Miért repülnek a madarak. Miért repül egy repülőgép. Miért nem tudnak felszállni a repülőgépek nagy melegben?
A repülőgép olyan repülőgép, amelynek tömege nagyobb, mint a levegő tömege, és az aerodinamikai elv szerint létrejövő emelőerő (a szárny körüli áramlás miatt a levegő egy részét ledobja). A lift a válasz arra a kérdésre, hogy miért repülnek a repülőgépek. Felfekvési felületek (főleg szárnyak) révén jön létre, amikor egy repülőgép légáramlása felé halad, amely sebességet fejleszt. erőmű vagy turbinák. A vonóerőt létrehozó erőműnek köszönhetően a repülőgép képes leküzdeni a légellenállást.
A repülőgépek a fizika törvényei szerint repülnek.
Az aerodinamika mint tudomány Nyikolaj Jegorovics Zsukovszkij kiváló orosz tudós, az aerodinamika megalapítójának tételén alapul, amelyet még 1904-ben fogalmaztak meg. Egy évvel később, 1905 novemberében Zsukovszkij felvázolta a szárnyemelés létrehozásának elméletét. repülőgép a Matematikai Társaság ülésén.
Ahhoz, hogy az emelőerő a levegőbe tudjon emelni egy modern, akár több tíz tonnás repülőgépet is, a szárnyának elegendő területtel kell rendelkeznie. A szárny emelő erejét számos paraméter befolyásolja, mint például a profil, a terület, a szárny síkformája, a támadási szög, a sebesség és a légáramlás sűrűsége. Minden repülőgépnek megvan a saját minimális sebessége, amellyel leesés nélkül fel tud szállni és repülni. Így, minimális sebesség kortárs utasszállító repülőgép 180-250 km/h tartományban van.
Miért repülnek különböző sebességgel a repülőgépek?
A repülőgép mérete a repülőgép szükséges sebességétől függ. A szárny területe lassú szállító repülőgép elég nagynak kell lennie, mivel a szárny emelőereje és a repülőgép által kifejlesztett sebesség egyenesen arányos. Nagy tér A lassú repülőgépek szárnyai annak a ténynek köszönhető, hogy kellően alacsony sebességnél az emelőerő kicsi.
A nagysebességű repülőgépek általában sokkal kisebb szárnyakkal rendelkeznek, miközben megfelelő emelőképességet biztosítanak. Hogyan kisebb sűrűség levegő, annál kisebb lesz a szárny emelőereje, ezért bekapcsol nagy magasságban a repülőgép sebességének nagyobbnak kell lennie, mint kis magasságban történő repülésnél.
Miért repülnek ilyen magasan a repülők?
A modern repülési magasság sugárhajtású repülőgép 5000 és 10000 méteres tengerszint feletti magasságban található. Ezt nagyon egyszerűen magyarázzák: ilyen magasságban a levegő sűrűsége sokkal kisebb, és ennek következtében a légellenállás is kisebb. Repülőgépek repülnek nagy magasságok, ugyanis 10 kilométeres magasságban repülve a gép 80%-kal kevesebb üzemanyagot fogyaszt, mint egy kilométeres magasságban. De akkor miért nem repülnek még feljebb, a légkör felső rétegeiben, ahol még kisebb a levegő sűrűsége? A helyzet az, hogy a repülőgép-hajtómű szükséges tolóerejének létrehozásához bizonyos minimális levegőellátásra van szükség. Ezért minden repülőgépnek van egy maximális biztonságos repülési magassági korlátja, amelyet "szolgálati plafonnak" is neveznek. Például a Tu-154-es repülőgép gyakorlati mennyezete körülbelül 12 100 méter.
Néhány kutatónak őrült ötleteik támadtak – repülni akartak, de miért volt az eredmény olyan siralmas? Régóta próbálnak szárnyakat csatolni magukhoz, és azokat lengetve madarakként felrepülni az égbe. Kiderült, hogy az emberi erő nem elég ahhoz, hogy szárnycsapásra felemelkedjen.
Első mesteremberek kínai természettudósok voltak. A róluk szóló információkat a "Tsan-han-shu"-ban rögzítik az i.sz. első században. Ezenkívül a történelem tele van ilyen esetekkel, amelyek Európában, Ázsiában és Oroszországban fordultak elő.
A repülés folyamatának első tudományos indoklását Leonardo da Vinci adta 1505-ben. Észrevette, hogy a madaraknak nem kell integetniük, nyugodtan tudnak maradni. Ebből a tudós arra a következtetésre jutott, hogy a repülés akkor lehetséges, ha a szárnyak a levegőhöz képest mozognak, i.e. szárnycsapkodáskor szél hiányában vagy rögzített szárnyakkal.
Miért repül a gép?
Az emelőerő, amely csak a nagy sebességek. A szárny speciális összehúzódása lehetővé teszi az emelés létrehozását. A szárny felett és alatt mozgó levegő megváltozik. A szárny felett ritka, a szárny alatt pedig -. Két függőlegesen irányított légáram jön létre. Az alsó felemeli a szárnyakat, i.e. sík, míg a teteje felfelé tolódik. Így kiderül, hogy nagy sebességnél a repülőgép alatti levegő megszilárdul.
Így valósul meg a függőleges mozgás, de mitől mozog a sík vízszintesen? - Motorok! Úgy tűnik, a légcsavarok befúrják magukat légtér a légellenállás leküzdése.
Így az emelőerő legyőzi a vonóerőt, a vonóerő pedig a fékezőerőt, és a gép repül.
A repülésirányítás mögött meghúzódó fizikai jelenségek
Minden az emelőerő és a gravitációs erő egyensúlyán alapul. A gép egyenesen előre repül. A repülési sebesség növelése növeli az emelőerőt, a repülőgép felemelkedik. Ennek a hatásnak a hatástalanításához a pilótának le kell engednie a repülőgép orrát.
A sebesség csökkentése pont az ellenkező hatást eredményezi, és a pilótának fel kell emelnie a repülőgép orrát. Ha ez nem történik meg, összeomlás következik be. A fenti jellemzők miatt fennáll a lezuhanás veszélye, ha a repülőgép magasságot veszít. Ha ez a talaj közelében történik, a kockázat majdnem 100%. Ha ez magasan a talaj felett történik, a pilótának lesz ideje növelni a sebességet és megnövelni a magasságot.
Hogyan repülnek a repülők?
A repülőgép a levegőnél nehezebb repülőgép. Ez azt jelenti, hogy repüléséhez bizonyos feltételek szükségesek, pontosan kiszámított tényezők kombinációja. A repülőgép repülése annak az emelőerőnek az eredménye, amely akkor lép fel, amikor a levegő a szárny felé áramlik. Pontosan kiszámított szögben van elfordítva, és aerodinamikai alakja van, aminek köszönhetően egy bizonyos sebességgel felfelé kezd emelkedni, ahogy a pilóták mondják, „felszáll a levegőbe”.
A hajtóművek felgyorsítják a repülőgépet és megtartják sebességét. A fúvókák a kerozin égése és a fúvókából nagy erővel kiáramló gázok miatt lökdösik előre a gépet. Csavarmotorok "húzzák" maguk mögött a gépet.
A modern repülőgépek szárnya statikus szerkezet, és önmagában nem képes felhajtóerőt generálni. A többtonnás gép levegőbe emelésének képessége csak a repülőgép erőmű segítségével történő előremozgatása (gyorsítása) után következik be. Ebben az esetben a légáramlás irányával hegyesszögben beállított szárny eltérő nyomást hoz létre: kevésbé lesz a vaslemez felett, és jobban a termék alatt. A nyomáskülönbség az, ami egy aerodinamikai erő kialakulásához vezet, amely hozzájárul az emelkedéshez.
Kapcsolódó anyagok:
Miért hagy nyomot egy repülőgép, és miért nem?
A repülőgép emelése a következő tényezőkből áll:
- Állásszög
- Aszimmetrikus szárnyprofil
A fémlemez (szárny) légáramláshoz való dőlését általában támadási szögnek nevezik. Általában, amikor a repülőgép emelkedik, az említett érték nem haladja meg a 3-5 °-ot, ami elegendő a legtöbb repülőgépmodell felszállásához. A helyzet az, hogy a szárnyak kialakítása jelentős változásokon ment keresztül az első repülőgép megalkotása óta, és ma már aszimmetrikus profil, domborúbb felső fémlemezzel. A termék alsó lapját sík felület jellemzi a légáramlás szinte akadálytalan áthaladása érdekében.
Sematikusan a felhajtóerő létrehozásának folyamata a következőképpen néz ki: a felső légáramoknak nagyobb távolságot kell megtenniük (a szárny domború alakja miatt), mint az alsóknak, miközben a lemez mögötti levegő mennyisége változatlan marad. Ennek eredményeként a felső fúvókák gyorsabban mozognak, és a Bernoulli-egyenlet szerint alacsony nyomású régiót hoznak létre. Közvetlenül a szárny feletti és alatti nyomáskülönbség a hajtóművek működésével párosulva segíti a repülőgépet a szükséges magasság elérésében. Emlékeztetni kell arra, hogy a támadási szög értéke nem haladhatja meg a kritikus jelet, különben az emelőerő csökken.
A szárnyak és a motorok nem elegendőek az irányított, biztonságos és kényelmes repüléshez. A gépet irányítani kell, az irányítási pontosságra pedig leginkább a leszállás során van szükség. A pilóták a leszállást irányított esésnek nevezik – a repülőgép sebességét lecsökkentik, így az elkezd veszíteni a magasságból. Egy bizonyos sebességnél ez az esés nagyon sima lehet, ami a futómű kerekeinek lágy érintését eredményezi a szalagon.
Kapcsolódó anyagok:
Miért használnak szegecseket a repülésben?
Repülőgéppel repülni teljesen más, mint autót vezetni. A pilóta jármát úgy tervezték, hogy felfelé és lefelé billenjen, és gördülést hozzon létre. A „magadnak” egy mászás. Az „önmagától” csökkenés, merülés. A kanyarodáshoz, az irányváltáshoz meg kell nyomni az egyik pedált, és a kormánykerék segítségével a gépet a kanyarodás irányába billenteni... Ezt egyébként a pilóták nyelvén „kanyarnak” hívják. ” vagy „forduljon”.
A repülés elfordulásához és stabilizálásához függőleges gerinc található a repülőgép farában. Az alatta és felette lévő kis „szárnyak” pedig vízszintes stabilizátorok, amelyek nem engedik, hogy a hatalmas gép ellenőrizhetetlenül emelkedjen és süllyedjen. A vezérlést szolgáló stabilizátorokon mozgatható síkok - liftek vannak.
A hajtóművek vezérléséhez a pilóták ülései között karok találhatók – felszálláskor teljesen előre, a maximális tolóerőre kerülnek át, ez a felszállási sebesség eléréséhez szükséges felszállási mód. Leszálláskor a karok teljesen visszahúzódnak - minimális tolóerő üzemmódban.
Sok utas érdeklődve figyeli, ahogy a hatalmas szárny hátulja leszállás előtt hirtelen leesik. Ezek szárnyak, a szárny „gépesítése”, amely több feladatot lát el. Süllyedéskor a teljesen kiterjesztett gépesítés lelassítja a repülőgépet, nehogy túlságosan felgyorsuljon. Leszálláskor, amikor a sebesség nagyon alacsony, a szárnyak további emelést hoznak létre a zökkenőmentes magasságvesztés érdekében. Felszállás közben segítenek a főszárnynak a levegőben tartani az autót.
Ősidők óta a madarak repülését figyelve az ember maga akart megtanulni repülni. A madárként való repülés vágya tükröződik az ősi mítoszokban és legendákban. Az egyik ilyen legenda Ikarosz legendája, aki szárnyakat készített, hogy a magasba repüljenek, közelebb a sugárzó naphoz. És bár az Icarus repülése tragikusan végződött, a madarak tökéletesen repülnek, annak ellenére, hogy jelentősen nehezebbek a levegőnél. Háromezer évvel e legenda keletkezése után, a 20. század legelején végrehajtották az első emberi repülést repülőgéppel. Ez a repülés mindössze 59 másodpercig tartott, és a gép mindössze 260 métert repült. Így vált valóra egy férfi régi álma a repülésről. Modern repülőgép egyre messzebbre repülni. Próbáljuk meg kitalálni, miért repül egy hatalmas tömegű gép, miért tud gyorsabban, magasabbra és messzebbre repülni bármely madárnál, miért szárnyalhat sokáig a levegőben egy motor nélküli vitorlázórepülő. Annak ellenére, hogy repülés közben, a madarakkal ellentétben, a repülőgép szárnyai mereven rögzítve vannak a testhez, a repülőgép pontosan repül ezeknek köszönhetően, valamint a tolóerőt létrehozó és a repülőgépet a szükséges sebességre gyorsító hajtóműveknek köszönhetően. A repülőgép szárnyának keresztmetszete nagyon hasonlít a madárszárnyéhoz. És ez nem véletlen, hiszen egy repülőgép tervezésekor az embereket elsősorban a madarak repülése vezérelte. A repülés során négy erő hat a repülőgép szárnyára: a hajtóművek által keltett tolóerő, a Föld felé irányuló gravitációs erő, a légi ellenállási erő, amely akadályozza a repülőgép mozgását, és végül az emelőerő. erőt, amely emelkedést biztosít. Ezen erők aránya határozza meg a repülőgép repülési képességét. Állandó sebességgel történő repüléskor ezen erők összegének 0-nak kell lennie: a tolóerő kompenzálja a húzóerőt, az emelőerő pedig a gravitációs erőt. A repülőgépmodellek megbízható repülőmodelljének elkészítéséhez ezt fontos tudni mindenkinek, aki érdeklődik a repülőgépmodellezés iránt. Nagyon fontos paraméter a támadási szög - a szárny húrja (a szárny elülső és hátsó élét összekötő vonal) és a szárny körüli légáramlás iránya közötti szög. Minél kisebb a támadási szög, annál kisebb a húzóerő, ugyanakkor annál kisebb az emelőerő, ami biztosítja a felszállást és a stabil repülést. Ezért a támadási szög növelése elegendő emelést biztosít a felszálláshoz és a repüléshez. A szárny alakjának aszimmetriája miatt a szárny felett gyorsabban mozog a levegő, mint alatta, és a Bernoulli-egyenlet szerint a szárny alatti légnyomás nagyobb, mint felette. Az így létrejövő emelőerő azonban nem elegendő a felszálláshoz, a fő hatást a szárny alatti légtömörítésnek köszönheti a szembejövő áramlás, ami lényegében a repülőgép szárnyának támadási szögétől függ. A támadási szög megváltoztatásával irányíthatja a repülőgép repülését, ezt a funkciót a szárnyak - a szárny hátsó szélén szimmetrikusan elhelyezett - elhajlott felületek látják el. A szárny teherbíró képességének javítására szolgálnak felszállás, emelkedés, süllyedés és leszállás során, valamint kis sebességgel történő repüléskor. A nagy orosz szerelő, az aerodinamika tudományának megalapítója, Nyikolaj Egorovics Zsukovszkij, miután átfogóan tanulmányozta a madarak repülésének dinamikáját, felfedezte a törvényt, amely meghatározza a szárny emelő erejét. Ezt az erőt a szárny feletti és alatti nyomáskülönbség határozza meg, és a következő képlettel számítják ki: ahol a levegő sűrűsége, a beáramló légáramlás sebessége, a repülőgép szárnyainak területe, a levegő keringésének sebessége a szárny közelében. Az emelés szögtől való függése a lendület megmaradásának törvényével érhető el: Hasonló képletet használtak az emberiség történetében az első repülőgép emelőerejének kiszámítására a Wright testvérek: Ahol ahol - gyorsulás szabadesés, m a repülőgép tömege. Számítsuk ki a Boeing 747-300 felszállási sebességét. Tömege hozzávetőlegesen 3 10 5 kg, szárnyfelülete 511 m 2. Figyelembe véve, hogy a levegő sűrűsége 1,2 kg/m 3, körülbelül 70 m/s vagy körülbelül 250 km/h sebességértéket kapunk. Ezzel a sebességgel szállnak fel a modern utasszállító repülőgépek. A javasolt módszerrel azt javasoljuk, hogy számítsa ki azt a sebességet, amellyel egy 5 kg tömegű és 0,04 m 2 szárnyfelületű repülőgépmodellnek rendelkeznie kell a felszálláshoz. A repülőgépek, különösen közelről, lenyűgözik g-jükkel méretek és ma szója. Ugyanakkor továbbra sem világos, hogyan emelkedik egy ilyen terjedelmes és nehéz tárgy a mennyei magasságokba. Sőt, erre még csak nem is minden felnőtt tud válaszolni, a gyerekek kérdései pedig gyakran zavarba ejtőek. Az emelés megjelenését gyakran a légáramlások statikus nyomásának különbségével magyarázzák a repülőgép szárnyának felső és alsó felületén. A szárny kialakítása olyan, hogy profiljának felső része domború. A szárny körüli légáramlás két részre oszlik: felső és alsó. Az alsó áramlási sebesség gyakorlatilag változatlan marad. De a felső sebessége növekszik, mivel egyszerre nagyobb távolságot kell leküzdenie. Ennek következtében a szárny feletti nyomás csökken. Ezeknek a nyomásoknak a különbsége miatt emelőerő keletkezik, amely a szárnyat felfelé löki, és ezzel együtt a repülőgép felemelkedik. És minél nagyobb ez a különbség, annál nagyobb az emelőerő lej. A sebesség növekedésével az emelés is növekszik. És a gép felszáll. Valószínűleg mindegyikőtök megtette papírrepülőkés erővel elindította őket. VAL VEL Egy modern, akár több tíz tonnás tömegű repülőgépnek elegendő szárnyfelülettel kell rendelkeznie. A szárny emelő erejét számos paraméter befolyásolja, mint például a profil, a terület, a szárny síkformája, a támadási szög, a sebesség és a légáramlás sűrűsége. Minden repülőgépnek megvan a saját minimális sebessége, amellyel leesés nélkül fel tud szállni és repülni. Így a modern utasszállító repülőgépek minimális sebessége 180-250 km/h tartományba esik.Annak érdekében, hogy az emelőerő a levegőbe tudjon emelkedni Pontosan ha egy ilyen repülőgépet erővel feldobnak, akkor az tud messzire repülni, ha pedig könnyedén kiengedik, azonnal a földre esik. Ez azt jelenti, hogy ahhoz, hogy egy papírrepülő a levegőben maradhasson, folyamatosan előre kell haladnia. nagy repülőgépek haladjon előre a légcsavart forgató erős motoroknak köszönhetően. Egy gyorsan forgó légcsavar hatalmas légtömegeket dob ki maga mögé, biztosítva a repülőgép előremozgását. Ha a repülőgép magassága és súlya egyenlő, akkor vízszintesen repül. A repülőgép létrehozásakor nagy figyelmet fordítanak a szárnyra, mert attól függ a repülési teljesítmény biztonsága. Az ablakon kinézve az utas észreveszi, hogy az elgörbült és betörni készül. Ne féljen, csak hatalmas terhelést tud ellenállni. A történelem ismer olyan eseteket, amikor ilyen körülmények között landoltak. Alváz? Semmi sem akadályozza meg a gépet abban, hogy a hasán szálljon le, bizonyos tűzvédelmi intézkedések betartása mellett nem is fog kigyulladni. De egy repülőgép soha nem repülhet szárny nélkül. Miért repülnek ilyen magasan a repülők?
Mert ez hozza létre az emelést. A modern sugárhajtású repülőgépek repülési magassága 5000 és 10000 méter közötti tengerszint feletti magasságban mozog. Ezt nagyon egyszerűen magyarázzák: ilyen magasságban a levegő sűrűsége sokkal kisebb, és ennek következtében a légellenállás is kisebb. A repülőgépek azért repülnek nagy magasságban, mert 10 kilométeres magasságban repülve a repülőgép 80%-kal kevesebb üzemanyagot fogyaszt, mint egy kilométeres magasságban. De akkor miért nem repülnek még feljebb, a légkör felső rétegeiben, ahol még kisebb a levegő sűrűsége? A helyzet az, hogy a repülőgép-hajtómű szükséges tolóerejének létrehozásához bizonyos minimális levegőellátásra van szükség. Ezért minden repülőgépnek van egy maximális biztonságos repülési magassági korlátja, amelyet "szolgálati plafonnak" is neveznek. Például a Tu-154-es repülőgép gyakorlati mennyezete körülbelül 12 100 méter. Miért kell egy repülőgépnek minden üzemanyagot elégetnie leszállás előtt? Összefoglalva azt mondhatjuk, hogy a repülőgép úgy égeti az üzemanyagot, hogy a futómű terhelése ne haladja meg a maximális terhelést, különben a futómű egyszerűen nem fog ellenállni. Sokan félnek leesni 10 km magasságból. Ez a repülőgép szárnyai alatti erős nyomás miatt nem lehetséges. Úgy a levegőben marad, mint egy autó az autópályán. Feltehető a farkára, 100 fokkal elforgatható a tengelye körül, lefelé irányítható - és ha elengedi a kormányt, a repülő egyszerűen himbálózik a levegőben, akár egy hajó a hullámokon.
- Smeaton-együttható, amelyet a 18. században kaptak. Ezt a képletet az előzőből kapjuk 45 0 szögben. Ezzel a képlettel kiszámíthatja azt a minimális sebességet, amelyet egy repülőgépnek fel kell szállnia:
A repülőgép csak akkor tud felszállni, ha az emelőerő nagyobb, mint a súlya. Motor segítségével fejleszti a sebességet
Ha meghibásodik a gép motorja, nem baj, a gép a másodikon repül. Ha mindkét motor meghibásodik
Egy repülőgép (egyébként polgári és katonai) és különösen a futómű tervezésénél mindig van egy olyan paraméter, mint a maximális leszállósúly. Teljesen nyilvánvaló, hogy ez maximális súly amelyet a futómű a leszállás során ellenáll. Amikor a repülőgépet küldetésre készítik fel, annyi üzemanyaggal töltik fel, hogy elrepüljön a tervezett leszállóhelyre + navigációs üzemanyag-ellátás. Ha minden normális, az üzemanyag nem ürül ki. Ha a legénység úgy döntött, hogy leszállítja az autót, és annak tömege meghaladja a maximális leszálló tömeget, akkor megszabadulnak az üzemanyagtól. Különösen gyakran az ilyen helyzetek súlyos meghibásodás esetén fordulnak elő közvetlenül a felszállás után. Azt is meg kell jegyezni, hogy nem minden repülőgép egyszerűen „égeti ki” az üzemanyagot a „fogyás” érdekében, néhány repülőgép vészhelyzeti üzemanyagleeresztő rendszerrel van felszerelve.
