Hogyan és miért repülnek a repülők. Iskolai enciklopédia Miért repül a repülőgép?
Néhány kutatónak őrült ötleteik támadtak – repülni akartak, de miért volt az eredmény olyan katasztrofális? Régóta próbálnak szárnyakat csatolni magukhoz, és azokat csapkodva madárként felrepülni az égbe. Kiderült, hogy az emberi erő nem elég ahhoz, hogy szárnycsapásra felemelkedjen.
Az első népi kézművesek kínai természettudósok voltak. A róluk szóló információkat a Tsang-han-shu-ban rögzítették az i.sz. első században. A további történelem tele van ilyen esetekkel, amelyek Európában, Ázsiában és Oroszországban fordultak elő.
A repülési folyamat első tudományos alapját Leonardo da Vinci adta 1505-ben. Észrevette, hogy a madaraknak nem kell csapkodniuk, nyugodtan tudnak maradni. Ebből a tudós arra a következtetésre jutott, hogy a repülés akkor lehetséges, ha a szárnyak a levegőhöz képest mozognak, i.e. amikor szél hiányában csapkodnak a szárnyaikkal, vagy ha a szárnyaik mozdulatlanok.
Miért repül a gép?
Az emelőerő segít a levegőben tartani, ami csak nagy sebességnél hat. A szárny speciális összehúzása lehetővé teszi az emelés kialakítását. A szárny felett és alatt mozgó levegő megváltozik. A szárny fölött ritkás, a szárny alatt ritkás. Két légáramlás jön létre, függőlegesen irányítva. Az alsó áramlás felemeli a szárnyakat, azaz. sík, a felső pedig 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, hogy a légcsavarok utat fúrnak a légtérben, leküzdve a légellenállást.
Így az emelőerő legyőzi a gravitációs erőt, a vonóerő pedig a fékezőerőt, és a gép repül.
A repülésirányítás mögött meghúzódó fizikai jelenségek
Egy repülőgépen mindent az emelőerő és a gravitációs erő tart egyensúlyban. A gép egyenesen repül. A repülési sebesség növelése növeli az emelőerőt, a gép emelkedni kezd. Ennek a hatásnak a hatástalanításához a pilótának le kell engednie a repülőgép orrát.
A sebesség csökkentése az ellenkező hatást eredményezi, 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 föld felszínéhez közel történik, a kockázat majdnem 100%. Ha ez magasan a talaj felett történik, a pilótának lesz ideje növelni a sebességet és megnövelni a magasságot.
Miért repülnek a madarak?
A madárszárnyat úgy tervezték, hogy olyan erőt hozzon létre, amely ellensúlyozza a gravitációs erőt. Hiszen a madár szárnya nem lapos, mint a deszka, hanem ívelt . Ez azt jelenti, hogy a szárny körül áramló légáramnak hosszabb utat kell megtennie a felső oldalon, mint a homorú alsó oldalon. Ahhoz, hogy mindkét légáramlás egyszerre érje el a szárny csúcsát, a szárny feletti légáramlásnak gyorsabban kell mozognia, mint a szárny alatt. Ezért a levegő áramlási sebessége a szárny felett nő, és a nyomás csökken.
A szárny alatti és feletti nyomáskülönbség felfelé irányuló emelőerőt hoz létre, amely ellensúlyozza a gravitációs erőt.
Egyesek számára most, másoknak később fontos, hogy olcsó repülőjegyet vásároljanak online. Itt megteheti! (Kattintson a képre!)
Az oldalra lépve adja meg az irányt, az indulási (érkezési) dátumot, adja meg a jegyek számát, és a számítógép automatikusan ad egy táblázatot az erre az időpontra vonatkozó járatokkal, valamint a következő járatokkal, opciókkal és azok költségeivel.
Lehetőség szerint a lehető legkorábban jegyet kell foglalnia, és a lehető leggyorsabban meg kell váltania, amíg a foglalás érvényes. Ellenkező esetben az olcsó jegyek elúsznak. Minden részletet megtudhat, megtudhat népszerű Ukrajnából származó célpontokat, bárhonnan bárhonnan rendelhet repülő- és vasúti jegyeket a jelzett képre kattintva - a http://711.ua/cheap-flights/ weboldalon.
A repülőgépek nagyon összetett eszközök, összetettségükkel néha félelmetesek a hétköznapi emberek számára, akik nem ismerik az aerodinamikát.
A modern utasszállító repülőgépek tömege elérheti a 400 tonnát, de nyugodtak maradnak a levegőben, gyorsan mozognak és óriási távolságokat képesek átszelni.
Miért repül a gép?
Mert neki, mint a madárnak, van szárnya!
Ha a motor meghibásodik, nem baj, a gép repül a másodikon. Ha mindkét motor meghibásodott, a történelem tud olyan esetekről, amikor még ilyen körülmények között is leszálltak. Alváz? Semmi sem akadályozza meg a gépet abban, hogy a hasára szálljon, ha bizonyos tűzbiztonsági intézkedéseket betartanak, akkor sem fog kigyulladni. De egy repülőgép soha nem repülhet szárny nélkül. Mert ez hozza létre az emelést.
A repülőgépek szárnyaikkal folyamatosan „futnak” a levegőbe, enyhe szöget zárva a légáramlási sebességvektorral. Ezt a szöget az aerodinamikában "támadási szögnek" nevezik. A "támadási szög" a szárny dőlésszöge a láthatatlan és absztrakt "áramlási sebességvektorhoz". (lásd 1. ábra)
A tudomány szerint a repülőgép azért repül a szárny alsó felületén megnövekedett nyomású zóna jön létre, melynek hatására a szárnyon felfelé, a szárnyra merőlegesen aerodinamikai erő jelenik meg. A repülési folyamat könnyebb megértése érdekében ezt az erőt a vektoralgebra szabályai szerint két komponensre bontjuk: az aerodinamikai légellenállási erőre X.
(a légáramlás mentén irányul) és az Y emelőerő (a levegősebesség-vektorra merőlegesen). (lásd a 2. ábrát)
A repülőgép létrehozásakor nagy figyelmet fordítanak a szárnyra, mert a repülés biztonsága attól függ. Az ablakon kinézve az utas észreveszi, hogy az meghajlik és betörni készül. Ne féljen, hatalmas terhelést is kibír.
Repülés közben és a földön a repülőgép szárnya „tiszta”, minimális légellenállással és elegendő emelőerővel rendelkezik ahhoz, hogy a gépet a magasságban tartsa, miközben nagy sebességgel repül.
De amikor eljön a fel- vagy leszállás ideje, a gépnek a lehető leglassabban kell repülnie, hogy az egyik oldalon a felvonó ne tűnjön el, a másik oldalon pedig a kerekek bírják a talajérintést. Ennek elérése érdekében a szárny területét növelik: szárnyak(hátul repülő) és lécek(a szárny elején).
Ha tovább kell csökkentenie a sebességet, akkor a szárny felső részén elengedik spoilerek, amelyek légfékként működnek és csökkentik az emelést.
A repülőgép olyan lesz, mint egy sörtéjű vadállat, amely lassan közeledik a földhöz.
Együtt: szárnyak, lécek és légterelők- szárnygépesítésnek nevezik. A pilóták felszállás vagy leszállás előtt kézzel engedik ki a gépesítést a pilótafülkéből.
Ez a folyamat általában hidraulikus rendszert foglal magában (ritkábban elektromosat). A mechanizmus nagyon érdekesnek tűnik, és ugyanakkor nagyon megbízható.
A szárnyon vannak kormánykerekek (repülési csűrőben), hasonlóan a hajón lévőkhöz (nem hiába nevezik a repülőgépet repülőgépnek), amelyek eltérnek, a kívánt irányba billentve a repülőgépet. Általában szinkronban térnek el a bal és a jobb oldalon.
A szárnyon is vannak repülési fények , amelyek célja, hogy oldalról (földről vagy más repülőgépről) mindig látható legyen, hogy a repülőgép melyik irányba repül. Az a tény, hogy a piros mindig a bal oldalon, a zöld pedig a jobb oldalon. Néha fehér „villogó fényeket” helyeznek melléjük, amelyek éjszaka nagyon jól láthatóak.
A repülőgép jellemzőinek nagy része közvetlenül függ a szárnytól, annak aerodinamikai minőségétől és egyéb paramétereitől. Az üzemanyagtartályok a szárny belsejében találhatók (a maximálisan feltölthető üzemanyag mennyisége nagyban függ a szárny méretétől), a bevezető élre elektromos fűtőtestek vannak felszerelve, hogy esőben ne rakódjon ott jég, a futómű a gyökér részhez rögzítve...
Elérte a repülőgép sebességét erőmű vagy turbina segítségével. A vonóerőt létrehozó erőműnek köszönhetően a repülőgép képes leküzdeni a légellenállást.
A repülőgépek a fizika törvényei szerint repülnek
Az aerodinamika mint tudomány azon alapul Nyikolaj Egorovics Zsukovszkij tétele, egy kiváló orosz tudós, az aerodinamika megalapítója, amely visszafogalmazódott 1904-ben. Egy évvel később, 1905 novemberében Zsukovszkij a Matematikai Társaság ülésén felvázolta elméletét egy repülőgép szárnyának emelőerejének létrehozásáról.
Miért repülnek ilyen magasan a repülők?
A modern sugárhajtású repülőgépek repülési magassága belül van 5000-10000 méter tengerszint feletti magasságban. Ez nagyon egyszerűen magyarázható: ilyen magasságban a levegő sűrűsége sokkal kisebb, és ezért 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 szükséges tolóerőt egy repülőgép hajtóműve hozza létre bizonyos minimális levegőellátás szükséges. Ezért minden repülőgép rendelkezik egy maximális biztonságos repülési magassággal, amelyet „szolgálati plafonnak” is neveznek. Például a Tu-154-es repülőgép szolgálati mennyezete körülbelül 12 100 méter.
Elég furcsa nézni, ahogy egy több tonnás jármű könnyedén felemelkedik a repülőtér kifutójáról, és simán emelkedik a magasság. Úgy tűnik, hogy egy ilyen nehéz szerkezetet a levegőbe emelni lehetetlen feladat. De, mint látjuk, ez nem így van. Miért nem esik le a gép, és miért repül?
A válasz erre a kérdésre azokban a fizikai törvényekben rejlik, amelyek lehetővé teszik a repülőgépek levegőbe emelését. Nemcsak a vitorlázórepülőkre és a könnyű sportrepülőkre igazak, hanem a többtonnás szállítórepülőgépekre is, amelyek további hasznos teher szállítására képesek. És általában fantasztikusnak tűnik egy helikopter repülése, amely nem csak egyenes vonalban tud mozogni, hanem egy helyen lebegni is.
A repülőgépek repülése két erő - az emelő és a motor tolóereje - együttes alkalmazásának köszönhetően vált lehetővé. És ha a vonóerővel többé-kevésbé minden világos, akkor az emelőerővel minden valamivel bonyolultabb. Annak ellenére, hogy mindannyian ismerjük ezt a kifejezést, nem mindenki tudja megmagyarázni.
Tehát mi a lift megjelenésének természete?
Nézzük meg alaposan a repülőgép szárnyát, aminek köszönhetően a levegőben tud maradni. Alulról teljesen lapos, felülről pedig gömb alakú, kifelé domború. Amíg a repülőgép mozog, a légáramlások nyugodtan haladnak át a szárny alsó része alatt, anélkül, hogy változáson mennének keresztül. De ahhoz, hogy áthaladjon a szárnyak felső felületén, a levegőáramot össze kell nyomni. Ennek eredményeként egy összenyomott cső hatását kapjuk, amelyen a levegőnek át kell haladnia.
A szárny gömbfelületének megkerüléséhez a levegő hosszabb ideig tart, mint amikor az alsó, lapos felület alatt halad át. Emiatt gyorsabban mozog a szárny felett, ami viszont nyomáskülönbséghez vezet. Sokkal nagyobb a szárny alatt, mint a szárny felett, ez okozza az emelést. Ebben az esetben Bernoulli törvénye érvényes, amelyet mindannyian ismerünk az iskolából. A legfontosabb dolog az, hogy minél nagyobb a nyomáskülönbség, minél nagyobb a tárgy sebessége. Kiderült tehát, hogy az emelés csak akkor történhet meg, ha a repülőgép mozog. Nyomást gyakorol a szárnyra, és arra kényszeríti, hogy felemelkedjen.
Ahogy a repülőgép felgyorsul a kifutópálya mentén, a nyomáskülönbség növekszik, ami felhajtóerő kialakulásához vezet. A sebesség növekedésével fokozatosan növekszik, egyenlővé válik a repülőgép tömegével, és amint azt túllépi, felszáll. A magasság növelése után a pilóták csökkentik a sebességet, az emelőerőt összehasonlítják a repülőgép súlyával, aminek hatására az vízszintes síkban repül.
Annak érdekében, hogy a gép előre tudjon haladni, erős hajtóművekkel van felszerelve, amelyek a szárnyak irányába irányítják a légáramlást. Segítségükkel szabályozhatja a légáramlás intenzitását, és ennek következtében a vonóerőt.
Szeretnéd leküzdeni a repüléstől való félelmedet? A legjobb módja annak, hogy többet megtudjon arról, hogyan repül a gép, milyen sebességgel mozog, milyen magasságra emelkedik. Az emberek félnek az ismeretlentől, és ha a kérdést tanulmányozzák és átgondolják, akkor minden egyszerűvé és érthetővé válik. Szóval mindenképpen olvass el róla hogyan repül egy repülőgép - Ez az első lépés az aerofóbia elleni küzdelemben.
Ha ránézel a szárnyra, látni fogod, hogy nem lapos. Alsó felülete sima, felső felülete domború. Emiatt a repülőgép sebességének növekedésével a szárnyra nehezedő légnyomás megváltozik. A szárny alján kisebb az áramlási sebesség, így nagyobb a nyomás. Felül nagyobb az áramlási sebesség és kisebb a nyomás. Ennek a nyomáskülönbségnek köszönhető, hogy a szárny felfelé húzza a gépet. Az alsó és felső nyomás közötti különbséget a szárny emelésének nevezzük. Valójában, a gyorsítás során a repülőgépet felfelé tolják, amikor elér egy bizonyos sebességet(nyomáskülönbségek).
A levegő különböző sebességgel áramlik a szárny körül, felfelé tolva a gépet
Ezt az elvet az aerodinamika alapítója, Nyikolaj Zsukovszkij fedezte fel és fogalmazta meg még 1904-ben, majd 10 évvel később sikeresen alkalmazták az első repülések és tesztek során. A területet, a szárny formáját és a repülési sebességet úgy alakították ki, hogy a többtonnás repülőgépeket könnyen a levegőbe emeljék. A legtöbb modern utasszállító 180-260 kilométeres óránkénti sebességgel repül - ez elég ahhoz, hogy magabiztosan maradjon a levegőben.
Milyen magasságban repülnek a repülőgépek?
Érted, miért repülnek a repülők? Most elmondjuk, milyen magasságban repülnek.Az utasszállító repülőgépek 5-12 ezer méterről „foglalták el” a folyosót. A nagy utasszállító repülőgépek általában 9-12 ezer, a kisebbek - 5-8 ezer méter magasságban repülnek. Ez a magasság optimális a repülőgépek mozgásához: ezen a magasságon a légellenállás 5-7-szeresére csökken, de még mindig van elegendő oxigén a motor normál működéséhez. 12 ezer felett a gép meghibásodik - a megritkult levegő nem hoz létre normális emelést, és akut oxigénhiány is van az égéshez (a motor teljesítménye csökken). Sok bélés mennyezete 12 200 méter.
Jegyzet:egy 10 ezer méteres magasságban repülő repülőgép megközelítőleg 80%-os üzemanyag-megtakarítást jelent ahhoz képest, mintha 1000 méteres magasságban repülne.
Mekkora a gép sebessége felszállás közben?
Gondoljuk át, hogyan száll fel a gép . Egy bizonyos sebességet felveszve felszáll a talajról. Ebben a pillanatban a repülőgép a leginkább irányíthatatlan, ezért a kifutópályák jelentős hosszkülönbséggel készülnek. A felszállási sebesség a repülőgép tömegétől és alakjától, valamint a szárnyak konfigurációjától függ. Példaként táblázatos értékeket adunk a legnépszerűbb repülőgéptípusokhoz:
- Boeing 747 -270 km/h.
- Airbus A 380 - 267 km/h.
- Il 96 - 255 km/h.
- Boeing 737 - 220 km/h.
- Jak-40 -180 km/h.
- Tu 154 - 215 km/h.
A legtöbb modern repülőgép felszállási sebessége átlagosan 230-250 km/h. De ez nem állandó - minden a szél gyorsulásától, a repülőgép tömegétől, a kifutópályától, az időjárástól és egyéb tényezőktől függ (az értékek 10-15 km/h-val eltérhetnek egyik vagy másik irányban). De a kérdésre: Milyen sebességgel száll fel egy repülőgép? válaszolhat - 250 kilométer per óra, és nem fog tévedni.
A különböző típusú repülőgépek különböző sebességgel szállnak fel
Milyen sebességgel száll le a gép?
A leszállási sebesség, akárcsak a felszállási sebesség, nagymértékben változhat a repülőgép modelljétől, a szárny területétől, súlyától, szélétől és egyéb tényezőktől függően. Átlagosan 220 és 250 kilométer/óra között változik.
Valószínűleg nincs olyan ember, aki egy repülő repülését nézve ne töprengett volna el: „Hogyan csinálja?”
Az emberek mindig is a repülésről álmodoztak. Valószínűleg Ikarust tekinthetjük az első aeronautának, aki szárnyak segítségével próbált felszállni. Aztán az évezredek során sok követője volt, de az igazi siker a Wright fivérek sorsára esett. Őket tekintik a repülőgép feltalálóinak.
Hatalmas utasszállító repülőgépeket látva a földön, emeletes Boeingeket például teljesen felfoghatatlan, hogyan emelkedik a levegőbe ez a több tonnás fémkolosszus, annyira természetellenesnek tűnik. Sőt, még azok is, akik egész életükben a repüléshez kapcsolódó iparágakban dolgoztak, és természetesen ismerik a repülés elméletét, néha őszintén beismerik, hogy nem értik, hogyan repülnek a repülőgépek. De akkor is megpróbáljuk kitalálni.
A gép a levegőben marad a rá ható „emelőerőnek” köszönhetően, amely csak a szárnyakra vagy törzsre szerelt motorok által biztosított mozgásban keletkezik.
- A sugárhajtóművek kerozin vagy más repülőgép-üzemanyag égéstermékeinek áramlását dobják vissza, előre tolva a gépet.
- A propellermotor lapátjai mintha a levegőbe csavarodtak volna, és magukkal húzzák a gépet.
Emelőerő
Emelés akkor következik be, amikor a szembejövő levegő a szárny körül áramlik. A szárnyrész speciális formája miatt a szárny feletti áramlás egy része nagyobb sebességgel rendelkezik, mint a szárny alatti áramlás. Ez azért történik, mert a szárny felső felülete domború, szemben a lapos alsó felülettel. Emiatt a szárny körül felülről áramló levegőnek nagyobb utat kell megtennie, és ennek megfelelően nagyobb sebességgel. És minél nagyobb az áramlási sebesség, annál kisebb a nyomás benne, és fordítva. Minél kisebb a sebesség, annál nagyobb a nyomás.
1838-ban, amikor az aerodinamika mint olyan még nem létezett, Daniel Bernoulli svájci fizikus leírta ezt a jelenséget, és megfogalmazta a róla elnevezett törvényt. Bernoulli azonban leírta a folyadékáramlás áramlását, de a repülés megjelenésével és fejlődésével felfedezése nem is jöhetett volna alkalmasabb időpontban. A szárny alatti nyomás meghaladja a feletti nyomást, és felfelé löki a szárnyat, és ezzel együtt a síkot is.
Az emelés másik összetevője az úgynevezett „támadási szög”. A szárny hegyesszögben helyezkedik el a bejövő légáramhoz képest, ami miatt a szárny alatti nyomás nagyobb, mint fent.
Milyen gyorsan repülnek a repülőgépek?
Az emelés létrehozásához bizonyos és meglehetősen nagy sebességre van szükség. Van egy minimális sebesség, ami a talajról való felemelkedéshez szükséges, egy maximális sebesség és egy utazósebesség, amellyel a gép az útvonal nagy részét repül, ez a maximum 80%-a. A modern utasszállító repülőgépek utazósebessége 850-950 km/óra.
Létezik a talajsebesség fogalma is, amely a repülőgép saját sebességéből és a leküzdendő légáramlatok sebességéből áll. Ez alapján számítják ki a repülés időtartamát.
A felszálláshoz szükséges sebesség a repülőgép tömegétől függ, a modern személyhajóknál pedig 180-280 km/óra. A leszállás megközelítőleg azonos sebességgel történik.
Magasság
A repülési magasságot szintén nem önkényesen választják meg, hanem számos tényező, üzemanyag-takarékosság és biztonsági szempontok határozzák meg.
A földfelszín közelében lévő levegő sűrűbb, ennek megfelelően nagyobb az ellenállása a mozgással szemben, ami megnövekedett üzemanyag-fogyasztást okoz. A magasság növekedésével a levegő egyre ritkább lesz, és az ellenállás csökken. Az optimális repülési magasság körülbelül 10 000 méter. Az üzemanyag-fogyasztás minimális.
A nagy magasságban való repülés másik jelentős előnye a madarak hiánya, amelyekkel való ütközés nem egyszer katasztrófához vezetett.
A polgári repülőgépek nem repülhetnek 12-13 000 méter felett, mivel a túl nagy vákuum akadályozza a hajtóművek normál működését.
Repülőgép irányítás
A repülőgép vezérlése a motor tolóerejének növelésével vagy csökkentésével történik. Ebben az esetben változik a sebesség, az emelőerő és a repülési magasság. A magasságváltozási és fordulási folyamatok pontosabb vezérléséhez szárnygépesítő eszközöket és a farokegységen elhelyezett kormányokat használnak.
Felszállás és leszállás
Ahhoz, hogy az emelés elegendő legyen a repülőgép földről való felemeléséhez, megfelelő sebességet kell kifejlesztenie. Erre használják a kifutópályákat. A nehéz utasszállító vagy szállító repülőgépekhez hosszú, 3-4 kilométer hosszú kifutópályák szükségesek.
A kifutópályák állapotát a repülőtéri szolgálatok gondosan figyelemmel kísérik, tökéletesen tiszta állapotban tartják, hiszen a hajtóműbe kerülő idegen tárgyak balesethez vezethetnek, fel- és leszálláskor pedig nagy veszélyt jelent a hó és jég a kifutópályán.
Ahogy a gép felszáll, eljön egy pillanat, ami után már nem lehet lemondani a felszállást, mivel a sebesség olyan nagy lesz, hogy a gép már nem tud megállni a kifutópályán belül. Ezt hívják „döntéshozatali sebességnek”.
A leszállás a repülés egy nagyon kritikus pillanata, a pilóták fokozatosan lelassulnak, aminek következtében az emelés csökken, a gép pedig leereszkedik. Közvetlenül a talaj előtt a sebesség már olyan alacsony, hogy a szárnyakon szárnyak nyúlnak ki, amelyek kissé növelik az emelést, és lehetővé teszik a gép lágy leszállását.
Így bármilyen furcsának is tűnik számunkra, a repülőgépek repülnek, és szigorúan a fizika törvényeinek megfelelően.
