2019-02-18

Как летает самолет

Самолет может подняться в воздух, в том случае, если подъемная сила, возникающая при обтекании крыла воздухом превысит силу тяжести.

Для того, чтобы поднять самолет в воздух и получить требуемую подъемную силу, необходимо обеспечить обтекание крыла потоком воздуха, значит самолету для полета необходима скорость.

Самолет разбегается по взлетной полосе и, когда величина подъемной силы будет выше силы тяжести отрывается от земли. Попробуем разобраться, как возникает подъемная сила?

Аэродинамическая сила

При обтекании потокам воздуха пластины, расположенной параллельно линиям тока из-за разности давлений и сил трения, возникает аэродинамическая сила. В данном случае обтекание пластины потоком воздуха симметричное.

Несимметричным оно станет в том случае, если пластину наклонить, возникающая аэродинамическая сила будет направлена под углом к потоку. Угол наклона пластины называют углом атаки.

Разложим аэродинамическую силу на две составляющие:

• вертикальную - подъемную силу;
• горизонтальную силу лобового сопротивления.

При увеличении аэродинамической силы будут возрастать как вертикальная, так и горизонтальная составляющая.

Подъемная сила позволяет поднять самолет, а сила лобового сопротивления действует против направления его движения, то есть тормозит его.

---

---

Возникновение подъемной силы на крыле самолета

Наиболее благоприятным будет вариант, при котором, при малой силе сопротивления подъемная сила будет большой. Это позволит снизить потребную мощность двигателей, и расход топлива. Для этого создаются крылья несимметричного профиля.

Подъемная сила возникает при несимметричном обтекании профиля крыла потоком воздуха.

Струйки потока обтекают крыло сверху и снизу по разному.

При обтекании верхней выпуклой поверхности крыла из-за инертности струйки воздуха сжимаются, и в соответствии с уравнением неразрывности, скорость движения частиц воздуха.

Скорость частиц воздуха обтекающих крыло снизу - уменьшается. Давление на верхней поверхности профиля будет меньше чем на нижней, в соответствии с законом Бернулли.

В результате разницы давлений под крылом и над крылом возникает подъемная сила. Когда подъемная сила будет больше силы тяжести самолет взлетает.

Механизация крыла

Увеличение подъемной силы связано и с увеличением силы лобового сопротивления. Чем выше скорость самолета, тем сильнее сила лобового сопротивления будет тормозить его. Поэтому для полета на больших скоростях необходимо крыло, не вызывающее значительное лобовое сопротивление, подъемная сила у такого него также будет невелика, но когда самолет набрал высоту большая подъемная сила и не нужна.

---

---

Для полета на малых скоростях необходимо такое крыло, которое обеспечит максимальную подъемную силу, сила лобового сопротивления такого крыла выше, но на малых скоростях это не так критично.

Получается, что для того, чтобы взлетать на малой скорости, а проводить полет на большой скорости, самолету нужны крылья с разным профилем, или, как минимум, крыло с разными характеристиками. Получить необходимые характеристики на разных этапах полета помогают элементы механизации крыла:

• закрылки,
• предкрылки,
• щитки.

Закрылок

Отклоняемый элемент механизации, расположенный на задней кромке крыла называют закрылком.

Выпуск закрылков позволяет значительно увеличить подъемную силу,при этом возрастает и сила лобового сопротивления.

Закрылки позволяют самолету взлететь на меньшей скорости, и совершать полет на малых скоростях.

Для набора скорости в полете сопротивление необходимо уменьшить, поэтому сначала угол наклона закрылков уменьшается, а затем они и вовсе убираются. В убранном закрылок составляет часть профиля крыла.

В режиме посадки, возрастающее сопротивление при выпуске закрылков позволяет снизить скорость самолета, а возросшая подъемная сила обеспечивает устойчивый полет при снижении скорости.

---

---

Предкрылок

Элемент механизации крыла, расположенный на его передней кромке, предназначенный для управления пограничным слоем называют предкрылком. Различают фиксированные предкрылки, жестко связанные с крылом и автоматические предкрылки, которые могут быть прижаты к крылу или выдвинуты в зависимости от угла атаки.

Щиток

Щиток - элемент механизации крыла, представляющий собой отклоняемую поверхность, расположенную в задней части крыла.

Наклон щитка позволяет увеличить подъемную силу. Возрастающее сопротивление позволяет снизить пробег при посадке самолета.

Элементы управления

Вертикальное оперение позволяет обеспечить балансировку, устойчивость и управляемость самолета.

Оперение самолета составляют из неподвижные и подвижные элементы:

• Стабилизатор - неподвижная часть горизонтального оперения;
• Киль - неподвижная часть вертикального оперения;
• Руль высоты - подвижный элемент, который крепится к стабилизатору;
• Руль направления - подвижный элемент, закрепляемый на киле.

Действие рулей основано на изменении аэродинамической силы, при изменении угла наклона по отношению к направлению движения потока воздуха. При изменении угла наклона возникает аэродинамической силы, которая, благодаря плечу относительно центра тяжести самолета, создает вращающий момент.

Руль высоты

При отклонении руля высоты, нос самолета направляется вверх, увеличивается угол тангажа - самолет набирает высоту, кабрирует.

При перемещении руля высоты в противоположном направлении, нос самолета опускается вниз, угол тангажа становится отрицательным, самолет пикирует.

Руль направления

При изменении положения руля направления, за счет возникающей аэродинамической силы, появляется момент, поворачивающий самолет относительно нормальной оси. С помощью руля направления можно изменяется угол рысканья самолета.

Руль направления чаще всего используется для корректировки курса самолета при разбеге или пробеге при посадке.

Элероны

Вид криволинейного полета, служащий для изменения направления называют виражом. Для осуществления виража самолет необходимо изменить угол крена, сделать это позволяют элероны.

Элемент управления самолета, расположенный на задней кромке крыла называют элероном.

Принцип действия элеронов основан на изменении аэродинамической силы, если левый элерон отклоняется вниз, а правый вверх, то подъемная сила правой части крыла уменьшается, а левой - возрастает, в результате чего возникает момент, вызывающий крен самолета.

При крене самолета, из-за изменения режима обтекания крыла, создается центростремительная сила и самолет начинает двигаться по кривой, но демпфирующий момент вертикального оперения противодействует развороту. Для выполнения виража необходимо не только накренить самолет, но и отклонить руль направления в сторону виража, увечить тягу двигателя.