Формула підйомної сили. Чому літаки літають? Закони аеродинаміки
Опубликованно 20.11.2018 05:00
Літак – літальний апарат, який у багато разів важче повітря. Для того щоб він літав, потрібна сукупність декількох умов. Важливо щоб поєднувався правильний кут атаки з безліччю різних факторів. Чому він літає
По суті, політ літального апарату є результатом дії кількох сил на літак. Сили, що діють на літак, що виникають при переміщенні повітряних потоків назустріч крил. Вони повернені під певним кутом. Крім цього, вони завжди мають особливу обтічною формою. Завдяки цьому вони і стають на повітря».
На процес впливає висота польоту літака, а розганяють його двигуни. Згораючи, гас провокує викид газу, який виривається з величезною силою. Гвинтові двигуни піднімають літальний апарат вгору. Про вугіллі
Ще в 19 столітті дослідниками було доведено, що відповідним кутом атаки є показник у 2-9 градусів. Якщо ж він виявиться менше, то опору буде мало. У той же час розрахунки підйомної сили показують, що показник буде маленьким.
Якщо ж кут виявиться крутіше, то опір стане великим, і це перетворить крила у вітрила.
Один з найголовніших критеріїв у літаку – відношення підйомної сили до опору. Це аеродинамічний якість, і чим воно більше, тим менше енергії потрібно літака при польоті. Про підйомної силі
Підйомна сила є складовою аеродинамічної сили, вона перпендикулярна вектору руху літака в потоці і виникає із-за того, що потік обтікає апарат несиметрично. Формула підйомної сили виглядає так.
Як виникає підйомна сила
У нинішніх літальних апаратах крила – це статична конструкція. Вона сама не створить підйомної сили. Підняття важкої машини вгору можливо завдяки поступовому розгону для набору висоти польоту літака. У такому разі крила, які ставляться під гострим кутом до потоку, формують різний тиск. Воно стає менше над конструкцією і збільшується під нею.
І завдяки різниці тиску, по суті, і виникає аеродинамічна сила, набирається висота. Які показники представлені у формулі підйомної сили? Використовується несиметричний профіль крила. На даний момент кут атаки не буває більше 3-5 градусів. І цього вистачає для того, щоб сучасні літальні апарати злітали.
З моменту створення перших літальних апаратів конструкція їх була значною мірою змінено. На даний момент крила мають несиметричним профілем, верхній металевий їх аркуш опуклий.
Нижні листи конструкції рівні. Це зроблено для того, щоб потоки повітря проходили без особливих перешкод. По суті, формула підйомної сили на практиці реалізується таким чином: верхні потоки повітря проходять довгу дорогу завдяки опуклості крил у порівнянні з нижніми. А повітря за пластиною залишається в тій же кількості. У результаті верхній повітряний потік просувається швидше, і там утворюється область з більш низьким тиском.
Різниця в показниках тиску над крилами і під ними разом з роботою двигунів та веде до набору потрібної висоти. При цьому важливо, щоб кут атаки був у нормі. В іншому випадку підйомна сила буде падати.
Чому швидкість в апарата більше, тим, згідно з формулою підйомної сили, показник останньої більше. Якщо ж швидкість зрівнялася з масою, літальний апарат переходить в горизонтальний напрямок. Швидкість створюється роботою двигунів літальних апаратів. А якщо тиск над крилом впало, це видно відразу неозброєним оком.
Якщо літак маневрує раптово, то над крилом з'являється біла струмінь. Це конденсат водяної пари, що утворюється із-за того, що тиск падає. Про коефіцієнті
Коефіцієнт підйомної сили є безрозмірною величиною. Вона безпосередньо залежить від форми крил. Також впливає і кут атаки. Застосовують його, розраховуючи підйомну силу, коли відома швидкість, щільність повітря. Залежність коефіцієнта від кута атаки відображається наочно при льотних випробуваннях. Про аеродинамічних законах
Коли літальний апарат пересувається, його швидкість, інші характеристики руху змінюються, як і характеристики повітряних потоків, які обтікають його. Разом з тим змінюються й спектри обтікання. Це неустановившееся рух.
Щоб краще це зрозуміти, потрібні спрощення. Це значною мірою спростить висновок, а інженерне значення залишиться колишнім.
По-перше, розглядати найкраще усталений рух. Мається на увазі, що потоки повітря не буде змінюватися з часом.
По-друге, краще прийняти гіпотезу нерозривності середовища. Тобто в розрахунок не беруться молекулярні руху повітря. Повітря розглядається як нерозривний середовища з постійною щільністю.
По-третє, краще прийняти, що повітря не в'язань. Фактично його в'язкість дорівнює нулю, а сили внутрішнього тертя відсутні. Тобто із спектру обтікання видаляється прикордонний шар, не береться в розрахунок лобове опір.
Володіння головними аеродинамічними законами дозволяє побудувати математичні моделі того, як літальний апарат обтекаєтся повітряними потоками. Воно дозволяє обчислити показник основних сил, які залежать від того, як розподіляється тиск на літаку. Як управляють літаком
Безумовно, щоб процес польоту був безпечним і комфортним, одних крил і двигуна буде мало. Важливо управління багатотонної машиною. І дуже важлива точність руління в процесі зльоту і посадки.
У пілотів посадка вважається контрольованим падінням. У її процесі відбувається значне зниження швидкості, і в підсумку машина втрачає висоту. Важливо, щоб швидкість була підібрана максимально точно для забезпечення плавності падіння. Саме це призводить до того, щоб шасі стосувалися смуги м'яко.
Управління літальним апаратом докорінно відрізняється від управління наземним транспортним засобом. Штурвал потрібен, щоб пропустити машину вгору і вниз, створювати крен. «На себе» означає набирати висоту, а «від себе» означає пікірувати. Щоб змінювати курс, потрібно натискати на педалі, а потім за допомогою штурвала коригувати нахил. Цей маневр мовою льотчиків називається «розворотом» або «віражем».
Щоб машина могла розгортатися, стабілізувати політ, у хвості апарату присутній вертикальний кіль. Над ним розташовані «крила», які є горизонтальними стабілізаторами. Саме завдяки їм літак не знижується і не набирає висоту мимовільно.
На стабілізатори поміщають рулі висоти. Щоб управління двигуном було можливим, у крісел пілотів помістили важелі. Коли літак злітає, їх переводять вперед. Злітний режим означає максимальну тягу. Він потрібен для того, щоб апарат набрав злітну швидкість.
Якщо важка машина сідає, важелі відводяться назад. Це є режимом мінімальної тяги.
Можна спостерігати, як перед тим як сідати, задні частини великих крил опускаються вниз. Вони називаються закрилками і виконують ряд завдань. Коли літак знижується, закрилки випущені пригальмовують машину. Це не дозволяє їй розганятися.
Якщо літак сідає, а швидкість не дуже велика, закрилки виконують завдання створення додаткової підйомної сили. Тоді висота втрачається досить плавно. Коли машина злітає, закрилки сприяють тому, щоб літак тримався в повітрі. Висновок
Таким чином, сучасні літаки є справжніми повітряними кораблями. Вони автоматизовані, надійні. Їх траєкторії руху, весь політ піддається досить докладного розрахунку. Автор: Єпіфанцева Ганна 29 Жовтня, 2018
Категория: Студентам