Kuşlar neden uçar. Uçak neden uçar. Aşırı sıcakta uçaklar neden havalanamıyor?

Gibi hizmetlerde sık sık uçuyorsanız veya sık sık uçak izliyorsanız, muhtemelen kendinize uçağın neden bu şekilde uçtuğunu ve başka türlü olmadığını sordunuz. Mantık ne? Anlamaya çalışalım.

Uçak neden düz bir çizgide değil de bir yayda uçuyor?

Kabindeki veya evde bir bilgisayarda ekrandaki uçuş yoluna bakarsanız, düz görünmüyor, ancak kavisli, en yakın direğe doğru kavisli (kuzey yarımkürede kuzey, güneyde güney) görünüyor. Aslında, uçak neredeyse tüm rota boyunca düz bir çizgide uçmaya çalışır (ve ne kadar uzun olursa o kadar adil olur). Sadece ekranlar düzdür ve Dünya yuvarlaktır ve hacimsel bir haritanın düz bir haritaya yansıtılması oranlarını değiştirir: kutuplara ne kadar yakınsa, "yay" o kadar kavisli olacaktır. Bunu kontrol etmek çok basit: bir küre alın ve yüzeyinde iki şehir arasında bir ip çekin. Bu en kısa yol olacaktır. Şimdi iplik hattını kağıda aktarırsanız, bir yay elde edersiniz.

Yani, uçak her zaman düz bir çizgide uçar mı?

Uçak istediği gibi uçmaz, elbette mesafeyi en aza indirecek şekilde döşenen hava yolları boyunca uçar. İzler, kontrol noktaları arasındaki bölümlerden oluşur: hem radyo işaretçileri hem de beş harfli atamalara atanan haritadaki basit koordinatlar, genellikle telaffuz edilmesi kolaydır ve bu nedenle akılda kalıcıdır, onlar olarak kullanılabilir. Aksine, onları harf harf telaffuz etmeniz gerekir, ancak görüyorsunuz, DOPIK veya OKUDI gibi kombinasyonları hatırlamak GRDFT ve UOIUA'dan daha kolay.

Her belirli uçuş için rota belirlenirken, uçağın tipi de dahil olmak üzere çeşitli parametreler kullanılır. Bu nedenle, örneğin, çift motorlu uçaklar için (ve aktif olarak üç ve dört motorlu uçakların yerini alıyorlar), rota planlamasını şu şekilde düzenleyen ETOPS (Genişletilmiş menzilli çift motorlu operasyonel performans standartları) yürürlüktedir. okyanusları, çölleri veya kutupları geçen uçak, aynı zamanda bu tür uçakları alabilecek en yakın havaalanına belirli bir uçuş süresi içindedir. Bu sayede motorlardan birinin arızalanması durumunda komisyon yerine ulaşması garanti edilebilir. Acil iniş... Çeşitli uçak ve havayolları sertifikalandırılmıştır. farklı zaman uçuş, 60, 120 ve hatta 180 ve nadir durumlarda 240 (!) dakika olabilir. Bu arada Airbus A350XWB'nin 350 dakika, Boeing-787'nin 330 dakika sertifikalandırılması planlanıyor; bu, Sydney-Santiago (dünyanın en uzun ticari denizaşırı rotası) gibi rotalarda bile dört motorlu uçakları ortadan kaldıracaktır.

Uçaklar havaalanında nasıl hareket eder?

İlk olarak, her şey hangi şeritte olduğuna bağlı şu an Kalkışlar kalkış havaalanında gerçekleşir ve varış havaalanında hangi uçağa binilir. Birkaç seçenek varsa, her biri için birkaç çıkış ve yaklaşma şeması vardır: bunu parmaklarınızda açıklarsanız, planın her noktasını belirli bir yükseklikte belirli bir yükseklikte (içinde) uçak takip etmelidir. limitler) hız. Şerit seçimi, mevcut havaalanı yüküne ve her şeyden önce rüzgara bağlıdır. Gerçek şu ki, hem kalkış hem de iniş sırasında rüzgar yaklaşmalıdır (veya yandan esiyor, ancak yine de önden): rüzgar arkadan esiyorsa, o zaman uçağın hızına göre çok yüksek olması gerekir. havaya göre gerekli hızı korumak için zemin - belki de şeridin uzunluğu kalkış veya fren için yeterli değildir. Bu nedenle, rüzgarın yönüne bağlı olarak, uçak kalkış ve iniş sırasında bir yönde veya diğerinde hareket eder ve şerit, onlarca dereceye yuvarlandığında şeridi belirtmek için kullanılan iki kalkış ve iniş rotasına sahiptir. . Örneğin, parkur bir yönde 90, diğer yönde 270 ise ve şerit "09/27" olarak adlandırılacaktır. Çoğu zaman olduğu gibi, eğer büyük havaalanları, iki paralel şerit vardır, bunlar sol ve sağ olarak belirlenmiştir. Örneğin, sırasıyla Sheremetyevo 07L / 25R ve 07R / 25L'de ​​ve Pulkovo - 10L / 28R ve 10R / 28L'de.

Bazı havaalanlarında, şeritler yalnızca bir yönde çalışır - örneğin, Soçi'de bir tarafta dağlar vardır, bu nedenle yalnızca denize doğru kalkış yapabilir ve yalnızca deniz tarafından inebilirsiniz: rüzgarın herhangi bir yönüne, arkadan veya kalkış veya iniş sırasında darbe, bu nedenle pilotların biraz aşırı olması garanti edilir.

Havaalanı bölgesindeki uçuş prosedürleri, çok sayıda kısıtlamayı dikkate alır - örneğin, doğrudan şehirler veya özel bölgeler üzerinde uçak bulunmasının yasaklanması: bunlar hem güvenli nesneler hem de sıradan olabilir yazlık köyler Sakinleri başlarının üzerindeki gürültüyü gerçekten sevmeyen Rublyovka.

Uçak neden bir yönde diğerinden daha hızlı uçar?

Bu, "holivar" kategorisinden bir sorudur - belki de daha fazla kopya, yalnızca uçak hareketli bir kayış üzerinde dururken bulmacanın etrafında kırılmıştır - "kalkış yapacak veya kalkmayacak". Gerçekten de, uçak doğuya batıdan daha hızlı uçuyor ve Moskova'dan Los Angeles'a 13 saat içinde ulaşırsanız, 12'de geri dönebilirsiniz.

Yani batıdan doğuya uçmak doğudan batıya uçmaktan daha hızlıdır.

Hümanist, Dünya'nın döndüğünü düşünür ve bir tarafa uçtuğunuzda varış noktası yaklaşır, çünkü gezegenin altınızda dönmesi için zamanı vardır.

Böyle bir açıklama duyarsanız, acilen kişiye altıncı sınıf için bir coğrafya ders kitabı verin, burada ona ilk olarak Dünya'nın batıdan doğuya döndüğünü açıklayacaklar (yani, bu teoriye göre, her şey diğer olmalıdır) yol) ve ikincisi, atmosfer Dünya ile birlikte döner. Aksi takdirde, bir kişi için havaya alınabilir sıcak hava balonu ve inmeniz gereken yere bir krank bekleyerek yerinde durun: ücretsiz seyahat!

Teknisyen bu fenomeni, eylemsiz olmayan "Dünya düzlemi" referans çerçevesinde düzlemde hareket eden Coriolis kuvveti ile açıklamaya çalışıyor: bir yönde hareket ederken ağırlığı daha fazla ve buna göre diğerinde, az. Tek sorun, Coriolis kuvvetinin yarattığı uçağın ağırlığındaki farkın, gemideki yükün kütlesiyle karşılaştırıldığında bile çok küçük olmasıdır. Ama bu sorunun yarısı: kütle ne zamandan beri hızı etkiliyor? Arabayla ve bir veya beş kişi ile 100 km/s sürebilirsiniz. Tek fark yakıt tüketiminde olacaktır.

Uçağın doğuya batıdan daha hızlı uçmasının gerçek nedeni, birkaç kilometre yükseklikteki rüzgarların çoğu zaman batıdan doğuya doğru esmesi ve böylece bir yönde rüzgarın adil olması ve hızın artmasıdır. dünyaya göre ve diğerinde - yaklaşmakta, yavaşlıyor. Rüzgarlar neden böyle esiyor - örneğin Coriolis'e sorun. Bu arada, yüksek irtifa jet akışlarının incelenmesi (bu Güçlü rüzgarlar atmosferin belirli bölgelerinde nispeten dar hava akımları şeklinde), rotaları "akıntıya girdikten sonra" hızı en üst düzeye çıkaracak ve yakıt tasarrufu sağlayacak şekilde döşemenize olanak tanır.

Uçakların hareket hızı (V) sabit değildir - biri yükselişte, diğeri uçuşta gereklidir.

1. Kalkış aslında gemi şerit boyunca hareket ettiği andan itibaren başlar. Cihaz hızlanır, tuvalden kopmak için gereken hızı alır ve ancak o zaman kaldırma kuvvetinin artması sayesinde yükselir. Ayırma için gereken V, her modelin kılavuzunda ve genel talimatlarda belirtilmiştir. Şu anda motorlar tam kapasitede çalışıyor ve makineye büyük bir yük bindiriyor, bu nedenle süreç en zor ve tehlikeli olarak kabul ediliyor.
2. Uzaya kilitlenmek ve tahsis edilen uçuş seviyesini işgal etmek için farklı bir hıza ulaşmak gerekir. Yatay düzlemde uçuş, ancak uçak Dünya'nın yerçekimini telafi ederse mümkündür.

Uçağın havaya yükselme ve orada kalabilme hızının göstergeleri kesin zaman, isim vermek zor. Belirli bir makinenin ve çevrenin özelliklerine bağlıdırlar. Küçük tek motorlu bir V, mantıksal olarak dev bir yolcu gemisinden daha alçak olacaktır - araç ne kadar büyükse, o kadar hızlı hareket etmesi gerekir.

Boeing 747-300 için, hava yoğunluğu metreküp başına 1,2 kilogram ise, bu saatte yaklaşık 250 kilometredir. Cessna 172 yaklaşık 100'e sahiptir. Yak-40, yoldan 180 km / s, Tu154M - 210 ile ayrılır. Il 96 için ortalama rakam 250'ye ve Airbus A380 - 268'e ulaşır.

Cihaz modelinden bağımsız koşullardan, sayıyı belirlerken şunlara güvenirler:

• rüzgarın yönü ve gücü - yaklaşan burnu yukarı iterek yardımcı olur
• yağış ve hava nemi varlığı - hızlanmayı zorlaştırabilir veya katkıda bulunabilir
• insan faktörü - tüm parametreler değerlendirildikten sonra karar pilot tarafından verilir

Kademe için tipik olan hız, teknik özellikler ah "seyir" olarak belirlenmiştir - bu, arabanın maksimum yeteneklerinin% 80'idir

Seviyedeki hız da doğrudan geminin modeline bağlıdır. Teknik özelliklerde "seyir" olarak belirlenmiştir - bu, makinenin maksimum yeteneklerinin% 80'idir. İlk yolcu "Ilya Muromets" saatte sadece 105 kilometre hıza ulaştı. Şimdi sayı ortalama 7 kat daha fazla.

Airbus A220 ile uçarsanız, gösterge 870 km / s'dir. A310 genellikle saatte 860 kilometre, A320 - 840, A330 - 871, A340-500 - 881, A350 - 903 ve dev A380 - 900 hızında hareket eder. Boeing'lerde yaklaşık olarak aynıdır. Boeing 717 saatte 810 kilometre hızla gidiyor. Kütle 737 - 817-852'de, nesle bağlı olarak, uzun mesafeli 747 - 950, 757 - 850 km / s'de, ilk transatlantik 767 - 851, Triple Seven - 905 ve jet yolcu 787 - 902. söylentiler, şirket için bir astar geliştiriyor sivil Havacılık, insanları bir noktadan diğerine V = 5000'de ulaştıracak. Ancak şimdiye kadar, dünyanın en hızlısı yalnızca askeri:

• Amerikan süpersonik F-4 Phantom II, daha modern olanlara yol açsa da, saatte 2370 kilometrelik bir gösterge ile hala ilk on içinde
• 2450 km / s ile tek motorlu avcı Convair F-106 Delta Dart
• savaş MiG-31 - 2993
• tasarımı MiG-25 - 3030 için temel oluşturan deneysel E-152
• XB-70 Valkyrie prototipi - 3.308
• araştırma Bell X-2 Starbuster - 3 370
• MiG-25, 3492'ye ulaşabilir, ancak bu işarette durmak ve motora zarar vermemek imkansızdır.
• SR-71 Karatavuk - 3540
• dünya lideri X-15 roketli - 7.274

belki ve sivil gemiler bir gün bu göstergelere ulaşmak mümkün olacaktır. Ama kesinlikle yakın gelecekte değil, buradaki asıl faktör ise yolcuların güvenliği.

Uçuş performansının bağlı olduğu bir uçağın 4 parçası

Uçan arabalar, her küçük şeyi sağlayan çok karmaşık tasarımlarda sıradan arabalardan farklıdır. Ve bariz detayların yanı sıra, diğer parçalar da hareketin olanaklarını ve özelliklerini etkiler - toplamda 4 ana parça birleştirildi.

1. Kanat. Bir motor arızası durumunda, ikincisinde en yakın havaalanına uçabiliyorsanız ve ikisinde aynı anda arıza olması durumunda, bir pilot deneyimi ile inebiliyorsanız, hareket noktasından uzaklaşamazsınız. kanatsız. Eğer yoksa, gerekli bir kaldırma kuvveti olmayacaktır. Kanattan tekil olarak bahsetmeleri tesadüf değildir. Popüler inanışın aksine, uçakta bir tane var. Bu kavram, yandan her iki yönde uzaklaşan tüm düzlemi ifade eder.

Bu, havada kalmaktan sorumlu ana kısım olduğundan, tasarımına çok dikkat edilir. Form, kesin hesaplamalara göre oluşturulmuş, doğrulanmış ve test edilmiştir. Ek olarak, kanat, asıl şeyi - insanların güvenliğini - tehlikeye atmamak için muazzam yüklere dayanabilir.

2. Kanatlar ve çıtalar. Büyük miktar Zamanla, uçağın kanadı aerodinamik bir şekle sahiptir, ancak kalkış ve iniş sırasında üzerinde ek yüzeyler belirir. Sefer başında ve sonunda oluşan ağır yükler sırasında alanı arttırmak ve aparata etkiyen kuvvetlerle baş edebilmek için kanat ve latalar üretilmektedir. İniş yaparken, astarı yavaşlatırlar, çok hızlı düşmesine izin vermezler ve yükselişte havada kalmaya yardımcı olurlar.

3. Spoiler. PS'yi düşürmenin gerekli olduğu anlarda kanadın üst kısmında görünürler. Bir tür fren rolü oynarlar. Bu ve önceki paragraftaki ayrıntılar, pilotların manuel olarak çalıştırdığı mekanizasyondur.

4. Motor. Pervane tahrikli olanlar arabayı arkalarından çeker ve jet olanlar onu ileri "ittirir".

Geçen yüzyılın başında bile, çok az kişi uçan bir ulaşım yaratma fikrine inanıyordu, bugün uçaklar kimseyi şaşırtmıyor. Sadece birkaç kişi hareketlerinin ilkelerini anlıyor olsa da - araçların tasarımları, uçuşların fiziği çok karmaşık görünüyor ve birçok yanılsamaya neden oluyor. Ancak sıradan bir yolcunun bunu bilmesine gerek yoktur. Ana şey, her bir gömlek modelinin yeteneklerinin hesaplandığını ve Icarus'un kaderini sadece nadir durumlarda tekrar etmenin mümkün olduğunu hatırlamaktır.

Uçuş yüksekliği en önemli havacılık parametrelerinden biridir. Özellikle hız ve yakıt tüketimi buna bağlıdır. Bazen uçuş güvenliği de irtifa seçimine bağlıdır. Bu nedenle, örneğin, yoğun sis, yoğun bulutlar, yoğun fırtına cephesi veya türbülanslı bölge nedeniyle hava koşulları aniden değiştiğinde pilotlar irtifa değiştirmek zorundadır.

Uçuş yüksekliği ne olmalı

İlk uçuş irtifa kaydı ... üç metreye eşitti. Wilbur ve Orville Wright kardeşlerin Wright Flyer uçağı ilk kez 17 Aralık 1903'te bu yüksekliğe uçtu. 74 yıl sonra, 31 Ağustos 1977'de Sovyet test pilotu Alexander Fedotov, bir MiG-25 avcı uçağıyla 37650 metrelik bir dünya irtifa rekoru kırdı. Şimdiye kadar, avcı uçağının maksimum uçuş yüksekliği olmaya devam ediyor.

Yolcu uçakları hangi yükseklikte uçar?

Optimum uçuş irtifasını (seviyesini) belirlerken, kontrolör veya mürettebat komutanı aşağıdakiler tarafından yönlendirilir. Bildiğiniz gibi, irtifa ne kadar yüksek olursa, hava o kadar fazla boşalır ve uçağın uçması o kadar kolay olur - bu nedenle daha yükseğe tırmanmak mantıklıdır. Bununla birlikte, uçağın kanatlarının desteğe ihtiyacı vardır ve aşırı derecede yüksek irtifa(örneğin, stratosferde) açıkça yeterli değil ve araba "çökmeye" başlayacak ve motorlar duracak.

Sonuç kendini gösteriyor: komutan (ve bugün araç bilgisayarı) "altın ortalamayı" seçiyor - ideal sürtünme kuvveti ve kaldırma kuvveti oranı. Sonuç olarak, her tür yolcu gemileri(hava koşulları, teknik özellikler, uçuş süresi ve yönü dikkate alınarak) optimal irtifası.

Uçaklar neden 10.000 metrede uçar?

Savaşçılar hangi irtifada uçar

Ancak, savaşçıların fahiş yükseklikleri artık "moda değil". Ve bunun için bir açıklama var. Modern hava savunma sistemleri ve havadan havaya savaş füzeleri, herhangi bir irtifadaki hedefleri yok etme yeteneğine sahiptir. Bu nedenle, bir savaşçı için asıl sorun, düşmanı daha erken tespit edip yok etmek ve fark edilmeden gitmektir. 5. nesil avcı uçağının (servis tavanı) optimum uçuş yüksekliği 20.000 metredir.

V modern dünya birçok insan bilim ve teknolojiye ilgi duyar ve en azından Genel taslak onları çevreleyen şeylerin nasıl çalıştığını anlayın. Bu aydınlanma dürtüsü sayesinde bilimsel ve eğitici bir literatür ve Giktimes gibi siteler var. Ve çoğu insan için formül dizilerini okumak ve algılamak zor olduğu için, bu tür basımlarda sunulan teoriler, okuyucuya fikrin "özünü" basit ve anlaşılır bir şekilde aktarma girişiminde kaçınılmaz olarak önemli bir sadeleştirmeye tabi tutulur. anlaşılması ve hatırlanması kolay bir açıklama. Ne yazık ki, bu "basit açıklamalardan" bazıları temelde yanlış ama aynı zamanda o kadar “açık” oldukları ortaya çıkıyor ki, özel şüphelere maruz kalmadan bir yayından diğerine dolaşmaya başlıyorlar ve hatalı olmalarına rağmen çoğu zaman baskın bakış açısı haline geliyorlar.

Örnek olarak, basit bir soruyu yanıtlamayı deneyin: "Uçak kanadındaki asansör nereden geliyor?"

Açıklamanız "kanat üst ve alt yüzeylerinin farklı uzunlukları", "kanadın üst ve alt kenarlarında farklı hava akış hızları" ve "Bernoulli kanunu" içeriyorsa, büyük ihtimalle mağdur olduğunuzu bildirmek zorundayım. bazen okul müfredatında bile öğretilen en popüler efsane.

Önce neden bahsettiğimizi hatırlatalım

Kanat kaldırmanın efsanevi açıklaması şu şekildedir:

1. Kanat altta ve üstte asimetrik bir profile sahiptir.
2. Sürekli hava akışı kanat tarafından biri kanadın üstünden diğeri onun altından geçen iki parçaya bölünür.
3. Hava akışının kanat yüzeyine sıkıca oturduğu laminer akışı düşünüyoruz.
4. Profil asimetrik olduğundan, bir noktada tekrar kanat arkasında birleşebilmek için "üst" akışın "alttaki" akıştan daha uzun bir mesafe kat etmesi gerekir, bu nedenle kanadın üzerindeki hava, kanattan daha yüksek bir hızda hareket etmelidir. onun altında
5. Bernoulli yasasına göre, akış hızının artmasıyla akıştaki statik basınç azalır, bu nedenle kanat üzerindeki akışta statik basınç daha düşük olacaktır.
6. Kanatın altındaki ve üstündeki akıştaki basınç farkı, kaldırma kuvvetidir.

...ya da hala değil mi? ..

Böyle bir teoriyi öne süren ilk insanlardan birinin Albert Einstein'dan başkası olmadığına dair bir hikaye var (ne kadar doğru olduğunu gerçekten bilmiyorum). Bu hikayeye göre, 1916'da ilgili bir makale yazdı ve buna dayanarak, kendi görüşüne göre, kanadın üstündeki ve altındaki hızlardaki farkı en üst düzeye çıkaran ve profilde "ideal kanat" versiyonunu önerdi. şöyle bir şeye benziyordu:

Bu profile sahip tam teşekküllü bir kanat modeli rüzgar tünelinden uçtu, ancak ne yazık ki - aerodinamik niteliklerinin son derece zayıf olduğu ortaya çıktı. Aksine, paradoksaldır! - birçok kanattan mükemmel simetrik kanadın üstündeki ve altındaki hava yolunun temelde aynı olması gereken profil. Einstein'ın mantığında açıkça yanlış bir şeyler vardı. Ve belki de bu yanlışlığın en bariz tezahürü, bazı pilotların akrobatik bir gösteri olarak uçaklarını baş aşağı uçurmaya başlamasıydı. Uçuşta devrilmeye çalışan ilk uçakların akaryakıt ve yağ sorunları vardı, gereken yerde akmıyor, ihtiyaç olmadığı yerde dışarı akıyordu ancak geçen yüzyılın 30'lu yıllarından sonra akaryakıt ve akaryakıt sistemleri, Uzun süreler boyunca ters pozisyonda çalışma, baş aşağı uçma hava gösterilerinde yaygın bir manzara haline geldi. Örneğin 1933'te bir Amerikalı San Diego'dan Los Angeles'a baş aşağı uçtu. Sihirli bir şekilde, ters çevrilmiş kanat hala yukarı doğru kaldırma sağlıyordu.

Bu resme bir bakın - ters uçuş rekorunun ayarlandığına benzer bir uçak gösteriyor. Yukarıdaki mantığa göre aşağıdan yukarıya doğru kaldırma oluşturması gereken geleneksel kanat profiline (Boeing-106B kanat profili) dikkat edin.

Dolayısıyla basit kanat kaldırma modelimizin iki basit gözlemle özetlenebilecek bazı zorlukları var:

1. Kanadın kaldırılması, gelen hava akışına göre yönüne bağlıdır - hücum açısı
2. Simetrik profiller (bir banal düz kontrplak levha dahil) aynı zamanda asansör oluşturur

Basitçe söylemek gerekirse, hava, bize açık görünen bir koşulu yerine getirmek için kanat etrafında belirli bir hızda hareket etmesi gerektiğini "bilmiyor". Ve kanadın üstündeki akış hızı gerçekten altından daha yüksek olsa da, bu öyle değil. neden kaldırma kuvvetinin oluşumu a sonuç kanadın üstünde azaltılmış bir basınç alanı ve kanat altında artan bir basınç alanı olduğu gerçeği. Normal basınç alanından seyrekleşmiş alana geçerken, basınç farkı ile hava hızlanır ve artan basınç ile alana girerken yavaşlar. Böyle bir "Bernoulle olmayan" davranışın önemli bir özel örneği, ekranoplanlar tarafından açıkça gösterilmiştir: kanat yere yaklaştığında, Bernoule'nin çerçevesindeyken kaldırması artar (artan basınç alanı zemin tarafından sıkıştırılır). Akıl yürütmede, kanat, zeminle eşleştiğinde, naif akıl yürütme çerçevesinde, havayı hızlandırması ve böylece kanadı yere çekmesi gereken, daralan bir tünel gibi bir şey oluşturur, tıpkı akıl yürütmede olduğu gibi, anlam bakımından benzer. , "paralel rotalardan geçen vapurların karşılıklı çekiciliği" hakkında. Dahası, bir ekranoplan durumunda, bu tünelin "duvarlarından" biri kanada doğru yüksek bir hızla hareket ettiğinden, havayı daha da "hızlandırdığı" ve daha da büyük bir asansörde azalma. Bununla birlikte, "perde etkisinin" fiili uygulaması, kanat etrafındaki hava akışının hız alanını tahmin etmeye yönelik naif girişimlere dayanan, kaldırma hakkında akıl yürütme mantığının tehlikesini açıkça ortaya koyan zıt bir eğilimi göstermektedir.

İşin tuhafı, 19. yüzyılda reddedilen bir başka yanlış kaldırma kuvveti teorisi, gerçeğe çok daha yakın bir açıklama getiriyor. Sir Isaac Newton, bir nesnenin gelen bir hava akımıyla etkileşiminin, gelen hava akımının nesneye çarpan ve nesneden sıçrayan küçük parçacıklardan oluştuğu varsayılarak simüle edilebileceğini öne sürdü. Nesne gelen akışa göre eğimli olduğunda, parçacıklar ağırlıklı olarak nesne tarafından aşağı doğru yansıtılacaktır ve momentumun korunumu yasası sayesinde, akışın bir parçacığının her aşağı doğru sapması için nesne yukarı doğru bir yansıma alacaktır. itme. Böyle bir modelde ideal bir kanat, gelen akıntıya doğru eğimli düz bir uçurtma olacaktır:

Bu modeldeki kaldırma, kanadın hava akışının bir kısmını aşağıya doğru yönlendirmesi nedeniyle ortaya çıkar, bu yeniden yönlendirme, hava akışına belirli bir kuvvetin uygulanmasını gerektirir ve kaldırma, hava akışının yanından karşılık gelen karşı kuvvettir. kanat. Ve orijinal "şok" modeli, genel olarak konuşursak, böyle genelleştirilmiş bir formülasyonda yanlış olsa da bu açıklama gerçekten doğru... Herhangi bir kanat, gelen hava akışının bir kısmını aşağı doğru saptırdığı için çalışır ve bu, özellikle kanadın kaldırılmasının neden hava akışının yoğunluğu ve hızının karesi ile orantılı olduğunu açıklar. Bu bize doğru cevaba ilk yaklaşımı verir: kanat, kanadı geçtikten sonra hava akış hatları ortalama olarak aşağı doğru yönlendirildiği için kaldırma yaratır. Ve akışı aşağı doğru ne kadar çok saptırırsak (örneğin, hücum açısını artırarak), kaldırma kuvveti o kadar büyük olur.

Biraz beklenmedik bir sonuç, değil mi? Ancak yine de bizi şu gerçeği anlamaya yaklaştırmıyor. Niye kanadı geçtikten sonra hava aşağı doğru hareket ediyor. Newtonian şok modelinin yanlış olduğu, gerçek akış direncinin Newtonian model tarafından tahmin edilenden daha düşük olduğunu ve üretilen kaldırmanın daha yüksek olduğunu gösteren deneylerle deneysel olarak gösterilmiştir. Bu farklılıkların nedeni, Newton'un modelinde, yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi, gerçek akım çizgileri birbirini kesemezken, hava parçacıklarının birbirleriyle hiçbir şekilde etkileşime girmemesidir. Kanadın altında aşağı doğru "sıçrayan" geleneksel "hava parçacıkları", diğerleriyle çarpışır ve daha onunla çarpışmadan önce onları kanattan "itmeye" başlar ve kanadın üzerindeki hava akımı parçacıkları, bulunan hava parçacıklarını "dışarı iter". aşağıda, kanadın arkasında kalan boş alana:

Diğer bir deyişle, "sıçrayan" ve "yaklaşan" akışların etkileşimi, kanadın altında yüksek bir basınç alanı (kırmızı) oluşturur ve akışta kanadın deldiği "gölge" bir alçak basınç alanı (mavi) oluşturur. Birinci alan, daha bu akış yüzeyine değmeden kanat altındaki akışı aşağı doğru saptırır ve ikincisi, kanat üzerindeki akışı, kanada hiç değmese de aşağı doğru bükmesine neden olur. Kanat konturu boyunca bu alanların kümülatif basıncı, aslında, nihayetinde kaldırmayı oluşturur. Aynı zamanda ilginç bir nokta, düzgün tasarlanmış bir kanat durumunda kanadın önündeki yüksek basınç alanının, kanadın ön kenarındaki küçük bir alan boyunca yüzeyine temas ederken, kanadın altındaki yüksek basınç alanının ise kanat yüzeyine temas etmesidir. kanat ve üstündeki alçak basınç alanı kanada çok dokunur geniş alan... Sonuç olarak, üst ve alt kanat yüzeyleri etrafındaki iki bölge tarafından oluşturulan kanat kaldırma kuvveti, kanadın hücum kenarının önündeki yüksek basınç bölgesinin oluşturduğu hava sürükleme kuvvetinden çok daha büyük olabilir.

Farklı basınçlı alanların mevcudiyeti hava akış hatlarını büktüğünden, bu alanları bu dirsek ile tam olarak tanımlamak genellikle uygundur. Örneğin, kanadın üzerindeki akış çizgileri "aşağı eğilirse", bu alanda yukarıdan aşağıya doğru bir basınç gradyanı vardır. Ve eğer kanadın üzerinde yeterince büyük bir mesafede basınç atmosferik ise, o zaman kanada yukarıdan aşağıya yaklaştıkça basınç düşmelidir ve doğrudan kanadın üstünde atmosferik basıncın altında olacaktır. Benzer bir "aşağı eğriliği" göz önünde bulundurarak, ancak zaten kanadın altında, kanadın altında yeterince alçak bir noktadan başlarsak, kanada aşağıdan yukarıya doğru yaklaşırken, bir basınç bölgesine geleceğimizi görüyoruz. atmosferden daha yüksektir. Benzer şekilde, kanadın hücum kenarının önündeki akım çizgilerinin “geri itilmesi”, bu kenarın önünde artan basınç bölgesinin varlığına karşılık gelir. Bu mantık çerçevesinde şunu söyleyebiliriz. kanat, kanadın etrafındaki hava akımını bükerek kaldırma yaratır... Hava akım hatları kanat yüzeyine (Coanda etkisi) ve birbirine "yapışmış" göründüğünden, kanat profilini değiştirerek havayı kavisli bir yörünge boyunca etrafında hareket etmeye zorlarız ve bu nedenle ihtiyacımız olan basınç gradyanını oluştururuz. Örneğin baş aşağı uçuş sağlamak için uçağın burnunu yerden uzağa yönlendirerek istenilen hücum açısını oluşturmak yeterlidir:

Yine biraz beklenmedik, değil mi? Bununla birlikte, bu açıklama, "hava kanat üzerinde hızlanıyor, çünkü kanadın altından daha fazla bir mesafe kat etmesi gerekiyor" şeklindeki orijinal versiyondan gerçeğe daha yakındır. Ek olarak, onun terimleriyle, "durma" veya "uçağın durması" olarak adlandırılan fenomeni anlamak en kolayıdır. Normal bir durumda, kanadın hücum açısını artırarak, hava akışının eğriliğini ve buna bağlı olarak kaldırmayı arttırırız. Bunun bedeli, düşük basınç bölgesi kademeli olarak kanat üstü konumundan hafifçe kanat dışı konuma geçtiği ve dolayısıyla uçağı yavaşlatmaya başladığı için sürüklenmedeki bir artıştır. Ancak belirli bir sınırdan sonra durum aniden keskin bir şekilde değişir. Grafikteki mavi çizgi kaldırma katsayısı, kırmızı çizgi sürükleme katsayısı, yatay eksen hücum açısına karşılık gelir.

Gerçek şu ki, akımın aerodinamik yüzeye "yapışkanlığı" sınırlıdır ve hava akımını çok fazla bükmeye çalışırsak, kanat yüzeyinden "ayrılmaya" başlayacaktır. Kanat arkasında oluşan alçak basınç alanı, kanadın ön kenarından gelen hava akışını değil, kanat arkasında kalan alandan gelen havayı ve kanadın üst kısmının oluşturduğu kaldırma kuvvetini "emmeye" başlar. tamamen veya kısmen (kalkışın gerçekleştiği yere bağlı olarak) kaybolacak ve sürükleme artacaktır.

Geleneksel bir uçak için, stall son derece tatsız bir durumdur. Düşen uçak hızı veya azalan hava yoğunluğu ile kanadın kaldırma kuvveti azalır ve ayrıca uçağı döndürmek, düz uçuştan daha fazla kaldırma gerektirir. Normal uçuşta, tüm bu faktörler, hücum açısı seçimi ile telafi edilir. Uçak ne kadar yavaş uçarsa, hava o kadar az yoğundur (uçak büyük yükseklik veya sıcak havada oturur) ve dönüş ne kadar dik olursa, o köşeyi o kadar çok yapmanız gerekir. Ve eğer tedbirsiz bir pilot belirli bir çizgiyi geçerse, kaldırma kuvveti "tavan"a dayanır ve uçağı havada tutmak için yetersiz kalır. Ekleme sorunları ve artan hava direnci, bu da hız kaybına ve kaldırmada daha fazla azalmaya yol açar. Sonuç olarak, uçak düşmeye başlar - "devrilir". Yol boyunca, asansörün kanat üzerinde yeniden dağıtılması ve uçağı "döndürmeye" başlaması veya kontrol yüzeylerinin kendilerini durmuş akış alanında bulması ve yeterli üretmeyi bırakması nedeniyle kontrol sorunları ortaya çıkabilir. kontrol kuvveti. Ve keskin bir dönüş, örneğin, akış yalnızca bir kanattan kesilebilir, bunun sonucunda uçak sadece irtifa kaybetmeye başlamakla kalmaz, aynı zamanda döner - bir kuyruk dönüşüne girer. Bu faktörlerin kombinasyonu, uçak kazalarının yaygın nedenlerinden biri olmaya devam etmektedir. Öte yandan, bazı modern savaş uçakları, bu tür süper kritik saldırı modlarında kontrol edilebilirliği korumak için özel olarak tasarlanmıştır. Bu, bu tür savaşçıların gerektiğinde havada keskin bir şekilde fren yapmasını sağlar. Bazen düz uçuşta fren yapmak için kullanılır, ancak hız ne kadar düşükse, diğer her şey eşitse, uçağın dönüş yarıçapı o kadar küçük olduğundan, dönüşlerde daha sık talep edilir. Ve evet, tahmin ettiniz - bu, 4. ve 5. nesil yerli savaşçıların aerodinamiğini tasarlayan uzmanların haklı olarak gurur duyduğu "süper manevra kabiliyeti".

Ancak, ana soruyu henüz cevaplamadık: aslında, gelen hava akışında kanat çevresindeki yüksek ve alçak basınç alanları nereden geliyor? Ne de olsa, uçuşu açıklayabilen her iki fenomen ("akışın kanada yapışması" ve "kanadın üstünde hava daha hızlı hareket eder"), sonuç nedeni değil, kanat çevresinde belirli bir basınç dağılımı. Ama neden tam olarak böyle bir baskı resmi oluşuyor, başka bir şey değil?

Ne yazık ki, bu sorunun cevabı zaten kaçınılmaz olarak matematiğin katılımını gerektiriyor. Kanadımızın sonsuz uzunlukta ve tüm uzunluğu boyunca aynı olduğunu düşünelim, böylece etrafındaki hava hareketi iki boyutlu bir kesitte modellenebilir. İlk olarak, kanadımızın ideal bir sıvı akışında sonsuz uzunlukta bir silindir olduğunu varsayalım. Silindirin sonsuz olması nedeniyle, böyle bir problem, ideal bir akışkanın bir düzlemdeki bir daire etrafındaki akışını dikkate almaya indirgenebilir. Böyle önemsiz ve idealleştirilmiş bir durum için, silindir sabit olduğunda sıvının silindir üzerindeki toplam etkisinin sıfır olacağını öngören kesin bir analitik çözüm vardır.

Şimdi matematikçilerin uyumlu haritalama olarak adlandırdıkları akıllı bir düzlemden kendine dönüşüme bakalım. Bir yandan sıvı akışının hareket denklemlerini koruyan ve diğer yandan daireyi kanat benzeri bir profile sahip bir şekle dönüştüren bir dönüşüm seçebileceğiniz ortaya çıktı. Daha sonra aynı dönüşümle dönüştürülen silindir için akışkan akış hatları, doğaçlama kanadımız etrafındaki akışkan akışı için çözüm haline geliyor.

İdeal bir akışkanın akışındaki orijinal dairemiz, akış çizgilerinin dairenin yüzeyine temas ettiği iki noktaya sahiptir ve bu nedenle, dönüşümü silindire uyguladıktan sonra profilin yüzeyinde aynı iki nokta olacaktır. Ve orijinal silindire ("hücum açısı") göre akışın dönüşüne bağlı olarak, oluşturulan "kanat" yüzeyinde farklı yerlere yerleştirilecektir. Ve hemen hemen her zaman bu, yukarıdaki resimde gösterildiği gibi, kanat profilinin etrafındaki bazı sıvı akış çizgilerinin kanadın keskin, keskin kenarı etrafında bükülmesi gerektiği anlamına gelir.

Bu ideal bir sıvı için potansiyel olarak mümkündür. Ama gerçek için değil.

Gerçek bir sıvı veya gazda hafif bir sürtünme (viskozite) olması bile, resimde gösterilene benzer bir akışın hemen bozulmasına neden olur - üst akış, akış çizgisinin kanat yüzeyine değdiği noktayı, akış çizgisinin kanat yüzeyine değdiği noktaya kadar kaydırır. kesinlikle kanadın arka kenarındadır (Zhukovsky-Chaplygin'in varsayımı, yani Kutta'nın aerodinamik durumu). Ve "kanadı" tekrar bir "silindire" dönüştürürsek, kaydırılan akış çizgileri şöyle olacaktır:

Ancak sıvının (veya gazın) viskozitesi çok düşükse benzer şekilde elde edilen çözeltinin silindir için de uygun olması gerekir. Ve silindirin olduğunu varsayarsak, böyle bir çözümün gerçekten bulunabileceği ortaya çıktı. döner... Yani, kanadın arka kenarı etrafındaki sıvı akışıyla ilişkili fiziksel sınırlamalar, olası tüm çözümlerden sıvı hareketinin, sıvı akışının bir kısmının eşdeğer bir etrafında döndüğü belirli bir çözüme ulaşma eğiliminde olmasına yol açar. silindir, ondan kesin olarak tanımlanmış bir noktada kopuyor ... Dönen bir silindir sıvı akışında bir kaldırma kuvveti oluşturduğundan, karşılık gelen kanat da onu yaratır. Akış hareketinin bu "silindir dönüş hızına" karşılık gelen bileşenine, kanat etrafındaki akış sirkülasyonu denir ve Zhukovsky'nin teoremi, benzer bir özelliğin keyfi bir kanat için genelleştirilebileceğini ve kanat kaldırma kuvvetinin nicel olarak hesaplanmasına izin verdiğini söyler. o. Bu teori çerçevesinde, kanat kaldırma, keskin arka kenarı etrafındaki hava akışını dışlayan yukarıdaki sürtünme kuvvetleri tarafından hareketli kanatta oluşturulan ve tutulan kanat etrafındaki hava sirkülasyonu ile sağlanır.

Şaşırtıcı sonuç, değil mi?

Tarif edilen teori elbette oldukça idealleştirilmiştir (sonsuz uzunlukta homojen kanat, kanat çevresinde sürtünmesiz ideal homojen sıkıştırılamaz gaz/sıvı akışı), ancak gerçek kanatlar ve sıradan hava için oldukça doğru bir yaklaşım verir. Sadece içindeki dolaşımı, havanın aslında kanat etrafında hareket ettiğinin kanıtı olarak almayın. Sirkülasyon, basitçe, kanadın üst ve alt kenarlarındaki akışın hızının ne kadar farklı olması gerektiğini gösteren bir sayıdır, böylece sıvı akış hareketlerinin çözümü, akış çizgilerinin kesinlikle kanadın arka kenarında ayrılmasını sağlar. Ayrıca "kanadın keskin bir arka kenarı ilkesini" kaldırmanın ortaya çıkması için gerekli bir koşul olarak almamalısınız: bunun yerine akıl yürütme sırası "kanadın keskin bir arka kenarı varsa, o zaman kaldırma bu şekilde oluşur" gibi geliyor. "

Özetlemeye çalışalım. Havanın kanatla etkileşimi, kanat çevresinde yüksek ve alçak basınç alanları yaratır, bu da hava akışını kanat etrafında bükülecek şekilde büker. Kanadın keskin arka kenarı, ideal akışta, hareket denklemlerinin tüm potansiyel çözümlerinin, keskin arka kenarın etrafındaki havanın taşmasını hariç tutan yalnızca bir spesifik çözümünün gerçekleştirilmesine yol açar. Bu çözüm hücum açısına bağlıdır ve geleneksel bir kanatta, kanadın üstünde düşük basınç alanı ve altında yüksek basınç alanı bulunur. Karşılık gelen basınç farkı kanadın kaldırılmasını oluşturur, havanın kanadın üst kenarının üzerinde daha hızlı hareket etmesini sağlar ve alt kenarın altındaki havayı yavaşlatır. Kanadın üstündeki ve altındaki hızlardaki bu fark aracılığıyla, kaldırma kuvvetini, akışın "deviri" adı verilen bir özellik biçiminde sayısal olarak tanımlamak uygundur. Üstelik Newton'un üçüncü yasasına göre, kanada etki eden kaldırma kuvveti, kanadın gelen hava akışının bir kısmını aşağı doğru yönlendirmesi anlamına gelir - uçağın uçabilmesi için etrafındaki havanın bir kısmının sürekli olarak aşağı doğru hareket etmesi gerekir. Bu aşağı doğru hava akışına yaslanan uçak “uçar”.

"Kanadın üstünde, altından daha uzun bir mesafe kat etmesi gereken hava"nın basit açıklaması yanlıştır.

Şaka bir yana, ancak böyle bir durumda belirli bir ciddiyet dokunuşu yalnızca havacılık bilgisine sahip bir kişide ortaya çıkmaz. Ayrıca, yukarıda belirtilen kırk tonluk "aptal", genel olarak, Rus Hava Kuvvetleri SU-24'ün ortalama büyüklükteki uçağıdır. Peki, ve eğer bu "ciddi" kişi, dünyanın en büyüğünün yavaş ama oh-oh-çok kendinden emin bir kalkışına tanık olduğu ortaya çıkarsa nakliye uçağı AN-225 "Mriya" (Ukraynaca'da "Rüya", kim bilmiyor)? .. Başka bir şey hakkında yorum yapmayacağım. Sadece bu "kuşun" kalkış ağırlığının 600 ton olduğunu ekleyeceğim.

Evet, bu temelde izlenimler çok derin olabilir. Ancak, ne olursa olsun, duyguların bununla kesinlikle hiçbir ilgisi yoktur. Fizik. Bir çıplak fizik. Hafif spor uçaklardan başlayıp ağır nakliye uçaklarına ve anlaşılmaz bir şekilde havada tutulan görünüşte tamamen şekilsiz helikopterlere kadar tüm uçakların havaya kaldırılması fizik yasalarına uymaktır. Ve tüm bunlar, motorun kaldırma kuvveti ve hatta itme kuvveti nedeniyle olur.

"Kaldırma kuvveti" ifadesi hemen hemen her insana aşinadır, ancak şaşırtıcı olan, herkesin nereden geldiğini söyleyememesidir, bu kuvvet. Bu arada, kökeni matematiksel ormana girmeden, kelimenin tam anlamıyla "parmaklarda" açıklanabilir.

Bildiğiniz gibi, bir uçağın ana dayanma yüzeyi kanattır. Neredeyse her zaman alt kısmı düz ve üst kısmı dışbükey (belirli bir yasaya göre) olan belirli bir profile sahiptir. Profilin alt kısmının altından geçen hava akımı neredeyse yapısını ve şeklini değiştirmez. Ancak üst kısımdan geçerken daralır, çünkü onun için profilin üst yüzeyi, içinden bu akışın aktığı görünen bir borudaki içbükey bir duvar gibidir.

Şimdi, aynı hacimdeki havayı bu "sıkılmış" borudan belirli bir süre geçirmek için daha hızlı hareket ettirilmesi gerekiyor, ki bu gerçekten oluyor. Geriye, okulun en sevilen fizik dersinden Bernoulli'nin yasasını hatırlatmakta fayda var; bu, akış hızı ne kadar yüksek olursa, basıncının o kadar düşük olduğunu söylüyor. Böylece, kanat profilinin üzerindeki (ve dolayısıyla tüm kanat üzerindeki) basınç, altındaki basınçtan daha düşüktür.

Kanadı ve dolayısıyla tüm uçağı "sıkıştırmaya" çalışan bir kuvvet ortaya çıkar. Bu yukarıda bahsedilen asansördür. Daha fazla kilo alır almaz - yaşasın! Havadayız! Uçuyoruz! Ve bu arada, hızımız ne kadar yüksek olursa, kaldırma o kadar büyük olur. Gelecekte yükselirse

Güç ve ağırlık büyüklük olarak eşittir, o zaman uçak düz uçuşa geçecektir. Ve bize güçlü bir uçak motoru veya daha doğrusu yarattığı itme kuvveti ile iyi bir hız verilecektir.

Bu prensibi kullanarak, teorik olarak, herhangi bir kütle ve şekle sahip bir nesneyi kalkış yapmak (ve başarılı bir şekilde uçmak) yapmak mümkündür. Ana şey, aerodinamik ve diğer havacılık bilimleri açısından her şeyi doğru bir şekilde hesaplamak ve bu nesneyi doğru bir şekilde üretmektir. Şekilden bahsettiğimde, esas olarak helikopteri kastediyorum. Hiç de uçağa benzemeyen cihaz aynı nedenle havada tutuluyor. Ne de olsa, havacılık dilinde konuşan, pervane taşıyan (çok karakteristik bir kelime, yukarıda zaten tanıştık) ana kanadının her kanadı, aerodinamik profile sahip aynı kanattır.

Pervanenin dönüşü ile hava akışında hareket eden bıçak, bu arada, sadece helikopteri kaldırmakla kalmayıp aynı zamanda ileriye doğru hareket ettiren bir kaldırma kuvveti yaratır. Bunun için, pervanenin dönme ekseni hafifçe eğilir (pervanenin "eğikliği" oluşturulur) ve uçak motorunun itme kuvveti rolünü oynayan asansörün yatay bir bileşeni ortaya çıkar. Vida aynı anda hem yukarı hem de ileri doğru çeker. Sonuç olarak, bir helikopter gibi böyle bir “garip” aparatın kendinden emin ve çok güvenilir bir uçuşunu elde ediyoruz. Ve bu arada, oldukça güzel bir uçuş. Bir MI-24 savaş helikopterinin akrobasisini yerden defalarca izledim - manzara sadece büyüleyici.

Bu arada, vidalı motorlu (turbo veya pistonlu) uçakların pervanelerinin helikopterlere benzediğini ve aynı prensibi kullandıklarını (tahmin edin hangisini?) Burada itme kuvveti nedeniyle sadece kaldırma kuvveti tamamen "yeniden nitelendirildi". Helikopter tarzında konuşursak, pervanenin "eğikliği" 90 derecedir.

Evet, havacılık çok güzel. Yeterince mükemmel herhangi bir uçağın uçuşuyla ilgili konuşmada hayranlık sözleri geçerlidir. Dışarıdan telaşsız dev "Mriya", çalışkan saldırı uçağı SU-25 veya çevik spor akrobasi pilotu olsun. Bütün bu güzellikler, bilim adamları ve havacılık mühendisleri, aerodinamik, motor mühendisleri, güç uzmanları vb.'nin bazen yıllarca süren özenli çalışmalarının sonucudur.

Ve havacılık bilimi aslında ilginç olduğu kadar zor. Ancak, genel olarak, özü istenirse çok kolay açıklanabilen ve yine de, insanlığın asırlık uçma arzusunu gerçekleştirmeye yardımcı olan, asansör oluşumunun basit bir fiziksel ilkesine dayanır. ...