Lemosás
Ha valaha is helikopter közelében állt, akkor pontosan tudja, hogy marad az égen: hatalmas “lefolyó” (lefelé mozgó huzatot) levegőt hoz létre, amely kiegyensúlyozza a súlyát. A helikopter rotorjai nagyon hasonlítanak a repülőgép szárnyaihoz, de körben forognak, ahelyett, hogy egyenes vonalban haladnának előre, mint a síkban. Ennek ellenére a repülőgépek pontosan ugyanúgy hoznak létre lemosót, mint a helikopterek – csak azt nem vesszük észre. A lefolyó nem olyan nyilvánvaló, de ugyanolyan fontos, mint egy aprítóval.
A lift elkészítésének ezt a második aspektusát sokkal könnyebb megérteni, mint a nyomáskülönbségeket, legalábbis egy fizikus számára : Isaac Newton harmadik mozgástörvénye szerint, ha a levegő felfelé irányuló erőt ad egy síknak, akkor a síknak (egyenlő és ellentétes) lefelé irányuló erőt kell adnia a levegőnek. Tehát egy sík emelést is generál, ha szárnyaival a levegőt nyomja lefelé mögötte. Ez azért történik, mert a szárnyak nem teljesen vízszintesek, mint azt feltételezhetjük, de nagyon kissé hátradőlnek, és támadási szögben érik a levegőt. A ferde szárnyak mind a felgyorsult (felülről felfelé), mind a lassabban mozgó légáramlást (alóluk) lenyomják, és ez emelést eredményez. Mivel a szárnyszárny görbe teteje több levegőt terel (tol le), mint az egyenesebb fenék (más szóval, sokkal drámaibban megváltoztatja a bejövő levegő útját), lényegesen több emelést eredményez. id = “3be248a561”>
Hogyan generálják a szárnyszárnyak a 2. emelést: A szárny görbe alakja alacsony nyomású területet hoz létre fölötte (piros), ami emelést generál. Az alacsony nyomás miatt a levegő felgyorsul a szárny felett, és a szárny ívelt alakja (és a magasabb légnyomás jóval a megváltozott légáram felett) erőteljes lefolyóba kényszeríti ezt a levegőt, és a repülőgépet is felfelé tolja. Ez az animáció megmutatja, hogy a különböző támadási szögek (a szárny és a beáramló levegő közötti szög) hogyan változtatják meg a szárny feletti alacsony nyomású területet és az általa végzett emelést. Ha egy szárny lapos, annak görbe felső felülete szerény, alacsony nyomású régiót és szerény mennyiségű emelést hoz létre (piros). Amint a támadási szög növekszik, az emelés is drámai módon növekszik – egy pontig, amikor a növekvő ellenállás miatt a gép leáll (lásd alább). Ha a szárnyat lefelé billentjük, alacsonyabb nyomást produkálunk alatta, így a sík leesik. Az Aerodynamics, egy 1941-es, közhasznú Hadügyminisztérium oktatófilmje alapján készült.
Lehet, hogy vajon miért folyik egyáltalán a levegő egy szárny mögött. Miért például nem éri el a szárny elejét, görbül a teteje fölé, majd vízszintesen folytatja? Miért van inkább lefelé irányuló vízmosás, mint egyszerűen vízszintes “visszamosás”? Gondoljon vissza a nyomásról szóló korábbi megbeszélésünkre: egy szárny csökkenti a légnyomást közvetlenül fölötte. Magasabban, jóval a sík felett a levegő továbbra is a normál nyomáson van, amely magasabb, mint a közvetlenül a szárny felett levő levegő. Tehát a szárny felett jóval normál nyomású levegő lefelé nyomja a közvetlenül fölötte lévő alacsonyabb nyomású levegőn, hatékonyan “lefröcskölve” a levegőt a szárny mögött és mögött egy visszaöblítéssel. Más szavakkal, a szárny által létrehozott nyomáskülönbség és a mögötte levő levegő lemosása nem két különálló dolog, de mind ugyanazon hatású rész és csomag: a ferde szárnyszárny olyan nyomáskülönbséget hoz létre, amely lefolyást eredményez, és ez emelést eredményez.
Most láthatjuk, hogy a szárnyak olyan eszközök, amelyek a levegőt lefelé tolják. könnyen érthető, miért lapos vagy szimmetrikus szárnyú (vagy emelkedő) repülőgépek ide-down mutatványos repülőgépek) továbbra is biztonságosan repülhetnek. Amíg a szárnyak lefelé áramló légáramlatot hoznak létre, a sík egyenlő és ellentétes erőt – emelést – tapasztal, amely a levegőben tartja. Más szavakkal, a fejjel lefelé haladó pilóta egy adott támadási szöget hoz létre, amely éppen annyi alacsony nyomást generál a szárny felett, hogy a gép a levegőben maradjon.
Mennyit emelhet?
Általában a szárny tetején és alján átáramló levegő nagyon szorosan követi a szárnyfelületek görbéjét – ugyanúgy, ahogy követhetné, ha tollal követné a körvonalát. De ahogy a támadási szög növekszik, a szárny mögötti sima légáramlat elkezd bomlani és turbulensebbé válni, ami csökkenti az emelést. Egy bizonyos szögben (általában kb. 15 ° körül kerek, bár változó) a levegő már nem folyik simán a szárny körül. Nagy a megnövekedett ellenállás, nagy az emelés csökkenése, és állítólag a gép leállt. Ez kissé zavaros kifejezés, mert a motorok folyamatosan járnak, és a gép tovább repül; a leállás egyszerűen az emelés elvesztését jelenti.
Fénykép: Hogyan áll le egy repülőgép: Itt van egy szárny a szárnyban a szélben alagút meredek támadási szögben a szembejövő levegő felé. Láthatja, hogy a füsttel teli levegő vonalai jobbról közelednek és balra haladva eltérnek a szárny körül.Normális esetben a légáramlás vonalai nagyon szorosan követik a szárny alakját (profilját). Itt a meredek támadási szög miatt a légáramlás elkülönült a szárny mögött, és a turbulencia és az ellenállás jelentősen megnőtt. Az így repülõ repülõgép hirtelen elvesztését tapasztalhatja, amit “istállónak” nevezünk. Fotó a NASA Langley Kutatóközpont jóvoltából.
A repülőgépek szárnyszárny alakú szárnyak nélkül is repülhetnek; Tudni fogja, hogy ha valaha papírrepülõt készített – és ezt a Wright testvérek 1903. december 17-én bebizonyították. Eredeti “Flying Machine” szabadalmukban (821393 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalom) egyértelmű, hogy a kissé megdöntött szárnyak (amelyeket “repülőgépeknek” neveznek) a találmány legfontosabb elemei. A “repülőgépeik” egyszerűen szövetdarabok voltak. fából készült váz fölé nyújtva; nem rendelkeztek a szárnyasprofil (aerofoil) profiljával. Wrights rájött, hogy a támadási szög döntő fontosságú: “A találmány szerinti repülõgépeken a készüléket a levegõ támasztja alá a levegõ és egy vagy több repülõgép felülete közötti érintkezés miatt. – a felület kis beesési szögben kerül a levegőbe. ” . Noha a Wrightok ragyogó kísérleti tudósok voltak, fontos megjegyezni, hogy hiányoztak a modern aerodinamikai ismereteink és a szárnyak működésének teljes megértése.
Nem meglepő, hogy minél nagyobbak a szárnyak, annál nagyobb az emelés létrehozzák: egy szárny területének megduplázása (ez a felülettől lefelé néző sík terület) megduplázza mind az emelést, mind az elhúzást. Ez az oka annak, hogy a gigantikus repülőgépeknek (mint a tetején lévő fotón a C-17 Globemaster-nek) óriási szárnyak vannak. De a kis szárnyak sok emelést is képesek produkálni, ha elég gyorsan mozognak. Az extra emeléshez felszálláskor a repülőgépek fedéllel szárnyak kinyúlhatnak, hogy több levegőt lehessen lefelé. Az emelés és a húzás a sebesség négyzetétől függően változik, tehát ha egy repülőgép kétszer olyan gyorsan megy, mint a szembejövő levegő, akkor a szárnyai négyszer akkora emelést (és húzást) eredményeznek. hatalmas mennyiségű emelést hoz létre rotorlapátjaik (lényegében vékony szárnyak, amelyek körben forognak) nagyon gyors forgatásával.
Szárnyak örvényei
Most egy repülőgép nem dobja le a levegőt teljesen tiszta módon. (El tudná képzelni, hogy valaki egy nagy ládát levegőt nyom ki egy katonai szállítószalag hátsó ajtaján, így az egyenesen leesik. De ez nem úgy működik!) Minden szárny valóban levegőt küld le egy forgó örvény (egyfajta mini tornádó) közvetlenül mögötte. Olyan ez, mint amikor egy peronon állsz egy vasútállomáson, és egy nagysebességű vonat megállás nélkül elrohan, elhagyva azt az érzést, mint egy hatalmas szívó vákuum felébredése. Repülőgéppel az örvény meglehetősen összetett alakú, és a legtöbb lefelé halad – de nem minden. Hatalmas léghuzat mozog lefelé a közepén, de némi levegő valóban felfelé kavarog a szárnycsúcsok mindkét oldalán , csökkentve az emelést.
Fotó: Newton törvényei repülésre késztetik a repülőgépeket: Repülőgép felfelé irányuló erőt (emelést) generál azáltal, hogy a levegőt a föld felé tolja. Amint ezek a képek azt mutatják, a levegő nem rendezett és rendezett folyamban, hanem örvényben mozog lefelé. Többek között az örvény befolyásolja, hogy az egyik repülő milyen közel tud repülni a másik mögött, és ez különösen fontos a repülőterek közelében, ahol sok repülőgép mozog folyamatosan, és bonyolult turbulencia-mintákat okoz a levegőben. Balra: Színes füst mutatja a igazi sík. A közepén lévő füst lefelé mozog, de a szárnycsúcsokon túl felfelé halad. Jobbra: Hogyan jelenik meg az örvény alulról. A fehér füst ugyanolyan hatást mutat kisebb léptékben egy szélcsatorna teszt során. Mindkét fotó a NASA Langley Research jóvoltából Központ.
