Proč ptáci létají Proč letadlo letí. Proč letadla nemohou startovat v extrémních vedrech?

Pokud často létáte nebo často sledujete letadla ve službách jako, pravděpodobně jste si položili otázky, proč letadlo letí tímto způsobem a ne jinak. Jaká je logika? Zkusme na to přijít.

Proč letadlo neletí přímkou, ale obloukem?

Pokud se podíváte na dráhu letu na displeji v kabině nebo doma na počítači, pak nevypadá rovně, ale klenutě, zakřiveně směrem k nejbližšímu pólu (sever na severní polokouli, jih na jihu). Ve skutečnosti se letadlo snaží létat v přímce téměř po celé trase (a čím je delší, tím je spravedlivější). Prostě displeje jsou ploché a Země je kulatá a promítání objemové mapy na plochou mění její proporce: čím blíže k pólům, tím bude „oblouk“ zakřivenější. Zkontrolovat to je velmi jednoduché: vezměte si glóbus a přetáhněte po jeho povrchu řetězec mezi dvěma městy. Toto bude nejkratší trasa. Pokud nyní přenesete linii nitě na papír, získáte oblouk.

To znamená, že letadlo vždy letí v přímce?

Letadlo neletí, jak se mu zlíbí, ale podél dýchacích cest, které jsou položeny samozřejmě tak, aby vzdálenost byla co nejmenší. Stezky se skládají ze segmentů mezi kontrolními body: lze použít jak rádiové majáky, tak jednoduše souřadnice na mapě, kterým jsou přiřazena pětipísmenná označení, často se snadno vyslovují a jsou proto zapamatovatelné. Spíše je musíte vyslovovat písmenko po písmenu, ale vidíte, zapamatovat si kombinace jako DOPIK nebo OKUDI je jednodušší než GRDFT a UOIUA.

Při pokládce trasy pro každý konkrétní let se používají různé parametry, včetně typu samotného letadla. Například pro dvoumotorová letadla (a aktivně nahrazují tří a čtyřmotorová letadla) jsou v platnosti ETOPS (normy provozního výkonu dvoumotorových motorů s rozšířeným dosahem), které regulují plánování trasy tak, že letadlo, překračující oceány, pouště nebo póly, je současně v určité době letu na nejbližší letiště schopné přijímat tento typ letadel. Díky tomu lze v případě poruchy jednoho z motorů zaručeně dosáhnout místa provize Nouzové přistání... Jsou certifikována různá letadla a letecké společnosti jiný čas letu, to může být 60, 120 a dokonce 180 a ve vzácných případech 240 (!) minut. Mezitím se plánuje certifikace Airbusu A350XWB na 350 minut a Boeingu-787 na 330; tím se odstraní čtyřmotorová letadla, a to i na trasách jako Sydney-Santiago (nejdelší komerční zámořská trasa na světě).

Jak se letadla pohybují po letišti?

Za prvé, vše závisí na tom, ve kterém pruhu tento moment vzlety probíhají na letišti odletu a která deska se bere na letišti příletu. Pokud existuje několik možností, pak pro každou z nich existuje několik schémat výstupu a přiblížení: pokud to vysvětlíte na prstech, pak za každým z bodů schématu musí následovat rovina v určité výšce v určitém (uvnitř rychlost). Volba jízdního pruhu závisí na aktuálním zatížení letiště a také na větru. Faktem je, že jak při vzletu, tak při přistání musí vítr přicházet (nebo foukat z boku, ale stále zepředu): pokud vítr fouká zezadu, letadlo bude muset mít příliš vysokou rychlost vzhledem k země k udržení požadované rychlosti vzhledem ke vzduchu - možná délka pásu nestačí na vzlet nebo brzdění. V závislosti na směru větru se tedy letadlo během vzletu a přistání pohybuje buď jedním nebo druhým směrem a pás má dva vzletové a přistávací kurzy, které po zaokrouhlení na desítky stupňů slouží k označení pásu . Pokud je například kurz 90 v jednom směru, pak 270 v opačném směru a pruh bude nazýván „09/27“. Pokud, jak se často stává v hlavní letiště, existují dva rovnoběžné pruhy, které jsou označeny jako levé a pravé. Například v Sheremetyevo 07L / 25R a 07R / 25L, respektive, a v Pulkově - 10L / 28R a 10R / 28L.

Na některých letištích pruhy fungují pouze jedním směrem - například v Soči na jedné straně jsou hory, takže můžete vzlétnout pouze směrem k moři a přistávat pouze z mořské strany: v jakémkoli směru větru bude úder zezadu nebo během vzletu nebo přistání, takže piloti mají zaručený trochu extrém.

Letové postupy v oblasti letiště zohledňují četná omezení - například zákaz přítomnosti letadel přímo nad městy nebo speciálními zónami: mohou to být jak bezpečné objekty, tak běžné chatové vesnice Rublyovka, jejíž obyvatelé hluk nad hlavou opravdu nemají rádi.

Proč letadlo letí jedním směrem rychleji než druhým?

To je otázka z kategorie „holivar“ - snad více kopií se láme jen kolem skládačky s letadlem stojícím na pohybujícím se pásu - „vzlétne, nebo nevzlétne“. Letadlo skutečně letí na východ rychleji než na západ, a pokud se dostanete z Moskvy do Los Angeles za 13 hodin, můžete se vrátit za 12.

To znamená, že je rychlejší létat ze západu na východ než z východu na západ.

Humanista si myslí, že se Země otáčí, a když letíte na jednu stranu, blíží se cílový bod, protože planeta má čas se pod vámi otočit.

Slyšíte -li takové vysvětlení, dejte člověku naléhavě učebnici zeměpisu pro šestou třídu, kde mu vysvětlí, že za prvé se Země otáčí od západu na východ (tj. Podle této teorie by vše mělo být naopak kolem) a za druhé se atmosféra otáčí se Zemí. V opačném případě by se člověk mohl vznést do vzduchu pro horkovzdušný balón a viset na místě a čekat na kliku tam, kde potřebujete přistát: cestování zdarma!

Technik se pokouší vysvětlit tento jev pomocí Coriolisovy síly, která působí na rovinu v neinerciálním referenčním rámci „zemské roviny“: při pohybu v jednom směru se jeho hmotnost zvyšuje a v druhém, resp. méně. Jediným problémem je, že rozdíl v hmotnosti letounu vytvořený Coriolisovou silou je velmi malý i ve srovnání s hmotností užitečného zatížení na palubě. To je ale polovina problému: od kdy hmotnost ovlivňuje rychlost? Můžete jet 100 km / h autem a jednou nebo pěti lidmi. Jediný rozdíl bude ve spotřebě paliva.

Skutečným důvodem, proč letadlo letí na východ rychleji než na západ, je to, že vítr v nadmořské výšce několika kilometrů nejčastěji fouká ze západu na východ, takže v jednom směru je vítr spravedlivý a zvyšuje rychlost vzhledem k Zemi a na druhé straně - blížící se, zpomalující. Proč vítr tak fouká - zeptejte se například Coriolise. Mimochodem, studium vysokohorských proudových proudů (toto silné větry v podobě relativně úzkých proudů vzduchu v určitých zónách atmosféry) umožňuje vytyčit trasy tak, aby jakmile byly „v proudu“, maximalizovaly rychlost a šetřily palivo.

Rychlost (V) pohybu letadel není konstantní - jedno je potřeba na vzestupu a druhé za letu.

1. Vzlet ve skutečnosti začíná od okamžiku, kdy se plavidlo pohybuje podél pásu. Zařízení zrychluje, nabírá tempo potřebné k odtržení od plátna a teprve poté v důsledku zvýšení zvedací síly stoupá. V požadované pro oddělení je uvedeno v příručce pro každý model a v obecných pokynech. Motory v tuto chvíli pracují na plný výkon, což stroj velmi zatěžuje, a proto je tento proces považován za jeden z nejtěžších a nejnebezpečnějších.
2. Aby bylo možné se uzamknout v prostoru a obsadit přidělenou letovou hladinu, je nutné dosáhnout jiné rychlosti. Let v horizontální rovině je možný pouze v případě, že letadlo kompenzuje gravitaci Země.

Ukazatele rychlosti, s jakou je letadlo schopno vystoupit do vzduchu a zůstat tam určitý čas, je těžké pojmenovat. Závisí na vlastnostech konkrétního stroje a prostředí. Malý jednomotorový V bude logicky nižší než obří osobní loď - čím větší plavidlo, tím rychleji se bude pohybovat.

U Boeingu 747-300 je to asi 250 kilometrů za hodinu, pokud je hustota vzduchu 1,2 kilogramu na metr krychlový. Cessna 172 jich má asi 100. Jak -40 se dostane mimo trať o 180 km / h, Tu154M - o 210. U Il 96 průměr dosahuje 250, u Airbusu A380 - 268.

Z podmínek nezávislých na modelu aparátu při určování počtu vycházejí z:

• směr a síla větru - blížící se pomáhá tlačením nosu nahoru
• přítomnost srážek a vzdušné vlhkosti - může komplikovat nebo přispět ke zrychlení
• lidský faktor - po vyhodnocení všech parametrů rozhoduje pilot

Rychlost typická pro echelon, v technická charakteristika ah je označen jako „cestovní“ - to je 80% maximálních schopností vozu

Rychlost na úrovni samotné také závisí přímo na modelu lodi. V technických specifikacích je označen jako „cestovní“ - to je 80% maximálních schopností stroje. První cestující „Ilya Muromets“ zrychlil na pouhých 105 kilometrů za hodinu. Nyní je toto číslo v průměru 7krát vyšší.

Pokud letíte s Airbusem A220, ukazatel je 870 km / h. A310 obvykle cestuje rychlostí 860 kilometrů za hodinu, A320 - 840, A330 - 871, A340-500 - 881, A350 - 903 a obří A380 - 900. Boeingy mají přibližně stejné. Boeing 717 jezdí rychlostí 810 kilometrů za hodinu. Hmotnost 737 - na 817-852, v závislosti na generaci, dálková 747-950, 757 - na 850 km / h, první transatlantický 767-851, Triple Seven - 905 a cestující s tryskami 787-902 Podle pověsti, společnost vyvíjí vložku pro civilní letectví, který bude dodávat lidi z jednoho bodu do druhého při V = 5000. Ale zatím jsou nejrychlejší na světě výhradně vojenské:

• americký nadzvukový F-4 Phantom II, přestože ustoupil modernějším, je stále v první desítce s ukazatelem 2370 kilometrů za hodinu
• jednomotorová stíhačka Convair F-106 Delta Dart s 2450 km / h
• bojový MiG -31 - 2993
• experimentální E-152, jehož konstrukce tvořila základ pro MiG-25-3030
• prototyp XB -70 Valkyrie - 3 308
• výzkum Bell X -2 Starbuster - 3370
• MiG-25 je schopen dosáhnout 3492, ale je nemožné zastavit na této značce a nepoškodit motor.
• SR -71 Blackbird - 3540
• světový lídr s raketovým pohonem X-15-7 274

Možná, a civilní lodě těchto ukazatelů někdy dosáhnout. V blízké budoucnosti ale rozhodně ne, přičemž hlavním faktorem problému je bezpečnost cestujících.

4 části letadla, na kterých závisí letový výkon

Létající stroje se od běžných liší velmi složitým designem, který zajišťuje každý malý detail. A kromě zjevných detailů ovlivňují možnosti a vlastnosti pohybu také další části - celkem byly sestaveny 4 hlavní.

1. Křídlo. Pokud v případě poruchy motoru můžete letět na nejbližší letiště na druhém místě a v případě poruchy ve dvou najednou můžete přistát se zkušeností pilota, nemůžete se vzdálit z místa odletu bez křídla. Pokud neexistuje, nebude existovat žádná nezbytná zvedací síla. Není náhodou, že mluví o křídle v jednotném čísle. Na rozdíl od obecné víry, letadlo ho má. Tento koncept označuje celou rovinu rozbíhající se v obou směrech ze strany.

Protože se jedná o hlavní část zodpovědnou za pobyt ve vzduchu, je jeho designu věnována velká pozornost. Formulář je sestaven podle přesných výpočtů, ověřen a testován. Kromě toho je křídlo schopné odolat obrovskému zatížení, aby neohrozilo hlavní věc - bezpečnost lidí.

2. Klapky a lamely. Velké množství V průběhu času má křídlo letadla zjednodušený tvar, ale během vzletu a přistání se na něm objevují další povrchy. Klapky a lamely se vyrábějí za účelem zvětšení plochy a vyrovnání se silami působícími na zařízení při silném zatížení na začátku a na konci cesty. Při přistání zpomalí vložku, nedovolí, aby spadla příliš rychle, a na vzestupu pomáhají zůstat ve vzduchu.

3. Spoilery. Objevují se na horní části křídla ve chvílích, kdy je potřeba snížit PS. Hrají roli jakési brzdy. Toto a podrobnosti z předchozího odstavce představují mechanizaci, kterou piloti ovládají ručně.

4. Motor. Vrtulové šrouby táhnou auto za sebou a proudové ho „tlačí“ dopředu.

Ještě na začátku minulého století jen málokdo věřil myšlence vytvoření létajícího transportu, dnes letadla nikoho nepřekvapí. Ačkoli jen málo lidí rozumí principům jejich pohybu - konstrukcím vozidel, fyzika letů se zdá příliš komplikovaná a vyvolává mnoho bludů. Běžný cestující to ale vědět nemusí. Hlavní věc je mít na paměti, že schopnosti každého modelu vložek byly vypočítány a je možné opakovat osud Icarus pouze ve výjimečných případech.

Letová výška je jedním z nejdůležitějších leteckých parametrů. Závisí na tom zejména rychlost a spotřeba paliva. Někdy závisí bezpečnost letu také na volbě nadmořské výšky. Piloti tedy například musí změnit výšku, když se náhle změní povětrnostní podmínky, kvůli husté mlze, husté oblačnosti, rozsáhlé bouřkové frontě nebo turbulentní zóně.

Jaká by měla být letová výška

První výškový rekord letu se rovnal ... třem metrům. Právě do této výšky poprvé letělo letadlo Wright Flyer bratrů Wilbura a Orvilla Wrighta 17. prosince 1903. O 74 let později, 31. srpna 1977, vytvořil sovětský zkušební pilot Alexander Fedotov světový výškový rekord 37 650 metrů na stíhačce MiG-25. Až dosud zůstává maximální letovou výškou bojovníka.

V jaké výšce létají osobní letadla?

Při určování optimální výšky letu (úrovně) se řídící nebo velitel posádky řídí následujícím. Jak víte, čím vyšší je nadmořská výška, tím více je vzduch vypouštěn a letadlo snáze létá - proto má smysl lézt výš. Křídla letadla však potřebují podporu, a to extrémně vysoká nadmořská výška(například ve stratosféře) to zjevně nestačí a auto se začne „hroutit“ a motory se zastaví.

Závěr naznačuje sám: velitel (a dnes palubní počítač) volí „zlatou střední cestu“ - ideální poměr třecí síly a vztlakové síly. V důsledku toho každý typ vložky pro cestující(s přihlédnutím k povětrnostním podmínkám, technickým charakteristikám, délce a směru letu) jeho optimální nadmořská výška.

Proč letadla létají v 10 000 metrech?

V jaké výšce létají bojovníci

Přehnané výšky bojovníků však nyní „nejsou v módě“. A existuje pro to vysvětlení. Moderní systémy protivzdušné obrany a stíhací rakety vzduch-vzduch jsou schopné ničit cíle v jakékoli výšce. Hlavním problémem bojovníka je proto detekovat a zničit nepřítele dříve a sám zůstat bez povšimnutí. Optimální letová výška stíhačky 5. generace (servisní strop) je 20 000 metrů.

PROTI moderní svět mnoho lidí se zajímá o vědu a techniku ​​a snaží se alespoň o obecný obrys pochopit, jak věci, které je obklopují, fungují. Díky tomuto úsilí o osvícení existuje vědecká a vzdělávací literatura a stránky jako Giktimes. A protože je pro většinu lidí obtížné číst a vnímat sérii vzorců, teorie představené v takových vydáních nevyhnutelně procházejí výrazným zjednodušením ve snaze zprostředkovat čtenáři „podstatu“ myšlenky pomocí jednoduché a srozumitelné snadno vysvětlitelné a zapamatovatelné vysvětlení. Některá z těchto „jednoduchých vysvětlení“ bohužel jsou zásadně špatně, ale zároveň se ukazují být tak „očividnými“, že aniž by byli vystaveni zvláštním pochybnostem, začínají bloudit od jedné publikace k druhé a často se přes svou chybnost stávají dominantním úhlem pohledu.

Jako jeden příklad zkuste odpovědět na jednoduchou otázku: „Odkud pochází výtah v křídle letadla?“

Pokud vaše vysvětlení zahrnuje „různé délky horních a dolních ploch křídel“, „různé rychlosti proudění vzduchu u horních a dolních okrajů křídel“ a „Bernoulliho zákon“, pak vás musím informovat, že jste se s největší pravděpodobností stali obětí nejvíce populární mýtus, který se někdy vyučuje dokonce i ve školních osnovách.

Nejprve si připomeňme, o čem mluvíme

Mýtické vysvětlení zvedání křídel je následující:

1. Křídlo má ve spodní a horní části asymetrický profil
2. Nepřetržitý proud vzduchu je křídlem rozdělen na dvě části, z nichž jedna prochází přes křídlo a druhá pod ním
3. Zvažujeme laminární proudění, ve kterém proudění vzduchu těsně přiléhá k povrchu křídla
4. Protože je profil asymetrický, aby se v jednom bodě opět sbíhal za křídlem, musí „horní“ proud cestovat delší vzdálenost než „spodní“, takže vzduch nad křídlem se musí pohybovat vyšší rychlostí než pod tím
5. Podle Bernoulliho zákona statický tlak v proudu klesá se zvyšováním průtoku, proto v proudění nad křídlem bude statický tlak nižší
6. Rozdílem tlaku v toku pod křídlem a nad ním je vztlak

... nebo stále ne? ..

Existuje příběh (opravdu nevím, jak moc je pravdivý), že jedním z prvních lidí, kteří takovou teorii navrhli, nebyl nikdo jiný než samotný Albert Einstein. Podle tohoto příběhu napsal v roce 1916 odpovídající článek a na jeho základě navrhl vlastní verzi „ideálního křídla“, která podle jeho názoru maximalizovala rozdíl v rychlostech nad a pod křídlem a v profilu vypadalo to nějak takto:

Plnohodnotný model křídla s tímto profilem byl prohozen větrným tunelem, ale jeho aerodynamické vlastnosti se bohužel ukázaly jako extrémně špatné. Naproti tomu je to paradoxní! - z mnoha křídel s dokonale symetrický profil, ve kterém musela být vzduchová cesta nad a pod křídlem v zásadě stejná. S Einsteinovým uvažováním bylo zjevně něco v nepořádku. A možná nejzjevnějším projevem této nesprávnosti bylo, že někteří piloti jako akrobatický kousek začali létat se svými letadly vzhůru nohama. První letadla, která se pokusila převrhnout za letu, měla problémy s palivem a olejem, které netekly tam, kde bylo potřeba, a vylévaly tam, kde nebyly potřeba, ale poté, co ve 30. letech minulého století byly palivové a olejové systémy schopné z provozu po delší dobu v obrácené poloze se létání vzhůru nohama stalo běžným jevem na leteckých show. V roce 1933 například Američan letěl vzhůru nohama ze San Diega do Los Angeles. Obrácené křídlo nějakým způsobem magicky stále generovalo vztlak.

Podívejte se na tento obrázek - ukazuje letadlo podobné tomu, na kterém byl nastaven letový rekord vzhůru nohama. Všimněte si typického profilu křídla (profil křídla Boeing-106B), který by podle výše uvedených úvah měl vytvářet vztlak zespodu nahoru.

Náš jednoduchý model zvedání křídel má tedy určité potíže, které lze shrnout do dvou jednoduchých pozorování:

1. Zvedání křídla závisí na jeho orientaci vzhledem k vstupujícímu proudu vzduchu - úhel náběhu
2. Symetrické profily (včetně banální ploché překližky) také vytvářejí vztlak.

Jednoduše řečeno, vzduch „neví“, že se potřebuje pohybovat určitou rychlostí kolem křídla, aby splnil nějakou podmínku, která se nám zdá zřejmá. A přestože průtok nad křídlem je skutečně vyšší než pod ním, není tomu tak způsobit vznik zvedací síly a následek skutečnost, že nad křídlem je oblast sníženého tlaku a pod křídlem oblast zvýšeného tlaku. Dostat se z oblasti normálního tlaku do vzácné oblasti, vzduch je zrychlen tlakovým rozdílem a dostat se do oblasti se zvýšeným tlakem zpomalí. Důležitý konkrétní příklad takového chování „bez Bernoulle“ je jasně ukázán ekranoplany: když se křídlo přiblíží k zemi, zvýší se jeho zdvih (oblast zvýšeného tlaku je stlačena zemí), zatímco v rámci Bernouleho uvažování, křídlo spárované se zemí tvoří něco jako zužující se tunel, který by v rámci naivního uvažování musel zrychlit vzduch a tím přitáhnout křídlo k zemi, stejně jako se to děje v uvažování, významově podobný , o „vzájemné přitažlivosti parníků procházejících paralelními kurzy“. Navíc v případě ekranoplanu je situace v mnoha ohledech ještě horší, protože jedna z „stěn“ tohoto tunelu se pohybuje vysokou rychlostí směrem ke křídlu, čímž dále „zrychluje“ vzduch a přispívá k ještě většímu snížení zdvihu. Skutečná praxe „efektu obrazovky“ však ukazuje opačnou tendenci a jasně ukazuje nebezpečí logiky uvažování o vztlaku, postavené na naivních pokusech uhádnout rychlostní pole proudění vzduchu kolem křídla.

Kupodivu jiná nesprávná teorie zvedací síly, odmítnutá v 19. století, poskytuje mnohem bližší vysvětlení pravdy. Sir Isaac Newton navrhl, že interakci objektu s přicházejícím proudem vzduchu lze simulovat za předpokladu, že vstupující proud vzduchu se skládá z drobných částic, které narážejí a odrážejí se od objektu. Když je předmět nakloněn vzhledem k dopadajícímu proudu, částice budou převážně odraženy objektem směrem dolů a na základě zákona zachování hybnosti bude pro každé vychýlení proudící částice směrem dolů předmět získávat hybnost směrem nahoru. Ideálním křídlem v takovém modelu by byl plochý drak, nakloněný k přicházejícímu proudu:

Výtah v tomto modelu vzniká v důsledku skutečnosti, že křídlo směřuje část proudu vzduchu dolů, toto přesměrování vyžaduje použití určité síly na proud vzduchu a vztlak je odpovídající protisíla ze strany proudu vzduchu na křídlo. A přestože je původní „šokový“ model, obecně řečeno, nesprávný, v takové zobecněné formulaci toto vysvětlení je opravdu správné... Každé křídlo funguje díky tomu, že odklání část vstupujícího proudu vzduchu směrem dolů, a to zejména vysvětluje, proč je zdvih křídla úměrný hustotě proudu vzduchu a druhé mocnině jeho rychlosti. To nám dává první přiblížení ke správné odpovědi: křídlo vytváří vztlak, protože čáry proudění vzduchu po průchodu křídlem jsou v průměru směřovány dolů. A čím více odkloníme tok směrem dolů (například zvýšením úhlu náběhu), tím větší bude síla zdvihu.

Trochu nečekaný výsledek, že? Pořád nás to však nepřibližuje k pochopení proč vzduch po průchodu křídlem se pohybuje dolů. Že je newtonovský šokový model nesprávný, bylo experimentálně ukázáno experimenty, které ukázaly, že skutečný odpor proudění je nižší, než předpovídal newtonovský model, a generovaný vztlak je vyšší. Důvodem těchto nesrovnalostí je to, že v Newtonově modelu vzduchové částice navzájem nijak neinteragují, zatímco skutečné proudy se nemohou navzájem protínat, jak ukazuje obrázek výše. Konvenční „částice vzduchu“, které „poskakují“ pod křídlem dolů, se srazí s ostatními a začnou je „tlačit“ pryč od křídla ještě předtím, než s ním narazí, a částice proudu vzduchu nad křídlem „vytlačí“ vzduchové částice umístěné níže, do prázdného prostoru vlevo za křídlem:

Jinými slovy, interakce „odrazených“ a „protijedoucích“ toků vytváří pod křídlem oblast vysokého tlaku (červená) a „stín“ proražený křídlem v proudu vytváří oblast nízkého tlaku (modrá). První oblast odklání tok pod křídlem dolů ještě předtím, než se tento tok dotkne jeho povrchu, a druhý způsobí, že se tok nad křídlem ohne dolů, ačkoli se křídla vůbec nedotkl. Kumulativní tlak těchto oblastí podél obrysu křídla ve skutečnosti nakonec tvoří vztlak. Současně je zajímavým bodem, že oblast vysokého tlaku před křídlem se v případě správně navrženého křídla dotýká jeho povrchu pouze podél malé oblasti na náběžné hraně křídla, zatímco oblast vysokého tlaku pod křídlo a oblast nízkého tlaku nad ním se křídla hodně dotýkají velká oblast... V důsledku toho může být vztlak křídla generovaný dvěma oblastmi kolem horního a dolního povrchu křídla mnohem větší než síla vzduchu generovaná oblastí vysokého tlaku před náběžnou hranou křídla.

Protože přítomnost oblastí různého tlaku ohýbá linie proudění vzduchu, je často vhodné tyto oblasti přesně definovat tímto ohybem. Například pokud se proudnice nad křídlem „ohnou dolů“, pak v této oblasti existuje tlakový gradient směřující shora dolů. A pokud je tlak v dostatečně velké vzdálenosti nad křídlem atmosférický, pak, jak se blíží ke křídlu shora dolů, by měl tlak klesnout a přímo nad křídlem bude pod atmosférickým tlakem. Když jsme uvažovali o podobném „zakřivení dolů“, ale již pod křídlem, zjistili jsme, že pokud začneme z dostatečně nízkého bodu pod křídlem, pak se přiblížíme ke křídlu zdola nahoru a dostaneme se do tlakové oblasti, která bude vyšší než atmosférický. Podobně „tlačení dozadu“ proudnic před náběžnou hranou křídla odpovídá existenci oblasti zvýšeného tlaku před touto hranou. V rámci této logiky to můžeme říci křídlo vytváří vztlak ohýbáním vedení vzduchu kolem křídla... Protože se zdá, že proudy vzduchu „ulpívají“ na povrchu křídla (Coandaův efekt) a na sobě navzájem, měníme profil křídla, nutíme vzduch, aby se kolem něj pohyboval po zakřivené trajektorii, a proto vytváříme potřebný gradient tlaku. Například k zajištění letu vzhůru nohama stačí vytvořit požadovaný úhel náběhu nasměrováním nosu letadla ze země:

Zase trochu nečekané, že? Přesto je toto vysvětlení blíže pravdě než původní verze „vzduch nad křídlem zrychluje, protože potřebuje cestovat větší vzdáleností nad křídlem než pod ním“. Podle jeho pojmů je navíc nejsnazší pochopit fenomén zvaný „zastavení“ nebo „zastavení letadla“. V normální situaci zvýšením úhlu náběhu křídla zvýšíme zakřivení proudu vzduchu a tím i zdvihu. Cena za to je zvýšení odporu, protože oblast nízkého tlaku se postupně přesouvá z nadkřídla do mírně mimo křídla a tím začíná zpomalovat letadlo. Po určité hranici se však situace náhle prudce změní. Modrá čára na grafu je součinitel vztlaku, červená čára je součinitel odporu, vodorovná osa odpovídá úhlu náběhu.

Faktem je, že „lepivost“ proudu k proudnicovému povrchu je omezená, a pokud se pokusíme proud vzduchu příliš ohýbat, začne se „oddělovat“ od povrchu křídla. Nízkotlaká oblast vytvořená za křídlem začíná „nasávat“ ne proudění vzduchu přicházející z náběžné hrany křídla, ale vzduch z oblasti vlevo za křídlem a vztlak generovaný horní částí křídla úplně nebo částečně (podle toho, kde k oddělení došlo) zmizí a tažení se zvýší.

Pro konvenční letadlo je zastavení extrémně nepříjemnou situací. Vztlak křídla klesá se snižující se rychlostí letadla nebo se snižující se hustotou vzduchu a navíc otáčení letadla vyžaduje větší vztlak než jen rovný let. Při běžném letu jsou všechny tyto faktory kompenzovány volbou úhlu náběhu. Čím pomaleji letadlo letí, tím je vzduch méně hustý (letadlo vylezlo na velká výška nebo si v horkém počasí sedne) a čím strmější zatáčka, tím víc budete muset udělat ten roh. A pokud neopatrný pilot překročí určitou čáru, pak se zvedací síla opírá o „strop“ a stává se nedostačujícím na to, aby udržela letadlo ve vzduchu. Přidání problémů a zvýšený odpor vzduchu, což vede ke ztrátě rychlosti a dalšímu snížení zdvihu. V důsledku toho začne letadlo padat - „převrhnout se“. Po cestě mohou nastat problémy s ovládáním v důsledku skutečnosti, že výtah je přerozdělen na křídlo a začne se snažit „otočit“ letadlo nebo se řídicí plochy ocitnou v oblasti zastaveného toku a přestanou generovat dostatečné ovládací síla. A v ostrá zatáčka například tok může narušit pouze z jednoho křídla, v důsledku čehož letadlo začne nejen ztrácet nadmořskou výšku, ale také se bude otáčet - půjde do vývrtky. Kombinace těchto faktorů zůstává jednou z běžných příčin leteckých nehod. Na druhé straně jsou některá moderní bojová letadla speciálně navržena takovým zvláštním způsobem, aby byla zachována ovladatelnost v takových superkritických útočných režimech. To umožňuje takovým bojovníkům v případě potřeby prudce zabrzdit ve vzduchu. Někdy se používá k brzdění v přímém letu, ale častěji je požadován v zatáčkách, protože čím nižší je rychlost, tím menší je, a všechny ostatní věci jsou stejné, poloměr otáčení letadla. A ano, tušíte správně - právě na tuto „super -manévrovatelnost“ jsou specialisté, kteří navrhli aerodynamiku domácích stíhaček 4. a 5. generace, zaslouženě hrdí.

Dosud jsme však neodpověděli na hlavní otázku: kde ve skutečnosti pocházejí oblasti vysokého a nízkého tlaku kolem křídla v příchozím proudu vzduchu? Koneckonců oba jevy („přilnavost toku ke křídlu“ a „nad křídlem se vzduch pohybuje rychleji“), které mohou vysvětlit let, jsou následek určité rozložení tlaku kolem křídla, a ne jeho příčina. Proč ale přesně takový obraz tlaků vzniká, a ne nějaký jiný?

Bohužel odpověď na tuto otázku již nevyhnutelně vyžaduje zapojení matematiky. Představme si, že naše křídlo je nekonečně dlouhé a stejné po celé délce, takže pohyb vzduchu kolem něj lze modelovat v dvojrozměrném řezu. A pro začátek předpokládejme, že naše křídlo je ... nekonečně dlouhý válec v proudu ideální tekutiny. Vzhledem k nekonečnosti válce lze takový problém omezit na uvažování toku ideální tekutiny kolem kruhu v rovině. Pro takový triviální a idealizovaný případ existuje přesné analytické řešení, které předpovídá, že když je válec nehybný, celkový účinek tekutiny na válec bude nulový.

Nyní se podívejme na nějakou chytrou transformaci roviny na sebe, kterou matematici nazývají konformní mapování. Ukazuje se, že si můžete vybrat transformaci, která na jedné straně zachovává pohybové rovnice toku tekutiny, a na druhé straně transformuje kruh na postavu s profilem podobným křídlu. Potom se proudění tekutiny pro válec transformované stejnou transformací stane řešením pro tok tekutiny kolem našeho improvizovaného křídla.

Náš původní kruh v proudu ideální tekutiny má dva body, ve kterých se proudnice dotýkají povrchu kruhu, a proto budou na povrchu profilu existovat stejné dva body po nanesení transformace na válec. A v závislosti na rotaci toku vzhledem k původnímu válci („úhel náběhu“) budou umístěny na různých místech na povrchu vytvořeného „křídla“. A téměř vždy to bude znamenat, že některé linie proudění tekutiny kolem profilu křídla se budou muset ohýbat kolem zadní, ostré hrany křídla, jak ukazuje obrázek výše.

To je potenciálně možné pro ideální tekutinu. Ale ne pro toho skutečného.

Přítomnost byť jen nepatrného tření (viskozity) ve skutečné kapalině nebo plynu vede k tomu, že tok podobný tomu, který je zobrazen na obrázku, je okamžitě narušen - horní tok posune bod, kde se proudnice dotkne povrchu křídla, dokud je striktně na odtokové hraně křídla (postulát Žukovského-Chaplygina, alias aerodynamického stavu Kutty). A pokud transformujeme „křídlo“ zpět na „válec“, pak posunuté proudnice budou vypadat nějak takto:

Pokud je však viskozita kapaliny (nebo plynu) velmi nízká, pak by roztok získaný podobným způsobem měl být vhodný i pro válec. A ukazuje se, že takové řešení lze opravdu najít, pokud budeme předpokládat, že válec otáčí se... To znamená, že fyzická omezení spojená s prouděním tekutiny kolem odtokové hrany křídla vedou ke skutečnosti, že pohyb tekutiny ze všech možných řešení bude mít tendenci dospět k jednomu konkrétnímu řešení, ve kterém se část toku tekutiny otáčí kolem ekvivalentu válec, odtržení od něj v přesně definovaném bodě ... A protože rotující válec vytváří v proudu tekutiny zvedací sílu, vytváří ji také odpovídající křídlo. Složka pohybu toku odpovídající této „rychlosti otáčení válce“ se nazývá cirkulace toku kolem křídla a Zhukovského věta říká, že podobnou charakteristiku lze zobecnit pro libovolné křídlo a umožňuje kvantitativně vypočítat zdvih křídla na základě to. V rámci této teorie je zdvih křídla zajištěn cirkulací vzduchu kolem křídla, která je generována a udržována na pohybujícím se křídle výše uvedenými třecími silami, které vylučují proudění vzduchu kolem jeho ostré odtokové hrany.

Úžasný výsledek, že?

Popsaná teorie je samozřejmě velmi idealizovaná (nekonečně dlouhé homogenní křídlo, ideální homogenní nestlačitelný tok plynu / kapaliny bez tření kolem křídla), ale poskytuje poměrně přesnou aproximaci skutečných křídel a běžného vzduchu. Neberte v něm oběh jako důkaz, že se vzduch ve skutečnosti otáčí kolem křídla. Cirkulace je jednoduše číslo, které ukazuje, jak odlišnou rychlostí musí být tok na horním a dolním okraji křídla, takže řešení pohybů toku tekutiny zajišťuje oddělení proudnic striktně na odtokové hraně křídla. Také byste neměli brát „princip ostré odtokové hrany křídla“ jako nezbytnou podmínku vzniku vztlaku: posloupnost uvažování místo toho zní jako „pokud má křídlo ostrou odtokovou hranu, pak je výtah vytvořen tímto způsobem . "

Zkusme to shrnout. Interakce vzduchu s křídlem vytváří kolem křídla oblasti vysokého a nízkého tlaku, které ohýbají proudění vzduchu tak, aby se ohýbalo kolem křídla. Ostrá odtoková hrana křídla vede k tomu, že v ideálním proudění je ze všech potenciálních řešení pohybových rovnic realizována pouze jedna konkrétní, což vylučuje přetečení vzduchu kolem ostré odtokové hrany. Toto řešení závisí na úhlu náběhu a konvenční křídlo má oblast nízkého tlaku nad křídlem a oblast vysokého tlaku pod ním. Odpovídající tlakový rozdíl tvoří zdvih křídla, zrychluje pohyb vzduchu nad horním okrajem křídla a zpomaluje vzduch pod dolním okrajem. Je vhodné kvantitativně popsat vztlakovou sílu numericky prostřednictvím tohoto rozdílu rychlostí nad a pod křídlem ve formě charakteristiky zvané „cirkulace“ toku. V souladu s třetím Newtonovým zákonem navíc zvedací síla působící na křídlo znamená, že křídlo odkloní část příchozího proudu vzduchu dolů - aby letadlo letělo, část vzduchu, který jej obklopuje, se musí neustále pohybovat dolů. Letadlo se opírá o tento proud vzduchu směrem dolů a „letí“.

Jednoduché vysvětlení „vzduchu, který potřebuje cestovat delší vzdáleností nad křídlem než pod ním“, je nesprávné.

Vtipy stranou, ale jistý nádech vážnosti se v takové situaci objevuje nejen u člověka zatíženého leteckými znalostmi. Navíc zmíněný čtyřicetitunový „blázen“ je obecně průměrně velkým letounem ruského letectva SU-24. No, a pokud se tento „vážný“ člověk ukáže být svědkem klidného, ​​ale oh-oh, velmi sebevědomého vzletu největšího na světě dopravní letadlo AN-225 „Mriya“ („Sen“ v ukrajinštině, kdo neví)? .. Nic dalšího nebudu komentovat. Jen dodám, že vzletová hmotnost tohoto „ptáčka“ je 600 tun.

Ano, dojmy na tomto základě mohou být velmi hluboké. Ale budiž, emoce s tím nemají absolutně nic společného. Fyzika. Jedna nahá fyzika. V poslušnosti fyzikálním zákonům se všechna letadla zvedají do vzduchu, počínaje lehkými sportovními letadly a konče těžkými transportními letouny a zdánlivě zcela beztvarými helikoptérami, které jsou ve vzduchu nepochopitelně drženy. A to vše se děje díky zvedací síle a dokonce i tahové síle motoru.

Fráze „zvedací síla“ je známá téměř každé osobě, ale překvapivé je, že ne každý může říci, odkud pochází, právě tato síla. Mezitím lze jeho původ vysvětlit jednoduše, doslova „na prstech“, aniž bychom se dostali do matematické džungle.

Jak víte, hlavní nosnou plochou letadla je křídlo. Téměř vždy má určitý profil, ve kterém je spodní část plochá a horní část je konvexní (podle určitého zákona). Proud vzduchu procházející pod spodní částí profilu téměř nemění jeho strukturu a tvar. Ale procházející horní částí se zužuje, protože pro něj je horní povrch profilu jako konkávní stěna v potrubí, kterým se zdá, že tento proud protéká.

Nyní, aby po určitou dobu prošel stejný objem vzduchu touto „vymačkanou“ trubkou, se musí pohybovat rychleji, což se ve skutečnosti děje. Zbývá připomenout Bernoulliho zákon z oblíbeného školního kurzu fyziky, který říká, že čím vyšší je průtok, tím nižší je jeho tlak. Tlak nad profilem křídla (a tedy i přes celé křídlo) je tedy nižší než tlak pod ním.

Vzniká síla, která se snaží „zmáčknout“ křídlo, a tím i celé letadlo vzhůru. Jedná se o zmíněný výtah. Jakmile přibere na váze - hurá! Jsme ve vzduchu! Letíme! A mimochodem, čím vyšší je naše rychlost, tím větší je zdvih. Pokud v budoucnu vzestup

Síla a hmotnost mají stejnou velikost, pak letadlo přejde do vodorovného letu. A dobrou rychlost nám poskytne silný letecký motor nebo přesněji přítlačná síla, kterou vytváří.

Pomocí tohoto principu je teoreticky možné nechat vzlétnout (a úspěšně létat) předmět jakékoli hmotnosti a tvaru. Hlavní věcí je přesně vypočítat vše z hlediska aerodynamiky a dalších leteckých věd a správně vyrobit právě tento objekt. Když mluvím o tvaru, mám na mysli hlavně helikoptéru. Zařízení, které vůbec nevypadá jako letadlo, je ze stejného důvodu drženo ve vzduchu. Koneckonců, každá čepel jeho hlavní, mluvící leteckým jazykem, nesoucí (velmi charakteristické slovo, již se setkalo výše) vrtuli je stejné křídlo s aerodynamickým profilem.

Pohybující se v proudu vzduchu s otáčením vrtule, list vytváří zvedací sílu, která mimochodem vrtulník nejen zvedne, ale také jej posune dopředu. Za tímto účelem je osa otáčení vrtule mírně nakloněna (vytvoří se „zkosení“ vrtule) a objeví se horizontální součást výtahu, která hraje roli přítlačné síly leteckého motoru. Šroub táhne současně nahoru i dopředu. V důsledku toho získáme sebevědomý a velmi spolehlivý let takového „podivného“ aparátu, jako je helikoptéra. A mimochodem, docela krásný let. Opakovaně jsem ze země sledoval akrobacii bojového vrtulníku MI -24 - pohled je prostě fascinující.

Mimochodem, chci poznamenat, že vrtule letadel se šroubovými motory (turbo nebo pístové) jsou podobné vrtulníkovým a používají stejný princip (hádejte který?). Pouze tahová síla zde byla díky tahové síle zcela „překvalifikovaná“. Když mluvíme helikoptérovým způsobem, „zkosení“ vrtule je 90 stupňů.

Ano, letectví je velmi krásné. V rozhovoru o letu jakéhokoli dostatečně dokonalého letadla lze použít slova obdivu. Ať už je to navenek neuspěchaný obr „Mriya“, těžce pracující útočný letoun SU-25 nebo obratný sportovní akrobatický pilot. Celá tato krása je výsledkem někdy mnohaleté usilovné práce vědců a leteckých inženýrů, aerodynamiky, strojních inženýrů, silových specialistů atd.

A letecká věda je ve skutečnosti stejně obtížná jako zajímavá. Je však založen na obecném jednoduchém fyzikálním principu formování vztlaku, jehož podstatu lze v případě potřeby velmi snadno vysvětlit a která nicméně pomáhá realizovat letitou touhu lidstva létat ...