Zbog čega se avion diže prema gore. Sila odbijanja je obuka pilota na zemlji i kako avion leti. Fizičke pojave u osnovi kontrole leta

Dolazak ljeta u neke vruće kutke naše planete sa sobom donosi ne samo vrelinu, već i kašnjenja letova na aerodromima. Na primjer, u Phoenixu, Arizona, temperatura zraka je nedavno dostigla +48°C i aviokompanije su bile prisiljene otkazati ili pomjeriti više od 40 letova. Šta je razlog? Zar avioni ne lete kada je vruće? Oni lete, ali ne na bilo kojoj temperaturi. Prema pisanju medija, toplota predstavlja poseban problem za avione Bombardier CRJ, koji imaju maksimalnu radnu temperaturu pri poletanju od +47,5°C. U isto vrijeme, veliki avioni iz Airbusa i Boeinga mogu letjeti na temperaturama do +52°S stepeni ili tako. Hajde da shvatimo šta uzrokuje ova ograničenja.

Princip dizanja

Pre nego što objasnimo zašto svaki avion nije sposoban da poleti na visokim temperaturama vazduha, potrebno je razumeti sam princip letenja aviona. Naravno, svi pamte odgovor iz škole: „Sve je u podizanju krila“. Da, to je tačno, ali ne baš uvjerljivo. Da biste zaista razumjeli zakone fizike koji su ovdje uključeni, morate obratiti pažnju zakon zamaha. U klasičnoj mehanici, impuls tijela jednak je proizvodu mase m ovog tijela i njegove brzine v, smjer količine gibanja se poklapa sa smjerom vektora brzine.

U ovom trenutku možete pomisliti da govorimo o promjeni momentuma aviona. Ne, umjesto toga razmotrite promjenu impulsa zraka, udara u ravan krila. Zamislite da je svaki molekul zraka sićušna lopta koja se sudari sa avionom. Ispod je dijagram koji prikazuje ovaj proces.

Pokretno krilo se sudara sa balonima (tj. molekulima vazduha). Kuglice mijenjaju svoj impuls, što zahtijeva primjenu sile. Budući da je akcija jednaka reakciji, sila kojom krilo djeluje na zračne balone je iste veličine kao i sila koju sami baloni djeluju na krilo. Ovo dovodi do dva rezultata. Prvo je obezbeđena sila podizanja krila. Drugo, pojavljuje se obrnuta sila - potisak. Ne možete postići podizanje bez vuče..

Da bi stvorio uzgonu, avion se mora kretati, a da biste povećali svoju brzinu, potrebno vam je više potiska. Da budemo precizniji, potrebno vam je samo toliko potiska da uravnotežite snagu otpora zraka - tada letite brzinom koju želite. Tipično, ovaj potisak osigurava mlazni motor ili propeler. Najvjerovatnije biste čak mogli koristiti i raketni motor, ali u svakom slučaju vam je potreban generator potiska.

Kakve veze ima temperatura s tim?

Ako krilo udari samo u jednu lopticu zraka (tj. u molekulu), neće proizvesti veliko podizanje. Da biste povećali podizanje, potrebno vam je mnogo sudara s molekulima zraka. To se može postići na dva načina:

kreći se brže, povećavajući broj molekula koji dolaze u kontakt sa krilom u jedinici vremena;
dizajn krila sa veća površina, jer će se u tom slučaju krilo sudariti s velikim brojem molekula;
Drugi način povećanja površine kontakta je korištenje veći napadni ugao zbog nagiba krila;
konačno, moguće je postići veći broj sudara između krila i molekula zraka ako gustina samog vazduha je veća, odnosno broj samih molekula po jedinici zapremine je veći. Drugim riječima, povećanje gustine zraka povećava uzgonu.

Ovaj zaključak nas dovodi do temperature vazduha. Šta je vazduh? To su mnoge mikročestice, molekuli koji se kreću oko nas različitim pravcima i različitim brzinama. I te se čestice sudaraju jedna s drugom. Kako temperatura raste, povećava se i prosječna brzina molekula. Povećanje temperature dovodi do širenja gasa, a istovremeno - do smanjenja gustine vazduha. Imajte na umu da je zagrijani zrak lakši od hladnog.

Dakle, za veće uzgon, potrebna vam je ili veća brzina, ili veća površina krila, ili veći napadni ugao molekula na krilu. Drugi uslov: što je veća gustina vazduha, veća je i sila podizanja. Ali vrijedi i suprotno: što je manja gustina zraka, to je niže uzgona. I to važi za vruće dijelove planete. Zbog visokih temperatura, gustina vazduha je preniska za neke avione, nije im dovoljno da polete.

Naravno, smanjenje gustine zraka možete kompenzirati povećanjem brzine. Ali kako se to može učiniti u stvarnosti? U tom slučaju potrebno je u avion ugraditi snažnije motore ili povećati dužinu piste. Stoga je aviokompanijama mnogo lakše jednostavno otkazati neke letove. Ili, barem, premjestiti na večer, rano ujutro, kada je temperatura okoline ispod maksimalno dozvoljene granice.

Prilično je čudno gledati kako se mašina od više tona lako diže sa piste na aerodromu i glatko dolazi do visine. Čini se da je podizanje tako teške konstrukcije u zrak nemoguć zadatak. Ali, kao što vidimo, nije tako. Zašto avion ne pada i zašto leti?

Odgovor na ovo pitanje leži u fizičkim zakonima koji omogućavaju podizanje aviona u zrak. One važe ne samo za jedrilice i lake sportske avione, već i za transportne avione od više tona koji su sposobni da nose dodatni teret. I općenito, let helikoptera izgleda fantastično, koji ne samo da se može kretati pravolinijski, već i lebdjeti na jednom mjestu.

Let aviona postalo je moguće zahvaljujući kombinovanoj upotrebi dvije sile - sile podizanja i vučne sile motora. A ako je sve manje-više jasno sa vučnom silom, onda je sa silom dizanja sve nešto složenije. Uprkos činjenici da smo svi upoznati sa ovim izrazom, ne mogu ga svi objasniti.

Dakle, kakva je priroda izgleda lifta?

Pogledajmo izbliza krilo aviona, zahvaljujući kojem može ostati u zraku. Odozdo je potpuno ravna, a odozgo ima sferni oblik, ispupčenog prema van. Dok se avion kreće, vazdušni tokovi mirno prolaze ispod donjeg dela krila bez ikakvih promena. Ali da bi prošao preko gornje površine krila, protok zraka mora biti komprimiran. Kao rezultat, dobivamo efekat stisnute cijevi kroz koju mora proći zrak.

Za obilazak sferične površine krila, zrak će trebati duže nego kada prolazi ispod donje, ravne površine. Iz tog razloga se brže kreće preko krila, što zauzvrat dovodi do razlike u pritisku. Mnogo je veći ispod krila nego iznad krila, što je ono što uzrokuje podizanje. U ovom slučaju se primjenjuje Bernoullijev zakon, s kojim je svako od nas upoznat iz škole. Najvažnije je da će razlika pritisaka biti veća što je veća brzina objekta. Tako se ispostavilo da do podizanja može doći samo kada se avion kreće. Ona vrši pritisak na krilo, prisiljavajući ga da se podigne.

Dok se avion ubrzava pista, povećava se i razlika pritisaka, što dovodi do pojave dizanja. Kako se brzina povećava, ona se postepeno povećava, upoređuje se sa masom aviona, a čim je premaši, polijeće. Nakon dostizanja visine, piloti smanjuju brzinu, sila dizanja se upoređuje sa težinom aviona, što dovodi do toga da leti u horizontalnoj ravni.

Da bi se avion kretao naprijed, opremljen je snažnim motorima koji pokreću strujanje zraka u smjeru krila. Uz njihovu pomoć možete regulirati intenzitet protoka zraka, a time i vučnu silu.

Često se, gledajući avion koji leti na nebu, pitamo kako se avion diže u zrak. Kako leti? Na kraju krajeva, avion je mnogo teži od vazduha.

Zašto se vazdušni brod diže

Znamo da se baloni i vazdušni brodovi dižu u vazduh Arhimedova sila . Arhimedov zakon za gasove kaže: " Na tijelo uronjeno u plin doživljava silu uzgona jednaku sili gravitacije gasa koji je istisnuo ovo tijelo.” . Ova sila je suprotna u smjeru gravitacije. To jest, Arhimedova sila je usmjerena prema gore.

Ako je sila gravitacije jednaka Arhimedovoj sili, onda je tijelo u ravnoteži. Ako je Arhimedova sila veća od sile gravitacije, tada se tijelo diže u zrak. Pošto su cilindri balona i vazdušnih brodova napunjeni gasom, koji je lakši od vazduha, Arhimedova sila ih gura prema gore. Dakle, Arhimedova sila je sila podizanja za avione lakše od vazduha.

Ali gravitacija aviona znatno premašuje Arhimedovu silu. Zbog toga ona ne može da podigne avion u vazduh. Pa zašto još uvijek uzmiče?

Dizanje krila aviona

Pojava uzgona se često objašnjava razlikom u statičkim pritiscima strujanja vazduha na gornjoj i donjoj površini krila aviona.

Razmotrimo pojednostavljenu verziju izgleda sile podizanja krila, koja se nalazi paralelno sa strujom zraka. Dizajn krila je takav da gornji dio njegovog profila ima konveksan oblik. Protok zraka koji struji oko krila podijeljen je na dva: gornji i donji. Brzina donjeg toka ostaje gotovo nepromijenjena. Ali brzina gornjeg se povećava zbog činjenice da mora preći veću udaljenost u isto vrijeme. Prema Bernoullijevom zakonu, što je veća brzina protoka, to je manji pritisak u njemu. Posljedično, pritisak iznad krila postaje manji. Zbog razlike u ovim pritiscima, lift, koji gura krilo prema gore, a sa njim se i avion diže. I što je ta razlika veća, veća je i sila dizanja.

Ali u ovom slučaju, nemoguće je objasniti zašto se podizanje pojavljuje kada profil krila ima konkavno-konveksan ili bikonveksan simetričan oblik. Na kraju krajeva, ovdje vazdušni tokovi putuju istu udaljenost i nema razlike u pritisku.

U praksi se profil krila aviona nalazi pod uglom u odnosu na strujanje vazduha. Ovaj ugao se zove napadnog ugla . A strujanje zraka, sudarajući se s donjom površinom takvog krila, zakošeno je i počinje se kretati prema dolje. Prema zakon održanja impulsa na krilo će djelovati sila usmjerena u suprotnom smjeru, odnosno prema gore.

Ali ovaj model, koji opisuje pojavu uzgona, ne uzima u obzir strujanje oko gornje površine profila krila. Stoga je u ovom slučaju veličina sile dizanja potcijenjena.

U stvarnosti je sve mnogo komplikovanije. Uzgon krila aviona ne postoji kao nezavisna veličina. Ovo je jedna od aerodinamičkih sila.

Nadolazeći tok zraka djeluje na krilo silom tzv ukupna aerodinamička sila . A sila dizanja je jedna od komponenti ove sile. Druga komponenta je sila povlačenja. Ukupni vektor aerodinamičke sile je zbir vektora sile podizanja i otpora. Vektor podizanja je usmjeren okomito na vektor brzine dolaznog strujanja zraka. A vektor sile otpora je paralelan.

Ukupna aerodinamička sila definirana je kao integral pritiska oko konture profila krila:

Y – sila dizanja

R – vuča

dΩ – granica profila

R – iznos pritiska oko konture profila krila

n – normalno na profil

Teorema Žukovskog

Kako nastaje sila podizanja krila prvi je objasnio ruski naučnik Nikolaj Jegorovič Žukovski, kojeg nazivaju ocem ruske avijacije. Godine 1904. formulirao je teoremu o sili dizanja tijela koje teče oko ravni paralelnog strujanja idealne tekućine ili plina.

Žukovski je uveo koncept cirkulacije brzine protoka, što je omogućilo da se uzme u obzir nagib protoka i dobije tačnija vrijednost sile podizanja.

Uzgona krila beskonačnog raspona jednaka je proizvodu gustine gasa (tečnosti), brzine gasa (tečnosti), brzine strujanja cirkulacije i dužine odabranog dela krila. Smjer djelovanja sile dizanja dobiva se rotacijom vektora brzine nadolazećeg strujanja pod pravim uglom u odnosu na cirkulaciju.

Sila dizanja

Srednje gustine

Brzina strujanja u beskonačnosti

Cirkulacija brzine protoka (vektor je usmjeren okomito na ravan profila, smjer vektora ovisi o smjeru cirkulacije),

Dužina segmenta krila (okomita na ravan profila).

Količina uzgona zavisi od mnogih faktora: napadnog ugla, gustine i brzine strujanja vazduha, geometrije krila itd.

Teorema Žukovskog čini osnovu moderne teorije krila.

Avion može poletjeti samo ako je sila podizanja veća od njegove težine. Razvija brzinu uz pomoć motora. Kako se brzina povećava, povećava se i podizanje. I avion se diže.

Ako su podizanje i težina aviona jednake, onda on leti horizontalno. Motori aviona stvaraju potisak - silu čiji se smjer poklapa sa smjerom kretanja aviona i suprotan je smjeru otpora. Potisak gura avion vazdušno okruženje. U horizontalnom letu pri konstantnoj brzini, potisak i otpor su uravnoteženi. Ako povećate potisak, avion će početi da ubrzava. Ali otpor će se takođe povećati. I uskoro će ponovo biti u ravnoteži. A avion će letjeti stalnom, ali većom brzinom.

Ako se brzina smanji, tada sila podizanja postaje manja i avion počinje da se spušta.

Ako često letite ili često gledate avione na uslugama poput , vjerovatno ste se pitali zašto avion leti na način na koji leti, a ne drugačije. Koja je logika? Pokušajmo to shvatiti.

Zašto avion ne leti pravolinijski, već u luku?

Ako pogledate putanju leta na displeju u kabini ili na kompjuteru kod kuće, ne izgleda ravno, već lučno, zakrivljeno prema najbližem polu (sjever na sjevernoj hemisferi, jug na južnoj hemisferi). Zapravo, gotovo cijelom rutom (i što je duža, to je pravednija) pokušava da leti pravolinijski. Samo što su displeji ravni, a Zemlja okrugla, a projekcija trodimenzionalne karte na ravnu mijenja njene proporcije: što je bliže polovima, to će "luk" biti zakrivljeniji. To je vrlo lako provjeriti: uzmite globus i razvucite nit preko njegove površine između dva grada. Ovo će biti najkraći put. Ako sada prenesete liniju konca na papir, dobit ćete luk.

Odnosno, avion uvek leti pravolinijski?

Avion ne leti kako hoće, već vazdušnim rutama koje su položene, naravno, na način da se udaljenost minimizira. Rute se sastoje od segmenata između kontrolnih tačaka: mogu se koristiti kao radio farovi, ili jednostavno koordinate na karti, kojima su dodijeljene petoslovne oznake, koje se najčešće lako izgovaraju i stoga pamte. Ili bolje rečeno, treba ih izgovoriti slovo po slovo, ali, vidite, lakše je zapamtiti kombinacije poput DOPIK ili OKUDI nego GRDFT i UOIUA.

Prilikom iscrtavanja rute za svaki konkretan let koriste se različiti parametri, uključujući i sam tip aviona. Tako, na primjer, za dvomotorne avione (a oni aktivno zamjenjuju tromotorne i četveromotorne) primjenjuju se ETOPS (Extended range twin engine Operational Performance standards) koji regulišu planiranje rute na način da avion, prelazeći okeane, pustinje ili polove, istovremeno je unutar određenog vremena leta do najbližeg aerodroma sposobnog da primi ovaj tip aviona. Zahvaljujući tome, ako jedan od motora pokvari, moći će pouzdano doći do mjesta gdje je počinjen. prinudno sletanje. Različiti avioni a aviokompanije su certificirane za drugačije vrijeme leta, može biti 60, 120 pa čak i 180, au rijetkim slučajevima 240 (!) minuta. U međuvremenu, planirano je da se certificira Airbus A350XWB na 350 minuta, a Boeing 787 za 330 minuta; ovo bi eliminisalo potrebu za avionima sa četiri motora čak i na rutama poput Sidnej-Santjago (najduža komercijalna ruta na svetu preko mora).

Po kom principu se kreću avioni po aerodromu?

Prvo, sve zavisi iz kojeg ste benda ovog trenutka poletjeti na aerodromu polaska i sletjeti na aerodrom dolaska. Ako postoji nekoliko opcija, onda za svaku od njih postoji nekoliko izlaznih i ulaznih shema: ako to objasnite riječima, tada avion mora nastaviti do svake od točaka sheme na određenoj visini na određenoj (unutar granica) brzina. Izbor piste zavisi od trenutnog opterećenja aerodroma, kao i, pre svega, od vetra. Činjenica je da i za vrijeme polijetanja i pri slijetanju vjetar mora biti čeoni (ili duvati sa strane, ali ipak sprijeda): ako vjetar puše odostraga, onda avion, kako bi održao potrebnu brzinu u odnosu na zrak , morat će imati preveliku brzinu u odnosu na tlo - možda traka nije dovoljno duga za polijetanje ili kočenje. Dakle, u zavisnosti od smjera vjetra, avion se kreće u jednom ili drugom smjeru prilikom polijetanja i slijetanja, a pista ima dva kursa za polijetanje i slijetanje, koji se, zaokruženi na desetine stepeni, koriste za označavanje piste. Na primjer, ako je kurs 90 u jednom smjeru, onda će u drugom biti 270, a traka će se zvati "09/27". Ako, kao što se često dešava u glavni aerodromi, postoje dvije paralelne pruge, označene su kao lijeva i desna. Na primer, u Šeremetjevu 07L/25R i 07R/25L, respektivno, au Pulkovu – 10L/28R i 10R/28L.

Na nekim aerodromima piste rade samo u jednom smjeru - na primjer, u Sočiju su planine s jedne strane, tako da možete poletjeti samo prema moru i sletjeti samo s mora: u bilo kojem smjeru vjetar će puhati s leđa ili prilikom polijetanja ili slijetanja, tako da će piloti zagarantovano doživjeti malo ekstrema.

Obrasci letenja na području aerodroma uzimaju u obzir brojna ograničenja - na primjer, zabranu letenja aviona direktno iznad gradova ili posebnih zona: to mogu biti i osjetljivi i banalni objekti vikend naselja Rubljovka, čiji stanovnici baš i ne vole buku iznad glave.

Zašto avion leti brže u jednom pravcu nego u drugom?

Ovo je "praznično" pitanje - možda je više kopija polomljeno samo oko problema sa avionom koji stoji na pokretnom pojasu - "da li će poletjeti ili ne." Zaista, avion leti brže na istok nego na zapad, a ako od Moskve do Los Anđelesa stignete za 13 sati, onda se možete vratiti za 12.

Odnosno, brže je letjeti sa zapada na istok nego sa istoka na zapad.

Humanista misli da se Zemlja okreće, a kada letite u jednom pravcu, odredište se približava, jer planeta uspeva da se okrene ispod vas.

Ako čujete takvo objašnjenje, hitno dajte osobi udžbenik geografije za šesti razred, gdje će mu objasniti da se, prvo, Zemlja okreće od zapada prema istoku (tj. prema ovoj teoriji sve bi trebalo biti obrnuto okolo), i drugo, atmosfera rotira sa Zemljom. Inače bi bilo moguće da se podigne u vazduh balon na topli vazduh i visi na mestu, čekajući da dođe red do mesta gde treba da sletite: besplatno putovanje!

Tehničar pokušava da objasni ovu pojavu Coriolisovom silom, koja deluje na ravan u neinercijalnom referentnom okviru „Zemljina ravan“: kada se kreće u jednom pravcu, njena težina postaje veća, au drugom, shodno tome, manja. . Jedina nevolja je što je razlika u težini aviona koju stvara Coriolisova sila vrlo mala čak i u poređenju sa masom korisnog tereta na brodu. Ali to nije tako loše: od kada masa utiče na brzinu? Možete voziti auto brzinom od 100 km/h, sami ili sa pet osoba. Jedina razlika će biti u potrošnji goriva.

Pravi razlog što avion leti brže prema istoku nego prema zapadu je taj što vjetrovi na visini od nekoliko kilometara najčešće pušu od zapada prema istoku, pa se u jednom smjeru vjetar ispostavi da je u leđa, povećavajući brzinu u odnosu na Zemlja, au drugom - nadolazeći, usporavajući. Zašto vjetrovi pušu na ovaj način, pitajte Coriolisa, na primjer? Inače, proučavanje mlaznih tokova na velikim visinama (to su jaki vjetrovi u obliku relativno uskih strujanja zraka u određenim zonama atmosfere) omogućava da se ucrtaju rute na način da se jednom „u mlazu“ ” možete povećati brzinu i uštedjeti gorivo.

Možda bi bilo korisno pročitati: