Prečo vtáky lietajú Prečo lietadlo letí? Prečo lietadlá nemôžu štartovať v extrémnych horúčavách?

Ak často lietate alebo často sledujete lietadlá v podobných službách, pravdepodobne ste si položili otázky, prečo lietadlo letí týmto spôsobom a nie inak. Aká je logika Skúsme na to prísť.

Prečo lietadlo letí nie v priamke, ale v oblúku?

Ak sa na letovú dráhu pozriete na displej v kabíne alebo doma na počítači, potom nevyzerá rovno, ale klenuto, zakrivene smerom k najbližšiemu pólu (severný na severnej pologuli, južný na južnej). V skutočnosti sa lietadlo pokúša lietať v priamke takmer po celej trase (a čím je dlhšie, tým je spravodlivejšie). Je to tak, že displeje sú ploché a Zem je guľatá a priemet volumetrickej mapy na plochý mení jej proporcie: čím bližšie k pólom, tým bude „oblúk“ zakrivenejší. Je veľmi jednoduché to skontrolovať: vezmite glóbus a pretiahnite šnúru medzi dvoma mestami po jeho povrchu. Toto bude najkratšia trasa. Ak teraz prenesiete riadok nite na papier, získate oblúk.

To znamená, že lietadlo vždy letí v priamke?

Lietadlo neletí tak, ako by sa mu páčilo, ale pozdĺž dýchacích ciest, ktoré sú samozrejme položené tak, aby sa minimalizovala vzdialenosť. Trasy pozostávajú zo segmentov medzi riadiacimi bodmi: ako rádiové majáky a jednoducho súradnice na mape, ktorým sú priradené päťpísmenové označenia, je často ľahké ich vysloviť, a preto sú zapamätateľné. Musíte ich vyslovovať skôr po písmenách, ale vidíte, zapamätanie si kombinácií ako DOPIK alebo OKUDI je jednoduchšie ako GRDFT a UOIUA.

Pri určovaní trasy pre každý konkrétny let sa používajú rôzne parametre vrátane typu samotného lietadla. Napríklad pre dvojmotorové lietadlá (a aktívne nahrádzajú troj- a štvormotorové lietadlá) platia ETOPS (normy prevádzkového výkonu dvojmotorových motorov s rozšíreným dosahom), ktoré upravujú plánovanie trasy tak, že lietadlo prekračujúce oceány, púšte alebo póly, je súčasne v rámci určitého času letu na najbližšie letisko schopné prijať tento typ lietadla. Vďaka tomu je v prípade poruchy jedného z motorov zaručené, že sa dostane na miesto poverenia núdzové pristátie... Certifikované sú rôzne lietadlá a letecké spoločnosti iný čas letu, môže to byť 60, 120 a dokonca 180 a v zriedkavých prípadoch 240 (!) minút. Medzitým sa plánuje certifikácia Airbusu A350XWB na 350 minút a Boeingu-787 na 330; tým sa odstránia štvormotorové lietadlá, a to aj na trasách ako Sydney-Santiago (najdlhšia komerčná zámorská trasa na svete).

Ako sa lietadlá pohybujú po letisku?

Po prvé, všetko závisí od toho, v ktorom pruhu sa nachádzate tento moment vzlety sa uskutočňujú na letisku odletu a ktorá doska sa berie na letisku príletu. Ak existuje niekoľko možností, potom pre každú z nich existuje niekoľko schém výstupu a priblíženia: ak to vysvetlíte na prstoch, potom za každým z bodov schémy musí nasledovať rovina v určitej výške v určitom (v rámci limity) rýchlosť. Voľba jazdného pruhu závisí od aktuálneho zaťaženia letiska, ako aj od vetra. Faktom je, že ako pri vzlete, tak aj pri pristávaní musí vietor prichádzať (alebo fúkať zboku, ale stále spredu): ak vietor fúka zozadu, lietadlo bude musieť mať príliš vysokú rýchlosť vzhľadom na zem, aby sa udržala požadovaná rýchlosť vzhľadom na vzduch - možno dĺžka pásu nepostačuje na rozbeh alebo brzdenie. Preto sa lietadlo v závislosti od smeru vetra pohybuje buď jedným alebo druhým smerom počas vzletu a pristátia a pás má dva vzletové a pristávacie dráhy, ktoré po zaokrúhlení na desiatky stupňov slúžia na označenie pásu . Ak je napríklad kurz 90 v jednom smere, potom 270 v opačnom smere a jazdný pruh sa bude nazývať „09/27“. Ak, ako sa to často stáva, v hlavné letiská, Existujú dva rovnobežné pruhy, ktoré sú označené ako ľavé a pravé. Napríklad v Sheremetyevo 07L / 25R a 07R / 25L, respektíve, a v Pulkove - 10L / 28R a 10R / 28L.

Na niektorých letiskách jazdia pruhy iba v jednom smere - napríklad v Soči na jednej strane sú hory, takže môžete štartovať iba smerom k moru a pristávať iba z morskej strany: v každom smere vetra bude fúkať zozadu alebo počas vzletu alebo pristátia, aby mali piloti zaručený trochu extrém.

Letové postupy v oblasti letiska berú do úvahy mnohé obmedzenia - napríklad zákaz prítomnosti lietadiel priamo nad mestami alebo špeciálnymi zónami: môžu to byť bezpečné objekty aj bežné miesta chatové dediny Rublyovka, ktorej obyvatelia nemajú radi hluk nad hlavou.

Prečo lietadlo letí jedným smerom rýchlejšie než druhým?

Toto je otázka z kategórie „holivar“ - možno je viac kópií rozbitých iba okolo hádanky s lietadlom stojacim na pohyblivom páse - „vzlietne alebo nevyletí“. Lietadlo skutočne letí na východ rýchlejšie ako na západ, a ak sa dostanete z Moskvy do Los Angeles za 13 hodín, môžete sa vrátiť za 12 hodín.

To znamená, že je rýchlejšie lietať zo západu na východ, ako z východu na západ.

Humanista si myslí, že Zem sa točí, a keď letíte na jednu stranu, blíži sa cieľový bod, pretože planéta sa má čas obrátiť pod vami.

Ak počujete takéto vysvetlenie, dajte mu naliehavo učebnicu geografie pre šiestu triedu, kde mu vysvetlia, že v prvom rade sa Zem otáča zo západu na východ (tj podľa tejto teórie by všetko malo byť naopak. okolo) a za druhé, atmosféra sa otáča so Zemou. V opačnom prípade by sa niekto mohol dostať do vzduchu za teplovzdušný balón a zostaňte na mieste a čakajte na kľuku, kam potrebujete pristáť: cestovanie zadarmo!

Technik sa pokúša vysvetliť tento jav Coriolisovou silou, ktorá pôsobí na rovinu v neinerciálnom referenčnom rámci „zemskej roviny“: pri pohybe v jednom smere sa jeho hmotnosť zvyšuje a v druhom podľa toho menej . Jediným problémom je, že rozdiel v hmotnosti lietadla vytvorený Coriolisovou silou je veľmi malý aj v porovnaní s hmotnosťou užitočného zaťaženia na palube. To je však polovica problémov: odkedy hmotnosť ovplyvňuje rýchlosť? Môžete jazdiť 100 km / h autom a jednou alebo piatimi ľuďmi. Jediný rozdiel bude v spotrebe paliva.

Skutočným dôvodom, prečo lietadlo letí na východ rýchlejšie než na západ, je to, že vietor vo výške niekoľkých kilometrov najčastejšie fúka zo západu na východ a že v jednom smere je vietor spravodlivý a zvyšuje rýchlosť vzhľadom na Zem a na druhej strane - blížiace sa, spomaľujúce. Prečo vietor fúka takto - spýtajte sa napríklad Coriolisa. Mimochodom, štúdium vysokohorských prúdových prúdov (toto silné vetry vo forme relatívne úzkych prúdov vzduchu v určitých zónach atmosféry) vám umožňuje položiť trasy tak, aby akonáhle ste „v prúde“, maximalizovali rýchlosť a ušetrili palivo.

Rýchlosť (V) pohybu dopravných lietadiel nie je konštantná - jedno je potrebné na vzostupe a druhé za letu.

1. Vzlet skutočne začína od okamihu, keď sa plavidlo pohybuje po páse. Zariadenie zrýchli, naberie tempo potrebné na odtrhnutie sa z plátna a až potom vďaka zvýšeniu zdvíhacej sily vyletí. V požadované na oddelenie je uvedené v príručke pre každý model a vo všeobecných pokynoch. Motory v tomto okamihu pracujú na plný výkon, čo spôsobuje obrovské zaťaženie stroja, a preto je tento proces považovaný za jeden z najťažších a najnebezpečnejších.
2. Aby bolo možné zablokovať priestor a obsadiť pridelenú letovú hladinu, je potrebné dosiahnuť inú rýchlosť. Let v horizontálnej rovine je možný iba vtedy, ak lietadlo kompenzuje gravitáciu Zeme.

Ukazovatele rýchlosti, s akou je lietadlo schopné vystúpiť do vzduchu a zostať tam určitý čas, je ťažké pomenovať. Závisia od charakteristík konkrétneho stroja a prostredia. Malý jednomotorový V bude logicky nižší ako obrovská osobná loď - čím väčšie plavidlo bude, tým rýchlejšie sa bude pohybovať.

V prípade lietadla Boeing 747-300 je to asi 250 kilometrov za hodinu, ak je hustota vzduchu 1,2 kilogramu na meter kubický. Cessna 172 ich má asi 100. Jak -40 zíde z trate o 180 km / h, Tu154M - o 210. Pri Il 96 priemer dosahuje 250 a pri Airbuse A380 - 268.

Pri určovaní počtu sa z podmienok nezávislých na modeli aparátu spoliehajú na:

• smer a sila vetra - blížiaci sa pomáha tlačením nosa nahor
• prítomnosť zrážok a vlhkosti vzduchu - môže komplikovať alebo prispieť k zrýchleniu
• ľudský faktor - po vyhodnotení všetkých parametrov sa rozhodne pilot

Rýchlosť typická pre echelon, v technické vlastnosti ah je označený ako „cestovný“ - to je 80% maximálnych schopností automobilu

Rýchlosť na úrovni samotnej závisí aj priamo od modelu lode. V technických špecifikáciách je označený ako „cestovný“ - to je 80% maximálnych schopností stroja. Prvý cestujúci „Ilya Muromets“ zrýchlil na iba 105 kilometrov za hodinu. Teraz je toto číslo v priemere 7 -krát vyššie.

Ak lietate s Airbusom A220, indikátor je na 870 km / h. A310 zvyčajne cestuje rýchlosťou 860 kilometrov za hodinu, A320 - 840, A330 - 871, A340-500 - 881, A350 - 903 a obrie A380 - 900. Boeingy to majú zhruba rovnaké. Boeing 717 jazdí rýchlosťou 810 kilometrov za hodinu. Hmotnosť 737 - na 817-852, v závislosti od generácie, diaľková 747 - 950, 757 - pri 850 km / h, prvý transatlantický 767 - 851, Triple Seven - 905 a cestujúci s prúdovými lietadlami 787 - 902. Podľa povesti, spoločnosť vyvíja vložku pre civilné letectvo, ktorá bude dodávať ľudí z jedného bodu do druhého pri V = 5 000. Ale zatiaľ najrýchlejší na svete sú výlučne vojenské:

• americký nadzvukový F-4 Phantom II, hoci ustúpil modernejším, je stále v prvej desiatke s ukazovateľom 2370 kilometrov za hodinu
• jednomotorová stíhačka Convair F-106 Delta Dart s 2 450 km / h
• bojový MiG -31 - 2993
• experimentálny E-152, ktorého konštrukcia tvorila základ pre MiG-25-3030
• Prototyp XB -70 Valkyrie - 3 308
• výskum Bell X -2 Starbuster - 3 370
• MiG-25 je schopný dosiahnuť 3492, ale nie je možné zastaviť pri tejto značke a nepoškodiť motor.
• Blackbird SR -71 - 3540
• svetový líder na raketové motory X-15-7 274

Možno, a civilné lode jedného dňa byť schopný dosiahnuť tieto ukazovatele. V blízkej budúcnosti však určite nie, pričom hlavným faktorom problému je bezpečnosť cestujúcich.

4 diely lietadla, od ktorých závisí letový výkon

Lietajúce autá sa líšia od bežných vo veľmi zložitých prevedeniach, ktoré zabezpečujú každú maličkosť. A okrem zrejmých detailov ovplyvňujú možnosti a vlastnosti pohybu aj ďalšie diely - celkovo boli zostavené 4 hlavné.

1. Krídlo. Ak v prípade poruchy motora môžete letieť na najbližšie letisko na druhom mieste a v prípade poruchy dvoch naraz môžete pristáť so skúsenosťami pilota, nemôžete sa pohnúť z miesta odletu bez krídla. Ak neexistuje, nebude potrebná potrebná zdvíhacia sila. Nie je náhoda, že hovoria o krídle v jednotnom čísle. Na rozdiel od všeobecného presvedčenia, lietadlo ho má. Tento koncept označuje celú rovinu rozbiehajúcu sa v oboch smeroch zboku.

Pretože je to hlavná časť zodpovedná za pobyt vo vzduchu, jeho dizajnu sa venuje veľká pozornosť. Formulár je zostavený podľa presných výpočtov, overený a testovaný. Krídlo je navyše schopné odolávať obrovskému zaťaženiu, aby neohrozilo hlavnú vec - bezpečnosť ľudí.

2. Klapky a lamely. Veľká kvantita Krídlo lietadla má v priebehu času efektívny tvar, ale počas štartu a pristávania sa na ňom objavujú ďalšie povrchy. Klapky a lamely sa vyrábajú s cieľom zväčšiť plochu a vyrovnať sa so silami pôsobiacimi na zariadenie pri silnom zaťažení na začiatku a na konci cesty. Pri pristávaní spomaľujú vložku, nedovoľujú jej príliš rýchly pád a pri stúpaní pomáhajú udržať sa vo vzduchu.

3. Spojlery. Objavujú sa na hornej časti krídla v momentoch, keď je potrebné znížiť PS. Hrajú úlohu akejsi brzdy. Toto a detaily z predchádzajúceho odseku sú mechanizácia, ktorú piloti obsluhujú ručne.

4. Motor. Vrtuľové skrutky ťahajú auto za sebou a prúdové ho „tlačia“ dopredu.

Ešte na začiatku minulého storočia málokto veril myšlienke vytvorenia lietajúceho transportu, dnes lietadlá nikoho neprekvapujú. Aj keď len málo ľudí rozumie zásadám ich pohybu - konštrukcii vozidiel, fyzika letov sa zdá byť príliš komplikovaná a vyvoláva množstvo bludov. Bežný cestujúci to však nemusí vedieť. Hlavnou vecou je zapamätať si, že sú vypočítané schopnosti každého modelu vložiek a je možné zopakovať osud Ikaru iba v zriedkavých prípadoch.

Letová výška je jedným z najdôležitejších parametrov letectva. Od toho závisí predovšetkým rýchlosť a spotreba paliva. Niekedy bezpečnosť letu závisí aj od výberu nadmorskej výšky. Piloti napríklad musia zmeniť výšku, keď sa náhle zmenia poveternostné podmienky, kvôli hustej hmle, hustej oblačnosti, rozsiahlej búrke vpredu alebo turbulentnému pásmu.

Aká by mala byť letová výška

Prvý výškový rekord letu bol rovný ... trom metrom. Práve do tejto výšky prvýkrát vzlietlo lietadlo Wright Flyer bratov Wilbura a Orvilla Wrighta 17. decembra 1903. O 74 rokov neskôr, 31. augusta 1977, sovietsky testovací pilot Alexander Fedotov vytvoril na stíhačke MiG-25 svetový výškový rekord 37 650 metrov. Doteraz zostáva maximálnou letovou výškou bojovníka.

V akej výške lietajú osobné lietadlá?

Pri určovaní optimálnej letovej výšky (hladiny) sa riadiaci alebo veliteľ posádky riadia nasledujúcim. Ako viete, čím vyššia je nadmorská výška, tým je vzduch vypúšťanejší a lietadlo ľahšie letí - preto má zmysel stúpať vyššie. Krídla lietadla však potrebujú podporu, a to na krajnej strane vysoká nadmorská výška(napríklad v stratosfére) to zjavne nestačí a auto sa začne „zrútiť“ a motory sa zastavia.

Záver naznačuje sám: veliteľ (a dnes palubný počítač) volí „zlatú strednú cestu“ - ideálny pomer trecej sily a sily zdvihu. Výsledkom je, že každý typ vložky pre cestujúcich(s prihliadnutím na poveternostné podmienky, technické vlastnosti, trvanie a smer letu) jeho optimálnu nadmorskú výšku.

Prečo lietajú lietadlá v 10 000 metroch?

V akej výške lietajú bojovníci

Zakazujúce výšky bojovníkov však teraz „nie sú v móde“. A existuje na to vysvetlenie. Moderné systémy protivzdušnej obrany a stíhacie rakety vzduch-vzduch sú schopné ničiť ciele v akejkoľvek výške. Preto je hlavným problémom bojovníka odhaliť a zničiť nepriateľa skôr a zostať bez povšimnutia. Optimálna letová výška stíhačky 5. generácie (služobný strop) je 20 000 metrov.

V. moderný svet veľa ľudí sa zaujíma o vedu a technológiu a snaží sa aspoň o všeobecný prehľad pochopiť, ako fungujú veci, ktoré ich obklopujú. Vďaka tomuto úsiliu o osvietenie existuje vedecká a vzdelávacia literatúra a stránky ako Giktimes. A keďže je pre väčšinu ľudí ťažké čítať a vnímať sériu vzorcov, teórie uvedené v týchto publikáciách nevyhnutne prechádzajú výrazným zjednodušením v snahe sprostredkovať čitateľovi „podstatu“ myšlienky pomocou jednoduchej a zrozumiteľnej ľahko pochopiteľné a zapamätateľné vysvetlenie. Niektoré z týchto „jednoduchých vysvetlení“ bohužiaľ sú zásadne nesprávne, ale zároveň sa ukážu byť tak „očividné“, že bez toho, aby boli vystavené zvláštnym pochybnostiam, začnú blúdiť od jednej publikácie k druhej a často sa napriek svojej mylnosti stávajú dominantným hľadiskom.

Skúste napríklad odpovedať na jednoduchú otázku: „Odkiaľ pochádza výťah v krídle lietadla?“

Ak vaše vysvetlenie zahŕňa „rôzne dĺžky horných a dolných plôch krídla“, „rôzne rýchlosti prúdenia vzduchu na hornom a dolnom okraji krídla“ a „Bernoulliho zákon“, musím vás informovať, že ste sa s najväčšou pravdepodobnosťou stali obeťou najpopulárnejší mýtus, ktorý sa niekedy učí dokonca aj v školských osnovách.

Pripomeňme si najskôr, o čom hovoríme

Mýtické vysvetlenie zdvihu krídla je nasledujúce:

1. Krídlo má v spodnej a hornej časti asymetrický profil
2. Nepretržitý prúd vzduchu je krídlom rozdelený na dve časti, z ktorých jedna prechádza cez krídlo a druhá pod ním
3. Uvažujeme o laminárnom prúdení, v ktorom prúdenie vzduchu tesne prilieha k povrchu krídla
4. Pretože je profil asymetrický, na to, aby sa v jednom bode opäť zbiehal za krídlom, potrebuje „horný“ prúd prejsť väčšiu vzdialenosť ako „dolný“, takže vzduch nad krídlom sa musí pohybovať vyššou rýchlosťou ako pod ním
5. Podľa Bernoulliho zákona statický tlak v prúde klesá so zvýšením prietoku, preto v prietoku nad krídlom bude statický tlak nižší
6. Rozdiel tlaku v prietoku pod krídlom a nad ním je zdvih

... alebo stále nie? ...

Existuje príbeh (naozaj neviem, ako je to pravda), že jedným z prvých ľudí, ktorí navrhli takúto teóriu, nebol nikto iný ako samotný Albert Einstein. Podľa tohto príbehu v roku 1916 napísal príslušný článok a na jeho základe navrhol vlastnú verziu „ideálneho krídla“, ktorá podľa jeho názoru maximalizovala rozdiel v rýchlostiach nad a pod krídlom a v profile vyzeralo to nejak takto:

Plnohodnotný model krídla s týmto profilom bol prefukovaný veterným tunelom, ale bohužiaľ - jeho aerodynamické vlastnosti sa ukázali ako mimoriadne zlé. Naproti tomu je to paradoxné! - z mnohých krídel s dokonale symetrické profil, v ktorom vzduchová dráha nad a pod krídlom musela byť v zásade rovnaká. S Einsteinovým odôvodnením bolo zjavne niečo v poriadku. A možno najzrejmejším prejavom tejto nesprávnosti bolo, že niektorí piloti ako akrobatický kúsok začali lietať so svojimi lietadlami hore nohami. Prvé lietadlá, ktoré sa pokúšali prevrátiť za letu, mali problémy s palivom a olejom, ktoré netekali tam, kde bolo treba, a prúdili tam, kde neboli potrebné, ale po palivových a olejových systémoch, ktoré môžu fungovať dlhší čas v obrátená poloha, let hore nohami sa stal bežným javom na leteckých šou. V roku 1933 napríklad Američan letel hore nohami zo San Diega do Los Angeles. Obrátené krídlo akosi magicky stále vytváralo zdvih smerom hore.

Pozrite sa na tento obrázok - ukazuje lietadlo podobné tomu, na ktorom bol zaznamenaný letový rekord hore nohami. Všimnite si typický profil krídla (profil krídla Boeing-106B), ktorý by podľa vyššie uvedených úvah mal vytvárať zdvih zdola nahor.

Náš jednoduchý model zdvihu krídla má teda určité ťažkosti, ktoré je možné zhrnúť do dvoch jednoduchých pozorovaní:

1. Zdvih krídla závisí od jeho orientácie vzhľadom na prichádzajúci prúd vzduchu - uhol nábehu
2. Symetrické profily (vrátane banálneho plochého preglejkového plechu) tiež vytvárajú výťah.

Jednoducho povedané, vzduch „nevie“, že sa potrebuje pohybovať určitou rýchlosťou okolo krídla, aby splnil nejakú podmienku, ktorá sa nám zdá samozrejmá. A hoci je prietok nad krídlom skutočne vyšší ako pod ním, nie je to tak príčina vznik zdvíhacej sily a dôsledok skutočnosť, že nad krídlom je oblasť so zníženým tlakom a pod krídlom oblasť so zvýšeným tlakom. Keď sa vzduch dostane z oblasti normálneho tlaku do zriedenej oblasti, tlakový rozdiel ho zrýchli a do priestoru so zvýšeným tlakom sa spomalí. Dôležitý konkrétny príklad takéhoto „ne-Bernoulleho“ správania jasne ukazujú ekranoplány: keď sa krídlo priblíži k zemi, jeho zdvih sa zvýši (oblasť zvýšeného tlaku je stlačená zemou), zatiaľ čo v rámci Bernouleho uvažovanie, krídlo spárované so zemou tvorí niečo ako zužujúci sa tunel, ktorý by v rámci naivného uvažovania musel zrýchľovať vzduch a tým priťahovať krídlo k zemi, rovnako ako sa to robí v odôvodnení, podobného významu , o „vzájomnej príťažlivosti parníkov prechádzajúcich paralelnými kurzami“. Navyše, v prípade ekranoplanu je situácia v mnohých ohľadoch ešte horšia, pretože jedna z „múrov“ tohto tunela sa pohybuje vysokou rýchlosťou smerom k krídlu, čím dodatočne „zrýchľuje“ vzduch a prispieva k ešte väčšej zníženie zdvihu. Skutočná prax „efektu obrazovky“ však ukazuje opačnú tendenciu a jasne ukazuje nebezpečenstvo logiky uvažovania o vztlaku, postavenej na naivných pokusoch uhádnuť rýchlostné pole prúdenia vzduchu okolo krídla.

Napodiv, ďalšia nesprávna teória zdvíhacej sily, odmietnutá už v 19. storočí, poskytuje oveľa bližšie k pravde. Sir Isaac Newton navrhol, že interakciu objektu s prichádzajúcim prúdom vzduchu je možné simulovať za predpokladu, že prichádzajúci prúd vzduchu pozostáva z malých častíc, ktoré narážajú a odrážajú sa od objektu. Keď je predmet naklonený vzhľadom na dopadajúci tok, častice budú objektom prevažne odrážané smerom dole a na základe zákona o zachovaní hybnosti pri každom vychýlení častice prúdu smerom nadol dostane predmet vzostupne. spád. Ideálnym krídlom v takom modeli by bol plochý drak naklonený k prichádzajúcemu prúdu:

Výťah v tomto modeli vzniká v dôsledku skutočnosti, že krídlo smeruje časť prúdu vzduchu nadol, toto presmerovanie vyžaduje pôsobenie určitej sily na prúd vzduchu a zdvih je zodpovedajúcou protisilou zo strany prúdu vzduchu na krídlo. A hoci pôvodný „šokový“ model je, vo všeobecnosti, nesprávny, v takej zovšeobecnenej formulácii toto vysvetlenie je naozaj správne... Akékoľvek krídlo funguje vzhľadom na to, že odkláňa časť prichádzajúceho prúdu vzduchu nadol, a to najmä vysvetľuje, prečo je zdvih krídla úmerný hustote prúdu vzduchu a štvorcu jeho rýchlosti. To nám dáva prvú aproximáciu správnej odpovede: krídlo vytvára vztlak, pretože čiary prúdenia vzduchu po prechode krídlom sú v priemere nasmerované nadol. A čím viac odkloníme tok smerom nadol (napríklad zvýšením uhla nábehu), tým väčšia je zdvíhacia sila.

Trochu nečakaný výsledok, však? Stále nás to však nepribližuje k pochopeniu toho prečo vzduch po prechode krídlom sa ukazuje ako pohybujúci sa nadol. Že je newtonovský šokový model nesprávny, experimentálne ukázali experimenty, ktoré ukázali, že skutočný odpor prúdenia je nižší, ako predpovedal newtonovský model, a generovaný zdvih je vyšší. Dôvodom týchto nezrovnalostí je, že v Newtonovom modeli častice vzduchu medzi sebou nijako neinteragujú, zatiaľ čo skutočné prúdnice sa nemôžu navzájom pretínať, ako je znázornené na obrázku vyššie. Konvenčné „častice vzduchu“, ktoré „poskakujú“ pod krídlom nadol, narazia do ostatných a začnú ich „tlačiť“ preč od krídla ešte skôr, ako s ním narazia, a častice prúdu vzduchu nad krídlom „vytlačia“ vzduchové častice umiestnené nižšie, do prázdneho priestoru, ktorý zostal za krídlom:

Inými slovami, interakcia „odrazených“ a „blížiacich sa“ tokov vytvára oblasť vysokého tlaku pod krídlom (červená) a „tieň“ prepichnutý krídlom v prúde vytvára oblasť nízkeho tlaku (modrá). Prvá oblasť odkláňa tok pod krídlom nadol ešte skôr, ako sa tento prúd dotkne jeho povrchu, a druhá spôsobuje, že sa tok nad krídlom ohýba nadol, aj keď sa krídla vôbec nedotkol. Kumulatívny tlak týchto oblastí pozdĺž obrysu krídla v skutočnosti v konečnom dôsledku vytvára zdvih. Zároveň je zaujímavým bodom, že oblasť vysokého tlaku pred krídlom sa v prípade správne navrhnutého krídla dotýka jeho povrchu iba pozdĺž malej oblasti na nábežnej hrane krídla, zatiaľ čo oblasť vysokého tlaku pod krídlo a oblasť nízkeho tlaku nad ním sa krídla veľa dotýkajú veľká plocha... Výsledkom je, že zdvih krídla generovaný dvoma oblasťami okolo horných a dolných plôch krídla môže byť oveľa väčší ako sila odporu vzduchu generovaná oblasťou vysokého tlaku pred prednou hranou krídla.

Pretože prítomnosť oblastí rôzneho tlaku ohýba línie prúdenia vzduchu, je často vhodné definovať tieto oblasti presne týmto ohybom. Napríklad, ak sa prúdnice nad krídlom „ohýbajú“, potom v tejto oblasti existuje tlakový gradient smerujúci zhora nadol. A ak je v dostatočne veľkej vzdialenosti nad krídlom tlak atmosférický, potom ako sa blíži ku krídlu zhora nadol, tlak by mal klesnúť a priamo nad krídlom bude pod atmosférickým tlakom. Po zvážení podobného „zakrivenia nadol“, ale už pod krídlom, zistíme, že ak začneme z dostatočne nízkeho bodu pod krídlom, potom sa priblížime k krídlu zdola nahor a dostaneme sa do tlakovej oblasti, ktorá bude vyššie ako atmosférické. Podobne „odsunutie“ prúdnicových vedení pred prednú hranu krídla zodpovedá existencii oblasti zvýšeného tlaku pred touto hranou. V rámci tejto logiky to môžeme povedať krídlo vytvára vztlak ohnutím prúdu vzduchu okolo krídla... Pretože sa zdá, že sa vzduchové kanály „prilepia“ na povrch krídla (Coandov efekt) a na seba navzájom, zmenou profilu krídla nútime vzduch, aby sa okolo neho pohyboval po zakrivenej trajektórii, a preto vytvárame požadovaný tlakový gradient. Na zaistenie letu hore nohami napríklad stačí vytvoriť požadovaný uhol nárazu nasmerovaním nosa lietadla zo zeme:

Zase trochu nečakané, však? Napriek tomu je toto vysvetlenie už bližšie k pravde ako pôvodná verzia „vzduch sa nad krídlom zrýchľuje, pretože potrebuje prejsť väčšiu vzdialenosť nad krídlom ako pod ním“. Navyše, podľa jeho pojmov je najľahšie pochopiť jav nazývaný „zastavenie“ alebo „zastavenie lietadla“. V normálnej situácii zvýšením uhla nábehu krídla zvýšime zakrivenie prúdu vzduchu a podľa toho aj zdvih. Cenou za to je nárast odporu, pretože oblasť nízkeho tlaku sa postupne presúva z nadkrídlových do mierne off-wingových a tým začína spomaľovať lietadlo. Po určitom limite sa však situácia zrazu prudko zmení. Modrá čiara na grafe je súčiniteľ zdvihu, červená čiara je súčiniteľ odporu, vodorovná os zodpovedá uhlu nábehu.

Faktom je, že „priľnavosť“ prúdu k prúdnicovému povrchu je obmedzená, a ak sa pokúsime príliš ohnúť prúd vzduchu, začne sa „odpájať“ od povrchu krídla. Nízkotlaková oblasť, ktorá sa tvorí za krídlom, začína „nasávať“ nie prúdenie vzduchu vychádzajúceho z nábežnej hrany krídla, ale vzduch z oblasti ponechanej za krídlom a zdvih generovaný hornou časťou krídla. úplne alebo čiastočne (v závislosti od toho, kde k zdvihnutiu došlo) zmizne a odpor sa zvýši.

Pre konvenčné lietadlo je státie mimoriadne nepríjemnou situáciou. Vztlak krídla sa znižuje so znižovaním rýchlosti lietadla alebo so znižovaním hustoty vzduchu a okrem toho otáčanie lietadla vyžaduje viac zdvihu než len vodorovný let. Pri bežnom lete sú všetky tieto faktory kompenzované voľbou uhla nárazu. Čím pomalšie lietadlo letí, tým je vzduch menej hustý (lietadlo naň vyliezlo veľká výška alebo si sadne v horúcom počasí) a čím strmšia bude zákruta, tým viac budete musieť urobiť ten roh. A ak neopatrný pilot prekročí určitú čiaru, zdvíhacia sila spočíva na „strope“ a prestáva byť dostatočná na to, aby udržala lietadlo vo vzduchu. Pridanie problémov a zvýšený odpor vzduchu, čo vedie k strate rýchlosti a ďalšiemu zníženiu zdvihu. Výsledkom je, že lietadlo začne padať - „prevrátiť sa“. Po ceste môžu nastať problémy s ovládaním v dôsledku skutočnosti, že výťah je prerozdelený cez krídlo a začne sa pokúšať „otočiť“ lietadlo alebo sa riadiace plochy ocitnú v oblasti zastaveného toku a prestanú generovať dostatočné riadiaca sila. A v prudká zákruta napríklad tok môže narušiť iba jedno krídlo, v dôsledku čoho lietadlo začne nielen strácať výšku, ale aj sa otáčať - prejde do chvosta. Kombinácia týchto faktorov zostáva jednou z bežných príčin leteckých nehôd. Na druhej strane, niektoré moderné bojové lietadlá sú špeciálne navrhnuté takým špeciálnym spôsobom, aby udržali ovládateľnosť v takýchto superkritických útočných režimoch. To umožňuje takýmto bojovníkom v prípade potreby prudko zabrzdiť vo vzduchu. Niekedy sa používa na brzdenie v priamom lete, ale častejšie je to žiadané v zákrutách, pretože čím nižšia je rýchlosť, tým menší je, a všetky ostatné veci sú rovnaké, polomer otáčania lietadla. A áno, uhádli ste - to je samotná „super -manévrovateľnosť“, na ktorú sú špecialisti, ktorí navrhli aerodynamiku domácich bojovníkov 4. a 5. generácie, zaslúžene hrdí.

Ešte sme však neodpovedali na hlavnú otázku: odkiaľ v skutočnosti pochádzajú oblasti vysokého a nízkeho tlaku okolo krídla v prichádzajúcom prúdení vzduchu? Koniec koncov, oba javy („priľnavosť toku k krídlu“ a „nad krídlom sa vzduch pohybuje rýchlejšie“), ktoré môžu vysvetľovať let, sú dôsledok určité rozloženie tlaku okolo krídla, a nie jeho príčina. Prečo sa však vytvára presne taký obraz tlakov, a nie nejaký iný?

Odpoveď na túto otázku si už bohužiaľ vyžaduje zapojenie matematiky. Predstavme si, že naše krídlo je nekonečne dlhé a rovnaké po celej dĺžke, aby pohyb vzduchu okolo neho bolo možné modelovať v 2D reze. A na začiatok predpokladajme, že naše krídlo je ... nekonečne dlhý valec v prúde ideálnej tekutiny. Vzhľadom na nekonečnosť valca je možné takýto problém obmedziť na zváženie toku ideálnej tekutiny okolo kruhu v rovine. Pre taký triviálny a idealizovaný prípad existuje presné analytické riešenie, ktoré predpovedá, že keď je valec nehybný, celkový účinok tekutiny na valec bude nulový.

Teraz sa pozrime na šikovnú transformáciu roviny na seba, ktorú matematici nazývajú konformné mapovanie. Ukazuje sa, že si môžete vybrať transformáciu, ktorá na jednej strane zachová pohybové rovnice toku tekutiny a na druhej strane zmení kruh na postavu s krídlovým profilom. Potom sa potrubia toku tekutiny pre valec transformované rovnakou transformáciou stanú riešením pre tok tekutiny okolo nášho improvizovaného krídla.

Náš pôvodný kruh v prúde ideálnej tekutiny má dva body, v ktorých sa prúdnice dotýkajú povrchu kruhu, a preto po nanesení transformácie na valec budú na povrchu profilu existovať rovnaké dva body. A v závislosti od rotácie toku vzhľadom na pôvodný valec („uhol útoku“) budú umiestnené na rôznych miestach na povrchu vytvoreného „krídla“. A takmer vždy to bude znamenať, že niektoré línie toku tekutiny okolo profilu sa budú musieť ohýbať okolo zadného ostrého okraja krídla, ako je to znázornené na obrázku vyššie.

To je potenciálne možné pre ideálnu tekutinu. Ale nie pre toho skutočného.

Prítomnosť čo i len malého trenia (viskozity) v skutočnej kvapaline alebo plyne vedie k tomu, že tok podobný tomu, ktorý je znázornený na obrázku, sa okamžite naruší - horný tok posunie bod, v ktorom sa prúdnica dotkne povrchu krídla, až kým sa je striktne na odtokovej hrane krídla (postulát Žukovského-Chaplygina, alias aerodynamický stav Kuttu). A ak transformujeme „krídlo“ späť na „valec“, posunuté prúdnice budú vyzerať takto:

Ale ak je viskozita kvapaliny (alebo plynu) veľmi nízka, potom by roztok získaný podobným spôsobom mal byť vhodný aj pre valec. A ukazuje sa, že takéto riešenie je skutočne možné nájsť, ak predpokladáme, že valec otáča sa... To znamená, že fyzické obmedzenia súvisiace s prúdením tekutiny okolo odtokovej hrany krídla vedú k tomu, že pohyb tekutiny zo všetkých možných riešení bude mať tendenciu dospieť k jednému konkrétnemu riešeniu, v ktorom sa časť toku tekutiny otáča okolo ekvivalentu valec, ktorý sa od neho odtrhol v presne definovanom bode ... A pretože rotujúci valec vytvára v prúde tekutiny zdvíhaciu silu, zodpovedajúce krídlo ju tiež vytvára. Zložka pohybu toku zodpovedajúca tejto „rýchlosti otáčania valca“ sa nazýva cirkulácia toku okolo krídla a Zhukovského veta hovorí, že podobnú charakteristiku je možné zovšeobecniť pre ľubovoľné krídlo a umožňuje kvantitatívne vypočítať zdvih krídla na základe to. V rámci tejto teórie je zdvih krídla zabezpečený cirkuláciou vzduchu okolo krídla, ktorá je generovaná a udržiavaná na pohybujúcom sa krídle vyššie uvedenými trecími silami, ktoré vylučujú prúdenie vzduchu okolo jeho ostrej odtokovej hrany.

Úžasný výsledok, však?

Popísaná teória je samozrejme veľmi idealizovaná (nekonečne dlhé homogénne krídlo, ideálne homogénne nestlačiteľné prúdenie plynu a kvapaliny bez trenia okolo krídla), ale poskytuje pomerne presnú aproximáciu skutočných krídel a obyčajného vzduchu. Neberte v ňom obeh ako dôkaz, že sa vzduch v skutočnosti otáča okolo krídla. Cirkulácia je jednoducho číslo, ktoré ukazuje, ako odlišný musí byť rýchlosť prúdenia na hornom a dolnom okraji krídla, aby riešenie pohybov toku tekutiny zaistilo oddelenie prúdových potrubí striktne na odtokovej hrane krídla. Tiež by ste nemali brať „princíp ostrej zadnej hrany krídla“ ako nevyhnutnú podmienku vzniku zdvihu: postupnosť úvah namiesto toho znie ako „ak má krídlo ostrú zadnú hranu, zdvih je vytvorený týmto spôsobom . "

Skúsme to zhrnúť. Interakcia vzduchu s krídlom vytvára okolo krídla oblasti vysokého a nízkeho tlaku, ktoré ohýbajú prúdenie vzduchu tak, aby sa ohýbalo okolo krídla. Ostrá odtoková hrana krídla vedie k tomu, že pri ideálnom prúdení je zo všetkých potenciálnych riešení pohybových rovníc realizovaná iba jedna konkrétna, ktorá vylučuje pretečenie vzduchu okolo ostrej odtokovej hrany. Toto riešenie závisí od uhla nárazu a konvenčné krídlo má oblasť nízkeho tlaku nad krídlom a oblasť vysokého tlaku pod ním. Zodpovedajúci tlakový rozdiel tvorí zdvih krídla, zrýchľuje pohyb vzduchu nad horným okrajom krídla a spomaľuje vzduch pod dolným okrajom. Je vhodné kvantitatívne popísať vztlakovú silu numericky prostredníctvom tohto rozdielu rýchlostí nad a pod krídlom vo forme charakteristiky nazývanej „obeh“ toku. Navyše, v súlade s tretím Newtonovým zákonom, zdvíhacia sila pôsobiaca na krídlo znamená, že krídlo odkláňa časť prichádzajúceho prúdu vzduchu smerom nadol - aby lietadlo mohlo lietať, časť vzduchu, ktorý ho obklopuje, sa musí neustále pohybovať nadol. Lietadlo sa opierajúc o prúd vzduchu smerom nadol „letí“.

Jednoduché vysvetlenie „vzduchu, ktorý potrebuje cestovať dlhšou vzdialenosťou nad krídlom ako pod ním“ je nesprávne.

Žarty bokom, ale istý nádych vážnosti sa v takejto situácii objavuje nielen u človeka zaťaženého leteckými znalosťami. Uvedený štyridsaťtonový „blázon“ je navyše vo všeobecnosti priemerným lietadlom ruského letectva SU-24. Nuž, a ak sa tento „seriózny“ človek stane svedkom pokojného, ​​ale ó, veľmi sebavedomého vzletu najväčšieho na svete dopravné lietadlo AN-225 „Mriya“ („Sen“ v ukrajinčine, kto nevie)? .. K ničomu inému sa nebudem vyjadrovať. Len dodám, že vzletová hmotnosť tohto „vtáka“ je 600 ton.

Áno, dojmy na tomto základe môžu byť veľmi hlboké. Ale nech je to akokoľvek, emócie s tým absolútne nesúvisia. Fyzika. Jedna nahá fyzika. V súlade s fyzikálnymi zákonmi sa všetky lietadlá dvíhajú do vzduchu, počnúc ľahkými športovými lietadlami a končiac ťažkými dopravnými lietadlami a zdanlivo úplne beztvarými helikoptérami, ktoré sú vo vzduchu nepochopiteľne držané. A to všetko sa deje vďaka zdvíhacej sile a dokonca aj ťahovej sile motora.

Frázu „zdvíhacia sila“ pozná takmer každá osoba, ale prekvapujúce je, že nie každý môže povedať, odkiaľ pochádza, práve z tejto sily. Medzitým je možné jeho pôvod vysvetliť jednoducho, doslova „na prstoch“, bez toho, aby ste sa dostali do matematickej džungle.

Ako viete, hlavnou nosnou plochou lietadla je krídlo. Takmer vždy má určitý profil, v ktorom je spodná časť plochá a horná časť je konvexná (podľa určitého zákona). Prúd vzduchu, ktorý prechádza pod spodnou časťou profilu, takmer nemení jeho štruktúru a tvar. Prechádzajúc hornou časťou sa však zužuje, pretože horný povrch profilu je preňho ako konkávna stena v potrubí, cez ktoré akoby pretekal práve tento prúd.

Teraz, aby sme určitý čas mohli týmto „stlačeným“ potrubím poháňať rovnaký objem vzduchu, musí sa s ním pohybovať rýchlejšie, čo sa v skutočnosti deje. Zostáva pripomenúť Bernoulliho zákon z obľúbeného školského kurzu fyziky, ktorý hovorí, že čím vyšší je prietok, tým nižší je jeho tlak. Tlak nad krídlom (a teda aj nad celým krídlom) je teda nižší ako tlak pod ním.

Vzniká sila, ktorá sa pokúša „stlačiť“ krídlo, a tým aj celé lietadlo nahor. Ide o spomínaný výťah. Len čo priberie - hurá! Sme vo vzduchu! Letíme! A mimochodom, čím vyššia je naša rýchlosť, tým väčší je zdvih. Ak v budúcnosti vzostup

Sila a hmotnosť sú rovnako veľké, potom lietadlo prejde na vodorovný let. A dobrú rýchlosť nám poskytne silný letecký motor alebo presnejšie ťahová sila, ktorú vytvára.

Pomocou tohto princípu je teoreticky možné nechať vzlietnuť (a úspešne lietať) predmet akejkoľvek hmotnosti a tvaru. Hlavnou vecou je presne vypočítať všetko z hľadiska aerodynamiky a ďalších leteckých vied a správne vyrobiť tento predmet. Keď hovorím o tvare, mám na mysli hlavne helikoptéru. Zariadenie, ktoré vôbec nevyzerá ako lietadlo, je z rovnakého dôvodu držané vo vzduchu. Koniec koncov, každá jeho hlavná, hovoriaca leteckým jazykom, nesúca (veľmi charakteristické slovo, už uvedené vyššie) vrtuľu je rovnaké krídlo s aerodynamickým profilom.

Pohyb v prúde vzduchu s otáčaním vrtule vytvára lopatka zdvíhaciu silu, ktorá mimochodom helikoptéru nielen zdvíha, ale aj posúva dopredu. Za týmto účelom je os otáčania vrtule mierne naklonená (vytvorí sa „zošikmenie“ vrtule) a objaví sa horizontálna zložka zdvihu, ktorá hrá úlohu ťahovej sily leteckého motora. Skrutka ťahá súčasne nahor aj dopredu. V dôsledku toho získame sebavedomý a veľmi spoľahlivý let takého „podivného“ zariadenia, akým je helikoptéra. A, mimochodom, celkom krásny let. Opakovane som zo zeme sledoval akrobaciu bojového vrtuľníka MI -24 - pohľad je jednoducho fascinujúci.

Mimochodom, chcem poznamenať, že vrtule lietadiel so skrutkovými motormi (turbo alebo piestové) sú podobné vrtuľníkovým a používajú rovnaký princíp (hádajte ktorý?). Len zdvíhacia sila tu bola vďaka prítlačnej sile úplne „prekvalifikovaná“. Hovorí sa helikoptérovým spôsobom, „zošikmenie“ vrtule je 90 stupňov.

Áno, letectvo je veľmi krásne. Slová obdivu sú použiteľné v rozhovore o lete akéhokoľvek dostatočne dokonalého lietadla. Či už ide o navonok neponáhľajúceho obra „Mriya“, ťažko pracujúce útočné lietadlo SU-25 alebo šikovného športového akrobatického pilota. Celá táto krása je výsledkom niekedy mnoho rokov usilovnej práce vedcov a leteckých inžinierov, aerodynamiky, inžinierov motorov, silových špecialistov atď.

A letecká veda je v skutočnosti rovnako ťažká ako zaujímavá. Je však vo všeobecnosti založený na jednoduchom fyzikálnom princípe formovania vztlaku, ktorého podstatu je možné v prípade potreby veľmi ľahko vysvetliť a ktorá napriek tomu pomáha realizovať odvekú túžbu ľudstva lietať ...