V vsakem letalskem konstruktorskem biroju je zgodba o izjavi glavnega konstruktorja. Spremeni se samo avtor izjave. In zveni takole: "Vse življenje se ukvarjam z letali, a še vedno ne razumem, kako ta kos železa leti!". Konec koncev, Newtonov prvi zakon še ni bil razveljavljen in letalo je očitno težje od zraka. Treba je ugotoviti, kakšna sila ne dovoli, da večtonski stroj pade na tla.
Načini letalskega potovanja
Obstajajo trije načini za potovanje:
- Aerostatična, pri dvigovanju od tal se izvaja s pomočjo telesa, katerega specifična teža je nižja od gostote atmosferskega zraka. To so baloni, zračne ladje, sonde in druge podobne strukture.
- Reaktivno, ki je surova sila curka iz gorljivega goriva, ki omogoča premagovanje sile gravitacije.
- In končno, aerodinamična metoda ustvarjanja dviga, ko se Zemljina atmosfera uporablja kot podporna snov za vozila, težja od zraka. Letala, helikopterji, žiroplani, jadralna letala in mimogrede, ptice se premikajo po tej posebni metodi.
Aerodinamične sile
Na letalo, ki se premika po zraku, vplivajo štiri glavne večsmerne sile. Konvencionalno so vektorji teh sil usmerjeni naprej, nazaj, navzdol in navzgor. To je skoraj labod, rak in ščuka. Silo, ki potiska letalo naprej, ustvarja motor, nazaj je naravna sila zračnega upora, navzdol pa gravitacija. No, namesto da bi pustili letalo pasti - dvig, ki ga ustvari zračni tok zaradi pretoka okoli krila.
Standardno vzdušje
Stanje zraka, njegova temperatura in tlak se lahko na različnih delih zemeljskega površja močno razlikujejo. V skladu s tem se bodo tudi vse značilnosti letal med letenjem na enem ali drugem mestu razlikovale. Zato smo se zaradi udobja in približevanja vseh značilnosti in izračunov k skupnemu imenovalcu dogovorili, da definiramo tako imenovano standardno ozračje z naslednjimi glavnimi parametri: tlak 760 mm Hg nad morsko gladino, gostota zraka 1,188 kg na kubični meter, hitrost zvok 340,17 metrov na sekundo, temperatura +15 ℃. Ko se višina poveča, se ti parametri spreminjajo. Obstajajo posebne tabele, ki razkrivajo vrednosti parametrov za različne višine. Vsi aerodinamični izračuni, kot tudi določanje zmogljivosti zrakoplova, se izvajajo z uporabo teh kazalnikov.
Najenostavnejši princip ustvarjanja dvigala
Če je v nasprotnem toku zrakada postavite ploski predmet, na primer tako, da dlan iztisnete skozi okno premikajočega se avtomobila, lahko začutite to silo, kot pravijo, "na prstih". Pri obračanju dlani pod majhnim kotom glede na zračni tok se takoj začuti, da se je poleg zračnega upora pojavila še ena sila, ki vleče navzgor ali navzdol, odvisno od smeri kota vrtenja. Kot med ravnino telesa (v tem primeru dlanmi) in smerjo zračnega toka se imenuje napadni kot. Z nadzorovanjem vpadnega kota lahko nadzorujete dvig. Zlahka je videti, da se bo s povečanjem vpadnega kota povečala sila, ki potiska dlan navzgor, vendar do določene točke. In ko doseže kot blizu 70-90 stopinj, bo popolnoma izginil.
krilo letala
Glavna nosilna površina, ki ustvarja dvig, je krilo letala. Profil kril je običajno ukrivljen v obliki solze, kot je prikazano.
Ko zrak teče okoli krila, hitrost zraka, ki prehaja vzdolž zgornjega dela krila, presega hitrost spodnjega toka. V tem primeru postane statični zračni tlak na vrhu nižji kot pod krilom. Razlika v tlaku potisne krilo navzgor in ustvari dvig. Zato so za zagotovitev razlike v tlaku vsi profili kril izdelani asimetrično. Za krilo s simetričnim profilom pri ničelnem napadnem kotu je vzgona v ravni letenju enaka nič. S takšnim krilom je edini način, da ga ustvarimo, spremeniti napadni kot. Obstaja še ena komponenta dvižne sile - induktivna. ona jenastane zaradi nagnjenosti zračnega toka navzdol zaradi ukrivljene spodnje površine krila, kar seveda povzroči povratno silo navzgor, ki deluje na krilo.
Izračun
Formula za izračun dvižne sile letalskega krila je naslednja:
Y=CyS(PV 2)/2
Kje:
- Cy - koeficient dviga.
- S - površina kril.
- V - hitrost prostega toka.
- P - gostota zraka.
Če je z gostoto zraka, površino kril in hitrostjo vse jasno, je koeficient dviga vrednost, pridobljena eksperimentalno in ni konstanta. Razlikuje se glede na profil krila, njegovo razmerje stranic, vpadni kot in druge vrednosti. Kot lahko vidite, so odvisnosti večinoma linearne, razen hitrosti.
Ta skrivnostni koeficient
Koeficient dviga kril je dvoumna vrednost. Kompleksni večstopenjski izračuni se še vedno eksperimentalno preverjajo. To se običajno izvaja v vetrovniku. Za vsak profil krila in za vsak napadni kot bo njegova vrednost različna. In ker samo krilo ne leti, ampak je del letala, se takšni testi izvajajo na ustreznih zmanjšanih kopijah modelov letal. Krila se redko testirajo ločeno. Glede na rezultate številnih meritev posameznega krila je mogoče narisati odvisnost koeficienta od vpadnega kota, pa tudi različne grafe, ki odražajo odvisnostdviga od hitrosti in profila posameznega krila, pa tudi od sproščene mehanizacije krila. Spodaj je prikazan vzorec grafikona.
Pravzaprav ta koeficient označuje sposobnost krila, da pretvarja tlak vhodnega zraka v dvig. Njegova običajna vrednost je od 0 do 2. Rekord je 6. Zaenkrat je človek zelo daleč od naravne popolnosti. Na primer, ta koeficient za orla, ko se dvigne s tal z ujetim gofjem, doseže vrednost 14. Iz zgornjega grafa je očitno, da povečanje vpadnega kota povzroči povečanje dviga na določene vrednosti kota.. Po tem se učinek izgubi in gre celo v nasprotno smer.
Zastojni tok
Kot pravijo, je vse dobro v zmernih količinah. Vsako krilo ima svojo mejo v smislu vpadnega kota. Tako imenovani nadkritični vpadni kot vodi do zastoja na zgornji površini krila, ki mu odvzame dvig. Zastoj se pojavlja neenakomerno po celotni površini krila in ga spremljajo ustrezni, izjemno neprijetni pojavi, kot so tresenje in izguba nadzora. Čudno je, da ta pojav ni veliko odvisen od hitrosti, čeprav tudi vpliva, vendar je glavni razlog za nastanek zastoja intenzivno manevriranje, ki ga spremljajo nadkritični koti napada. Prav zaradi tega je prišlo do edine strmoglavljenja letala Il-86, ko se je pilot, ki se je želel "razkazovati" na praznem letalu brez potnikov, nenadoma začel vzpenjati, kar se je končalo tragično..
Odpor
Z roko v roki z dvigom prihaja vlečenje,preprečevanje premikanja letala naprej. Sestavljen je iz treh elementov. To so sila trenja zaradi vpliva zraka na letalo, sila zaradi razlike v tlaku v območjih pred krilom in za krilom ter zgoraj obravnavana induktivna komponenta, saj je vektor njegovega delovanja usmerjen ne samo navzgor, kar prispeva k povečanju dviga, ampak tudi nazaj, saj je zaveznik odpora. Poleg tega je ena od komponent induktivnega upora sila, ki nastane zaradi pretoka zraka skozi konce krila, kar povzroča vrtinčne tokove, ki povečujejo poševnico smeri gibanja zraka. Formula aerodinamičnega upora je popolnoma enaka formuli dvižne sile, razen koeficienta Su. Spremeni se v koeficient Cx in se tudi eksperimentalno določi. Njegova vrednost le redko presega desetino enega.
razmerje med spusti in vlečenjem
Razmerje med dvigom in uporno silo se imenuje aerodinamična kakovost. Tukaj je treba upoštevati eno lastnost. Ker sta formuli za dvižno silo in uporno silo, razen koeficientov, enaki, lahko domnevamo, da je aerodinamična kakovost letala določena z razmerjem koeficientov Cy in Cx. Graf tega razmerja za določene vpadne kote se imenuje krilni pol. Primer takega grafikona je prikazan spodaj.
Sodobna letala imajo vrednost aerodinamične kakovosti okoli 17-21, jadralna letala pa do 50. To pomeni, da je na letalu dvig kril v optimalnih pogojih17-21-krat večja od uporne sile. V primerjavi z letalom bratov Wright, ki ima oceno 6,5, je napredek pri oblikovanju očiten, a orel z nesrečnim gofjem v tacah je še daleč.
Načini letenja
Različni načini letenja zahtevajo različno razmerje med dvigom in uporom. Pri potovalnem nivoju je hitrost letala precej visoka, koeficient dviga, sorazmeren s kvadratom hitrosti, pa je pri visokih vrednostih. Glavna stvar tukaj je zmanjšati odpornost. Med vzletom in predvsem pristankom igra koeficient dviga odločilno vlogo. Hitrost letala je nizka, vendar je potreben njegov stabilen položaj v zraku. Idealna rešitev tega problema bi bila izdelava tako imenovanega prilagodljivega krila, ki spreminja svojo ukrivljenost in enakomerno površino glede na pogoje letenja, približno na enak način kot ptice. Dokler projektantom ni uspelo, je sprememba koeficienta vzgona dosežena z uporabo krilne mehanizacije, ki poveča tako površino kot ukrivljenost profila, kar s povečanjem upora občutno poveča dvig. Za lovska letala je bila uporabljena sprememba zamaha krila. Inovacija je omogočila zmanjšanje upora pri visokih hitrostih in povečanje dviga pri nizkih hitrostih. Vendar se je ta zasnova izkazala za nezanesljivo in pred kratkim so bila frontna letala izdelana s fiksnim krilom. Drug način za povečanje dvižne sile letalskega krila je dodatno pihanje krila s tokom iz motorjev. To se izvaja v vojskiTransportna letala An-70 in A-400M, ki ju zaradi te lastnosti odlikujejo skrajšane vzletne in pristajalne razdalje.
