Чому літаки літають

Чому літаки літають

Взагалі-то, це схоже на диво. Крилата машина, що важить десятки і навіть сотні тонн, долаючи земне тяжіння, легко злітає вгору і ширяє в небі подібно до птаха. Яка сила тримає її в повітрі?

Інструкція

  1. Трохи історії

    У 1738 р. швейцарський вчений Дані Бернуллі вивів закон, названий його ім’ям. Згідно з цим законом при зростанні швидкості потоку рідини чи газу статичний тиск в них падає і навпаки, при зниженні швидкості — зростає.

    У 1904 році російський вчений Н.Є. Жуковський розробив теорему про підйомної силі, що діє на тіло, обтічне плоскопаралельних потоком газу або рідини. Відповідно до цієї теореми, на тіло (крило), що знаходиться в рухомому рідинної або газовому середовищі, діє підйомна сила, значення якої залежить від параметрів середовища і тіла. Головним результатом роботи Жуковського стала формула коефіцієнта підйомної сили.
  2. Підйомна сила

    Профіль крила літака несиметричний, верхня його частина є більш опуклою, ніж нижня. При русі літака швидкість повітряного потоку, що проходить зверху крила, виявляється вище швидкості потоку, що проходить знизу. У результаті цього (по теоремі Бернуллі) тиск повітря під крилом літака стає вище тиску над крилом. Внаслідок різниці цих тисків виникає підйомна сила (Y), що штовхає крило вгору. Її значення дорівнює:

    Y = Cy * p * V ² * S / 2, де:

    - Cy — коефіцієнт піднімальної сили;

    - P — щільність середовища (повітря) в кг / м ³;

    - S — площа в м ²;

    - V — швидкість потоку в м / с.
  3. Під дією різних сил

    На літак, який рухається в повітряному просторі, діють декілька сил:

    - Сила тяги двигуна (гвинтового або реактивного), що штовхає літак уперед;

    - Лобовий опір, спрямоване назад;

    - Сила тяжіння Землі (вага літака), спрямована вниз;

    - Підйомна сила, що штовхає літак вгору.

    Значення підйомної сили та лобового опору залежить від форми крила, кута атаки (кута, під яким потік зустрічає крило) і від щільності повітряного потоку. Остання в свою чергу залежить від швидкості руху літака і від атмосферного тиску повітря.
  4. При розгоні літака та збільшення його швидкості, підйомна сила зростає. Як тільки вона перевищує вагу літака, він злітає вгору. При горизонтальному русі літака з постійною швидкістю всі сили є врівноваженими, їх результуюча (сумарна сила) дорівнює нулю.

    Форма крила підбирається такий, щоб лобове опір було якомога менше, а підйомна сила — як можна більше. Підйомну силу можна збільшувати, підвищуючи швидкість руху і площа крил. Чим вище швидкість руху, тим меншою може бути площа крил і навпаки.

Корисні поради

Теорема Н.Є. Жуковського відома також під ім’ям теореми Кутта-Жуковського. Це викликано тим, що паралельно з російським ученим дослідженнями з вивчення підйомної сили займався і німецький вчений Мартін Кутта.