Minden repüléstervező irodában van egy történet a főtervező nyilatkozatáról. Csak a nyilatkozat szerzője változik. És ez így hangzik: „Egész életemben repülőgépekkel foglalkoztam, de még mindig nem értem, hogyan repül ez a vasdarab!”. Valóban, elvégre Newton első törvényét még nem törölték, és a repülőgép egyértelműen nehezebb a levegőnél. Ki kell találni, milyen erő nem engedi, hogy egy többtonnás gép a földre zuhanjon.
Légi utazási módok
Három módja van az utazásnak:
- Aerosztatikus, amikor a talajról való felemelést olyan test segítségével hajtják végre, amelynek fajsúlya kisebb, mint a légköri levegő sűrűsége. Ezek léggömbök, léghajók, szondák és más hasonló szerkezetek.
- Reaktív, amely az éghető üzemanyagból származó sugársugár nyers ereje, amely lehetővé teszi a gravitációs erő leküzdését.
- És végül a felhajtóerő létrehozásának aerodinamikai módszere, amikor a Föld légkörét a levegőnél nehezebb járművek hordozóanyagaként használják. Repülőgépek, helikopterek, giroplánok, vitorlázórepülők és mellesleg a madarak is ezzel a módszerrel mozognak.
Aerodinamikai erők
A levegőben haladó repülőgépre négy fő többirányú erő hat. Hagyományosan ezeknek az erőknek a vektorai előre, hátra, lefelé és felfelé irányulnak. Ez majdnem egy hattyú, rák és csuka. A gépet előre toló erőt a motor hozza létre, hátrafelé a légellenállás természetes ereje, lefelé pedig a gravitáció. Nos, ahelyett, hogy hagynánk leesni a gépet – a légáramlás által keltett felhajtóerő a szárny körüli áramlás miatt.
Szabványos hangulat
A levegő állapota, hőmérséklete és nyomása jelentősen eltérhet a földfelszín különböző részein. Ennek megfelelően a repülőgépek összes jellemzője is eltérő lesz, ha egyik vagy másik helyen repülnek. Ezért a kényelem és az összes jellemző és számítás közös nevezőre hozása érdekében megállapodtunk abban, hogy az úgynevezett standard légkört a következő fő paraméterekkel határozzuk meg: nyomás 760 Hgmm tengerszint felett, levegő sűrűsége 1,188 kg/köbméter, sebesség hang 340,17 méter másodpercenként, hőmérséklet +15 ℃. A magasság növekedésével ezek a paraméterek változnak. Vannak speciális táblázatok, amelyek felfedik a paraméterek értékeit a különböző magasságokhoz. Az összes aerodinamikai számítást, valamint a repülőgép teljesítményjellemzőinek meghatározását ezen mutatók segítségével hajtják végre.
A lift létrehozásának legegyszerűbb elve
Ha a szembejövő légárambanegy lapos tárgyat például úgy helyezni, hogy a tenyerét kidugjuk egy mozgó autó ablakán, ezt az erőt – ahogy mondani szokás – „az ujjaikon” érezheti. A tenyér légáramláshoz képest kis szögben történő elfordításakor azonnal érezhető, hogy a légellenállás mellett egy másik erő is megjelent, felfelé vagy lefelé húzva, a forgásszög irányától függően. A test síkja (jelen esetben a tenyér) és a légáramlás iránya közötti szöget támadási szögnek nevezzük. A támadási szög szabályozásával irányíthatja az emelést. Könnyen belátható, hogy a támadási szög növekedésével a tenyeret felfelé nyomó erő megnő, de egy bizonyos pontig. És amikor eléri a 70-90 fokos szöget, akkor teljesen eltűnik.
Repülőgép szárnya
A felhajtóerőt létrehozó fő csapágyfelület a repülőgép szárnya. A szárnyprofil általában ívelt könnycsepp alakú, ahogy az ábrán látható.
Amikor a levegő a szárny körül áramlik, a szárny felső részén áthaladó levegő sebessége meghaladja az alsó áramlás sebességét. Ebben az esetben a statikus légnyomás a tetején alacsonyabb lesz, mint a szárny alatt. A nyomáskülönbség felfelé tolja a szárnyat, ami emelést hoz létre. Ezért a nyomáskülönbség biztosítása érdekében minden szárnyprofilt aszimmetrikussá kell tenni. Egy szimmetrikus profilú szárnynál nulla támadási szögnél az emelés vízszintes repülésnél nulla. Egy ilyen szárnynál csak a támadási szög megváltoztatásával lehet létrehozni. Van egy másik összetevője az emelőerőnek - induktív. Ő aza szárny ívelt alsó felülete által a légáramlás lefelé dőlése miatt jön létre, ami természetesen a szárnyra ható felfelé irányuló fordított erőt eredményez.
Számítás
A repülőgép szárnyának emelőerejének kiszámításának képlete a következő:
Y=CyS(PV 2)/2
Hol:
- Cy - emelési együttható.
- S - szárny területe.
- V – szabad adatfolyam sebessége.
- P - levegő sűrűsége.
Ha minden tiszta a levegő sűrűségével, szárnyfelületével és sebességével, akkor az emelési tényező egy kísérletileg kapott érték, és nem állandó. Ez a szárnyprofiltól, annak oldalarányától, a támadási szögtől és egyéb értékektől függően változik. Mint látható, a függőségek többnyire lineárisak, kivéve a sebességet.
Ez a titokzatos együttható
A szárnyemelési együttható kétértelmű érték. Az összetett többlépcsős számításokat még mindig kísérletileg igazolják. Ez általában szélcsatornában történik. Minden szárnyprofilnál és támadási szögnél eltérő lesz az értéke. És mivel maga a szárny nem repül, hanem a repülőgép része, az ilyen teszteket a repülőgépmodellek megfelelő kicsinyített példányain végzik el. A szárnyakat ritkán tesztelik külön. Az egyes szárnyakon végzett számos mérés eredménye alapján meg lehet ábrázolni az együttható függését a támadási szögtől, valamint különféle grafikonokat, amelyek tükrözik a függőséget.emelés egy adott szárny sebességétől és profiljától, valamint a szárny felszabadult gépesítésétől. Az alábbiakban egy mintadiagram látható.
Valójában ez az együttható jellemzi a szárny azon képességét, hogy a beáramló levegő nyomását emeléssé alakítsa át. Szokásos értéke 0 és 2 között van. A rekord 6. Egyelőre az ember nagyon messze van a természetes tökéletességtől. Például ez az együttható egy sas esetében, amikor felemelkedik a földről egy elkapott gopherrel, eléri a 14 értéket. A fenti grafikonon jól látható, hogy a támadási szög növekedése bizonyos szögértékekre emeli az emelést.. Ezt követően a hatás elvész, sőt az ellenkező irányba megy.
Leállás
Ahogy mondják, mértékkel minden jó. Mindegyik szárnynak megvan a maga határa a támadási szög tekintetében. Az úgynevezett szuperkritikus támadásszög a szárny felső felületén elakadáshoz vezet, ami megfosztja az emelőképességtől. Az elakadás egyenetlenül történik a szárny teljes területén, és ennek megfelelő, rendkívül kellemetlen jelenségek kísérik, mint például a remegés és az irányítás elvesztése. Furcsa módon ez a jelenség nem nagyon függ a sebességtől, bár ez is befolyásolja, de az elakadás előfordulásának fő oka az intenzív manőverezés, amit szuperkritikus támadási szögek kísérnek. Emiatt történt az Il-86-os repülőgép egyetlen lezuhanása, amikor a pilóta, aki egy üres, utasok nélküli gépen akart "megmutatkozni" hirtelen emelkedni kezdett, ami tragikusan végződött.
Ellenállás
Kéz a kézben az emeléssel jön a vontatás,megakadályozva a repülőgép előrehaladását. Három elemből áll. Ezek a levegőnek a repülőgépre gyakorolt hatásából eredő súrlódási erő, a szárny előtti és a szárny mögötti területek nyomáskülönbségéből adódó erő, valamint a fentebb tárgy alt induktív komponens, mivel ennek hatásvektora irányított. nem csak felfelé, hozzájárulva az emelés növekedéséhez, hanem vissza is, mivel az ellenállás szövetségese. Ezenkívül az induktív ellenállás egyik összetevője a szárny végein átáramló levegő hatására fellépő erő, amely örvényáramot okoz, ami növeli a légmozgás irányának ferdeségét. Az aerodinamikai légellenállási képlet teljesen megegyezik az emelőerő képletével, kivéve az Su együtthatót. Változik a Cx együtthatóra, és kísérletileg is meghatározható. Értéke ritkán haladja meg az egy tizedét.
A leejtés-húzás aránya
Az emelőerő és a légellenállás arányát aerodinamikai minőségnek nevezzük. Itt egy tulajdonságot kell figyelembe venni. Mivel az emelőerő és a légellenállás képlete az együtthatók kivételével megegyezik, feltételezhető, hogy a repülőgép aerodinamikai minőségét a Cy és Cx együtthatók aránya határozza meg. Ennek az aránynak a grafikonját bizonyos támadási szögek esetén szárnypolárisnak nevezzük. Az alábbiakban látható egy példa egy ilyen diagramra.
A modern repülőgépek aerodinamikai minőségi értéke körülbelül 17-21, a vitorlázóké pedig akár 50. Ez azt jelenti, hogy a repülőgépeken a szárnyemelés optimális körülmények között van17-21-szer nagyobb, mint az ellenállási erő. A Wright fivérek 6,5 pontot érő gépéhez képest a tervezés előrehaladása nyilvánvaló, de a sas a szerencsétlen gopherrel a mancsában még messze van.
Repülési módok
A különböző repülési módok eltérő emelési/ellenállási arányt igényelnek. Vízszintes utazórepülésben a repülőgép sebessége meglehetősen nagy, a sebesség négyzetével arányos emelési együttható pedig magas értékeken van. A fő dolog itt az ellenállás minimalizálása. Felszálláskor és különösen leszálláskor az emelési együttható döntő szerepet játszik. A repülőgép sebessége kicsi, de a levegőben stabil helyzete szükséges. Ideális megoldás erre a problémára egy úgynevezett adaptív szárny létrehozása lenne, amely a repülési körülményektől függően változtatja görbületét és egyenletes területét, megközelítőleg ugyanúgy, mint a madarak. Amíg a tervezők nem jártak sikerrel, az emelési együttható változását szárnyas gépesítéssel érik el, mely a profil területét és görbületét egyaránt növeli, ami az ellenállás növelésével jelentősen növeli az emelést. A vadászrepülőgépeknél a szárnysebesség megváltoztatását alkalmazták. Az újítás lehetővé tette a légellenállás csökkentését nagy sebességnél és az emelés növelését alacsony sebességnél. Ez a kialakítás azonban megbízhatatlannak bizonyult, és a közelmúltban rögzített szárnyú frontvonali repülőgépeket gyártottak. Egy másik módja a repülőgép szárnyának emelőerejének növelésének az, hogy a szárnyat a hajtóművek áramlásával kiegészítve fújják. Ezt a hadseregben megvalósítottákAn-70 és A-400M szállító repülőgépek, amelyek e tulajdonságuk miatt rövidebb fel- és leszállási távolsággal tűnnek ki.
