Zašto avioni ne mogu da polete po ekstremnim vrućinama. Na kojoj visini lete avioni

Brzina (V) kretanja košuljice nije konstantna - jedan je potreban u usponu, a drugi u letu.

1. Polijetanje zapravo počinje od trenutka kada se plovilo kreće duž piste. Uređaj ubrzava, podiže ritam potreban za odvajanje od platna, a tek onda, zbog povećanja uzgona, uzleti uvis. Potreban V za povlačenje je napisan u priručniku za svaki model i općim uputama. Motori u ovom trenutku rade punim kapacitetom, dajući ogromno opterećenje na mašini, zbog čega se proces smatra jednim od najtežih i najopasnijih.
2. Da biste se fiksirali u prostoru i zauzeli dodijeljeni ešalon, potrebno je postići drugu brzinu. Let u horizontalnoj ravni je moguć samo ako PS kompenzuje Zemljinu gravitaciju.

Teško je imenovati pokazatelje brzine kojom je avion u stanju da poleti i ostane tamo određeno vreme. One zavise od karakteristika određene mašine i uslova okoline. Mali jednomotorni V će logično biti niži od onog kod ogromnog putničkog broda - što je uređaj veći, to se mora brže kretati.

Za Boeing 747-300, ovo je oko 250 kilometara na sat ako je gustina vazduha 1,2 kilograma po kubnom metru. Za Cesnu 172 - oko 100. Jak-40 se odvaja od platna pri 180 km/h, Tu154M - na 210. Za Il 96 prosjek dostiže 250, a za Airbus A380 - 268.

Od uvjeta neovisnih o modelu uređaja, pri određivanju broja oslanjaju se na:

• smjer i jačina vjetra - nadolazeći pomaže guranjem nosa prema gore
• prisutnost padavina i vlažnosti zraka - može zakomplicirati ili doprinijeti ubrzanju
• ljudski faktor - nakon procjene svih parametara odluku donosi pilot

Brzinska karakteristika ešalona se u tehničkim specifikacijama naziva "krstarenje" - to je 80% maksimalnih mogućnosti mašine

Brzina na samom ešalonu također direktno ovisi o modelu broda. U tehničkim specifikacijama se spominje kao "krstarenje" - to je 80% maksimalnih mogućnosti mašine. Prvi putnik "Ilya Muromets" ubrzao je do samo 105 kilometara na sat. Sada je prosječan broj 7 puta veći.

Ako letite Airbusom A220, brojka je na nivou od 870 km/h. A310 se obično kreće brzinom od 860 kilometara na sat, A320 - 840, A330 - 871, A340-500 - 881, A350 - 903, a džinovski A380 - 900. Boingovi su otprilike isti. Boeing 717 leti brzinom od 810 kilometara na sat. Masa 737 - 817-852 u zavisnosti od generacije, dugolinijska 747 - 950, 757 - 850 km/h, prva transatlantska 767 - 851, Triple Seven - 905, a putnička mlaznica 787 - 902. razvija liniju za civilnu avijaciju, koja će prevoziti ljude s jedne tačke na drugu na V=5000. Ali do sada, vrh najbržih na svijetu uključuje samo vojsku:

• američki nadzvučni F-4 Phantom II, iako je ustupio mjesto modernijima, i dalje je u prvih deset sa pokazateljem od 2370 kilometara na sat
• jednomotorni lovac Convair F-106 Delta Dart sa 2450 km/h
• borbeni MiG-31 - 2993
• eksperimentalni E-152, čiji je dizajn bio osnova MiG-25 - 3030
• Prototip XB-70 Valkyrie - 3.308
• istraživanje Bell X-2 Starbuster - 3 370
• MiG-25 može dostići 3492, ali je nemoguće zaustaviti se na ovoj oznaci i ne oštetiti motor
• SR-71 Blackbird - 3540
• svjetski lider na raketni pogon X-15 - 7.274

Moguće je da će civilni brodovi jednog dana moći postići ove pokazatelje. Ali definitivno ne u bliskoj budućnosti, dok je glavni faktor u tome i dalje sigurnost putnika.

4 dijela aviona koji utiču na performanse leta

Leteći automobili se razlikuju od običnih po vrlo složenim dizajnom koji omogućavaju svaku sitnicu. A osim očiglednih detalja, na mogućnosti i karakteristike kretanja utječu i drugi dijelovi - ukupno su prikupljena 4 glavna.

1. Wing. Ako u slučaju kvara motora možete letjeti do najbližeg aerodroma na drugom, a u slučaju kvara na dva odjednom, možete sletjeti s iskustvom pilota, nećete se udaljiti od tačke polaska bez krilo. Neće je biti - neće biti potrebne sile dizanja. Nije slučajno što o krilu govore u jednini. Suprotno uvriježenom mišljenju, avion ga ima. Ovaj koncept označava čitavu ravan koja se divergira u oba smjera sa strane.

Budući da je ovo glavni dio koji je odgovoran za boravak u zraku, dosta pažnje se posvećuje njegovom dizajnu. Obrazac je napravljen prema tačnim proračunima, verifikovan i testiran. Osim toga, krilo je u stanju izdržati ogromna opterećenja kako ne bi ugrozilo glavnu stvar - sigurnost ljudi.

2. Preklopi i letvice. Većinu vremena krilo aviona ima aerodinamičan oblik, ali se na njemu pojavljuju dodatne površine tokom polijetanja i slijetanja. Zakrilci i letvice se proizvode kako bi se povećala površina i nosile sa silama koje djeluju na vozilo prilikom velikih opterećenja na početku i na kraju puta. Prilikom slijetanja usporavaju lajner, ne dozvoljavaju da prebrzo padne, a pri usponu pomažu da se zadrži u zraku.

3. Spojleri. Pojavljuju se na vrhu krila u trenucima kada je potrebno smanjiti PS. Oni igraju ulogu svojevrsne kočnice. Ovo i detalji iz prethodnog stava su mehanizacija, kojom piloti upravljaju ručno.

4. Motor. Šrafom povucite auto za sobom, a mlaznjak "gurajte" naprijed.

Čak i početkom prošlog stoljeća malo je ljudi vjerovalo u ideju stvaranja letećeg vozila, danas avioni nikoga ne iznenađuju. Iako samo rijetki razumiju principe njihovog kretanja - dizajn vozila, fizika letova djeluje previše komplicirano i izaziva mnogo zabluda. Ali običan putnik to ne mora znati. Glavna stvar koju treba zapamtiti je da su sposobnosti svakog modela košuljica izračunate, a sudbinu Icarusa moguće je ponoviti samo u rijetkim slučajevima.

Da bi poletjeli u zrak, avioni moraju razviti ogromnu snagu. Motori aviona stvaraju potisak koji ih gura naprijed, dok im poseban oblik trupa i krila pomaže da se uzdignu.

Gravitacija vuče avione prema dolje kao i svako drugo tijelo. Međutim, avioni uspijevaju ostati u zraku upravo zahvaljujući utjecaju samog zraka. Normalno, vazduh gura telo sa svih strana, ali ako se kreće, gura jače od vazduha koji se kreće brzo.

Krila aviona su oblikovana tako da se zrak kreće sporije ispod njih nego iznad njih. Kada avion dostigne određenu brzinu, "spori" vazduh ispod njegovih krila počinje da ih pritiska više nego onaj iznad - i avion se diže u nebo. Rezultirajuća sila naziva se podizanje.

Kada se puca iz pištolja, strijelac osjeća povratak - guranje kundaka u rame. Ova sila djeluje na kundak pištolja vrlo kratko - oko 0,002 sekunde. Ali na strojnici mitraljeza ova sila djeluje gotovo konstantno, dok meci lete iz cijevi.

Na isti način, letjelica može imati konstantno podizanje ako stalno izbacuje zrak dolje. Za to služe krila aviona. Ako se krilo kreće horizontalno i istovremeno je postavljeno pod uglom u odnosu na smjer kretanja (ovaj kut se zove napadni ugao), ono izbacuje nadolazeći zrak i na taj način stvara uzgon usmjeren prema gore.

Krilo, postavljeno pod napadnim uglom, baca vazduh dok se kreće, a to stvara uzgon.

Formiranje sile dizanja zasniva se na zakonu mehanike o momentu kretanja (drugi Newtonov zakon):

m * (v 2 -v 1) \u003d P * t

• m je masa tijela (u našem slučaju to je masa izbačenog zraka);
• v 2 - v 1 - promjena brzine tijela (u našem slučaju, vertikalna brzina izbačenog zraka);
• P je sila koja djeluje na tijelo (u našem slučaju se primjenjuje na zrak i usmjerava naniže),
• t je vrijeme.

dakle,

P \u003d m / t * (v 2 -v 1)

Budući da bilo koje djelovanje uvijek nailazi na jednaku i suprotno usmjerenu protudjelo (Njutnov treći zakon), sila dizanja Y bit će jednaka sili P, primijenjenoj na krilo aviona i usmjerenoj prema gore: Y = - P.

Veličina uzgona zavisi od mase vazduha koja se baca svake sekunde m/t, a ona zauzvrat zavisi od gustine vazduha p, brzine leta v i površine krila S; vertikalna brzina vazduha v 2 - v 1 zavisi od napadnog ugla krila i brzine leta. Tada se veličina sile dizanja može izraziti formulom:

Y=C y *pv2/2*S

gdje je C y koeficijent koji ovisi o obliku krila i napadnom kutu.

Dakle, podizanje se može stvoriti prilično jednostavno, ali za to je imperativ da se krilo kreće u zraku. To se rješava na različite načine: ptice, na primjer, mašu krilima; jedrilice koriste spuštanje - otpor zraka se savladava gravitacijom. Avionu je potreban poseban motor. Ali možda bi bilo isplativije rotirati ovaj motor tako da njegov potisak kompenzira težinu aparata? To nije potrebno, jer je sila podizanja krila višestruko veća od otpora zraka. Omjer rezultirajućeg uzgona i otpora naziva se omjerom uzgona i otpora. Trenutno, za podzvučne avione ovaj omjer dostiže 25, a za nadzvučne - 7.

Razvoj vazduhoplovstva u velikoj meri zavisi od otkrića i pronalazaka u raznim oblastima nauke i tehnologije, a prvenstveno od razvoja nauke o strujanju gasova oko tela – aerodinamike. Počeci ove nauke postavljeni su studijama ruskih naučnika N.E. Žukovskog, S.A. Chaplygin, S. A. Christianovich, njemački naučnici R. Prandtl, T. Karman i dr. Osim toga, nauka o mehanici leta, nauka o materijalima, izumi u industriji koja se bavi izradom motora i u izradi instrumenata igraju važnu ulogu u razvoju avijacija.

Od davnina, posmatrajući let ptica, čovek je i sam želeo da nauči kako da leti. Želja da se leti poput ptice ogleda se u drevnim mitovima i legendama. Jedna takva legenda je ona o Ikaru, koji je napravio krila da lete visoko u nebo, bliže blistavom suncu. I iako je let Ikara završio tragično, ptice lete savršeno, unatoč činjenici da su znatno teže od zraka. Tri hiljade godina od nastanka ove legende, na samom početku 20. veka, izvršen je prvi ljudski let u avionu. Ovaj let je trajao samo 59 sekundi, a avion je preletio samo 260 metara. Tako se čovjekov dugogodišnji san o letenju ostvario. Moderni avioni lete mnogo dalje i duže. Pokušajmo da shvatimo zašto avion velike mase leti, zašto može letjeti brže, više i dalje od bilo koje ptice, zašto jedrilica bez motora može dugo lebdjeti u zraku.

Uprkos činjenici da su tokom leta, za razliku od ptica, krila aviona čvrsto pričvršćena za tijelo, letjelica leti upravo zahvaljujući njima, kao i motorima koji stvaraju potisak i ubrzavaju letjelicu do potrebne brzine. Poprečni presjek krila aviona je vrlo sličan krilu ptice. I to nije slučajno, jer su se prilikom dizajniranja aviona ljudi, prije svega, vodili letom ptica. U toku leta na krilo aviona deluju četiri sile: sila potiska koju stvaraju motori, sila gravitacije usmerena ka Zemlji, sila otpora vazduha koja ometa kretanje aviona i, konačno, uzgona. sila, koja obezbeđuje uspon. Odnos ovih sila određuje sposobnost letelice. Kada letite konstantnom brzinom, zbir ovih sila mora biti jednak 0: sila potiska kompenzira silu otpora, a sila podizanja kompenzira silu gravitacije. Važno je da svi koji se zanimaju za aviomodelarstvo to znaju kako bi napravili pouzdan leteći model aviona.

Vrlo važan parametar je napadni ugao - ugao između tetive krila (linije koja spaja prednju i zadnju ivicu krila) i smjera strujanja zraka oko krila. Što je manji napadni ugao, to je manja sila otpora, ali je u isto vrijeme manja i sila podizanja, što osigurava polijetanje i stabilan let. Dakle, povećanje napadnog ugla obezbeđuje dovoljno podizanja za poletanje i let. Zbog asimetrije oblika krila, zrak iznad krila se kreće brže nego ispod njega, a prema Bernoullijevoj jednačini pritisak zraka ispod krila je veći nego iznad njega. Međutim, rezultujuća uzgonska sila je nedovoljna za poletanje, a glavni efekat se postiže zbijanjem vazduha ispod krila nadolazećom strujom, koja u suštini zavisi od napadnog ugla krila aviona. Promjenom napadnog ugla možete kontrolisati let aviona, ovu funkciju obavljaju zakrilci - odbijene površine simetrično smještene na zadnjoj ivici krila. Koriste se za poboljšanje nosivosti krila prilikom polijetanja, penjanja, spuštanja i slijetanja, kao i pri letenju malim brzinama.

Veliki ruski mehaničar, tvorac nauke o aerodinamici, Nikolaj Jegorovič Žukovski, svestrano proučavajući dinamiku leta ptica, otkrio je zakon koji određuje silu uzgona krila. Ova sila je određena razlikom pritiska iznad i ispod krila i izračunava se pomoću sljedeće formule:

gdje je gustina zraka, brzina dolaznog toka zraka, površina krila aviona, brzina cirkulacije zraka u blizini krila. Ovisnost uzgona od napadnog ugla može se dobiti korištenjem zakona održanja količine gibanja:

Sličnu formulu za izračunavanje sile podizanja prvog aviona u istoriji čovječanstva koristila su braća Wright:

gdje
- Smeatonov koeficijent, dobijen još u 18. veku. Ova formula je dobijena iz prethodne pod napadnim uglom od 45 0 . Koristeći ovu formulu, možete izračunati minimalnu brzinu koju avion treba da poleti:

gdje je ubrzanje slobodnog pada, m je masa aviona.

Izračunajmo brzinu poletanja Boeinga 747-300. Njegova masa je približno 3 10 5 kg, a površina krila 511 m 2. S obzirom da je gustina vazduha 1,2 kg/m 3 , dobijamo vrednost brzine od oko 70 m/s ili oko 250 km/h. Ovom brzinom polijeću savremeni putnički avioni.

Koristeći predloženu metodu, predlažemo da izračunate brzinu koju model aviona mase 5 kg i površine krila od 0,04 m 2 mora imati da bi poletio.

Veliki mlazni avion - zajedno sa stotinama putnika u njemu - težak je nekoliko stotina tona. Kako može tako ogromna i teška mašina, prvo, da poleti sa zemlje, a drugo, da ostane u vazduhu na putanji dugoj hiljadama kilometara? Avioni rade na složenoj mješavini aerodinamičkih principa - teorija koje objašnjavaju kretanje zraka i ponašanje tijela koja se kreću kroz taj zrak.

Avione pokreću motori. Mali avioni obično koriste klipne motore. Klipni motor okreće propelere, a propeleri daju potisak koji pokreće letjelicu kroz zrak, baš kao što brodski propeler proizvodi potisak koji tjera brod kroz vodu.

Veliki avioni koriste mlazne motore koji se pokreću sagorevanjem goriva. Takvi motori potiskuju ogromne količine zraka, a mlazna sila ih tjera da se kreću naprijed.

Avioni su u stanju da uzlete u vazduh i ostanu u vazduhu zahvaljujući obliku svojih krila. Krilo aviona je ravno odozdo i zaobljeno odozgo. Kada potisak koji stvara motor navede avion da se kreće naprijed, zrak se odvaja, prolazeći krilo s obje strane. Iznad zaobljene površine krila zrak prolazi brže nego ispod ravnog dna.

Što se zrak brže kreće odozgo, postaje razrijeđen, njegov pritisak postaje manji od zraka ispod krila i zbog toga krilo teži da se podigne. Dakle, nejednak pritisak vazduha zbog oblika krila aviona stvara silu koja se zove podizanje. Zahvaljujući ovoj sili, avion može da leti.

Sila vazduha koji se kreće se takođe koristi za upravljanje avionom. Zrakoplovom se upravlja pomoću elerona (kontrola okretanja) koji se nalaze na krilima i repu dizala aviona (kontrola nagiba, tj. spuštanje ili penjanje. Ako su postavljeni pod uglom, stvaraju prepreku protoku zraka, kao rezultat uzrokujući okretanje aviona ili promjenu putanje leta.

Da bi ostao u vazduhu, letelica mora biti u pokretu sve vreme, njena krila moraju da seku kroz vazduh da bi stvorila uzgon. Vazduh koji se kreće je takođe potreban za upravljanje avionom.

Drugim riječima, avion ne može letjeti ako nema motora koji obezbjeđuju potisak. A da bi sišao sa zemlje i poletio u zrak, avion prvo mora velikom brzinom juriti po zemlji.

Vjerovatno ne postoji osoba koja, gledajući kako leti avion, sebi nije postavila pitanje: "Kako to radi?"

Ljudi su oduvek sanjali o letenju. Prvi aeronaut koji je pokušao da poleti uz pomoć krila verovatno se može smatrati Ikarom. Tada je hiljadama godina imao mnogo sljedbenika, ali pravi uspjeh pripao je braći Rajt. Oni se smatraju izumiteljima aviona.

Gledajući ogromne putničke brodove na tlu, na primjer, dvospratne Boeinge, apsolutno je nemoguće razumjeti kako se ovaj višetonski metalni kolos diže u zrak, djeluje tako neprirodno. Štaviše, čak i ljudi koji su cijeli život radili u industrijama vezanim za avijaciju i, naravno, poznaju teoriju aeronautike, ponekad iskreno priznaju da ne razumiju kako avioni lete. Ali ipak ćemo pokušati da to shvatimo.

Zrakoplov se zadržava u zraku zahvaljujući „podiznoj sili“ koja na njega djeluje, a koja se javlja samo u kretanju, što osiguravaju motori postavljeni na krilima ili trupu.

• Mlazni motori izbacuju nazad mlaz produkata sagorevanja kerozina ili drugog avionskog goriva, gurajući avion napred.
• Lopatice propelerskog motora kao da su uvrnute u zrak i vuku avion za sobom.

sila dizanja

Uzgon se stvara kada vazduh struji preko krila. Zbog posebnog oblika presjeka krila, dio strujanja iznad krila ima veću brzinu od strujanja ispod krila. To je zato što je gornja površina krila konveksna, za razliku od ravnog dna. Kao rezultat toga, zrak koji struji oko krila odozgo mora prijeći veću udaljenost, odnosno većom brzinom. I što je veći protok, to je manji pritisak u njemu, i obrnuto. Što je brzina manja, to je veći pritisak.

Godine 1838, kada aerodinamika kao takva još nije postojala, švicarski fizičar Daniel Bernoulli opisao je ovu pojavu formulišući zakon nazvan po njemu. Bernuli je, međutim, opisao tok fluidnih tokova, ali s pojavom i razvojem avijacije, njegovo otkriće se pokazalo kao dobrodošlo. Pritisak ispod krila premašuje pritisak odozgo i gura krilo, a sa njim i avion, prema gore.

Drugi izraz za podizanje je takozvani "napadni ugao". Krilo se nalazi pod oštrim uglom u odnosu na nadolazeći tok zraka, zbog čega je pritisak ispod krila veći nego na vrhu.

Koliko brzo lete avioni

Za nastanak sile dizanja potrebna je određena i prilično visoka brzina kretanja. Postoji minimalna brzina, potrebno je odletjeti od tla, maksimalna, a krstarenje, kojim avion leti veći dio rute, iznosi oko 80% maksimalne. Brzina krstarenja modernih putničkih brodova je 850-950 km na sat.

Postoji i koncept brzine na zemlji, koja je zbir sopstvene brzine aviona i brzine vazdušnih struja koje on mora da savlada. Na osnovu toga se računa trajanje leta.

Brzina potrebna za polijetanje zavisi od mase aviona, a za moderne putničke brodove kreće se od 180 do 280 km na sat. Približno istom brzinom vrši se slijetanje.

Visina

Visina leta se također ne bira proizvoljno, već je određena velikim brojem faktora, ekonomičnosti goriva i sigurnosnim razmatranjima.

Na površini zemlje, zrak je gušći, odnosno ima veliki otpor kretanju, što uzrokuje povećanu potrošnju goriva. Kako se visina povećava, zrak postaje rijeđi i otpor se smanjuje. Optimalna visina za let se smatra oko 10.000 metara. Potrošnja goriva je minimalna.

Još jedna značajna prednost letenja na velikim visinama je odsustvo ptica ovdje, sudari s kojima su više puta doveli do katastrofa.

Civilni avioni ne mogu se podići iznad 12.000-13.000 metara, jer preveliki vakuum ometa normalan rad motora.

Kontrola aviona

Upravljanje avionom se vrši povećanjem ili smanjenjem potiska motora. Ovo mijenja brzinu, odnosno silu dizanja i visinu leta. Za finiju kontrolu procesa promjene visine i zavoja koriste se sredstva mehanizacije krila i kormila smještena na repnoj jedinici.

Polijetanje i slijetanje

Da bi sila dizanja postala dovoljna za podizanje aviona sa zemlje, on mora razviti dovoljnu brzinu. Tome služe piste. Za teške putničke ili transportne avione potrebne su dugačke piste, dužine 3-4 kilometra.

Aerodromske službe pažljivo prate stanje uzletno-sletnih staza, održavajući ih u savršeno čistom stanju, jer strani predmeti koji uđu u motor mogu dovesti do nesreće, a snijeg i led na pisti predstavljaju veliku opasnost prilikom polijetanja i slijetanja.

Kada avion polijeće, dolazi trenutak nakon kojeg više nije moguće otkazati polijetanje, jer brzina postaje tolika da se avion više neće moći zaustaviti unutar piste. To je ono što se zove - "brzina donošenja odluka".

Slijetanje je vrlo krucijalan trenutak leta, piloti postepeno usporavaju, uslijed čega se uzgona smanjuje, a letjelica smanjuje. Neposredno prije tla, brzina je već toliko mala da se na krilima puštaju zakrilci, koji donekle povećavaju uzgonu i omogućavaju meko sletanje aviona.

Dakle, koliko god nam to čudno izgledalo, avioni lete i to u strogom skladu sa zakonima fizike.