Небольшая ремарка. Материал не претендует на строгую научность, здесь не будет обширного и нудного объяснения законов физики, аэродинамики и обилия прочей "скучной" информации.
Не важно, сколько лет человеку - 4, 25, да хоть 125. Практически каждый из нас, услышав шум пролетающего самолета или вертолета, невольно задирает голову и ищет в синем небе стальную птицу.
С земли кажется, что она парит в воздухе, как невесомый пакет, поднятый ласковым штормовым ветром с пыльного асфальта в городской застройке. На самом деле, обыкновенный пассажирский самолет весит примерно как несколько десятков легковых автомобилей. К примеру, один из самых популярных гражданских лайнеров - Airbus A320, имеет максимальную взлетную массу 73500 килограмм. Только вдумайтесь, семьдесят три с половиной "пятерки" Жигулей летят по воздуху. Что же удерживает эту громадину в небе?
Объяснение возникновению силы, которая поднимает в воздух самолеты, приходит из законов физики и аэрогидродинамики.
Жил да был в 18 веке такой швейцарский ученый по имени Даниил Бернулли. Он установил связь между скоростью потока и давлением жидкости вдоль линий движения и вывел так называемый закон Бернулли. Звучит он примерно так: чем выше скорость потока жидкости или газа, тем меньшее давление он оказывает. Проведите простой эксперимент - возьмите листок бумаги в руку, приставьте к губам и подуйте над ним. Листок непременно будет подниматься вверх, поскольку давление на его верхней поверхности станет ниже атмосферного. Это отличная иллюстрация закона Бернулли.
Теперь вернемся к самолетам. Как сделать так, чтобы над ним появилась зона пониженного давления и возникла сила, которая тянет стальную птицу вверх? Разгадка кроется в форме крыла самолета. Чуть не забыл, у самолетов классической схемы, например, как на фото ниже - одно крыло. Запомните это и удивляйте тех, кто не знает этот интересный факт. Так вот, форма сечения крыла. Если взять и разрезать по варварски крыло поперек, то нетрудно увидеть, что оно имеет особую форму, примерно похожую на каплю. Эта форма называется профилем.
Обратите внимание на пунктирную линию, соединяющую самые удаленные друг от друга точки профиля. Это так называемая хорда, один из геометрических параметров профиля. Заметьте, что кривая выше хорды длиннее, чем кривая ниже хорды, это важно.
Видов профилей неимоверное количество, их форма зависит от назначения, скорости движения летательного аппарата и так далее. Подробнее о видах аэродинамических профилей расскажу в другой статье. Почему же форма именно такая?
Вспомним про закон Бернулли. Чем выше скорость потока, тем меньше его давление. Соответственно, когда крыло обтекается потоком воздуха, то из-за разной длины проходимого пути, его верхняя часть обтекается быстрее нижней, что обусловлено его формой. Из-за этого создается разница давлений и подъемная сила, направленная вверх.
Однако, некоторые самолеты имеют симметричные профили крыла и хвостового оперения. Тогда, получается, они не должны летать? Как бы не так! Львиную долю подъемной силы создает всё же не разность скоростей обтекания, а так называемый угол атаки.
Это угол между хордой крыла и набегающим потоком воздуха. Чем больше угол атаки, тем сильнее крыло отбрасывает воздух вниз и выше подъемная сила, создаваемая крылом.
Однако, бесконечно увеличивать угол атаки, дабы создать большую подъемную силу, нельзя. Поток воздуха, обтекающий крыло, должен быть ламинарным. Это означает следующее - все частички воздуха (а он, как известно, состоит из молекул различных газов) должны двигаться параллельно друг другу и не закручиваться. Примером ламинарного потока может быть гладкая струя воды из фонтана - никаких вихрей, волн, пены и прочего, всё чисто и красиво. Увлекся. А теперь к делу.
Так вот, если увеличить угол атаки слишком сильно, то ламинарное течение нарушится - поток воздуха оторвется от поверхности крыла, станет хаотичным, появятся завихрения. Из-за этого подъемная сила резко упадет, а самолет может перейти в так называемое сваливание или даже перейти в неуправляемое вращение - штопор. Однако, это материал на целую статью или даже несколько.
"Ну, хорошо. Ну, создает крыло подъемную силу, ну и что? Самолет то тяжёлый!"
Конечно, очень тяжелый. Но...
Представьте, что Вы едете в машине и высовываете руку в окно. На скорости 50-60 километров в час поток воздуха будет не очень сильным, но ощутимым. А вот если высунуть руку в поток воздуха на скорости 110-120 километров в час, то это уже будет гораздо интереснее :) К чему этот пример?
А к тому, что подъемная сила, вернее её величина, определяется скоростным напором. Это давление воздуха, которое зависит от квадрата скорости. То есть, при увеличении скорости в 2 раза, давление воздуха увеличится в 4. К примеру, на скорости 150 километров в час воздух будет давить с усилием примерно в 108 килограмм на один квадратный метр. Недурно, правда? А пассажирские самолеты отрываются от полосы на скорости 200-220 километров в час. Учитывая огромную площадь крыла, которая составляет десятки, а то и сотни квадратных метров, этого вполне достаточно, чтобы оторвать многотонную махину от земли. Так рождается аэродинамический принцип полета. Кстати, у вертолетов тоже есть крыло и летают они по тому же принципу :)
Надеюсь, что я ответил на вопрос, что же удерживает самолет в небе.
"В воздухе везде опора"...
Спасибо! Подписывайтесь, будет интересно ;)
