Ennek köszönhetően a gép felfelé emelkedik. Az elutasítás ereje a pilóta földi kiképzése és a repülőgép repülése. A repülésirányítás mögött meghúzódó fizikai jelenségek

A nyár beköszönte bolygónk egyes forró szegleteiben nemcsak rekkenő hőséget, hanem repülőjáratok késését is magával hozza. Például az arizonai Phoenixben a levegő hőmérséklete a közelmúltban elérte a +48°C-ot, és a légitársaságok kénytelenek voltak több mint 40 járatot törölni vagy átütemezni. mi az oka? Melegben nem repülnek a repülők? Repülnek, de nem bármilyen hőmérsékleten. Sajtóértesülések szerint a hőség különösen nagy problémát jelent a Bombardier CRJ repülőgépeknél, amelyek maximális felszállási üzemi hőmérséklete +47,5°C. Egy időben, nagy repülőgépek az Airbus és a Boeing akár +52°С hőmérsékleten is repülhet vagy úgy. Nézzük meg, mi okozza ezeket a korlátozásokat.

Emelés elve

Mielőtt elmagyarázná, miért nem minden repülőgép képes magas levegőhőmérsékleten felszállni, meg kell értenünk a repülőgépek repülésének alapelvét. Természetesen mindenki emlékszik a válaszra az iskolából: „Minden a szárny felemeléséről szól.” Igen, ez igaz, de nem túl meggyőző. Ahhoz, hogy valóban megértsük a fizika törvényeit, amelyek itt érintettek, oda kell figyelni lendület törvénye. A klasszikus mechanikában egy test impulzusa egyenlő e test m tömegének és v sebességének szorzatával, az impulzus iránya egybeesik a sebességvektor irányával.

Ezen a ponton azt gondolhatja, hogy a repülőgép lendületének változásáról beszélünk. Nem, helyette vegyük figyelembe a levegő lendületének változását, nekiütközik a szárny síkjának. Képzelje el, hogy minden levegőmolekula egy apró golyó, amely összeütközik egy repülőgéppel. Az alábbiakban egy diagram, amely bemutatja ezt a folyamatot.

A mozgó szárny léggömbökkel (vagyis levegőmolekulákkal) ütközik. A golyók megváltoztatják a lendületüket, ami erő alkalmazását igényel. Mivel a cselekvés egyenlő a reakcióval, a szárny által a levegőszemcsékre kifejtett erő ugyanolyan nagyságú, mint az az erő, amelyet maguk a golyók fejtenek ki a szárnyra. Ez két eredményhez vezet. Először is a szárny emelőereje biztosított. Másodszor, megjelenik egy fordított erő - tolóerő. Tapadás nélkül nem lehet emelni..

Az emelés generálásához a gépnek mozognia kell, sebességének növeléséhez pedig nagyobb tolóerőre van szükség. Pontosabban szólva, csak annyi tolóerőre van szükség, hogy egyensúlyba hozza a légellenállás erejét – akkor a kívánt sebességgel repül. Ezt a tolóerőt általában egy sugárhajtómű vagy légcsavar biztosítja. Valószínűleg akár rakétamotort is használhat, de minden esetben szükség van egy tolóerő-generátorra.

Mi köze ehhez a hőmérsékletnek?

Ha a szárny csak egy léggömböt (vagyis egy molekulát) talál el, akkor nem hoz nagy lendületet. Az emelés növeléséhez sok ütközésre van szükség a levegő molekulákkal. Ezt kétféleképpen lehet elérni:

gyorsabban mozogni, növeli azon molekulák számát, amelyek egységnyi idő alatt érintkeznek a szárnnyal;
design szárnyak nagyobb felület, mert ebben az esetben a szárny nagyszámú molekulával ütközik;
Az érintkezési felület növelésének másik módja a használata nagyobb támadási szög a szárnyak dőlésszöge miatt;
végül nagyobb számú ütközés érhető el a szárny és a levegő molekulák között, ha magának a levegőnek a sűrűsége nagyobb, vagyis maguknak a molekuláknak a száma egységnyi térfogatban nagyobb. Más szavakkal, a növekvő levegő sűrűsége növeli a felhajtóerőt.

Ez a következtetés elvezet bennünket a levegő hőmérsékletéhez. Mi a levegő? Ez sok mikrorészecske, molekula, amelyek körülöttünk mozognak különböző irányokbaés különböző sebességgel. És ezek a részecskék ütköznek egymással. A hőmérséklet emelkedésével a molekulák átlagos sebessége is nő. A hőmérséklet emelkedése a gáz tágulásához vezet, és ezzel egyidejűleg - a levegő sűrűségének csökkenéséhez. Ne feledje, hogy a felmelegített levegő könnyebb, mint a hideg levegő, a hőlégballonos repülés elve ezen a jelenségen alapul.

Tehát a nagyobb emeléshez vagy nagyobb sebességre, vagy nagyobb szárnyfelületre, vagy a szárnyon lévő molekulák nagyobb támadási szögére van szükség. Egy másik feltétel: minél nagyobb a levegő sűrűsége, annál nagyobb az emelőerő. De ennek az ellenkezője is igaz: minél kisebb a levegő sűrűsége, annál kisebb a felhajtóerő. És ez igaz a bolygó forró részeire. A magas hőmérséklet miatt a levegő sűrűsége túl alacsony egyes repülőgépeknél, nem elég nekik felszállni.

Természetesen a levegő sűrűségének csökkenését a sebesség növelésével kompenzálhatja. De hogyan valósítható meg ez a valóságban? Ebben az esetben erősebb motorokat kell telepíteni a repülőgépre, vagy meg kell növelni a kifutópálya hosszát. Ezért a légitársaságok számára sokkal könnyebb egyes járatokat egyszerűen törölni. Vagy legalább helyezze át estére, kora reggelre, amikor a környezeti hőmérséklet a megengedett legnagyobb határérték alatt van.

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.

Repülési repülőgép két erő – a motorok emelő- és vonóerő – együttes használatának 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 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 légáramot 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 tárgy sebessége, annál nagyobb a nyomáskülönbség. Így kiderül, hogy a felemelkedés csak akkor fordulhat elő, ha a repülőgép mozog. Nyomást gyakorol a szárnyra, és arra kényszeríti, hogy felemelkedjen.

Ahogy a gép átgyorsul kifutópálya, a nyomáskülönbség is növekszik, ami az emelés kialakulásához vezet. A sebesség növekedésével fokozatosan növekszik, összehasonlítják 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.

Az égen repülő gépet nézve gyakran azon tűnődünk, hogyan kerül a gép a levegőbe. Hogyan repül? Végül is a repülőgép sokkal nehezebb, mint a levegő.

Miért emelkedik fel a léghajó

Tudjuk, hogy léggömböket és léghajókat emelnek a levegőbe Arkhimédész ereje . Arkhimédész törvénye a gázokra kimondja: " Nés a gázba merült test felhajtóereje megegyezik a test által kiszorított gáz gravitációs erejével." . Ez az erő ellentétes irányú a gravitációval. Vagyis Arkhimédész ereje felfelé irányul.

Ha a gravitációs erő egyenlő Arkhimédész erejével, akkor a test egyensúlyban van. Ha Arkhimédész ereje nagyobb, mint a gravitációs erő, akkor a test felemelkedik a levegőben. Mivel a léggömbök és léghajók hengerei a levegőnél könnyebb gázzal vannak megtöltve, az Archimedes-erő felfelé löki őket. Így az Archimedes-erő a levegőnél könnyebb repülőgépek emelőereje.

De a repülőgép gravitációja jelentősen meghaladja Arkhimédész erejét. Ezért nem tudja felemelni a gépet a levegőbe. Akkor miért indul még mindig?

Repülőgép szárny emelő

Az emelés előfordulását gyakran a légáramlások statikus nyomásának különbségével magyarázzák a repülőgép szárnyának felső és alsó felületén.

Tekintsük a légárammal párhuzamosan elhelyezkedő szárny emelőerejének egyszerűsített változatát. A szárny kialakítása olyan, hogy profiljának felső része domború. A szárny körül áramló légáramlás két részre oszlik: felső és alsó. Az alsó áramlás sebessége szinte változatlan marad. De a felső sebessége megnő, mivel egyszerre nagyobb távolságot kell megtennie. Bernoulli törvénye szerint minél nagyobb az áramlási sebesség, annál kisebb a nyomás benne. Ennek következtében a szárny feletti nyomás csökken. Ezeknek a nyomásoknak a különbsége miatt lift, ami felfelé tolja a szárnyat, és vele együtt a gép is felemelkedik. És minél nagyobb ez a különbség, annál nagyobb az emelőerő.

De ebben az esetben lehetetlen megmagyarázni, hogy miért jelenik meg az emelés, ha a szárnyprofil homorú-domború vagy bikonvex szimmetrikus alakú. Hiszen itt a légáramok egyforma utat tesznek meg, és nincs nyomáskülönbség.

A gyakorlatban a repülőgép szárnyának profilja a légáramláshoz képest szöget zár be. Ezt a szöget ún állásszög . És az ilyen szárny alsó felületével ütköző légáram ferde lesz, és lefelé kezd mozogni. Szerint a lendület megmaradásának törvénye a szárnyra ellenkező irányú, azaz felfelé irányuló erő hat majd.

De ez a modell, amely leírja az emelés előfordulását, nem veszi figyelembe a szárnyprofil felső felülete körüli áramlást. Ezért ebben az esetben az emelőerő nagyságát alábecsüljük.

A valóságban minden sokkal bonyolultabb. Egy repülőgép szárnyának emelése nem létezik önálló mennyiségként. Ez az egyik aerodinamikai erő.

A szembejövő légáram úgynevezett erővel hat a szárnyra teljes aerodinamikai erő . Az emelőerő pedig ennek az erőnek az egyik összetevője. A második komponens az húzóerő. A teljes aerodinamikai erővektor az emelő- és légellenállás-vektorok összege. Az emelővektor a beáramló légáram sebességvektorára merőlegesen irányul. És a légellenállás vektora párhuzamos.

A teljes aerodinamikai erő a szárnyprofil kontúrja körüli nyomás integrálja:

Y – emelőerő

R – vonóerő

dΩ – profilhatár

r – a nyomás mértéke a szárnyprofil kontúrja körül

n – normál profilú

Zsukovszkij tétele

A szárny emelőerejének kialakulását először Nyikolaj Jegorovics Zsukovszkij orosz tudós magyarázta el, akit az orosz repülés atyjának neveznek. 1904-ben megfogalmazott egy tételt egy ideális folyadék vagy gáz síkpárhuzamos áramlása körül áramló test emelő erejéről.

Zsukovszkij bevezette az áramlási sebesség-cirkuláció fogalmát, amely lehetővé tette az áramlási meredekség figyelembevételét és az emelőerő pontosabb értékének meghatározását.

A végtelen fesztávolságú szárny felhajtóereje egyenlő a gáz (folyadék) sűrűségének, a gáz (folyadék) sebességének, a keringési áramlási sebességnek és a szárny kiválasztott szakaszának hosszának szorzatával. Az emelőerő hatásirányát úgy kapjuk meg, hogy a szembejövő áramlási sebességvektort a keringéssel szemben derékszögben elforgatjuk.

Emelőerő

Közepes sűrűségű

Áramlási sebesség a végtelenben

Áramlási sebesség cirkuláció (a vektor a profilsíkra merőlegesen irányul, a vektor iránya a keringés irányától függ),

A szárnyszegmens hossza (a profilsíkra merőlegesen).

Az emelés mértéke sok tényezőtől függ: a támadási szög, a légáramlás sűrűsége és sebessége, a szárny geometriája stb.

Zsukovszkij tétele képezi a modern szárnyelmélet alapját.

Egy repülőgép csak akkor tud felszállni, ha az emelőerő nagyobb, mint a súlya. Motorok segítségével fejleszti a sebességet. A sebesség növekedésével az emelés is növekszik. És a gép felemelkedik.

Ha egy repülőgép magassága és súlya egyenlő, akkor vízszintesen repül. A repülőgépmotorok tolóerőt hoznak létre - olyan erőt, amelynek iránya egybeesik a repülőgép mozgási irányával, és ellentétes a légellenállás irányával. A tolóerő átnyomja a gépet levegő környezet. Vízszintes repülés közben állandó sebességgel a tolóerő és a légellenállás kiegyensúlyozott. Ha növeli a tolóerőt, a gép gyorsulni kezd. De a légellenállás is növekedni fog. És hamarosan újra egyensúlyba kerülnek. És a gép állandó, de nagyobb sebességgel fog repülni.

Ha a sebesség csökken, akkor az emelőerő csökken, és a sík ereszkedni kezd.

Ha gyakran repül, vagy gyakran néz repülőket olyan járatokon, mint a , valószínűleg feltett magának kérdéseket arról, hogy a gép miért repül úgy, ahogyan, és nem másként. Mi a logika? Próbáljuk meg kitalálni.

Miért nem egyenes vonalban, hanem ívben repül a gép?

Ha megnézzük a repülési útvonalat a kabinban a kijelzőn, vagy otthon a számítógépen, akkor nem egyenesnek, hanem ívesnek, a legközelebbi pólus felé íveltnek tűnik (északi az északi féltekén, dél a déli féltekén). Valójában szinte a teljes útvonalon (és minél hosszabb, annál tisztességesebb) egyenes vonalban próbál repülni. Csupán arról van szó, hogy a kijelzők laposak, a Föld pedig kerek, a térfogati térkép laposra vetítése pedig módosítja az arányait: minél közelebb van a pólusokhoz, annál ívesebb lesz az „ív”. Ezt nagyon könnyű ellenőrizni: vegyünk egy földgömböt, és feszítsünk ki egy fonalat a felületén két város között. Ez lesz a legrövidebb út. Ha most átvisszük a szál vonalát a papírra, ívet kapunk.

Vagyis a gép mindig egyenes vonalban repül?

A gép nem tetszés szerint repül, hanem olyan légi útvonalakon, amelyeket természetesen úgy alakítanak ki, hogy a távolság minimális legyen. Az útvonalak az ellenőrző pontok közötti szakaszokból állnak: rádiójeladóként, vagy egyszerűen koordinátákként használhatók a térképen, amelyekhez ötbetűs jelölések vannak hozzárendelve, amelyek legtöbbször könnyen kiejthetők, ezért emlékezetesek. Vagy inkább betűről betűre kell kiejteni őket, de látod, az olyan kombinációkat, mint a DOPIK vagy az OKUDI, könnyebb megjegyezni, mint a GRDFT és az UOIUA.

Az egyes repülések útvonalának megtervezésekor különféle paramétereket használnak, beleértve magát a repülőgép típusát is. Így például a kétmotoros repülőgépekre (és aktívan lecserélik a három- és négymotoros repülőgépeket) az ETOPS (Extended range twin engine operational performance standards) érvényes, amely úgy szabályozza az útvonaltervezést, hogy a légi jármű átkel óceánok, sivatagok vagy sarkok, ugyanakkor egy bizonyos repülési időn belül eljut az ilyen típusú repülőgépek fogadására alkalmas legközelebbi repülőtérig. Ennek köszönhetően, ha valamelyik motor meghibásodik, akkor megbízhatóan elérheti azt a helyet, ahol elkövették. kényszerleszállás. Különböző repülőgépekés a légitársaságok számára tanúsítottak különböző időpontokban repülés, lehet 60, 120, sőt 180, ritka esetben 240 (!) perc is. Eközben a tervek szerint az Airbus A350XWB 350 percre, a Boeing 787 pedig 330-ra lesz igazolva; ez megszüntetné a négy hajtóműves repülőgépek szükségességét még az olyan útvonalakon is, mint a Sydney-Santiago (a világ leghosszabb tengeri kereskedelmi útvonala).

Milyen elven mozognak a repülők a repülőtéren?

Először is, minden attól függ, hogy melyik zenekarból vagy pillanatnyilag felszállás az indulási repülőtéren és leszállás az érkezési repülőtéren. Ha több lehetőség van, akkor mindegyikhez több kilépési és belépési séma tartozik: ha szavakkal magyarázza el, akkor a síknak a séma egyes pontjaira kell haladnia egy bizonyos magasságon, egy bizonyos (határokon belül) sebesség. A kifutópálya kiválasztása a repülőtér aktuális terhelésétől, valamint mindenekelőtt a széltől függ. A helyzet az, hogy a szélnek mind felszálláskor, mind leszálláskor szembeszélnek kell lennie (vagy oldalról, de mégis elölről): ha hátulról fúj a szél, akkor a repülőgépnek, hogy fenntartsa a szükséges levegősebességet. , túl nagy sebességnek kell lennie a talajhoz képest - lehet, hogy a sáv nem elég hosszú a felszálláshoz vagy a fékezéshez. Ezért a gép a szél irányától függően fel- és leszálláskor vagy az egyik vagy a másik irányba mozog, a kifutópályának pedig két fel- és leszállási pályája van, amelyek tíz fokra kerekítve a kifutópálya kijelölésére szolgálnak. Például, ha a pálya az egyik irányban 90, akkor a másikban 270 lesz, és a csík „09/27” lesz. Ha, mint az gyakran előfordul nagyobb repülőterek, két párhuzamos csík van, ezek bal és jobb oldaliak. Például a Sheremetyevo 07L/25R és 07R/25L, illetve a Pulkovo - 10L/28R és 10R/28L.

Egyes repülőtereken a kifutópályák csak egy irányban működnek - Szocsiban például az egyik oldalon hegyek vannak, így csak a tenger felé lehet felszállni és csak a tenger felől lehet leszállni: bármelyik irányba hátulról fúj a szél. fel- vagy leszálláskor, így a pilóták garantáltan átélnek egy kis extrémet.

A repülési szokások a repülőtér területén számos korlátozást figyelembe vesznek - például a repülőgépek közvetlen városok vagy különleges zónák feletti repülési tilalma: ezek lehetnek érzékeny és banális tárgyak egyaránt nyaralófalvak Rubljovka, amelynek lakói nem igazán szeretik a fej feletti zajt.

Miért repül gyorsabban egy repülőgép az egyik irányba, mint a másik irányba?

Ez egy „ünnepi” kérdés – talán csak a mozgó szalagon álló repülőgép problémája körül törtek fel több példányt –, hogy „felszáll-e vagy sem”. Valóban, a gép gyorsabban repül keletre, mint nyugatra, és ha Moszkvából Los Angelesbe 13 óra alatt ér, akkor 12 óra múlva visszaér.

Vagyis gyorsabb repülni nyugatról keletre, mint keletről nyugatra.

A humanista azt hiszi, hogy a Föld forog, és ha egy irányba repülsz, a cél közelebb kerül, mert a bolygónak sikerül megfordulnia alattad.

Ha ilyen magyarázatot hall, sürgősen adjon az illetőnek egy földrajz tankönyvet a hatodik osztályba, ahol elmagyarázzák neki, hogy először is a Föld nyugatról keletre forog (azaz ezen elmélet szerint mindennek fordítva kell lennie körül), másodszor pedig a légkör együtt forog a Földdel. Különben fel lehetne emelkedni a levegőbe hőlégballonés lógjon a helyén, várja a kanyart arra a helyre, ahol le kell szállnia: ingyenes utazás!

A technikus ezt a jelenséget a Coriolis-erővel próbálja megmagyarázni, amely a „Föld-sík” nem inerciális vonatkoztatási rendszerben hat a síkra: az egyik irányban haladva nagyobb lesz a súlya, a másikban ennek megfelelően kisebb. . A baj csak az, hogy a repülőgépek Coriolis-erő hatására létrejött tömegkülönbsége még a fedélzeten lévő rakomány tömegéhez képest is nagyon kicsi. De ez nem olyan rossz: mióta befolyásolja a tömeg a sebességet? 100 km/h-val lehet autót vezetni egyedül vagy öt emberrel. Az egyetlen különbség az üzemanyag-fogyasztásban lesz.

A valódi oka annak, hogy egy repülőgép gyorsabban repül keletre, mint nyugatra, az az, hogy a több kilométeres magasságban lévő szelek leggyakrabban nyugatról keletre fújnak, és így az egyik irányba hátszélnek bizonyul, ami megnöveli a sebességet. a Föld, a másikban pedig - szembejövő, lelassul. Miért fújnak így a szelek? Kérdezd meg például Coriolist. Egyébként a nagy magasságú sugárfolyamok (ezek erős szelek viszonylag szűk légáramlatok formájában a légkör bizonyos zónáiban) tanulmányozása lehetővé teszi az útvonalak oly módon történő megrajzolását, hogy ha egyszer „a sugárban, ” maximalizálhatja a sebességet és megtakaríthatja az üzemanyagot.

Hasznos lehet elolvasni: