Уютный трикотаж: интернет магазин белорусского трикотажа

Как самолет держится в воздухе: Физика в движении самолета – внеурочная деятельность (конкурсная работа) – Корпорация Российский учебник (издательство Дрофа – Вентана)

Как самолет держится в воздухе: Физика в движении самолета – внеурочная деятельность (конкурсная работа) – Корпорация Российский учебник (издательство Дрофа – Вентана)

Содержание

Физика в движении самолета – внеурочная деятельность (конкурсная работа) – Корпорация Российский учебник (издательство Дрофа – Вентана)

Внимание! Администрация сайта rosuchebnik.ru не несет ответственности за содержание методических разработок, а также за соответствие разработки ФГОС.

  • Участник:Полозкова Анастасия Петровна
  • Руководитель:Гусарова Ирина Викторовна

Цель исследования: проследить историю открытия физики, связанной с самолетом, как эти открытия повлияли на развитие общества. Исследовать некоторые физические явления, происходящие при полете самолета, установить между ними связь.

Введение

Обоснования выбора темы

Из множества предоставляемых вариантов тем, я выбрала именно изучение физических явлений, связанных с полетом самолета, потому что такой популярный и распространенный способ передвижения на сегодняшний день является интересным объектом изучения. Самолёт — воздушное судно, предназначенное для полётов в атмосфере с помощью силовой установки, создающей тягу, и неподвижного относительно других частей аппарата крыла, создающего подъёмную силу. Физика играет огромную роль в процессе работы самолета. Тысячи самолетов летают каждый день. Тысячи людей доверяют жизни самолетам. Как же физика связана с этим? Именно этот вопрос натолкнул меня на изучения данной темы.

Актуальность это работы обусловлена изучением историей открытия физических явления в полете самолета, совершенствования их использования, а также возможностью развития моих исследовательских способностей, расширения кругозора и базы математических и физических знаний, развития логического мышления, тренировки интеллекта.

Объектом исследования является школьный материал физики 7-9 класс.

Предметом исследования являются физические явления в полете самолета.

Гипотезой исследования стало предположение: изученные физические явления лежат в основе полета самолета.

Цель исследования: проследить историю открытия физики, связанной с самолетом, как эти открытия повлияли на развитие общества. Исследовать некоторые физические явления, происходящие при полете самолета, установить между ними связь.

Практическая значимость работы определяется возможностью подробного изучения, саморазвития, анализа открытий.

I глава. Научное описание и объяснение явлений

1. Подъемная сила

Упрощённый вариант появления подъёмной силы крыла, которое располагается параллельно потоку воздуха. Конструкция крыла такова, что верхняя часть его профиля имеет выпуклую форму. Воздушный поток, обтекающий крыло, разделяется на два: верхний и нижний. Скорость нижнего потока остаётся практически неизменной. А вот скорость верхнего возрастает за счёт того, что он должен преодолеть больший путь за то же время. Чем выше скорость потока, тем ниже давление в нём. Следовательно, давление над крылом становится ниже. Из-за разницы этих давлений возникает подъёмная сила, которая толкает крыло вверх, а вместе с ним поднимается и самолёт. И чем больше эта разница, тем больше и подъёмная сила. А почему подъёмная сила появляется, когда профиль крыла имеет вогнуто-выпуклую или двояковыпуклую симметричную форму?

Профиль крыла самолёта располагается под углом к воздушному потоку. А поток воздуха, сталкиваясь с нижней поверхностью такого крыла, скашивается и приобретает движение вниз. Согласно закону сохранения импульса на крыло будет действовать сила, направленная в противоположном направлении, то есть, вверх.

На самом деле всё намного сложнее. Набегающий поток воздуха воздействует на крыло с силой, которая называется полной аэродинамической силой. А подъёмная сила – это одна из составляющих этой силы. Вторая составляющая – сила лобового сопротивления. Вектор полной аэродинамической силы – это сумма векторов подъёмной силы и силы лобового сопротивления. Вектор подъёмной силы направлен перпендикулярно вектору скорости набегающего воздушного потока. А вектор силы лобового сопротивления – параллельно.

Самолёт может взлететь только в том случае, если подъёмная сила больше его веса. Скорость он развивает с помощью двигателей. С увеличением скорости увеличивается и подъёмная сила. И самолёт поднимается вверх.

Если подъёмная сила и вес самолёта равны, то он летит горизонтально. Двигатели самолёта создают тягу – силу, направление которой совпадает с направлением движения самолёта и противоположно направлению лобового сопротивления. Тяга толкает самолёт сквозь воздушную среду. При горизонтальном полёте с постоянной скоростью тяга и лобовое сопротивление уравновешены. Если увеличить тягу, самолёт начнёт ускоряться. Но и лобовое сопротивление увеличится тоже. И вскоре они снова уравновесятся. И самолёт будет лететь с постоянной, но большей скоростью.

Если скорость уменьшается, то становится меньше и подъёмная сила, и самолёт начинает снижаться.

2. Сила тяжести

Сила тяжести остается всегда одинаковой, на земле ли самолет или в воздухе, и поэтому приятно знать, что эта постоянная сила всегда с нами. Полет возможен только тогда, когда есть поступательная скорость. Поступательная скорость получается за счет энергии от сгорания горючего.

Если мы отрываемся от земли и поднимаемся на некоторую высоту, мы уже имеем некоторый запас энергии (вес самолета), способный придать самолету поступательную скорость, когда мотор перестанет ее развивать. В случае остановки мотора на некоторой высоте над землей вес продолжает тянуть самолет вперед; самолет не падает, а начинает планировать, скользя вниз, будучи все время управляем.

Чем выше самолет находится в воздухе, тем большее расстояние он может пролететь без мотора. Постоянно действующая сила тяжести становится чем- то вроде постоянной охраны обеспечивая самолет невидимой энергией, необходимой для движения вперед.

3. Электризация

На задней кромке крыла хорошо видны 10 электростатических разрядников.

Статическое электричество для летательных аппаратов представляет серьёзную проблему, но успешно решаемую.

Из-за трения о воздух на самолете в полёте набирается заряд 200 – 300 мкКл, поднимающий потенциал до 200 – 300 киловольт.

Когда шасси самолета приближаются к посадочной полосе, происходит электрический разряд на землю длиной около метра, чаще всего по поверхности резины колес. Его хорошо видно в темноте.

Накапливающееся в полёте статическое электричество значительно ухудшает работу радиосвязного оборудования, приводит к сбоям в работе цифровой аппаратуры. После посадки летательного аппарата статический заряд вполне способен убить человека.

Для предотвращения негативного влияния статического электричества на летательных аппаратах установлены следующие средства защиты:

  • Перемычки металлизации, соединяющие отдельные элементы конструкции самолета между собой и массой самолета.
  • Разрядники, способствующие стеканию накопленного самолетом заряда статического электричества в атмосферу.

На самолётах электростатические разрядники установлены группами на конце крыла, а также других выступающих частях конструкции планера.

Тело разрядника длиной 10–15 см представляет объемный резистор сопротивлением в 10–100 МОм.

II глава. История открытия, интересные факты о рассматриваемых явлениях

1. Подъемная сила

Подъемная, она же Архимедова, сила. Легенда гласит, что царь Герон II попросил мыслителя определить, из чистого ли золота сделана его корона, не причиняя вреда самому царскому венцу. Взвесить корону Архимеду труда не составило, но этого было мало — нужно было определить объем короны, чтобы рассчитать плотность металла, из которого она отлита, и определить, чистое ли это золото. Дальше, согласно легенде, Архимед, озабоченный мыслями о том, как определить объем короны, погрузился в ванну — и вдруг заметил, что уровень воды в ванне поднялся. И тут ученый осознал, что объем его тела вытеснил равный ему объем воды, следовательно, и корона, если ее опустить в заполненный до краев таз, вытеснит из него объем воды, равный ее объему. Решение задачи было найдено. А в развитии аэродинамики у нас в стране выдающуюся роль сыграл профессор Николай Егорович Жуковский (1847—1921) —«отец русской авиации». Заслуга Жуковского состоит в том, что он первый объяснил образование подъемной силы крыла и сформулировал теорему для вычисления этой силы. Теорема Жуковского: Подъёмная сила сегмента крыла бесконечного размаха равна произведению плотности газа (жидкости), скорости газа (жидкости), циркуляции скорости потока и длины выделенного отрезка крыла. Направление действия подъёмной силы получается поворотом вектора скорости набегающего потока на прямой угол против циркуляции. До Жуковского возникновение подъёмной силы объяснялось ударной теорией Ньютона, описывающей ударяющиеся об обтекаемое тело не связанные друг с другом частицы воздуха. Данная теория даёт заниженное значение подъёмной силы крыла. Жуковский впервые представил открытый им осенью 1904 года механизм образования подъёмной силы крыла на заседании Математического общества 15 ноября 1905 года.

2. Сила тяжести

Исаак Ньютон гулял по яблоневому саду в поместье своих родителей и вдруг увидел луну в дневном небе. И тут же на его глазах с ветки оторвалось и упало на землю яблоко. Ньютон в это самое время работал над законами движения , он уже знал, что яблоко упало под воздействием гравитационного поля Земли. Знал он и о том, что Луна не просто висит в небе, а вращается по орбите вокруг Земли, и, следовательно, на нее воздействует какая-то сила, которая удерживает ее от того, чтобы сорваться с орбиты и улететь по прямой прочь, в открытый космос. Тут ему и пришло в голову, что, возможно, это одна и та же сила заставляет и яблоко падать на землю, и Луну оставаться на околоземной орбите. Все считали, что есть земная гравитация, действующая на несовершенной Земле, и есть гравитация небесная, действующая на совершенных небесах. Ньютон же сделал следующее – он объединил эти два типа гравитации в своем сознании. С этого исторического момента искусственное и ложное разделение Земли и остальной Вселенной прекратило свое существование.

3. Электризация

 Электризация – это явления, в которых тела приобретают свойства притягивать другие тела; вэлектризациивсегдаучаствуютдватела. Приэтом электризуются оба тела. Электризация происходит при соприкосновении. Греческий философ Фалес Милетский, живший в 624-547 гг. до нашей эры, открыл, что янтарь, потертый о мех, приобретает свойство притягивать мелкие предметы — пушинки, соломинки и т.п. Это свойство в течение ряда столетий приписывалось только янтарю, от названия которого и произошло слово «электричество». Рождение учения об электричестве связано с именем Уильяма Гильберта (1540-1603). Он был одним из первых ученых, утвердивших опыт, эксперимент как основу исследования. Он пока­зал, что при трении электризуется не только янтарь, но и многие другие вещества и что притягивают они не только пылинки, но и металлы, дерево, листья, камешки и даже воду и масло.

Вывод

Изучая физические явления, у меня возникло желание более подробно изучить их применение. Удивительным фактом и маленьким открытием становится то, что окружающие явления подчиняются и объясняются общими законами и закономерностями в физике.

Как едет и взлетает самолет. Как и почему летают самолеты

Наверно, нет человека, который глядя, как летит самолёт, не задавался вопросом: «Как он это делает?»

Люди всегда мечтали летать. Первым воздухоплавателем попытавшимся взлететь с помощью крыльев, можно, наверное, считать Икара. Затем, на протяжении тысячелетий у него было множество последователей, но настоящий успех выпал на долю братьев Райт. Именно они считаются изобретателями самолёта.

Видя на земле огромные пассажирские лайнеры, двухэтажные Боинги, например, совершенно невозможно понять, как эта многотонная металлическая махина поднимается в воздух, настолько это кажется противоестественным. Мало того, даже люди, всю жизнь проработавшие в смежных с авиацией отраслях и, безусловно, знающие теорию воздухоплавания, иногда честно признаются, что не понимают, как летают самолёты. Но мы все же попробуем разобраться.

Самолёт держится в воздухе благодаря действующей на него «подъёмной силе», которая возникает только в движении, которое обеспечивают двигатели, закреплённые на крыльях или фюзеляже.

  • Реактивные двигатели выбрасывают назад струю продуктов сгорания керосина или другого авиационного топлива, толкая самолёт вперёд.
  • Лопасти винтового двигателя как бы ввинчиваются в воздух и тянут самолёт за собой.

Подъемная сила

Подъемная сила возникает, когда набегающий поток воздуха обтекает крыло. Благодаря особой форме сечения крыла, часть потока над крылом имеет большую скорость, чем поток под крылом. Это происходит потому, что верхняя поверхность крыла выпуклая, в отличие от плоской нижней. В итоге воздуху, обтекающему крыло сверху, приходится пройти больший путь, соответственно с большей скоростью. А чем больше скорость потока, тем меньше давление в нём, и наоборот. Чем меньше скорость — тем больше давление.

В 1838 году, когда ещё аэродинамики, как таковой, не существовало, швейцарский физик Даниил Бернулли описал это явление, сформулировав закон, названный по его имени. Бернулли, правда, описывал течение потоков жидкости, но с возникновением и развитием авиации, его открытие оказалось как нельзя более кстати. Давление под крылом превышает давление сверху и выталкивает крыло, а с ним и самолёт, вверх.

Другое слагаемое подъёмной силы — так называемый «угол атаки». Крыло располагается под острым углом к встречному потоку воздуха, благодаря чему давление под крылом выше, чем сверху.

С какой скоростью летают самолёты

Для возникновения подъёмной силы необходима определённая, и довольно высокая, скорость движения. Различают минимальную скорость, она необходима для отрыва от земли, максимальную, и крейсерскую, на которой самолёт летит большую часть маршрута, она составляет около 80% максимальной. Крейсерская скорость современных пассажирских лайнеров 850-950 км в час.

Ещё есть понятие путевой скорости, которая складывается из собственной скорости самолёта и скорости воздушных потоков, которые ему приходится преодолевать. Именно, исходя из неё, рассчитывают продолжительность рейса.

Скорость, необходимая для взлёта зависит от массы самолёта, и для современных пассажирских судов составляет от 180 до 280 км в час. Примерно на такой же скорости производится посадка.

Высота

Высота полёта тоже выбирается не произвольно, а определяется большим количеством факторов, соображениями экономии топлива и безопасности.

У поверхности земли воздух более плотный, соответственно, он оказывает большое сопротивление движению, вызывая повышенный расход топлива. С увеличением высоты воздух становится более разряжённым, и сопротивление уменьшается. Оптимальной высотой для полёта считается высота около 10 000 метров. Расход топлива при этом минимален.

Ещё одним существенным плюсом полётов на больших высотах является отсутствие здесь птиц, столкновения с которыми не раз приводили к катастрофам.

Подниматься выше 12 000-13 000 метров гражданские самолёты не могут, так как слишком сильное разряжение препятствует нормальной работе двигателей.

Управление самолётом

Управление самолётом осуществляется путём увеличения или уменьшения тяги двигателя. При этом изменяется скорость, соответственно подъёмная сила и высота полёта. Для боле тонкого управления процессами изменения высоты и поворотов служат средства механизации крыла и рули, находящиеся на хвостовом оперении.

Взлёт и посадка

Чтобы подъёмная сила стала достаточной, для отрыва самолёта от земли, он должен развить достаточную скорость.

Для этого служат взлётно-посадочные полосы. Для тяжёлых пассажирских или транспортных самолётов нужны длинные ВПП, длиной 3-4 километра.

За состоянием полос тщательно следят аэродромные службы, поддерживая их в идеально чистом состоянии, так как инородные предметы, попадая в двигатель, могут привести к аварии, а снег и лёд на полосе представляют большую опасность при взлёте и посадке.

При разбеге самолёта наступает момент, после которого отменить взлёт уже нельзя, так как скорость становится настолько велика, что самолёт уже не сможет остановиться в пределах полосы. Это так и называется — «скорость принятия решения».

Посадка — очень ответственный момент полёта, лётчики постепенно сбрасывают скорость, вследствие чего уменьшается подъёмная сила и самолёт снижается. Перед самой землёй скорость уже такая низкая, что на крыльях выпускаются закрылки, которые несколько увеличивают подъёмную силу и позволяют мягко посадить самолёт.

Таким образом, как бы странно нам это не казалось, самолёты летают, причём в строгом соответствии с законами физики.

Пассажиры со стажем наверняка помнят ритуал, повторяющийся практически в каждом взлете советского лайнера — самолет останавливается в начале полосы, затем некоторое время стоит — пилоты дают пассажирам помолиться.. да чего скрывать — они и сами в это время «молились» — так в шутку называют чтение карты контрольных проверок. После чего двигатели резко начинают сильно реветь, самолет — дрожать, пассажиры креститься… пилот отпускает тормоза и неведомая сила начинает вжимать притихших пассажиров в их кресла. Все трясется, полки открываются, у проводников что-то падает…

И вдруг, разумеется совершенно случайно, самолет взлетает. Становится немного тише, можно перевести дух… Но вдруг самолет начинает падать вниз!

В последний момент пилоты как правило «выравнивают лайнер», после этого еще пару раз «выключаются турбины» в наборе высоты, ну а потом все становится обычно. Стюардессы с каменными лицами разносят соки-воды, для тех, кто плохо молился — кислородную маску. А затем начинается главное, ради чего и летают пассажиры — разносят еду.

Ничего не упустил? Вроде такие отзывы о полетах я читал неоднократно на непрофильных форумах.

Давайте разберемся.

Прямо сразу расставим точки над ё по поводу остановки лайнера на полосе перед взлетом. Как все же должны делать пилоты — останавливаться или нет?

Ответ таков — и так и эдак правильно. Современная методика взлета рекомендует НЕ останавливаеться на полосе, если на то нет веских причин. Под такими причинами могут скрываться:

А) Диспетчер пока еще думает — выпускать Вас или подержать еще маленько
б) Полоса имеет ограниченную длину.

По пункту А, думаю, все понятно.

По пункту Б скажу следующее — если ВПП (полоса) действительно очень короткая, а самолет загружен так, чтобы только-только масса проходила для этой длины — в этом случае имеет смысл сэкономить несколько десятков метров и вывести двигатель на повышенный режим, удерживая самолет на тормозах. Или же ВПП просто ну очень непривычно короткая, пусть даже самолет легкий. В этом случае пилот тоже «на всякий случай» так сделает.

Например, мы используем такой взлет в Шамбери. Там ВПП всего два километра, а впереди горы. Хочется как можно быстрее оторваться от земли и умчатся повыше. И обычно масса там приближена к максимально возможно для условий взлета.

В подавляющем большинстве случаев, если диспетчер нам разрешил взлет одновременно с занятием полосы — мы не будем останавливаться. Мы вырулим на осевую линию (причем, возможно, что уже с ускорением), убедимся в устойчивом прямолинейном движении самолета, и после этого «дадим по газам».

Вы хотите преодолеть страх перед полетами? Самый лучший способ — поподробнее узнать о том, как самолет летает, с какой скоростью он движется, на какую высоту поднимается. Люди боятся неизвестности, а когда вопрос изучен и рассмотрен, то все становится простым и понятным. Поэтому обязательно прочитайте о том, как летает самолет — это первый шаг в борьбе с аэрофобией.

Если посмотреть на крыло, то вы увидите, что оно не плоское. Нижняя его поверхность гладкая, а верхняя имеет выпуклую форму. За счет этого при повышении скорости воздушного судна меняется давление воздуха на крыло. Снизу крыла скорость потока меньше, поэтому давление больше. Сверху скорость потока больше, а давление меньше. Именно за счет этого перепада давления крыло и тянет самолет вверх. Данная разница между нижним и верхним давлением называется подъемной силой крыла. По сути, при разгоне воздушное судно выталкивает вверх при достижении определенной скорости (разницы давлений).

Воздух обтекает крыло с разной скоростью, выталкивая самолет вверх

Данный принцип был обнаружен и сформулирован родоначальником аэродинамики Николаем Жуковским еще в 1904 году, и уже через 10 лет был успешно применен во время первых полетов и испытаний. Площадь, форма крыла и скорость полета рассчитаны таким образом, чтобы без проблем поднимать в воздух многотонные самолеты. Большинство современных лайнеров летают со скоростями от 180 до 260 километров в час — этого вполне достаточно для уверенного держания в воздухе.

На какой высоте летают самолеты?

Разобрались, почему летают самолеты? Теперь мы расскажем вам о том, на какой высоте они летают. Пассажирские воздушные судна “оккупировали” коридор от 5 до 12 тысяч метров. Крупные пассажирские лайнеры обычно летают на высоте 9-12 тысяч, более мелкие — 5-8 тысяч метров. Данная высота оптимальна для движения воздушных суден: на такой высоте сопротивление воздуха снижается в 5-7 раз, но кислорода еще достаточно для нормальной работы двигателей. Выше 12 тысяч самолет начинает проваливаться — разреженный воздух не создает нормальную подъемную силу, а также наблюдается острая нехватка кислорода для горения (падает мощность двигателей). Потолок для многих лайнеров — 12 200 метров.

Обратите внимание: самолет, который летит на высоте в 10 тысяч метров, экономит примерно 80% горючего по сравнению с тем, если бы он летел на высоте в 1000 метров.

Какая скорость самолета при взлете

Давайте рассмотрим, как взлетает самолет. Набирая определенную скорость он отрывается от земли. В этот момент авиалайнер наиболее неуправляем, поэтому взлетные полосы делают со значительным запасом по длине. Скорость отрыва зависит от массы и формы воздушного судна, а также от конфигурации его крыльев. Для примера мы приведем табличные значения для наиболее популярных видов самолета:

  1. Boeing 747 -270 км/ч.
  2. Airbus A 380 — 267 км/ч.
  3. Ил 96 — 255 км/ч.
  4. Boeing 737 — 220 км/ч.
  5. Як-40 -180 км/ч.
  6. Ту 154 — 215 км/ч.

В среднем, скорость отрыва у большинства современных лайнеров 230-250 км/ч. Но она непостоянна — все зависит от ускорения ветра, массы летательного аппарата, взлетной полосы, погоды и других факторов (значения могут отличаться на 10-15 км/ч в ту или другую сторону). Но на вопрос: при какой скорости взлетает самолет можно отвечать — 250 километров в час, и вы не ошибетесь.

Разные типы самолетов взлетают с разной скоростью

На какой скорости садится самолет

Посадочная скорость, также, как и взлетная, может сильно отличаться в зависимости от моделей воздушного судна, площади его крыла, веса, ветра и других факторов. В среднем, она варьируется от 220 до 250 километров в час.

Сегодня развеем страхи авиапассажиров от взлета современного лайнера.

Написать сейчас опус меня сподвиг один из читателей, который прислал ссылки на пару взлетов из аэропорта Курумоч (Самара), снятого любопытными пассажирами из салона самолета.

В данных видео привлекли комментарии. Что ж, вот они:

Комментарии к нему:

И комментарии:

Оба случая объединяет один признак — пилоты «сходу пошли на взлет!»

Кошмар ведь, не правда ли?!!

Пассажиры со стажем наверняка помнят ритуал, повторяющийся практически в каждом взлете советского лайнера — самолет останавливается в начале полосы, затем некоторое время стоит — пилоты дают пассажирам помолиться.. да чего скрывать — они и сами в это время «молились» — так в шутку называют чтение карты контрольных проверок. После чего двигатели резко начинают сильно реветь, самолет — дрожать, пассажиры креститься… пилот отпускает тормоза и неведомая сила начинает вжимать притихших пассажиров в их кресла. Все трясется, полки открываются, у проводников что-то падает…

И вдруг, разумеется совершенно случайно, самолет взлетает. Становится немного тише, можно перевести дух… Но вдруг самолет начинает падать вниз!

В последний момент пилоты как правило «выравнивают лайнер», после этого еще пару раз «выключаются турбины» в наборе высоты, ну а потом все становится обычно. Стюардессы с каменными лицами разносят соки-воды, для тех, кто плохо молился — кислородную маску. А затем начинается главное, ради чего и летают пассажиры — разносят еду.

Ничего не упустил? Вроде такие отзывы о полетах я читал неоднократно на непрофильных форумах.

Давайте разберемся.

Прямо сразу расставим точки над ё по поводу остановки лайнера на полосе перед взлетом. Как все же должны делать пилоты — останавливаться или нет?

Ответ таков — и так и эдак правильно. Современная методика взлета рекомендует НЕ останавливаеться на полосе, если на то нет веских причин. Под такими причинами могут скрываться:

  • а) Диспетчер пока еще думает — выпускать Вас или подержать еще маленько
  • б) Полоса имеет ограниченную длину.

По пункту А, думаю, все понятно.

По пункту Б скажу следующее — если ВПП (полоса) действительно очень короткая, а самолет загружен так, чтобы только-только масса проходила для этой длины — в этом случае имеет смысл сэкономить несколько десятков метров и вывести двигатель на повышенный режим, удерживая самолет на тормозах. Или же ВПП просто ну очень непривычно короткая, пусть даже самолет легкий. В этом случае пилот тоже «на всякий случай» так сделает.

Например, мы используем такой взлет в Шамбери. Там ВПП всего два километра, а впереди горы. Хочется как можно быстрее оторваться от земли и умчатся повыше. И обычно масса там приближена к максимально возможно для условий взлета.

В подавляющем большинстве случаев, если диспетчер нам разрешил взлет одновременно с занятием полосы — мы не будем останавливаться. Мы вырулим на осевую линию (причем, возможно, что уже с ускорением), убедимся в устойчивом прямолинейном движении самолета, и после этого «дадим по газам».

А как же «помолиться»? Ведь выше ж написано про некую «карту контрольных проверок!»

На В737 ее принято зачитывать до получения разрешения на занятие полосы. И уж точно до получения разрешения на взлет. Поэтому, когда я получаю разрешение на взлет одновременно с разрешением занять полосу, я уже готов ко взлету, и я совсем не тороплюсь, как это может показаться пассажиру в салоне. У меня уже все готово.

Так зачем же все-таки так делать? Почему бы не постоять?

Очевидные плюсы — увеличение пропускной способности аэропорта. Чем меньше времени каждый отдельно взятый самолет занимает полосу, тем больше взлетно-посадочных операций с нее можно произвести.

Второе — экономия топлива.

Третье — безопасность. Как ни странно это звучит, но это уменьшает риск попадания посторонних объектов (в двигатель) и помпажа (читай, «отказа») двигателя при взлете с сильным попутным ветром.

Почему пилоты так резко задирают нос после взлета? Вот на советской технике это делали плавно, не спеша… Ведь не ровен час, уронят нафиг!

Тут голая аэродинамика и методика выполнения взлета. Иномарки как правило взлетают с очень небольшим углом отклонения механизации крыла (те забавные штуки, которые особенно сильно вылезают из крыла на посадке, и немного на взлете). Это дает много преимуществ:

  • а) Увеличивается угол набора
  • б) следствие из пункта А: уменьшается шум на местности,
  • в) и далее — увеличиваются шансы не влететь в препятствия в случае отказа двигателя

Да, современные лайнеры имеют такие мощные двигатели, что все нормируемые значения градиентов набора достигаются и при пониженной тяге (ее все равно будет достаточно при потере двигателя), но в некоторых ситуациях мистер Боинг настоятельно рекомендует взлетать на максимально возможно тяге. Если самолет легкий — получается просто классный аттракцион «Ракета».

Да, это создает некий дискомфорт для пассажиров (кому нравится лететь с задранными ногами) — но это абсолютно безопасно и будет длиться не очень долго.

«Почти упали после взлета»

Выше я написал, что самолет после взлета вдруг «начинает падать вниз!» Вот это особо хорошо чувствовалось на Ту-154, который натужно взлетал с довольно большим углом положения закрылков, и далее постепенно убирал их в нулевое положение. При уборке закрылков самолет теряет часть прироста подъемной силы (если убрать чересчур быстро, то можно и высоту потерять на самом деле — это правда, но для этого надо быть совсем уж неумелым пилотом, причем оба пилота должны быть неумехами), поэтому в салоне кажется, что самолет начал падать.

На самом деле он может в это время продолжать набор высоты. Просто угол становится более пологим и в этот переходный момент времени человеку кажется, что он летит вниз. Так уже устроен человек.

«Пару раз выключались турбины»

О, это наиболее частое происшествие в рассказах пассажиров! Конкурировать с этим могут только «пилот лишь с пятой попытки попали на аэродром». Наиболее характерно это было для Ту-154 и Ту-134, то есть, на самолетах с двигателями, расположенными далеко в хвосте — их в салоне почти не слышно, если они только не работают на повышенном режиме.

В шуме как раз-таки и загвоздка. Все примитивно до безобразия. В наборе высоты двигатели работают на очень высоком режиме. Чем выше режим работы двигателей — тем громче его слышно. Но иногда нам, пилотам, приходится выполнять команды диспетчера и прекращать набор высоты — например для того, чтобы разминуться (на безопасном удалении, конечно же) с другим самолетом. Мы плавно переводим самолет в горизонтальный полет, а чтобы не превратиться в сверхзвуковой лайнер (ведь двигатели, работающие на режиме набора создают очень большую тягу), приходится прибирать режим. В салоне становится значительно тише.

У некоторых исследователей появлялись безумные идеи – они хотели полететь, но почему же результат оказался таким плачевным? Давно проводились попытки приделать к себе крылья, и, махая ими, взлететь в небо как пернатые. Оказалось, что силы человека недостаточно для поднятия себя на машущих крыльях.

Первыми народными умельцами были естествоиспытатели из Китая. Сведения о них записаны в «Цань-хань-шу» в первом веке нашей эры. Дальше история пестрит случаями подобного рода, которые происходили и в Европе, и в Азии, и в России.

Первое научное обоснование процессу полета дал Леонардо да Винчи в 1505 году. Он заметил, что птицам не обязательно махать , они могут держаться на неподвижном воздухе. Из этого ученый сделал вывод, что полет возможен, когда крылья движутся относительно воздуха, т.е. когда машут крыльями при отсутствии ветра или когда при неподвижных крыльях.

Почему же самолет летит?

В 1738 г. швейцарский ученый Данииил Бернулли вывел , названный его именем. Согласно этому при возрастании скорости потока жидкости или газа статическое давление в них падает и наоборот, при снижении скорости – возрастает.

В 1904 году ученый Н.Е. Жуковский разработал теорему о подъемной силе, действующей на тело, обтекаемое плоскопараллельным потоком газа или жидкости. Согласно этой теореме, на тело (крыло), находящееся в движущейся жидкостной или газовой среде, действует подъемная сила, которой зависит от параметров среды и тела. Главным результатом работы Жуковского стала формула коэффициента подъемной силы.

Подъемная сила

Профиль крыла самолета несимметричен, верхняя его часть является более выпуклой, чем нижняя. При движении самолета скорость воздушного потока, проходящего сверху крыла, оказывается выше скорости потока, проходящего снизу. В результате этого (по теореме Бернулли) давление воздуха под крылом самолета становится выше давления над крылом. Вследствие разности этих давлений возникает подъемная сила (Y), толкающая крыло вверх. Ее значение равно:
Y = Cy*p*V²*S/2, где:
— Cy – коэффициент подъемной силы;
— p – плотность среды (воздуха) в кг/м³;
— S – площадь в м²;
— V – скорость потока в м/с.

Под действием разных сил

На самолет, движущийся в воздушном пространстве, действуют несколько сил:
— сила тяги двигателя (винтового или реактивного), толкающая самолет вперед;
— лобовое сопротивление, направленное назад;
— сила притяжения Земли (вес самолета), устремленная вниз;
— подъемная сила, толкающая самолет вверх.

Значение подъемной силы и лобового сопротивления зависит от формы крыла, угла атаки (угла, под которым поток встречает крыло) и от плотности воздушного потока. Последняя в свою очередь зависит от скорости движения самолета и от атмосферного давления воздуха.

При разгоне самолета и увеличении его скорости, подъемная сила возрастает. Как только она превышает вес самолета, он взлетает вверх. При горизонтальном движении самолета с постоянной скоростью все силы являются уравновешенными, их результирующая (суммарная сила) равна нулю.
Форма крыла подбирается такой, чтобы лобовое сопротивление было как можно меньше, а подъемная сила – как можно больше. Подъемную силу можно увеличивать, повышая скорость движения и площадь крыльев. Чем выше скорость движения, тем меньшей может быть площадь крыльев и наоборот.

Видео по теме

Полезный совет

Теорема Н.Е. Жуковского известна также под именем теоремы Кутта-Жуковского. Это вызвано тем, что параллельно с русским ученым исследованиями по изучению подъемной силы занимался и немецкий ученый Мартин Кутт.

О существовании подъемной силы ученые и исследователи знали и до открытия теоремы Жуковского. Однако ее природа объяснялась по иному – как следствие ударения о тело частиц воздуха по теории Ньютона. С учетом этого была даже разработана формула расчета подъемной силы, однако ее применение давало заниженное значение подъемной силы.

Источники:

  • Гидродинамика и аэродинамика. Подъемная сила крыла и полет самолета.
  • почему летают самолеты

В декабре 1903 года братья Райт успешно испытали первый летательный аппарат тяжелее воздуха, соединив планер с мотором. Тот прототип самолета был примитивным и лишь отдаленно напоминал современные крылатые машины. В последующие десятилетия конструкция самолета дорабатывалась и совершенствовалась. В итоге самолет получил то устройство, основные черты которого сохранились и сегодня.

Инструкция

Основная часть любого самолета – корпус, который в принято фюзеляжем. Корпус имеет специальный отсек – кабину, в которой располагаются пилоты. Транспортные и пассажирские

Динамика полета

пропустить навигацию

Что такое воздухоплавание? | Динамика полета | Самолеты | Двигатели | История полета | Что такое УЭТ?
Словарь | Веселье и игры | Образовательные ссылки | Урок Планы | Индекс сайта | Дом

Что такое воздух?

Воздух это физическое вещество, которое имеет вес. В нем есть молекулы, которые постоянно движутся. Давление воздуха создается молекулами, движущимися вокруг. Движущийся воздух обладает силой, которая поднимет воздушных змеев и воздушные шары вверх и вниз. Воздух представляет собой смесь различных газов; кислород, углерод диоксид и азот. Всему, что летает, нужен воздух. Воздух имеет силу толкать и натяните птиц, воздушные шары, воздушных змеев и самолеты.

В 1640 году Евангелиста Торричелли открыла что воздух имеет масса. При экспериментировании измеряя ртуть, он обнаружил, что воздух оказывает давление на ртуть.

Франческо Лана б/у это открытие, чтобы начать планировать дирижабль в конце 1600-х годов. Он нарисовал дирижабль на бумаге, в котором использовалась идея о том, что воздух имеет вес. Корабль был пустым шар, из которого будет удален воздух. После того, как воздух был удален, сфера будет иметь меньший вес и сможет взлететь в воздух. Каждый из четырех сфер прикрепляли к конструкции, похожей на лодку, а затем весь машина бы плавала. Фактический дизайн никогда не пробовали.

Горячий воздух расширяется и распространяется, и он становится легче холодного воздух. Когда воздушный шар наполнен горячим воздухом, он поднимается вверх, потому что горячий воздух расширяется. внутри баллона. Когда горячий воздух остывает и выходит из баллона, воздушный шар возвращается вниз.

Как крылья поднимают самолет

Крылья самолета имеют такую ​​форму, чтобы воздух двигался быстрее над верхней частью крыла. Когда воздух движется быстрее, давление воздуха уменьшается. Таким образом, давление на верхнюю часть крыла меньше, чем на нижнюю часть крыла. Разность давлений создает на крыле силу, лифты крыло в воздух.

Вот простой компьютерное моделирование которые вы можете использовать, чтобы изучить, как крылья создают подъемную силу.

Законы движения

Сэр Исаак Ньютон предложил три закона движения в 1665 году. Законы движения помогите объяснить как летает самолет.

1. Если объект не движется, он не начнет двигаться сам по себе. Если объект движется, он не остановится и не изменит направление, если что-то не толкнет это.


2. Объекты будут двигаться дальше и быстрее, если на них надавить сильнее.


3. Когда объект толкают в одном направлении, всегда возникает сопротивление такого же размера в противоположном направлении.

Силы полета

Четыре силы полета


Подъем — вверх
Перетаскивание — назад
Масса — вниз
Тяга — вперед

 

Управление полетом самолета

Как летает самолет? Давайте представим, что наши руки — это крылья. Если мы поместим одно крыло вниз и одно крыло вверх, мы можем использовать кувырок. к изменить направление самолета. Мы помогаем поворачивать самолет рысканием в одну сторону. Если мы поднимем нос, как пилот может поднять нос самолета, мы поднимаем шаг самолета. Все эти измерения вместе позволяют управлять полетом. самолета. У пилота самолета есть специальные элементы управления, которые можно использовать для полета самолет. Есть рычаги и кнопки, которые пилот может нажать, чтобы изменить рыскание, тангаж и крен самолета.

Кому рулон самолет вправо или влево, элероны подняты на один крыло и опущено на другом. Крыло с опущенным элероном поднимается при этом крыло с поднятыми элеронами опускается.

Подача заставляет самолет снижаться или подниматься. Пилот настраивается лифты на хвосте, чтобы самолет снижался или поднимался. Опускание лифтов вызвало падение носа самолета, что привело к падению самолета. Повышение лифты заставляют самолет подниматься.

рыскание это поворот самолета. Когда руль повернут в одну сторону самолет движется влево или вправо. Нос самолета заострен в том же направлении, что и направление руля. Руль направления и элероны используются вместе для поворота

Как пилот управляет самолетом?

Нажмите на дисплей радара , пеленгатор , Индикатор высоты и Консоль дроссельной заслонки части кабины для более детального просмотра.

 

Для управления самолетом пилот использует несколько приборов…

Пилот управляет мощностью двигателя с помощью дроссельной заслонки. При нажатии на педаль газа увеличивается мощность, и вытягивание его уменьшает мощность.

элероны поднять и опустить крылья. Пилот контролирует крен самолет, поднимая один или другой элерон штурвалом. Включение штурвал по часовой стрелке поднимает правый элерон и опускает левый элерон, который катит самолет вправо.

л

Изображение самолета в рулоне

руль работает, чтобы контролировать рыскание самолета. Пилот перемещает руль направления влево и вправо, при этом левый и правые педали. Нажатие на правую педаль руля перемещает руль вправо. Это отклоняет самолет вправо. Используемые вместе, руль направления и элероны используются для поворота самолета.

Изображение самолета Yaw

 

лифты которые на хвостовой части используются для управления шагом самолет. Пилот использует штурвал, чтобы поднять и опустите рули высоты, перемещая их вперед-назад. Опускание лифтов заставляет нос самолета опускаться и позволяет самолету опускаться. Подняв лифты пилот может заставить самолет подняться.

Изображение шага плоскости

Пилот самолета нажимает на верхнюю часть педалей руля направления, чтобы использовать тормоза . Тормоза используются, когда самолет находится на земле, чтобы замедлить самолет и будьте готовы остановить его. Верхняя часть левого руля управляет левым тормозом. а верхняя часть правой педали управляет правым тормозом.

Если вы посмотрите на эти движения вместе, вы увидите, что каждый тип движения помогает контролировать направление и уровень самолета, когда он летит.

 

Звуковой барьер

 

Звук состоит из движущихся молекул воздуха. Они толкаются вместе и собираются вместе, чтобы сформировать звуковые волны . Звук волны распространяются со скоростью около 750 миль в час на уровне моря. Когда летит самолет в скорость звука воздушные волны собираются вместе и сжимайте воздух перед самолетом, чтобы он не двигался вперед. Этот компрессия вызывает ударная волна формироваться перед самолет.

Чтобы лететь быстрее скорости звука, самолет должен быть в состоянии пробить ударную волну. Когда самолет движется по волнам, это заставляет звуковые волны распространяться, и это создает громкий шум или звук . стрела . Звуковой удар вызван внезапным изменением атмосферного давления. Когда самолет движется быстрее звука, он движется со сверхзвуковой скоростью. Самолет, летящий со скоростью звука, летит со скоростью 1 Маха или около 760 миль в час. 2 Маха в два раза больше скорости звука.

Режимы полета

Иногда называют скоростей полета , каждый режим — это разный уровень скорости полета.

 

Гидросамолет

Авиация общего назначения (100-350 MPH).

Большинство первых самолетов могли летать только на этот уровень скорости. Ранние двигатели не были такими мощными, как сегодня. Однако этот режим до сих пор используется на небольших самолетах. Примеры этого режима — небольшие опрыскиватели, используемые фермерами для их поля, двух- и четырехместные пассажирские самолеты и гидросамолеты, способные приземлиться на воду.

Боинг 747

дозвуковой (350-750 миль в час).

Эта категория содержит большинство коммерческие самолеты, которые сегодня используются для перевозки пассажиров и грузов. скорость чуть ниже скорости звука. Современные двигатели легче и более мощный и может быстро перемещаться с большим количеством людей или товаров.

Конкорд

сверхзвуковой (760-3500 миль в час — 1 Мах — 5 Маха).

760 миль в час — это скорость звука. Его еще называют MACH 1. Эти самолеты может летать со скоростью, в 5 раз превышающей скорость звука. Самолеты в этом режиме имеют специально разработанные высокопроизводительные двигатели. Они также разработаны с легкими материалами, чтобы обеспечить меньшее сопротивление. «Конкорд» — это пример такого режима полета.

Космический корабль

гиперзвуковой (3500-7000 миль в час — 5 Маха до 10 Маха).

Ракеты летят со скоростью, в 5-10 раз превышающей скорость звука. выйти на орбиту. Примером гиперзвукового аппарата является Х-15, который работает на ракете. Космический челнок также является примером этого режима. Для этого были разработаны новые материалы и очень мощные двигатели. показатель скорости.

 

Вернуться к началу

Что такое воздухоплавание? | Динамика полета | Самолеты | Двигатели | История полета | Что такое УЭТ?
Словарь | Веселье и игры | Образовательные ссылки | Урок Планы | Индекс сайта | Дом

Как летают самолеты? | Popular Science

Как самолет удерживается в воздухе? Обдумывали ли вы этот вопрос во время полета или нет, он остается увлекательной и сложной темой. Вот беглый взгляд на физику, связанную с полетом самолета, а также проблеск неправильного представления, окружающего этот предмет.

Во-первых, представьте себе самолет — коммерческий авиалайнер, такой как транспортный самолет «Боинг» или «Эйрбас», — совершающий устойчивый полет по небу. Этот полет включает в себя тонкий баланс противоборствующих сил. «Крылья создают подъемную силу, а подъемная сила противодействует весу самолета», — говорит Хольгер Бабинский, профессор аэродинамики Кембриджского университета.

«Эта подъемная сила должна быть равна или больше веса самолета — это то, что удерживает его в воздухе», — говорит Уильям Кроссли, глава Школы аэронавтики и астронавтики в Пердью. Университет.

Тем временем двигатели самолета создают тягу, необходимую для противодействия сопротивлению, которое он испытывает из-за трения воздуха вокруг себя. «Когда вы летите вперед, у вас должна быть достаточная тяга, по крайней мере, равная сопротивлению — оно может быть выше сопротивления, если вы ускоряетесь; она может быть меньше лобового сопротивления, если вы замедляетесь, но в устойчивом горизонтальном полете тяга равна лобовому сопротивлению», — отмечает Кроссли.

[Связанный материал: Как высоко летают самолеты?]

Понять, как именно крылья самолета создают подъемную силу, немного сложнее. «СМИ, как правило, всегда ищут быстрое и простое объяснение, — размышляет Бабинский. «Я думаю, что это втянуло нас в горячую воду». Одно популярное объяснение, которое неверно, звучит так: воздух, движущийся над изогнутой вершиной крыла, должен преодолевать большее расстояние, чем воздух, движущийся под ним, и из-за этого он ускоряется, пытаясь не отставать от воздуха на крыле. дно — как будто две частицы воздуха, одна над крылом, а другая под ним, должны оставаться магически связанными. У НАСА даже есть веб-страница, посвященная этой идее, на которой она названа «неверной теорией аэродинамического профиля».

Так как же правильно думать об этом?

Протяни руку помощи

Один из очень простых способов начать обдумывать эту тему — представить, что вы едете на пассажирском сиденье автомобиля. Вытяните руку в сторону, навстречу входящему ветру, ладонью вниз, большим пальцем вперед, а кисть практически параллельна земле. (Если вы делаете это в реальной жизни, пожалуйста, будьте осторожны. ) Теперь поднимите руку немного вверх спереди, чтобы ветер поймал нижнюю сторону вашей руки; этот процесс наклона руки вверх приближается к важной концепции крыльев, называемой их углом атаки.

«Вы отчетливо чувствуете подъемную силу, — говорит Бабинский. В этом простом сценарии воздух ударяется о нижнюю часть вашей руки, отклоняется вниз, и в ньютоновском смысле (см. третий закон) ваша рука толкается вверх.

Следуйте по кривой 

Но крыло, конечно, не имеет форму вашей руки, и есть дополнительные факторы, которые следует учитывать. Два ключевых момента, которые следует учитывать при работе с крыльями, заключаются в том, что передняя часть крыла — передняя кромка — изогнута, и в целом они также принимают форму, называемую аэродинамическим профилем, когда вы смотрите на них в поперечном сечении.

[См. также: Как пилоты садят свои самолеты при сильном боковом ветре]

Изогнутая передняя кромка крыла важна, потому что воздушный поток имеет тенденцию «следовать за изогнутой поверхностью», — говорит Бабинский. Он говорит, что любит демонстрировать эту концепцию, направляя фен на закругленный край ведра. Воздушный поток прикрепится к изогнутой поверхности ведра и сделает поворот, возможно, даже погасив свечу на другой стороне, которая заблокирована ведром. Вот очаровательное старое видео, демонстрирующее ту же идею. «Как только поток прикрепляется к изогнутой поверхности, ему нравится оставаться привязанным — [хотя] он не будет оставаться прикрепленным навсегда», — отмечает он.

С крылом — и представьте, что оно слегка наклонено вверх, как если бы вы высунули руку из окна автомобиля — происходит следующее: воздух сталкивается с закругленной передней кромкой. «На верхней поверхности воздух будет присоединяться, изгибаться и фактически очень хорошо следовать этому падению, этому углу атаки», — говорит он.

Сохраняйте низкое давление

В конечном итоге происходит то, что воздух, движущийся над верхней частью крыла, прикрепляется к изогнутой поверхности и поворачивается или несколько стекает вниз: образуется область низкого давления, и воздух также движется быстрее . Тем временем воздух ударяет в нижнюю часть крыла, как ветер бьет в вашу руку, когда она торчит из окна автомобиля, создавая зону высокого давления. Вуаля: над крылом находится область низкого давления, а снизу — более высокого давления. «Разница между этими двумя давлениями дает нам подъемную силу», — говорит Бабинский.

В этом видео хорошо показан общий процесс:

Бабинский отмечает, что в этой области с более низким давлением над крылом выполняется больше работы, чем в области с более высоким давлением под крылом. Вы можете думать о крыле как о отклонении воздушного потока вниз как сверху, так и снизу. На нижней поверхности крыла отклонение потока «на самом деле меньше, чем отклонение потока на верхней поверхности», отмечает он. «Для большинства аэродинамических профилей очень, очень грубое эмпирическое правило заключается в том, что две трети подъемной силы создаются там [на верхней поверхности], иногда даже больше», — говорит Бабински.

Можешь в последний раз собрать все вместе?

Конечно! Так считает Глория Ямаути, аэрокосмический инженер из Исследовательского центра Эймса НАСА. «Итак, у нас есть самолет, летящий по воздуху; воздух приближается к крылу; его поворачивает крыло на передней кромке», — говорит она. (Под «повернутым» она имеет в виду, что он меняет направление, подобно тому, как автомобиль, несущийся по дороге, заставляет воздух менять свое направление, чтобы объехать его.) «Скорость воздуха изменяется, когда он проходит над поверхностью крыла, над и под.»

«Скорость над верхней частью крыла, как правило, больше, чем скорость под крылом, — продолжает она, — и это означает, что давление над крылом ниже, чем давление под крылом, и эта разница в давление создает восходящую подъемную силу».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *