Miért repülnek a gépek A magyarázat megérteni fogja a VSM-et
Kétségtelen, hogy megértjük, miért repülnek a repülőgépek, nagyobb nyugalommal tudunk repülni. Ezért fontos néhány percet eltölteni annak megértése érdekében, hogy a repülőgépek hogyan maradhatnak a levegőben.
Hogyan repülnek a gépek?
A legegyszerűbb válasz az lenne, ha azt mondanánk, hogy a repülőgépek azért repülnek, mert repülésre tervezték őket. Ugyanúgy, mint egy transzatlanti hajó, amelynek súlya meghaladja a 100 000 tonnát, bizonyos formájú és belső kialakítású, amely lehetővé teszi a felszínen maradását, a repülőgépnek olyan alakja van, amely lehetővé teszi a levegőben való tartózkodást. Ez nem valami varázslat. A furcsa és varázslatos dolog az lenne, hogy a repülőgépek nem tudnak repülni olyan formában, mint amilyenek. Alakjának kulcsa a szárnyakban és a kialakításban rejlik.
Egy kissé bonyolultabb válasz az lenne, ha azt mondanánk, hogy egy repülőgép a szárnyakon áthaladó légáramlásnak köszönhetően repül. Tehát már arra következtethetünk, hogy egy repülőgép repüléséhez légáramra van szükség, vagy ami azonos, a levegő sebességére.
Amikor a levegő átáramlik a szárnyakon, felfelé irányuló erő keletkezik, emelésnek hívják., hogy ha elég, kompenzálja a sík súlyát.
Ahogy a hajókat úszásra tervezték, a repülőgépeket is repülésre tervezték - mi a fogása? (Fotó: Renato Serra Fonseca)
Ez nem varázslat!
Mennyi kapacitással rendelkezik a mozgó levegő?
Valahogy a levegő kapacitását alábecsülni szokták. Igaz, hogy ha egy követ dobunk a földre, úgy tűnik, mintha üreg lenne, semmi sem állítja meg a követ. Ugyanez történik, ha a kar nyújtásával felemeljük a kezünket, és hagyjuk, hogy leessen. Úgy tűnik, hogy a levegő nincs ott, hogy megakadályozza a tárgyak leesését. De mindannyian láttuk, milyen nehéz járni, ha nagyon szeles, láttunk képeket a tornádók pusztító hatásairól, amelyek képesek autókat, teherautókat vagy akár házakat emelni, és alkalmanként kitettük a kezünket a autóablakot „játszani”, hogy a jármű sebességének köszönhetően a levegőben tartsa.
Hogyan generálják a szárnyak az emelést?
Az előző példával folytatva láthatjuk, hogy könnyebb a kezünket a levegőben felfüggesztve tartani, minél nagyobb a jármű sebessége. Ugyanez történik a repülőgép szárnyaival is: minél nagyobb a repülőgép sebessége a levegőhöz képest, annál nagyobb az emelőerő. Emiatt a felszálláshoz a repülőgépeknek kifutópályára van szükségük, ahol egy bizonyos sebességre fel tudnak gyorsulni.
Miért repülnek a gépek? Ugyanezen okból, amiért a kéz a levegőben marad: a levegő áramlása. (Fotó: TijanaM/shutterstock
Azt is ellenőrizhetjük, hogy a kezünk hajlásának megváltoztatásával hogyan tudunk hatni az azt felemelő erőre. Ugyanez vonatkozik a repülőgép szárnyaira is, és ezt a dőlést támadási szögnek nevezik. A támadási szög változtatásához az egész repülőgépet elforgatják, emelve vagy süllyesztve az orrát, a farokon elhelyezett vezérlőfelületeknek köszönhetően: ezt a felszálláskor kell megtenni, amikor eléri a "forgási" sebességet.
Az emelés nem bonyolult. A trükkös dolog az, hogy hatékonyan érjük el, ami lehetővé teszi a jelentős súlyok felemelését anélkül, hogy nagy ellenállást generálna, ami lelassít minket. A kezünk nem az ideális forma. Mindazonáltal, a repülőgép szárnyai magasan tanulmányozott kialakításúak a nagy hatékonyság elérése érdekében. A szárnyak kialakításának nagyon fontos jellemzője az úgynevezett szárnyprofil alakja, amely a szárny oldalirányú keresztmetszetéből áll. A szárnyprofil nem valami rögzített, hanem a repülőgép jellemzőitől és a használni kívánt felhasználástól függ (akrobatika, személyszállítás, harc, kikapcsolódás stb.), De általában van egy közös jellemző: az elülső része (elülső széle) lekerekített, szemben lévő része (hátsó széle) élesebb.
Annak érdekében, hogy jobban megértsük, mi történik a repülőgép szárnyán, a legjobb, amit tehetünk, ha megváltoztatjuk a referenciarendszert, és elképzelünk egy rögzített szárnyprofilt és egy balról jobbra mozgó légáramot, amely befolyásolja (a végén és a végén) ki, a fontos a relatív szél). Ez történik ebben szélcsatornák és egy kis füstöt adva a különböző pontokon, értékelhetjük a következőket:
A levegő áramlását két út megosztásával osztják el, az egyiket a szárnyprofil felett, a másikat pedig lentebb. A szárnyprofil alakja és dőlése a légáramhoz képest (támadási szög) biztosítja, hogy a két út ne legyen szimmetrikus, hogy a légrészecskék görbe utakat járnak be, változtatják sebességüket és azt egy sajátos nyomáseloszlás jelenik meg. Pontosabban, a szárnyprofil alatt a nyomás növekszik és a légrészecskék lelassulnak, a profil felett pedig csökken a nyomás és felgyorsulnak a részecskék. Ez a két oldal közötti nyomáskülönbség, nagyobb nyomás alatt és kevesebb nyomás felett, olyan egyensúlyhiányt hoz létre, amely felfelé irányuló erőt eredményez, amelyet emelésnek hívunk.
a) kis támadási szög (b) nagy támadási szög (Fotó: Hogyan működnek a szárnyak/Holger Babinsky)
A szárnyprofil
(Fotó: Bombardier)
Uhm, nincs még egyszerűbb módszer megérteni, miért repülnek a repülőgépek?
Az emeléshez le kell terelni a levegőt. Ez egy másik magyarázat, de az előzőhöz kapcsolódik.
Amikor a gép repül, a szárnyak lefelé nyomják a körülöttük lévő levegőt. Ha a szárnyak lenyomják a levegőt (cselekvés), Newton harmadik törvénye szerint (minden cselekedettel egyenlő és ellentétes reakció lép fel), a levegőnek viszont fel kell tolnia a szárnyakat (reakció). És hogyan sikerül felnyomni a szárnyakat? Ezután vissza kell térnünk a korábban kommentált magyarázatra: a szárnyprofil két oldala közötti nyomáskülönbség segítségével. Minden kapcsolatban áll egymással, és egy dolog nem lenne lehetséges a másik nélkül.