom att titta på nyheterna, har du sett eller hört termen "lyft" med hänvisning till flyg. Vad är lyft i fysik? Är lyft till och med mätbar kvantitet, eller kartläggs den till en?

Lift är i själva verket en kraft, som per definition motsätter sig ett objektvikt. Vikt i sin tur är den kraft som produceras till följd av gravitationens effekter på föremål medmassa. Att uppnå lyft är att i huvudsak motverka tyngdkraften - och tyngdkraften "fuskar" i denna vertikala dragkamp, ​​för den vilar aldrig!

Hiss är envektorkvantitet, som alla krafter, och har därmed både en skalär komponent (dess antal eller storlek) och en specificerad riktning (vanligtvis inklusive två dimensioner, märktxochyi fysikproblem på introduktionsnivå). Vektorn ritas verkar genom föremålets tryckcentrum och riktas vinkelrätt mot vätskeflödets riktning.

Hiss kräver envätska(en gas eller en blandning av gaser, såsom luft eller en vätska, såsom olja) som medium. Således fungerar varken ett fast föremål eller ett vakuum som en gästvänlig flygmiljö; den första av dessa är intuitivt uppenbar, men om du någonsin undrade om du kunde styra ett plan i rymden genom att manipulera dess vingar eller svans, är svaret nej; det finns inga fysiska "grejer" för de plana delarna att trycka mot.

Alla har tittat på flodens eller bäckens virvlar och strömmar och funderat över vätskeflödets natur. Vad händer när en flod eller ström plötsligt blir mycket smalare utan djupförändringar? Flodvattnet rinner mycket snabbare förbi som ett resultat. Högre hastigheter betyder mer kinetisk energi, och ökningar av kinetisk energi är beroende av viss energiinmatning i systemet i form av arbete.

När det gäller vätskedynamik är nyckelpunkten att trycket P kommer att sjunka i snabbt rörliga vätskor med densitetρ, inklusive luft. (Densitet är massa dividerat med volym eller m / V.) De olika förhållandena mellan en fluids kinetiska energi (1/2) ρv², dess potentiella energi ρgh (därhär varje höjdförändring över vilken det finns en fluidtrycksskillnad) och det totala trycketPfångas av ekvationen som berömdes av den schweiziska forskaren från 1700-taletDavid Bernoulli. Den allmänna formen är skriven:

Härgär acceleration på grund av gravitationen vid jordens yta, som har värdet 9,8 m / s². Denna ekvation gäller otaliga situationer som involverar flödet av vatten och gaser och förflyttning av föremål i vätskor, såsom flygplan som zippar genom himmelens luft.

När man överväger flygplanets vinge kan den sista termen i Bernoullis ekvation tappas eftersom vingen behandlas som en enhetlig höjd:

Du bör också vara medveten om kontinuitetsekvationen, som relaterar tryck till tvärsnittsvingeområdet:

Att kombinera dessa ekvationer visar hur lyftkraften produceras. Kritiskt är att tryckskillnaden mellan ovansidan av vingen och undersidan är resultatet av de olika formerna på respektive sidor av flygplanet. Luften ovanför vingen får röra sig snabbare än luften under, vilket resulterar i ett slags "sugtryck" ovanifrån som motsätter sig vikten på planet.

Själva planet framåt är naturligtvis det som skapar luftens rörelse; planet horisontella hastighet skapas av dess jetmotors tryck mot luften, och den resulterande motsatta kraften som utövas mot fartyget i denna riktning kallasdrag​.

• Således är en sammanfattning av de uppåtgående, nedåtgående, framåt- och bakåtkrafterna på ett flygplan och dess vingar sett från ena sidan.hiss​, ​vikt​, ​stickaochdrag​.