Víte, proč létají letadla?

Let letadlem je zajištěna působením 4 sil: zdvihací síly, gravitace, tažné síly motorů a síly odporu vzduchu. Různým letovým režimům odpovídají různé podmínky pro rovnováhu těchto sil.

Zvedací síla je tvořena asymetrickým profilem křídla, zajišťujícím vyšší rychlost proudění kolem horní plochy křídla oproti spodní ploše (Bernoulliho zákon) a nezávisle na sobě i reakční silou křídla v důsledku úhlu náběhu.

Podrobnosti o úhlu náběhu (α). Když se křídlo letadla pohybuje pod úhlem α k přiváděnému proudu vzduchu, proudění se odráží od spodní plochy křídla a mění horizontální směr pohybu vzduchu na pohyb pod úhlem dolů. Protože vzduch má hmotnost, podle zákona zachování hybnosti bude na spodní povrch působit síla směřující opačným směrem (tj. nahoru, kolmo k povrchu). Reakční síla křídla v důsledku úhlu náběhu spolu se vztlakovou silou v důsledku profilu křídla u letadel se vzájemně doplňují. Rozhodující roli při vztlaku při vysokých rychlostech hraje síla vyplývající z úhlu náběhu. Při určitých úhlech náběhu hraje vztlaková síla vznikající podle Bernoulliho zákona vedlejší roli.

Díky úhlu náběhu může létat téměř cokoliv, dokonce i plochá deska. To vyžaduje dva požadavky – vhodný tah a úhel náběhu.

Proč letadlo letí?

Rýže. 1. Při interakci ploché desky s proudem vzduchu vzniká zvedací síla a odporová síla.

Rýže. 2. Když vzduch proudí kolem zakřiveného křídla, tlak na jeho spodní plochu bude vyšší než na horní. Rozdíl v tlaku dává vztlak.

Rýže. 3. Vychýlením řídící páky mění pilot tvar výškovky (1-3) a křídel (4-6).
Rýže. 4. Kormidlo je vychylováno pedály.

Už jsi někdy letěl? Ne v letadle, ne v helikoptéře, ne v horkovzdušném balónu, ale ty sám – jako pták? To jsi nemusel? A neměl jsem tu možnost. To se však, pokud vím, nikomu nepodařilo.

Proč by to člověk nemohl udělat, protože se zdá, že vše, co musíte udělat, je zkopírovat křídla ptáka, připevnit je na ruce a napodobovat ptáky a vznést se do nebe. Ale nebylo to tam. Ukázalo se, že muž neměl dost síly, aby se na mávajících křídlech zvedl do vzduchu. Letopisy všech národů jsou plné příběhů o takových pokusech, od starých Číňanů a Arabů (první zmínka je v čínské kronice „Canhanshu“, napsané v 1. století našeho letopočtu) až po evropské a ruské. Řemeslníci v různých zemích používali k výrobě křídel slídu, tenké pruty, kůži a peří, ale nikdo nedokázal létat.

V roce 1505 velký Leonardo da Vinci napsal: „. když je pták ve větru, může v něm zůstat, aniž by mával křídly, protože křídlo hraje stejnou roli ve vztahu ke vzduchu, když je vzduch nehybný. pohybující se vzduch hraje ve vztahu ke křídlům, když jsou křídla nehybná“ Zní to složitě, ale v podstatě je to nejen pravda, ale také geniální. Z této myšlenky vyplývá: abyste mohli létat, nemusíte mávat křídly, musíte je přimět k pohybu vzhledem ke vzduchu. A k tomu je potřeba, aby křídlo dostalo horizontální rychlost. Ze vzájemného působení křídla se vzduchem vznikne vztlaková síla, a jakmile je její hodnota větší než hmotnost samotného křídla a všeho s ním spojeného, ​​začne let. Nezbývalo než vyrobit vhodné křídlo a umět jej zrychlit na požadovanou rychlost.

Ale opět vyvstala otázka: jaký tvar má mít křídlo? První experimenty byly prováděny s plochými křídly. Podívejte se na schéma (obr. 1). Působí-li přiváděný proud vzduchu na plochou desku pod malým úhlem, vzniká zvedací síla a odporová síla. Tažná síla se snaží „odfouknout“ desku zpět a zvedací síla se ji snaží zvednout. Úhel, pod kterým vzduch fouká na křídlo, se nazývá úhel náběhu. Čím větší je úhel náběhu, to znamená, čím strměji je deska nakloněna k toku, tím větší je zvedací síla, ale zvyšuje se také síla odporu.

Ještě v 80. letech 2. století vědci zjistili, že optimální úhel náběhu pro ploché křídlo se pohybuje od 9 do XNUMX stupňů. Pokud je úhel menší, odpor bude malý, ale zvedací síla bude také malá. Pokud se otočíte prudčeji směrem k proudu, odpor bude tak velký, že se křídlo promění v plachtu. Poměr velikosti vztlakové síly k velikosti odporové síly se nazývá aerodynamická kvalita. Toto je jedno z nejdůležitějších kritérií souvisejících s letadlem. Je to pochopitelné, protože čím vyšší aerodynamická kvalita, tím méně energie letadlo vynakládá na překonávání odporu vzduchu.

Vraťme se ke křídlu. Pozorní lidé si již dávno všimli, že ptačí křídla nejsou plochá. Ve stejných 1880. letech XNUMX. století provedl anglický fyzik Horatio Phillips experimenty v aerodynamickém tunelu své vlastní konstrukce a dokázal, že aerodynamická kvalita konvexní desky je mnohem vyšší než aerodynamická kvalita ploché. Pro tuto skutečnost existovalo i poměrně jednoduché vysvětlení.

Představte si, že se vám podařilo vyrobit křídlo, jehož spodní plocha je rovná a horní plocha je konvexní. (Model takového křídla je velmi snadné slepit z běžného listu papíru.) Nyní se podíváme na druhé schéma (obr. 2). Proud vzduchu proudící na náběžnou hranu křídla je rozdělen na dvě části: jedna obtéká křídlo zespodu, druhá shora. Vezměte prosím na vědomí, že vzduch shora musí urazit o něco delší dráhu než zdola, takže rychlost vzduchu shora bude také o něco větší než zdola, že? Fyzici ale vědí, že s rostoucí rychlostí klesá tlak v proudu plynu. Podívejte se, co se stane: tlak vzduchu pod křídlem se ukáže být vyšší než nad ním! Rozdíl tlaků směřuje nahoru a to je zvedací síla. A pokud přidáte úhel náběhu, zdvih se ještě zvýší.

Jedním z prvních, kdo vyrobil konkávní křídla, byl talentovaný německý inženýr Otto Lilienthal. Postavil 12 modelů kluzáků a uskutečnil na nich asi tisíc letů. 10. srpna 1896 při letu v Berlíně jeho kluzák převrátil náhlý poryv větru a statečný průzkumný pilot zemřel. Teoretické zdůvodnění ptačího plachtění, na které navázal náš velký krajan Nikolaj Jegorovič Žukovskij, předurčilo celý další vývoj letectví.

Nyní se pokusíme přijít na to, jak lze změnit vztlak a použít k ovládání letadla. Všechna moderní letadla mají křídla vyrobená z několika prvků. Hlavní část křídla je vzhledem k trupu nehybná a na odtokové hraně jsou instalovány malé přídavné vztlakové klapky. Za letu pokračují v profilu křídla a při vzletu, přistání nebo při manévrech ve vzduchu se mohou vychýlit směrem dolů. Zároveň se zvyšuje zvedací síla křídla. Stejná malá přídavná otočná křídla jsou na svislé ocasní ploše (toto je směrovka) a na vodorovné ocasní ploše (toto je výškovka). Pokud je taková přídavná část odmítnuta, změní se tvar křídla nebo ocasu a změní se jeho zvedací síla. Podívejme se na třetí schéma (obr. 3 na str. 83). Obecně vztlak roste ve směru opačném k výchylce ovládací plochy.

Řeknu vám velmi obecně, jak se letadlo ovládá. Chcete-li jít nahoru, musíte mírně snížit ocas, pak se úhel náběhu křídla zvýší a letadlo začne nabírat výšku. K tomu musí pilot přitáhnout volant (řídící páku) k sobě. Výškovka na stabilizátoru se vychyluje nahoru, její zvedací síla se snižuje a ocas klesá. Zároveň se zvětšuje úhel náběhu křídla a zvyšuje se jeho vztlaková síla. K ponoru pilot nakloní ovládací kolo dopředu. Výškovka se vychýlí dolů, letadlo zvedne ocas a začne klesat.

Pomocí křidélek můžete auto naklonit doprava nebo doleva. Jsou umístěny na koncích křídel. Naklonění ovládací páky (nebo otočení kola) na pravobok způsobí zvednutí pravého křidélka a snížení levého křidélka. V souladu s tím se vztlak na levém křídle zvyšuje a na pravém snižuje a letadlo se naklání doprava. No vymyslete sami, jak naklonit letadlo doleva.

Kormidlo se ovládá pomocí pedálů (obr. 4). Sešlápněte levý pedál dopředu – letadlo zatočí doleva, sešlápněte pravý pedál – doprava. Ale stroj to dělá „líně“. Ale aby se letadlo rychle otočilo, musíte udělat několik pohybů. Řekněme, že se chystáte odbočit doleva. K tomu je potřeba naklonit auto doleva (otočit volantem nebo naklonit ovládací páku) a zároveň sešlápnout levý pedál a vzít volant.

To je vlastně všechno. Možná se ptáte, proč se piloti učí létat několik let? Ano, protože vše je jen na papíře. Takže jste dali letadlu kotoul, vzali knipl a letadlo najednou začalo klouzat do stran, jako na kluzkém kopci. Proč? Co dělat? Nebo jste se ve vodorovném letu rozhodli letět výš, ujali se kormidla a letadlo se najednou místo toho, aby vyšplhalo do výšky, sklopilo dolů a letělo ve spirále dolů, jak se říká, dostalo se do „vývrtky“.

Během letu musí pilot sledovat činnost motorů, směr a výšku, počasí a cestující, kurz svůj i ostatních letadel a mnoho dalších důležitých parametrů. Pilot musí znát teorii letu, umístění a ovládání ovládacích prvků, musí být pozorný a odvážný, zdravý a hlavně rád létat.