Zašto ptice lete. Zašto avion leti. Zašto avioni ne mogu poletjeti po velikoj vrućini

Ako često letite ili često gledate avione na uslugama poput, onda ste se vjerojatno zapitali zašto avion leti na ovaj način, a ne na drugi način. Koja je logika? Pokušajmo to shvatiti.

Zašto avion ne leti ravno, već u luku?

Ako pogledate putanju leta na zaslonu u kabini ili kod kuće na računalu, onda ne izgleda ravno, već lučno, zakrivljeno prema najbližem polu (sjever na sjevernoj hemisferi, jug na jugu). Zapravo, avion pokušava letjeti ravnom linijom gotovo cijelom rutom (i što je dulji, to je pravedniji). Samo što su zasloni ravni, a Zemlja okrugla, a projekcija volumetrijske karte na ravnu mijenja svoje proporcije: što je bliže polovima, "luk" će biti zakrivljeniji. To je vrlo jednostavno provjeriti: uzmite globus i povucite uzicu između dva grada preko njegove površine. Ovo će biti najkraći put. Prenesete li sada liniju niti na papir, dobit ćete luk.

Odnosno, avion uvijek leti ravno?

Zrakoplov ne leti kako mu drago, već duž dišnih putova, koji su postavljeni, naravno, na takav način da se udaljenost svede na najmanju moguću mjeru. Staze se sastoje od segmenata između kontrolnih točaka: i radio svjetionici i jednostavno koordinate na karti, kojima su dodijeljene oznake od pet slova, često se lako izgovaraju i stoga se pamte, mogu se koristiti kao one. Dapače, morate ih izgovarati slovo po slovo, ali, vidite, zapamtiti kombinacije poput DOPIK -a ili OKUDI -ja lakše je nego GRDFT i UOIUA.

Prilikom postavljanja rute za svaki određeni let koriste se različiti parametri, uključujući i tip samog zrakoplova. Tako su, na primjer, za dvomotorne zrakoplove (a oni aktivno zamjenjuju tromotorne i četveromotorne zrakoplove) na snazi ​​ETOPS (standardi operativnih performansi dvomotornih motora proširenog raspona) koji reguliraju planiranje rute na takav način da zrakoplov, koji prelazi oceane, pustinje ili stupove, istodobno je u određenom vremenu leta do najbližeg aerodroma sposoban primiti ovu vrstu zrakoplova. Zahvaljujući tome, u slučaju kvara jednog od motora, moći će sigurno doći do mjesta izvršenja prisilno SLJETANJE... Razni zrakoplovi i zračni prijevoznici su certificirani različito vrijeme leta, to može biti 60, 120 pa čak i 180, a u rijetkim slučajevima 240 (!) minuta. U međuvremenu se planira certificiranje Airbusa A350XWB na 350 minuta, a Boeing-787 na 330; to će eliminirati četveromotorne zrakoplove, čak i na rutama poput Sydney-Santiago (najduža komercijalna prekomorska ruta na svijetu).

Kako se avioni kreću po aerodromu?

Prvo, sve ovisi o tome u kojoj se traci nalazi ovaj trenutak polijetanje se odvija u polaznoj zračnoj luci, a koja se tabla uzima u zračnoj luci dolaska. Ako postoji nekoliko mogućnosti, onda za svaku od njih postoji nekoliko shema izlaska i prilaza: ako to objasnite prstima, tada svaku od točaka sheme mora pratiti zrakoplov na određenoj visini na određenoj (unutar ograničenja) brzina. Odabir trake ovisi o trenutnom opterećenju zračne luke, kao i, prije svega, vjetru. Činjenica je da i pri polijetanju i slijetanju vjetar mora biti nadolazeći (ili puhati sa strane, ali i dalje sprijeda): ako vjetar puše odostraga, zrakoplov će morati imati preveliku brzinu u odnosu na tlo za održavanje potrebne brzine u odnosu na zrak - možda duljina trake nije dovoljna za polijetanje ili kočenje. Stoga se, ovisno o smjeru vjetra, zrakoplov za vrijeme polijetanja i slijetanja kreće u jednom ili drugom smjeru, a traka ima dva smjera polijetanja i slijetanja, koji se, kad se zaokruže na desetke stupnjeva, koriste za označavanje trake . Na primjer, ako je staza 90 u jednom smjeru, onda 270 u drugom smjeru, a traka će se zvati "09/27". Ako, kako to često biva u velike zračne luke, postoje dvije paralelne pruge, označene su kao lijeva i desna. Na primjer, u Sheremetyevu 07L / 25R i 07R / 25L, odnosno u Pulkovu - 10L / 28R i 10R / 28L.

U nekim zračnim lukama trake rade samo u jednom smjeru - na primjer, u Sočiju s jedne strane postoje planine, pa možete poletjeti samo prema moru i sletjeti samo s morske strane: u bilo kojem smjeru vjetra, udarac s leđa ili tijekom polijetanja ili slijetanja, tako da je zagarantirano da su piloti malo ekstremni.

Postupci letenja u zračnoj luci uzimaju u obzir brojna ograničenja - na primjer, zabranu prisutnosti zrakoplova izravno iznad gradova ili posebnih zona: to mogu biti i sigurni objekti i uobičajena pojava vikend naselja Rublyovka, čiji stanovnici baš i ne vole buku nad glavom.

Zašto avion leti brže u jednom smjeru od drugog?

Ovo je pitanje iz kategorije "holivar" - možda se više kopija razbije samo oko slagalice s avionom koji stoji na pokretnom pojasu - "poletjet će ili neće poletjeti". Doista, avion leti na istok brže nego na zapad, a ako iz Moskve do Los Angelesa stignete za 13 sati, onda se možete vratiti za 12 sati.

Odnosno, brže je letjeti sa zapada na istok nego s istoka na zapad.

Humanist misli da se Zemlja okreće, a kad letite na jednu od strana, približava se odredišna točka, jer planet ima vremena okrenuti se pod vama.

Ako čujete takvo objašnjenje, hitno dajte osobi udžbenik geografije za šesti razred, gdje će mu objasniti da se, prvo, Zemlja okreće od zapada prema istoku (tj. Prema ovoj teoriji sve bi trebalo biti obrnuto oko), i drugo, atmosfera se rotira sa Zemljom. U protivnom bi se moglo poletjeti u zrak balon na vrući zrak i objesite se, čekajući da se podignete do mjesta na koje trebate sletjeti: besplatno putovanje!

Tehničar ovaj fenomen pokušava objasniti Coriolisovom silom, koja djeluje na ravninu u ne-inercijalnom referentnom okviru "Zemlja-ravnina": pri kretanju u jednom smjeru njegova težina postaje veća, a u drugom, sukladno tome, manje. Jedini je problem što je razlika u težini zrakoplova koju su stvorile Coriolisove sile vrlo mala čak i u usporedbi s masom korisnog tereta na brodu. Ali to je pola problema: otkad masa utječe na brzinu? Možete voziti 100 km / h autom i jednom ili pet osoba. Jedina razlika bit će u potrošnji goriva.

Pravi razlog zašto avion leti na istok brže nego na zapad je taj što vjetrovi na visini od nekoliko kilometara najčešće pušu sa zapada na istok, pa tako da se u jednom smjeru vjetar pokaže pošten, povećavajući brzinu u odnosu na Zemlju, a u drugom - nadolazeći, usporavajući. Zašto vjetrovi ovako pušu - pitajte, primjerice, Coriolisa. Usput, proučavanje visinskih mlaznih struja (ovo jaki vjetrovi u obliku relativno uskih strujanja zraka u određenim zonama atmosfere) omogućuje vam postavljanje ruta na takav način da, jednom "u toku", povećate brzinu i uštedite gorivo.

Brzina (V) kretanja zrakoplova nije konstantna - jedna je potrebna u porastu, a druga u letu.

1. Polijetanje zapravo počinje od trenutka kretanja plovila duž trake. Uređaj ubrzava, ubrzava tempo potreban za odvajanje od platna, pa se tek tada, zbog povećanja sile podizanja, uspinje. V potreban za odvajanje naveden je u priručniku za svaki model i u općim uputama. Motori u ovom trenutku rade punim kapacitetom, dajući ogromno opterećenje stroju, zbog čega se proces smatra jednim od najtežih i najopasnijih.
2. Kako bi se zaključali u prostoru i zauzeli dodijeljenu razinu leta, potrebno je postići drugačiju brzinu. Let u vodoravnoj ravnini moguć je samo ako zrakoplov kompenzira Zemljinu gravitaciju.

Pokazatelji brzine kojom se zrakoplov može podići u zrak i ostati tamo Određeno vrijeme, teško je imenovati. Oni ovise o karakteristikama određenog stroja i okolišu. Mali jednomotorni V logično će biti niži od golemog putničkog broda - što je veće plovilo, to se brže mora kretati.

Za Boeing 747-300 to je oko 250 kilometara na sat, ako je gustoća zraka 1,2 kilograma po kubičnom metru. Cessna 172 ima oko 100. Yak -40 se odvaja od ceste za 180 km / h, Tu154M - za 210. Za Il 96 prosječna brojka doseže 250, a za Airbus A380 - 268.

Od uvjeta neovisnih o modelu aparata, pri određivanju broja oslanjaju se na:

• smjer i jačina vjetra - nadolazeći pomaže gurajući nos prema gore
• prisutnost oborina i vlažnost zraka - može zakomplicirati ili pridonijeti ubrzanju
• ljudski faktor - nakon procjene svih parametara, odluku donosi pilot

Brzina tipična za ešalon, u tehničke karakteristike ah je označeno kao "krstarenje" - to je 80% maksimalnih mogućnosti automobila

Brzina na samoj razini također izravno ovisi o modelu broda. U tehničkim specifikacijama označeno je kao "krstarenje" - to je 80% maksimalnih mogućnosti stroja. Prvi putnički "Ilya Muromets" ubrzao je na samo 105 kilometara na sat. Sada je taj broj u prosjeku 7 puta veći.

Ako letite Airbusom A220, pokazatelj je na 870 km / h. A310 obično putuje brzinom od 860 kilometara na sat, A320 - 840, A330 - 871, A340-500 - 881, A350 - 903 i divovski A380 - 900. Boeings imaju otprilike isto. Boeing 717 krstari 810 kilometara na sat. Mass 737 - na 817-852, ovisno o generaciji, 747 - 950 na dugim relacijama, 757 - na 850 km / h, prvi prekooceanski 767 - 851, Triple Seven - 905, a putnički mlazni 787 - 902. Prema glasine, tvrtka razvija liniju za civilno zrakoplovstvo, koji će isporučivati ​​ljude s jedne točke na drugu na V = 5000. No do sada su najbrži na svijetu isključivo vojni:

• američki nadzvučni F-4 Phantom II, iako je ustupio mjesto modernijim, i dalje je među prvih deset s pokazateljem od 2370 kilometara na sat
• jednomotorni lovac Convair F-106 Delta Dart sa 2450 km / h
• borbeni MiG -31 - 2993
• eksperimentalni E-152, čiji je dizajn bio osnova za MiG-25-3030
• prototip XB -70 Valkyrie - 3.308
• istraživački Bell X -2 Starbuster - 3 370
• MiG-25 može doseći 3492, ali nemoguće je zaustaviti se na ovoj oznaci i ne oštetiti motor.
• SR -71 Blackbird - 3540
• svjetski lider X-15 na raketni pogon-7.274

Možda, i civilni brodovi jednog dana moći postići te pokazatelje. No definitivno ne u bliskoj budućnosti, dok je glavni faktor u pitanju sigurnost putnika.

4 dijela zrakoplova o kojima ovise performanse leta

Leteći automobili razlikuju se od običnih u vrlo složenim dizajnom koji osigurava svaku sitnicu. Osim očitih detalja, i drugi dijelovi utječu na mogućnosti i karakteristike kretanja - ukupno su sastavljena 4 glavna.

1. Krila. Ako u slučaju kvara na motoru drugi možete letjeti do najbližeg aerodroma, a u slučaju kvara na dva odjednom, možete sletjeti s iskustvom pilota, ne možete se odmaknuti od polazišta bez krila. Ako ne postoji, neće biti potrebne sile podizanja. Ne govore slučajno o krilu u jednini. Suprotno uvriježenom mišljenju, avion ima jedan. Ovaj koncept označava cijelu ravninu koja se u oba smjera razilazi sa strane.

Budući da je to glavni dio zadužen za boravak u zraku, mnogo se pažnje posvećuje njegovu dizajnu. Obrazac je izrađen prema preciznim izračunima, provjeren i testiran. Osim toga, krilo je sposobno izdržati ogromna opterećenja kako ne bi ugrozilo ono glavno - sigurnost ljudi.

2. Zalisci i letvice. Velika količina S vremenom krilo zrakoplova ima pojednostavljen oblik, ali se na njemu tijekom polijetanja i slijetanja pojavljuju dodatne površine. Zalisci i letvice proizvode se kako bi se povećala površina i nosile sa silama koje djeluju na aparat tijekom velikih opterećenja na početku i na kraju putovanja. Prilikom slijetanja usporavaju liniju, ne dopuštaju da prebrzo padne, a u porastu pomažu ostati u zraku.

3. Spojleri. Pojavljuju se na gornjem dijelu krila u trenucima kada je potrebno smanjiti PS. Oni igraju ulogu svojevrsne kočnice. Ovo i detalji iz prethodnog stavka su mehanizacija kojom piloti upravljaju ručno.

4. Motor. Oni s pogonom na elisu vuku automobil za sobom, a mlazni ga "guraju" naprijed.

Čak i početkom prošlog stoljeća malo je tko vjerovao u ideju stvaranja letećeg transporta, danas avioni nikoga ne iznenađuju. Iako samo nekoliko ljudi razumije načela njihovog kretanja - dizajn vozila, fizika letova djeluje previše komplicirano i izaziva brojne zablude. Ali običan putnik to ne mora znati. Glavna stvar je zapamtiti da se sposobnosti svakog modela brodova izračunavaju, a sudbinu Ikara moguće je ponoviti samo u rijetkim slučajevima.

Visina leta jedan je od najvažnijih zračnih parametara. O tome ovise osobito brzina i potrošnja goriva. Ponekad sigurnost leta ovisi i o izboru visine. Na primjer, piloti moraju promijeniti visinu kada se vremenski uvjeti naglo promijene, zbog guste magle, guste naoblake, opsežne oluje s grmljavinom ili turbulentne zone.

Kolika bi trebala biti visina leta

Prvi rekord u visini leta bio je jednak ... tri metra. Do ove visine zrakoplov Wright Flyer braće Wilbur i Orville Wright prvi je put poletio 17. prosinca 1903. godine. 74 godine kasnije, 31. kolovoza 1977. godine, sovjetski probni pilot Aleksandar Fedotov postavio je svjetski rekord u visini od 37650 metara na lovcu MiG-25. Do sada je to najveća visina leta lovca.

Na kojoj visini lete putnički avioni?

Prilikom određivanja optimalne visine leta (razine), kontrolor ili zapovjednik posade vode se sljedećim. Kao što znate, što je veća nadmorska visina, zrak se više ispušta i avion lakše leti - stoga se ima smisla penjati više. Međutim, krilima aviona treba podrška, a na iznimno velika nadmorska visina(na primjer, u stratosferi) očito nije dovoljno, a automobil će se početi "urušavati", a motori će se zaustaviti.

Zaključak se sam nameće: zapovjednik (a danas brodsko računalo) bira "zlatnu sredinu" - idealan omjer sile trenja i sile podizanja. Kao rezultat toga, svaka vrsta putnički brodovi(uzimajući u obzir vremenske uvjete, tehničke karakteristike, trajanje i smjer leta) njegovu optimalnu visinu.

Zašto avioni lete na 10.000 metara?

Na kojoj visini lete borci

Međutim, pretjerana visina boraca sada "nije u modi". I za to postoji objašnjenje. Suvremeni sustavi protuzračne obrane i borbeni projektili zrak-zrak sposobni su uništiti ciljeve na bilo kojoj visini. Stoga je glavni problem borca ​​otkriti i uništiti neprijatelja ranije, a sam ostati neopažen. Optimalna visina leta lovca 5. generacije (servisni strop) je 20.000 metara.

V. moderni svijet mnogi ljudi su zainteresirani za znanost i tehnologiju i barem pokušavaju opći obris razumjeti kako funkcioniraju stvari koje ih okružuju. Zahvaljujući ovoj želji za prosvjetljenjem, postoji znanstvena i obrazovna literatura i web mjesta poput Giktimesa. A budući da je većini ljudi teško čitati i percipirati niz formula, teorije iznesene u takvim izdanjima neizbježno podliježu značajnom pojednostavljenju u pokušaju da se čitatelju prenese "bit" ideje uz pomoć jednostavnog i razumljivog objašnjenje koje se lako percipira i pamti. Nažalost, neka od ovih "jednostavnih objašnjenja" jesu u osnovi pogrešno, ali istodobno se ispostavljaju toliko "očitima" da, bez da su podložne posebnim sumnjama, počinju lutati od jedne do druge publikacije i često postaju dominantno gledište, unatoč njihovoj pogrešnosti.

Kao jedan primjer, pokušajte odgovoriti na jednostavno pitanje: "Odakle dolazi dizalo u avionskom krilu?"

Ako vaše objašnjenje uključuje "različite duljine gornje i donje površine krila", "različite brzine strujanja zraka na gornjem i donjem rubu krila" i "Bernoullijev zakon", moram vas obavijestiti da ste najvjerojatnije postali žrtva najviše popularni mit koji se ponekad uči čak i u školskom programu.

Podsjetimo prvo o čemu govorimo

Mitsko objašnjenje za podizanje krila je sljedeće:

1. Krilo ima asimetrični profil pri dnu i vrhu
2. Kontinuirani protok zraka krilom je podijeljen na dva dijela, od kojih jedan prolazi preko krila, a drugi ispod njega
3. Razmišljamo o laminarnom strujanju u kojem se strujanje zraka čvrsto uklapa u površinu krila
4. Budući da je profil asimetričan, da bi se u jednom trenutku ponovno konvergirao iza krila, "gornji" tok mora prijeći veću udaljenost od "donjeg", pa se zrak iznad krila mora kretati većom brzinom od ispod njega
5. Prema Bernoullijevom zakonu, statički tlak u protoku opada s povećanjem brzine protoka, pa će u protoku iznad krila statički tlak biti manji
6. Razlika u tlaku u protoku ispod krila i iznad njega je dizalo

... ili još uvijek ne? ...

Postoji priča (stvarno ne znam koliko je točna istina) da je jedan od prvih ljudi koji je predložio takvu teoriju bio nitko drugi do sam Albert Einstein. Prema ovoj priči, 1916. napisao je odgovarajući članak i na temelju njega predložio svoju verziju "idealnog krila", koja je, prema njegovu mišljenju, maksimalno povećala razliku u brzinama iznad i ispod krila, a u profilu je izgledalo otprilike ovako:

Punopravni model krila s ovim profilom provučen je kroz vjetrovinski tunel, ali nažalost - pokazalo se da su njegove aerodinamičke kvalitete izrazito loše. Nasuprot tome, paradoksalno je! - od mnogih krila sa savršeno simetrično profil, u kojem je zračni put iznad i ispod krila morao biti u osnovi isti. Očito je da nešto nije u redu s Einsteinovim zaključivanjem. A možda i najočitija manifestacija ove netočnosti bila je ta što su neki piloti, kao akrobatski štos, počeli letjeti avionima naglavačke. Prvi zrakoplovi koji su se pokušali prevrnuti u letu imali su problema s gorivom i uljem, koje nije teklo tamo gdje je bilo potrebno, a istjecalo je tamo gdje nije bilo potrebno, ali nakon što su 30 -ih godina prošlog stoljeća sustavi goriva i ulja bili sposobni tijekom duljih vremenskih razdoblja u obrnutom položaju, let naopačke postao je uobičajen prizor na zračnim priredbama. 1933., na primjer, jedan Amerikanac preletio je naglavačke iz San Diega u Los Angeles. Nekako čarobno, obrnuto krilo je i dalje generiralo uzdizanje.

Pogledajte ovu sliku - prikazuje zrakoplov sličan onom na kojem je postavljen rekord naopačke leta. Obratite pozornost na tipični profil krila (Boeing-106B aeroprofilo), koji bi, prema gore navedenim obrazloženjima, trebao stvoriti podizanje odozdo prema gore.

Dakle, naš jednostavan model podizanja krila ima neke poteškoće koje se mogu sažeti u dva jednostavna zapažanja:

1. Podizanje krila ovisi o njegovoj orijentaciji u odnosu na ulazni protok zraka - napadni kut
2. Simetrični profili (uključujući banalne ravne ploče od šperploče) također stvaraju podizanje.

Jednostavno rečeno, zrak "ne zna" da se mora kretati određenom brzinom oko krila kako bi ispunio neki uvjet koji nam se čini očitim. Iako je protok iznad krila doista veći nego ispod njega, to nije uzrok stvaranje sile podizanja a posljedicačinjenica da iznad krila postoji područje smanjenog tlaka, a ispod krila područje povećanog tlaka. Dolaskom iz područja normalnog tlaka u rijetko područje zrak se ubrzava razlikom tlaka, a ulazak u područje s povećanim tlakom - usporava se. Važan poseban primjer takvog "ne-Bernoulleova" ponašanja jasno pokazuju ekranoplani: kad se krilo približi tlu, njegovo se podizanje povećava (područje povećanog tlaka komprimira tlo), dok je u okviru Bernouleovog zaključivanje, krilo upareno sa tlom čini nešto poput tunela za sužavanje koje bi u okviru naivnog zaključivanja moralo ubrzati zrak i time privući krilo na tlo, baš kao što se to radi u zaključivanju, sličnog značenja , o "međusobnoj privlačnosti parobroda koji prolaze paralelnim tečajevima". Štoviše, u slučaju ekranoplana, situacija je u mnogo čemu još gora, jer se jedan od "zidova" ovog tunela velikom brzinom pomiče prema krilu, čime dodatno "ubrzava" zrak i pridonosi još većem smanjenju u liftu. Međutim, stvarna praksa "efekta zaslona" pokazuje suprotnu tendenciju, jasno pokazujući opasnost logike zaključivanja o dizanju, izgrađena na naivnim pokušajima da se pogodi polje brzine strujanja zraka oko krila.

Začudo, još jedna netočna teorija o podiznoj sili, odbačena još u 19. stoljeću, daje mnogo bliže objašnjenje istine. Sir Isaac Newton predložio je da se interakcija objekta s dolaznim zračnim strujanjem može modelirati pretpostavljajući da se dolazeći zračni tok sastoji od sitnih čestica koje udaraju i odbijaju se o objekt. Kad je objekt nagnut u odnosu na upadni tok, čestice će se predmet uglavnom odbijati prema dolje i, na temelju zakona očuvanja zamaha, za svaki odstupanje čestice strujanja prema dolje, objekt će primiti impuls prema gore. Idealno krilo u takvom modelu bio bi ravni zmaj, nagnut prema dolaznom toku:

Podizanje u ovom modelu nastaje zbog činjenice da krilo usmjerava dio strujanja zraka prema dolje, to preusmjeravanje zahtijeva primjenu određene sile na strujanje zraka, a podizanje je odgovarajuća protu sila sa strane strujanja zraka prema krilo. I premda je izvorni model "šoka", općenito govoreći, netočan, u takvoj generaliziranoj formulaciji ovo objašnjenje je doista točno... Bilo koje krilo radi zbog činjenice da odbija dio dolaznog strujanja zraka prema dolje, a to posebno objašnjava zašto je podizanje krila razmjerno gustoći protoka zraka i kvadratu njegove brzine. To nam daje prvu aproksimaciju točnog odgovora: krilo stvara uzgon jer su linije strujanja zraka nakon prolaska krila u prosjeku usmjerene prema dolje. I što više odbijamo tok prema dolje (na primjer, povećanjem napadačkog kuta), to je sila podizanja veća.

Pomalo neočekivan rezultat, zar ne? Međutim, on nas još uvijek ne približava razumijevanju toga zašto pokazuje se da se zrak nakon prolaska krila kreće prema dolje. Da je Newtonov model šoka netočan, eksperimentalno su pokazali eksperimenti koji su pokazali da je stvarni otpor protoka manji od predviđenog Newtonovim modelom, a generirano podizanje veće. Razlog za ova odstupanja je taj što u Newtonovom modelu čestice zraka ne stupaju međusobno u interakciju, dok se stvarne struje ne mogu međusobno presijecati, kao što je prikazano na gornjoj slici. Uobičajene "čestice zraka" koje "odbijaju" ispod krila prema dolje sudaraju se s drugima i počinju ih "odgurnuti" od krila čak i prije nego što se s njim sudare, a čestice struje zraka iznad krila "istisnu" čestice zraka koje se nalaze ispod, u prazan prostor ostavljen iza krila:

Drugim riječima, interakcija "odbijenog" i "nadolazećeg" toka stvara područje visokog tlaka ispod krila (crveno), a "sjena" probijena krilom u toku stvara područje niskog tlaka (plavo). Prvo područje odbija tok ispod krila prema dolje čak i prije nego što ovaj tok dotakne njegovu površinu, a drugo uzrokuje da se tok iznad krila savije prema dolje, iako uopće nije dotaknuo krilo. Kumulativni pritisak ovih područja uz konturu krila, u konačnici, u konačnici čini lift. Istodobno, zanimljiva je točka da područje visokog tlaka koje neizbježno nastaje ispred krila u pravilno dizajniranom krilu dodiruje svoju površinu samo uz malu površinu u prednjem rubu krila, dok područje visokog pritiska ispod krila i područja niskog tlaka iznad njega dodiruju krilo mnogo veliko područje... Kao rezultat toga, podizanje krila koje stvaraju dvije regije oko gornje i donje površine krila može biti mnogo veće od sile zračnog otpora koju stvara područje visokog tlaka ispred prednjeg ruba krila.

Budući da prisutnost područja različitog tlaka savija linije strujanja zraka, često je prikladno ta područja definirati upravo ovim zavojem. Na primjer, ako se struje iznad krila "sagnu", tada u tom području postoji gradijent pritiska usmjeren odozgo prema dolje. A ako je na dovoljno velikoj udaljenosti iznad krila tlak atmosferski, tada kad se približava krilu od vrha do dna, tlak bi trebao pasti i izravno iznad krila bit će ispod atmosferskog. Razmotrivši sličnu "zakrivljenost prema dolje", ali već ispod krila, otkrivamo da ako krenemo s dovoljno niske točke ispod krila, tada ćemo, prilazeći krilu odozdo prema gore, doći do područja pritiska koje će biti viši od atmosferskog. Slično, "potiskivanje" strujnica ispred prednjeg ruba krila odgovara postojanju područja povećanog pritiska ispred ovog ruba. U okviru ove logike možemo to reći krilo stvara podizanje savijanjem linija strujanja zraka oko krila... Budući da se čini da se zračni tokovi "lijepe" za površinu krila (učinak Coanda) i međusobno, mijenjajući profil krila, prisiljavamo zrak da se kreće oko njega po zakrivljenoj putanji i stoga formira gradijent pritiska koji nam je potreban. Na primjer, da biste osigurali let naopako, dovoljno je stvoriti željeni napadni kut usmjeravanjem nosa zrakoplova od tla:

Opet pomalo neočekivano, zar ne? Ipak, ovo objašnjenje bliže je istini od izvorne verzije "zrak se ubrzava iznad krila, jer treba prijeći veću udaljenost iznad krila nego ispod njega". Osim toga, prema njegovim riječima, najlakše je razumjeti fenomen koji se naziva "zastoj" ili "zastoj aviona". U normalnoj situaciji, povećanjem napadnog kuta krila, time povećavamo zakrivljenost strujanja zraka i, sukladno tome, podizanje. Cijena za to je povećanje otpora jer se područje niskog tlaka postupno prebacuje s nadkrilnog na blago vankrilno i tako počinje usporavati zrakoplov. Međutim, nakon određene granice, situacija se naglo mijenja. Plava linija na grafikonu je koeficijent podizanja, crvena linija je koeficijent otpora, vodoravna os odgovara napadnom kutu.

Činjenica je da je "ljepljivost" struje za pojednostavljenu površinu ograničena, a ako pokušamo previše saviti zračnu struju, ona će se početi "odvajati" od površine krila. Područje niskog tlaka koje nastaje iza krila počinje "usisavati" ne strujanje zraka koje dolazi s prednjeg ruba krila, već zrak iz područja ostavljenog iza krila, te podizanje koje stvara gornji dio krila potpuno ili djelomično (ovisno o tome gdje je došlo do podizanja) nestat će, a otpor će se povećati.

Za konvencionalne zrakoplove, zastoj je izuzetno neugodna situacija. Podizanje krila smanjuje se sa smanjenjem brzine zrakoplova ili smanjenjem gustoće zraka, a osim toga, okretanje zrakoplova zahtijeva više dizanja od pukog leta. U normalnom letu svi se ti čimbenici kompenziraju izborom napadnog kuta. Što sporije leti zrakoplov, zrak je manje gust (avion se popeo na velika visina ili sjedne po vrućem vremenu) i što je zavoj strmiji, to više morate napraviti. A ako neoprezni pilot prijeđe određenu liniju, tada se sila podizanja oslanja na "strop" i postaje nedostatna da zadrži zrakoplov u zraku. Dodavanje problema i povećani otpor zraka, što dovodi do gubitka brzine i daljnjeg smanjenja dizanja. Zbog toga avion počinje padati - "prevrnuti se". Usput se mogu pojaviti problemi s upravljanjem zbog činjenice da se dizalo preraspodjeljuje preko krila i počinje pokušavati "okrenuti" zrakoplov ili se upravljačke površine nađu u području zaustavljenog toka i prestaju stvarati dovoljno kontrolna sila. I u oštar zaokret, na primjer, tok se može poremetiti samo s jednog krila, uslijed čega avion ne samo da će početi gubiti visinu, već će se i okretati - ući će u stražnji vrtlog. Kombinacija ovih čimbenika ostaje jedan od čestih uzroka avionskih nesreća. S druge strane, neki suvremeni borbeni zrakoplovi posebno su projektirani na tako poseban način da zadrže upravljivost u takvim nadkritičnim načinima napada. To omogućuje takvim lovcima da oštro koče u zraku ako je potrebno. Ponekad se koristi za kočenje pri ravnom letu, ali češće se traži u zavojima, budući da što je manja brzina, manji je, pod svim ostalim uvjetima, radijus okretanja zrakoplova. I da, pogađate - to je upravo ona "super -manevarska sposobnost" na koju su stručnjaci koji su osmislili aerodinamiku domaćih lovaca 4. i 5. generacije zasluženo ponosni.

Međutim, još nismo odgovorili na glavno pitanje: gdje se, zapravo, pojavljuju područja visokog i niskog tlaka oko krila u dolaznom strujanju zraka? Uostalom, oba fenomena ("prianjanje toka na krilo" i "iznad krila, zrak se brže kreće"), koji mogu objasniti let, su posljedica određena raspodjela pritiska oko krila, a ne njegov uzrok. Ali zašto se stvara upravo takva slika pritisaka, a ne neka druga?

Nažalost, odgovor na ovo pitanje već neizbježno zahtijeva uključivanje matematike. Zamislimo da je naše krilo beskonačno dugo i isto po cijeloj dužini, tako da se kretanje zraka oko njega može modelirati u dvodimenzionalnom presjeku. I pretpostavimo, za početak, da je naše krilo ... beskonačno dugačak cilindar u protoku idealne tekućine. Zbog beskonačnosti cilindra, takav se problem može svesti na razmatranje protoka idealne tekućine oko kruga u ravnini. Za takav trivijalni i idealizirani slučaj postoji točno analitičko rješenje koje predviđa da će, kad cilindar miruje, ukupni učinak fluida na cilindar biti nula.

Pogledajmo sada neku pametnu transformaciju ravnine u sebe koju matematičari nazivaju konformnim preslikavanjem. Ispada da možete odabrati transformaciju koja, s jedne strane, čuva jednadžbe gibanja strujanja tekućine, a s druge strane pretvara krug u lik s profilom nalik na krilo. Tada linije protoka tekućine za cilindar, transformirane istom transformacijom, postaju rješenje za protok tekućine oko našeg improviziranog krila.

Naš izvorni krug u toku idealne tekućine ima dvije točke u kojima struje dodiruju površinu kruga, pa će iste dvije točke postojati na površini profila nakon što se transformacija primijeni na cilindar. A ovisno o rotaciji protoka u odnosu na izvorni cilindar ("napadni kut"), oni će se nalaziti na različitim mjestima na površini formiranog "krila". I to će gotovo uvijek značiti da će se neke linije strujanja tekućine oko profila morati saviti oko zadnjeg, oštrog ruba krila, kao što je prikazano na gornjoj slici.

To je potencijalno moguće za idealnu tekućinu. Ali ne za onu pravu.

Prisutnost čak i blagog trenja (viskoznosti) u stvarnoj tekućini ili plinu dovodi do činjenice da se tok sličan onom prikazanom na slici odmah prekida - gornji tok će pomaknuti točku u kojoj struja dodiruje površinu krila sve dok ne nalazi se strogo na zadnjem rubu krila (postulat Zhukovsky-Chaplygin, zvani aerodinamičko stanje Kutta). A ako "krilo" pretvorimo natrag u "cilindar", tada će pomaknuti strujni tokovi biti otprilike ovako:

No ako je viskoznost tekućine (ili plina) vrlo niska, tada bi otopina dobivena na sličan način trebala biti prikladna i za cilindar. I ispada da se takvo rješenje doista može pronaći ako pretpostavimo da je cilindar vrti se... Odnosno, fizička ograničenja povezana s protokom tekućine oko stražnjeg ruba krila dovode do činjenice da će kretanje tekućine iz svih mogućih rješenja nastojati doći do jedne posebne otopine, u kojoj se dio protoka tekućine okreće oko ekvivalenta cilindra, odvajajući se od njega na strogo definiranoj točki ... A budući da rotirajući cilindar stvara silu podizanja u protoku tekućine, odgovarajuće krilo ga također stvara. Komponenta kretanja strujanja koja odgovara ovoj "brzini rotacije cilindra" naziva se cirkulacija strujanja oko krila, a teorija Žukovskog kaže da se slična karakteristika može generalizirati za proizvoljno krilo, te omogućuje kvantitativno izračunavanje podizanja krila na temelju to. Unutar ove teorije, podizanje krila osigurava cirkulacija zraka oko krila, koju stvaraju i održavaju na pokretnom krilu gore navedene sile trenja, koje isključuju strujanje zraka oko njegova oštrog stražnjeg ruba.

Nevjerojatan rezultat, zar ne?

Opisana teorija je, naravno, visoko idealizirana (beskonačno dugo homogeno krilo, idealno homogeno nekomprimirano strujanje plina / tekućine bez trenja oko krila), ali daje prilično točnu aproksimaciju za stvarna krila i obični zrak. Samo nemojte uzeti cirkulaciju unutar sebe kao dokaz da se zrak zapravo kreće oko krila. Cirkulacija je jednostavno broj koji pokazuje koliko brzina protoka na gornjim i donjim rubovima krila mora biti različita, tako da rješenje kretanja protoka tekućine osigurava odvajanje strujanja strogo na zadnjem rubu krila. Također ne biste trebali uzeti "princip oštrog stražnjeg ruba krila" kao nužan uvjet za pojavu podizanja: slijed zaključivanja umjesto toga zvuči kao "ako krilo ima oštar zadnji rub, tada se podizanje formira na ovaj način" . "

Pokušajmo sažeti. Interakcija zraka s krilom stvara područja visokog i niskog tlaka oko krila, koja savijaju protok zraka tako da se savija oko krila. Oštar zadnji rub krila dovodi do činjenice da se u idealnom toku, od svih potencijalnih rješenja jednadžbi gibanja, ostvaruje samo jedno specifično, što isključuje prelijevanje zraka oko oštrog stražnjeg ruba. Ovo rješenje ovisi o napadnom kutu, a konvencionalno krilo ima područje niskog tlaka iznad krila i područje visokog tlaka ispod njega. Odgovarajuća razlika tlaka čini podizanje krila, čini da se zrak brže kreće iznad gornjeg ruba krila i usporava zrak ispod donjeg ruba. Prikladno je kvantitativno opisati silu dizanja numerički kroz ovu razliku u brzinama iznad i ispod krila u obliku karakteristike koja se naziva "cirkulacija" strujanja. Štoviše, u skladu s trećim Newtonovim zakonom, sila podizanja koja djeluje na krilo znači da krilo odbija dio dolaznog strujanja zraka prema dolje - da bi avion mogao letjeti, dio zraka koji ga okružuje mora se neprestano pomicati prema dolje. Naslanjajući se na ovaj silazni tok zraka, avion "leti".

Jednostavno objašnjenje "zraka koji treba prijeći veću udaljenost iznad krila nego ispod njega" nije točno.

Šalu na stranu, ali određeni dodir ozbiljnosti pojavljuje se u takvoj situaciji ne samo kod osobe opterećene znanjem o zrakoplovstvu. Štoviše, spomenuta četrdeset tona "budala" općenito je zrakoplov srednje veličine ruskog ratnog zrakoplovstva SU-24. Pa, i ako se pokaže da je ova "ozbiljna" osoba svjedok lagodnog, ali oh-o-vrlo samouvjerenog uzleta najvećeg na svijetu transportni zrakoplovi AN-225 "Mriya" ("San" na ukrajinskom, tko ne zna)? .. Neću ništa komentirati. Dodati ću samo da je uzletna težina ove "ptice" 600 tona.

Da, dojmovi na ovoj osnovi mogu biti vrlo duboki. No, kako god bilo, emocije nemaju apsolutno nikakve veze s tim. Fizika. Jedna gola fizika. Upravo u skladu s zakonima fizike svi zrakoplovi se podižu u zrak, počevši od lakih sportskih zrakoplova, pa završavajući teškim transportnim zrakoplovima i naizgled potpuno bezobličnim helikopterima, neshvatljivo je kako se drže u zraku. A sve se to događa zbog sile podizanja, pa čak i sile potiska motora.

Izraz "sila podizanja" poznat je gotovo svakoj osobi, ali iznenađuje činjenica da ne mogu svi reći odakle dolazi, upravo ta sila. U međuvremenu, njegovo se podrijetlo može objasniti jednostavno, doslovno "na prste", bez ulaska u matematičku džunglu.

Kao što znate, glavna nosiva površina zrakoplova je krilo. Gotovo uvijek ima određeni profil, u kojemu je donji dio ravni, a gornji dio konveksan (prema određenom zakonu). Strujanje zraka, prolazeći ispod donjeg dijela profila, gotovo ne mijenja svoju strukturu i oblik. No, prelazeći preko gornjeg dijela, on se sužava, jer je za njega gornja površina profila poput udubljenog zida u cijevi, kroz koji kao da teče upravo ovaj potok.

Sada, da bi se kroz tu "stisnutu" cijev određeno vrijeme tjerao isti volumen zraka, mora se brže pomicati, što se zapravo i događa. Ostaje podsjetiti se Bernoullijevog zakona iz omiljenog školskog tečaja fizike, koji kaže da što je veća brzina protoka, niži je njezin pritisak. Dakle, tlak iznad profila (i stoga preko cijelog krila) niži je od tlaka ispod njega.

Pojavljuje se sila koja pokušava "stisnuti" krilo, a time i cijeli zrakoplov prema gore. Ovo je gore spomenuti lift. Čim se udeblja - ura! U zraku smo! Letimo! Usput, što je veća naša brzina, to je i podizanje veće. Ako u budućnosti porast

Snaga i težina jednaki su po veličini, tada će avion krenuti u ravni let. A dobru brzinu dat će nam snažan zrakoplovni motor ili, točnije, sila potiska koju stvara.

Pomoću ovog principa moguće je, teoretski, natjerati objekt bilo koje mase i oblika da uzleti (i uspješno leti). Glavna stvar je točno izračunati sve sa stajališta aerodinamike i drugih znanosti o zrakoplovstvu te ispravno izraditi upravo ovaj objekt. Kad govorim o obliku, mislim prvenstveno na helikopter. Uređaj, koji uopće ne izgleda kao avion, iz istog se razloga drži u zraku. Uostalom, svako glavno sječivo, govoreći zrakoplovnim jezikom, koje nosi (vrlo karakteristična riječ, već se srela gore) propeler isto je krilo s aerodinamičkim profilom.

Krećući se u strujanju zraka s rotacijom elise, oštrica stvara silu podizanja, koja, usput, ne samo da podiže helikopter, već ga pomiče i naprijed. Za to je os rotacije propelera blago nagnuta (stvara se "nagib" propelera), a pojavljuje se vodoravna komponenta dizala koja igra ulogu sile potiska motora zrakoplova. Vijak se istovremeno povlači prema gore i prema naprijed. Kao rezultat toga, dobivamo siguran i vrlo pouzdan let takvog "čudnog" aparata poput helikoptera. I, usput, prilično lijep let. Više sam puta sa zemlje gledao akrobaciju borbenog helikoptera MI -24 - prizor jednostavno očarava.

Usput, želim napomenuti da su propeleri zrakoplova s ​​vijčanim motorima (turbo ili klipni) srodni helikopterskim i koriste isti princip (pogodite koji?). Samo je sila za podizanje ovdje potpuno "prekvalificirana" zbog sile potiska. Govoreći na helikopterski način, "nagib" elise je 90 stupnjeva.

Da, zrakoplovstvo je jako lijepo. Riječi divljenja primjenjive su u razgovoru o letu bilo kojeg dovoljno savršenog zrakoplova. Bio to vanjski žurni div "Mriya", marljivi jurišni zrakoplov SU-25 ili okretni sportski akrobatski pilot. Sva ta ljepota rezultat je ponekad dugogodišnjeg mukotrpnog rada znanstvenika i zrakoplovnih inženjera, aerodinamike, inženjera stroja, stručnjaka za snagu itd.

Zrakoplovstvo je zapravo jednako teško koliko je i zanimljivo. No, općenito se temelji na jednostavnom fizičkom principu formiranja dizala, čija se suština, po želji, može vrlo lako objasniti, a koja, ipak, pomaže ostvariti vjekovnu želju čovječanstva za letenjem ...