С древних времен, наблюдая за полетом птиц, человек сам хотел научиться летать. Желание летать подобно птице нашло отражение в древних мифах и легендах. Одной из таких легенд является легенда об Икаре, который сделал крылья, чтобы взлететь высоко в небо, ближе к лучезарному солнцу. И хотя полет Икара закончился трагически, птицы прекрасно летают, несмотря на то, что они существенно тяжелее воздуха. Через три тысячи лет после возникновения этой легенды, в самом начале ХХ века, был осуществлен первый в истории полет человека на самолете. Этот полет длился всего 59 секунд, а пролетел самолет всего 260 метром. Так сбылась давняя мечта человека о полете. Современные самолеты летают гораздо дальше и дольше. Давайте попробуем разобраться, почему летает самолет, обладающий огромной массой, почему он при этом может летать быстрее, выше и дальше любой птицы, почему планер без мотора может долгое время парить в воздухе.

Это могут быть поведенческие правила для пилотов или даже инструкции для команды обслуживания уделять больше внимания определенным вещам. Некоторые из систем и программ, используемых на регулярном авиалайнере, составляют десять лет или старше. Любой, кто взбирается на машину, безусловно, будет иметь более современное программное обеспечение на своем смартфоне, чем самолет. Это звучит драматично, но не так уж плохо. Ряд функций, которые должны выполнять системы самолета, в последние годы существенно не изменился.

Кроме того, можно с уверенностью сказать, что сочетание аппаратного и программного обеспечения было проверено и выполнено сотни тысяч летных часов без сбоев. Не в последнюю очередь из-за этого, самолет является статистически одним из самых безопасных транспортных средств.


Несмотря на то, что во время полета, в отличие от птиц, крылья у самолета жестко закреплены на корпусе, самолет летает именно благодаря им, а также двигателям, которые создают силу тяги и разгоняют самолет до необходимой скорости. Сечение крыла самолета очень похоже на сечение крыла птицы. И это не случайно, так как, конструируя самолет, люди, в первую очередь, ориентировались на полет птиц. Во время полета на крыло самолета действуют четыре силы: сила тяги, создаваемая двигателями, сила тяжести, направленная к Земле, сила лобового сопротивления воздуха, препятствующая движению самолета, и, наконец, подъемная сила, которая и обеспечивает набор высоты. Соотношение этих сил и определяет способность самолета летать. При полете с постоянной скоростью сумма этих сил должна быть равна 0: сила тяги компенсирует силу лобового сопротивления, а подъемная сила – силу тяжести. Это важно знать всем, кто увлекается авиамоделированием, чтобы изготовить надежную летающую модель самолета.

Тем не менее, пилоты могут спросить, какую информацию производители утаивают от них по понятным причинам. С другой стороны, можно также поставить вопрос о том, что практическое использование принесло бы такую ​​информацию. Устранения неполадки при программном обеспечении авионики, является чрезвычайно сложным - и особенно дорого. Один из лидеров проекта приводит к затратам, изменяющих одну строку кода в таком программном обеспечении около миллиона долларов, и это иногда занимает годы, прежде чем изменения реализованы.

Добавьте к этому стоимость замены программного обеспечения на борту воздушного судна, которые находятся на действительной военной службе. Тем не менее, остается самолет на земле каждый час, то есть затраты на авиакомпанию. Отдельные машины иногда спланированы заранее: Для пилота, который должен начать шесть недель капитального ремонт, иногда следующий полет уже запланирован на день завершения. Расходы на производителей и авиакомпаний расти в этих условиях быстро до астрономических высот.


Очень важным параметром является угол атаки – угол между хордой крыла (линией, соединяющей переднюю и заднюю кромки крыла) и направлением воздушного потока, обтекающего крыло. Чем меньше угол атаки, тем меньше сила лобового сопротивления, но вместе с тем меньше и подъемная сила, обеспечивающая взлет и устойчивый полет. Поэтому увеличение угла атаки обеспечивает достаточную для взлета и полета подъемную силу. Из-за несимметричности формы крыла воздух над крылом движется быстрее, чем под ним и, согласно уравнению Бернулли, давление воздуха под крылом больше, чем над ним. Однако возникающая при этом подъемная сила недостаточна для взлета, а основной эффект достигается за счет уплотнения воздуха под крылом набегающим потоком, что существенным образом зависит от угла атаки крыла самолета. Меняя угол атаки, можно управлять полетом самолета, эту функцию выполняют закрылки – отклоняемые поверхности, симметрично расположенные на задней кромке крыла. Они используются для улучшения несущей способности крыла во время взлёта, набора высоты, снижения и посадки, а также при полёте на малых скоростях.

Хорошая новость заключается в том: Более современные системы и новые машины были разработаны с гораздо более жесткими требованиями к безопасности. Тем не менее, старые машины не выигрывают от этих нововведений часто. но особенно старшие пилоты составляют большинство воздушных судов, находящихся в небе сегодня. Для пассажирских самолетов, это не редкость, чтобы иметь 15 или 20 лет службы - иногда даже больше. Один видит здесь ту же задачу, над тем, кто, в других отраслях: Необходимо защитить систему, которая никогда не предназначалась для мира, в котором, в принципе, каждый имеет доступ к оборудованию, которое может быть опасно для этих систем.

Великий русский механик, создатель науки аэродинамики Николай Егорович Жуковский, всесторонне исследовав динамику полета птиц, открыл закон, определяющий подъемную силу крыла. Эта сила определяется разностью давлений над крылом и под ним и рассчитывается по следующей формуле:

Что, однако, по всей автоматизации, по крайней мере немного спокойствия является тем фактом, что в самолете все еще человеческое существо имеет последнее слово. Шмель может якобы летать, потому что она не знает, что она слишком толстая. Тяжелые самолеты летают ежедневно без дальнейших церемоний. Летный пилот Николаус Браун объясняет, почему летает самолет.

Легенда о шмеле циркулировала в течение многих лет в мотивационных руководствах: шмелю не известно, что она не может летать. Это упрощает и работает, хотя физически это невозможно объяснить. Это развитие показывает две вещи: с одной стороны, аэродинамика - относительно молодая дисциплина в физике. Хотя начало очень далеко назад, только в конце века люди стали лучше понимать процессы и понимать их с научной точки зрения.

где ‑ плотность воздуха, ‑ скорость набегающего воздушного потока, ‑ площадь крыльев самолета, ‑ скорость циркуляции воздуха возле крыла. Зависимость подъемной силы от угла атаки можно получить, используя закон сохранения импульса:

Похожую формулу для расчета подъемной силы первого в истории человечества самолета использовали братья Райт:

Почему воздушный шар не летает?

С другой стороны, многие процессы чрезвычайно сложны. В то время как базовое понимание схемы легко переносить и вычислять, это намного сложнее в аэродинамике. Для самолетов существуют в основном два типа транспортных средств: первая группа - это воздушные суда, которые легче воздуха. Эта группа включает в себя все воздушные шары, которые легче в целом снабжены легким газом или горячим воздухом в корпусе, чем смещенный окружающий воздух. Они не генерируют свою плавучесть динамически и, следовательно, не летают.


где

‑ коэффициент Смитона, полученный еще в XVIII веке. Эта формула получается из предыдущей при угле атаки, равном 45 0 . Используя эту формулу, можно рассчитать минимальную скорость самолета, необходимую для его взлета:

Они движутся, как корабль на воде, который получает свой импульс по тому же принципу. Вторая группа - тяжеловоздушный самолет: эти самолеты должны активно генерировать подъем, который поднимает их - они летают. В эту группу входят самолеты, вертолеты, гиропланы и другие.

Плавучесть в обоих случаях является силой, которая действует против веса. Для плавучести самолета существует простое уравнение плавучести. В этом уравнении есть три элемента, которые значительно определяют плавучесть: площадь крыла, информация о потоке и коэффициент подъема.


где ‑ ускорение свободного падения, m – масса самолета.

Давайте рассчитаем скорость взлета самолета Boing 747-300. Его масса примерно 3 10 5 кг, а площадь крыла 511 м 2 . Учитывая, что плотность воздуха 1,2 кг/м 3 , получим значение скорости примерно 70 м/с или около 250 км/ч. Именно с такой скоростью взлетают современные пассажирские самолеты.

Плавучесть - на самом деле довольно простая

Первый размер в уравнении - площадь крыла. Конечно, в зависимости от того, насколько большим или малым крыло, это также плавучесть. Второй участник - это ток, который течет вокруг крыла. Важны две даты: насколько быстро воздух и насколько велика плотность.

Хотя важность скорости также очевидна, плотность не так распространена. К счастью для нас, люди, различия в плотности воздуха в повседневной жизни едва заметны. В конце концов, мы знаем, что на высоких горах воздух «тонкий», и мы должны дышать быстрее. Для аэродинамика этот эффект оказывает большое влияние: плотность воздуха - то есть, сколько массовых частиц воздуха в данном объеме - изменяется с температурой воздуха и давлением воздуха.

По предложенному методу мы предлагаем вам рассчитать скорость, которую должна иметь модель самолета массой 5 кг и площадью крыла 0,04 м 2 , чтобы взлететь.

Большой реактивный самолет – вместе с сотнями находящихся в нем пассажиров – весит несколько сотен тонн. Как может такая огромная и тяжелая машина, во-первых, оторваться от земли и, во-вторых, оставаться в воздухе на пути длиной в тысячи километров? Самолеты работают на основе сложной смеси принципов аэродинамики – теорий, которые объясняют движение воздуха и поведение тел, движущихся через этот воздух.

И последнее, но не менее важное: коэффициент подъема остается. Это значение представляет собой безразмерную величину, которая описывает характеристики крыла: форму профиля и угол атаки в потоке. Если у вас есть эта информация вместе, вы можете рассчитать плавучесть.

С другой стороны, вы можете легко увидеть, как играть со значениями. Игра разума: самолет летает прямо на высоте. Он горит керосином и становится легче, что снижает вес. Однако, поскольку плавучесть остается постоянной, самолет будет медленно и непрерывно подниматься. Он не может изменить площадь крыла в крейсерском полете. С другой стороны, он может изменить поток, пролетев медленнее. Точно так же он мог бы также уменьшить угол атаки и, следовательно, коэффициент подъема, но затем должен был бы поддерживать свою скорость.

Самолеты приводятся в действие двигателями. В небольших самолетах обычно используются поршневые двигатели. Поршневой двигатель вращает воздушные винты, а воздушные винты создают тягу, благодаря которой самолет перемещается в воздухе, – точно так же, как винт судна создает тягу, заставляющую судно двигаться по воде.

В больших самолетах используются реактивные двигатели, которые приводятся в действие посредством сжигания топлива. Такие двигатели выталкивают огромные количества воздуха, а реактивная сила заставляет их двигаться вперед.

Как именно сила плавучести развивается на профиле створки? Отсутствуя крыло, можно увидеть разницу давления на крыле: на крыле есть сильное отрицательное давление, на дне небольшое избыточное давление. Эти перепады давления - и особенно доминирующее отрицательное давление на крыло - в конечном итоге создают плавучесть.

На этом этапе объяснения вы найдете в соответствующей литературе много объяснительных подходов к разности давлений, которые, с одной стороны, как попляр, как легко понять, с другой стороны, но почти все прошли через банк неправильно! Неутешительная истина заключается в том, что все дальнейшие правильные объяснения могут быть объяснены только профессиональной аудитории. Если вы ищете направление для дальнейшей ориентации: это циркуляция вокруг профиля, вам нужно «уравнение Навье Стокса», расширение уравнений Эйлера и теорема Кутта-Жуковского.

Самолеты способны подняться в воздух и оставаться в воздухе благодаря форме своих крыльев. Крыло у самолета снизу плоское, а сверху закругленное. Когда создаваемая двигателем тяга заставляет самолет двигаться вперед, воздух разделяется, проходя мимо крыла с двух сторон. Над закругленной поверхностью крыла воздух проходит быстрее, чем под плоской нижней частью.

С помощью этих интегральных функций студенты аэродинамики подробно разбираются, как и студенты знаменитого профессора. Большинство пассажирских самолетов весят десятки тысяч фунтов и транспортируют сотни людей в воздух. Как получается, что такой тяжелый самолет может летать высоко в воздухе, а не просто падать с неба, как камень?

Люди всегда мечтали о полете. На протяжении веков они пытались скользить по воздуху, как птицы. Возможно, вы уже слышали истории об Икаре, которые хотели летать с крыльями птичьих перьев. Вы не могли летать с ним. Леонардо да Винчи придумал эту летающую машину.

Быстрее движущийся воздух сверху становится разреженным, давление его становится меньше, чем у воздуха внизу крыла, и благодаря этому крыло стремится подняться вверх. Таким образом, неравное давление воздуха, возникающее благодаря форме крыльев самолета, порождает силу, которая называется подъемной. Благодаря этой силе самолет может лететь.

В Америке были два брата: Уилбур и Орвилл Райт. Первый моторизованный полет двух продолжался всего 12 секунд, но он все еще был сенсацией. Братья Райт были первыми, кто преуспел в создании незаменимой силы для взлета: подъем. С таким летательным аппаратом Уилбур и его брат Орвилль освоили первый моторизованный полет.

Вам нужно поднять, чтобы летать

На самолете, который летает в воздухе, действуют различные силы. Большие двигатели самолета генерируют тягу или тягу. Он уверен, что самолет движется вперед. Когда самолет движется вперед с высокой скоростью, создается перетаскивание. Частицы воздуха немного замедляют плоскость. Теперь идет земная гравитация. Плоскость тяжести и сбрасывается гравитационным притяжением. Плавучесть противодействует гравитации и тянет самолет вверх. Это довольно сложно. Лучше всего посмотреть на видео.

Сила движущегося воздуха используется также для того, чтобы управлять самолетом. Управление самолетом осуществляется с помощью элеронов (управление по крену), расположенных на крыльях и хвосте самолета руль высоты (управление по тангажу, т.е снижение или набор высоты. Если они будут установлены под углом, то будут создавать препятствие для воздушного потока, в результате чего самолет будет разворачиваться или менять траекторию полета.

Фриц Фукс фон Лёвензан однажды объяснил, что в видео. Как вы можете видеть на видео, плавучесть создается особой формой крыльев самолета. Внизу они прямые и изогнутые вверху. Когда самолет быстро перемещается по воздуху, воздух течет вокруг крыла. Когда воздух течет по крылу с обеих сторон, он называется параллельным потоком.

Из-за передней тяги воздушная турбулентность развивается в задней части крыла. Они всегда возникают парами вверх и вниз. Решающим для полета в самолете является нижний вихрь. Он замедляет поток под крылом. Таким образом, воздух над крылом течет намного быстрее, чем воздух под крылом. Из-за медленного тока под крылом там накапливается много частиц воздуха. Это избыточное давление подталкивает крыло вверх и, следовательно, составляет около одной трети лифта.

Для того чтобы оставаться в воздухе, самолет должен быть все время в движении, его крылья должны рассекать воздух для создания подъемной силы. Движущийся воздух необходим также для управления самолетом.

Другими словами, самолет не может летать, если не будет двигателей, которые создают тягу. А для того чтобы оторваться от земли и подняться в воздух, самолет должен сначала промчаться на большой скорости по земле.

Крыло самолета: это форма, которая имеет значение. Большая часть плавучести происходит над крылом. Здесь воздух течет очень быстро, так что здесь только несколько молекул воздуха. Над крылом есть отрицательное давление, которое образует всасывание и тянет крыло самолета вверх.

Два потока на крыле, которые производят подъем, формируются за счет высокой скорости полета самолета. Если вы когда-либо летали, вы заметили, что самолет находится очень быстро над взлетно-посадочной полосой при взлете. Он работает быстрее и быстрее, пока вы не надавите на свое место. Только когда самолет достиг нужной скорости, токи возникают под и над крыльями, и самолет взлетает - и летает вы и ваша семья на летние каникулы.