Что поднимает самолет в воздух. Почему самолёт летает

⁰

С древних времен, наблюдая за полетом птиц, человек сам хотел научиться летать. Желание летать подобно птице нашло отражение в древних мифах и легендах. Одной из таких легенд является легенда об Икаре, который сделал крылья, чтобы взлететь высоко в небо, ближе к лучезарному солнцу. И хотя полет Икара закончился трагически, птицы прекрасно летают, несмотря на то, что они существенно тяжелее воздуха. Через три тысячи лет после возникновения этой легенды, в самом начале ХХ века, был осуществлен первый в истории полет человека на самолете. Этот полет длился всего 59 секунд, а пролетел самолет всего 260 метром. Так сбылась давняя мечта человека о полете. Современные самолеты летают гораздо дальше и дольше. Давайте попробуем разобраться, почему летает самолет, обладающий огромной массой, почему он при этом может летать быстрее, выше и дальше любой птицы, почему планер без мотора может долгое время парить в воздухе.

Несмотря на то, что во время полета, в отличие от птиц, крылья у самолета жестко закреплены на корпусе, самолет летает именно благодаря им, а также двигателям, которые создают силу тяги и разгоняют самолет до необходимой скорости. Сечение крыла самолета очень похоже на сечение крыла птицы. И это не случайно, так как, конструируя самолет, люди, в первую очередь, ориентировались на полет птиц. Во время полета на крыло самолета действуют четыре силы: сила тяги, создаваемая двигателями, сила тяжести, направленная к Земле, сила лобового сопротивления воздуха, препятствующая движению самолета, и, наконец, подъемная сила, которая и обеспечивает набор высоты. Соотношение этих сил и определяет способность самолета летать. При полете с постоянной скоростью сумма этих сил должна быть равна 0: сила тяги компенсирует силу лобового сопротивления, а подъемная сила – силу тяжести. Это важно знать всем, кто увлекается авиамоделированием, чтобы изготовить надежную летающую модель самолета.

Очень важным параметром является угол атаки – угол между хордой крыла (линией, соединяющей переднюю и заднюю кромки крыла) и направлением воздушного потока, обтекающего крыло. Чем меньше угол атаки, тем меньше сила лобового сопротивления, но вместе с тем меньше и подъемная сила, обеспечивающая взлет и устойчивый полет. Поэтому увеличение угла атаки обеспечивает достаточную для взлета и полета подъемную силу. Из-за несимметричности формы крыла воздух над крылом движется быстрее, чем под ним и, согласно уравнению Бернулли, давление воздуха под крылом больше, чем над ним. Однако возникающая при этом подъемная сила недостаточна для взлета, а основной эффект достигается за счет уплотнения воздуха под крылом набегающим потоком, что существенным образом зависит от угла атаки крыла самолета. Меняя угол атаки, можно управлять полетом самолета, эту функцию выполняют закрылки – отклоняемые поверхности, симметрично расположенные на задней кромке крыла. Они используются для улучшения несущей способности крыла во время взлёта, набора высоты, снижения и посадки, а также при полёте на малых скоростях.

Великий русский механик, создатель науки аэродинамики Николай Егорович Жуковский, всесторонне исследовав динамику полета птиц, открыл закон, определяющий подъемную силу крыла. Эта сила определяется разностью давлений над крылом и под ним и рассчитывается по следующей формуле:

где ‑ плотность воздуха, ‑ скорость набегающего воздушного потока, ‑ площадь крыльев самолета, ‑ скорость циркуляции воздуха возле крыла. Зависимость подъемной силы от угла атаки можно получить, используя закон сохранения импульса:

Похожую формулу для расчета подъемной силы первого в истории человечества самолета использовали братья Райт:

где
‑ коэффициент Смитона, полученный еще в XVIII веке. Эта формула получается из предыдущей при угле атаки, равном 45 0 . Используя эту формулу, можно рассчитать минимальную скорость самолета, необходимую для его взлета:

где ‑ ускорение свободного падения, m – масса самолета.

Давайте рассчитаем скорость взлета самолета Boing 747-300. Его масса примерно 3 10 5 кг, а площадь крыла 511 м 2 . Учитывая, что плотность воздуха 1,2 кг/м 3 , получим значение скорости примерно 70 м/с или около 250 км/ч. Именно с такой скоростью взлетают современные пассажирские самолеты.

По предложенному методу мы предлагаем вам рассчитать скорость, которую должна иметь модель самолета массой 5 кг и площадью крыла 0,04 м 2 , чтобы взлететь.

Самолет – это летательный аппарат, имеющий массу больше массы воздуха, и подъемную силу, созданную по аэродинамическому принципу (отбрасывание вниз части воздуха за счет обтекания крыла). Подъемная сила - это и есть ответ на вопрос о том, почему самолеты летают. Ее создают несущие поверхности (в основном, крылья) при движении навстречу воздушному потоку самолета, развивающего скорость при помощи силовой установки или турбины. За счет силовой установки, создающей силу тяги, самолет способен преодолевать сопротивление воздуха.

Самолеты летают по законам физики

В основе аэродинамики как науки заложена теорема Николая Егоровича Жуковского, выдающегося русского ученого, основателя аэродинамики, которая была сформулирована еще в 1904 году. Спустя год, в ноябре 1905 года Жуковский изложил свою теорию создания подъемной силы крыла летательного аппарата на заседании Математического общества.

Для того чтобы подъемная сила смогла поднять в воздух современный самолет, даже весом в десятки тонн, его крыло должно иметь достаточную площадь. На подъемную силу крыла влияет множество параметров, таких как профиль, площадь, форма крыла в плане, угол атаки, скорость и плотность воздушного потока. Каждый самолет имеет свою минимальную скорость, при которой он может взлетать и лететь, не падая. Так, минимальная скорость современных пассажирских самолетов находится в пределах от 180 до 250 км/ч.

Почему самолеты летают с разной скоростью?

От требуемой скорости самолета зависит и его размер. Площадь крыльев медленных транспортных самолетов должна быть достаточно большой, так как подъемная сила крыла и скорость, развиваемая самолетом, прямо пропорциональны. Большая площадь крыльев у медленных самолетов обусловлена тем, что при достаточно малых скоростях подъемная сила невелика.

Скоростные самолеты, как правило, имеют гораздо меньшие по размерам крылья, обладающие при этом достаточной подъемной силой. Чем меньше плотность воздуха, тем меньшей становится подъемная сила крыла, поэтому на большой высоте скорость самолета должна быть выше, чем при полете на малой высоте.

Почему самолеты летают так высоко?

Высота полета современных реактивных самолетов находится в пределах от 5000 до 10000 метров над уровнем моря. Это объясняется очень просто: на такой высоте плотность воздуха намного меньше, а, следовательно, меньше и сопротивление воздуха. Самолеты летают на больших высотах, потому что при полете на высоте 10 километров самолет расходует на 80% меньше горючего, чем при полете на высоте в один километр. Однако почему же тогда они не летают еще выше, в верхних слоях атмосферы, где плотность воздуха еще меньше? Дело в том, что для создания необходимой тяги двигателем самолета необходим определенный минимальный запас воздуха. Поэтому у каждого самолета имеется наибольший безопасный предел высоты полета, называемый также «практический потолок». К примеру, практический потолок самолета Ту-154 составляет около 12100 метров.

Вот: Самолеты весят значительно больше вытесняемого ими воздуха. Что же их удерживает в небе? Оказывается, им помогает подъемная сила. Но она работает лишь в том случае, если самолет движется в воздухе с большой скоростью.
Во время движения воздух проходит над и под крыльями самолета. Благодаря специальной форме крыла воздух огибает его таким образом, что, проходя над крылом самолета, воздух разряжается, под крылом - сжимается.

Таким образом, воздушные течения снизу «приподнимают» крылья, а сверху как бы «подталкивают» крылья кверху. Так создается подъемная сила.
Самолет движется вперед с помощью двигателей, воздушные пропеллеры как бы «сверлят» воздух. Когда самолет движется очень быстро, то воздух начинает вести себя как твердое вещество.

Самолет летит вперед благодаря силе тяги. Она преодолевает силу торможения самолета (сопротивление воздуха), а подъемная сила преодолевает земное притяжение (силу тяжести). И самолет летит!
Пока подъемная сила равна силе земного притяжения, самолет сохраняет равновесие и летит прямо. Если увеличить скорость полета, самолет начнет подниматься вверх, поскольку увеличивается подъемная сила. Вот почему в это время пилоту следует опустить нос самолета.
Если же, наоборот, скорость полета уменьшается, пилот поднимает нос самолета. Если пилот не сделает этого, подъемная сила упадет: нос самолета начнет опускаться, и самолет снижается.
Если самолет теряет скорость высоко над землей, то у летчика есть еще время увеличить скорость и снова набрать высоту. Если самолет теряет скорость невысоко от земли, то может произойти катастрофа.

Самолеты приводятся в действие двигателями. В небольших самолетах обычно используются поршневые двигатели. Поршневой двигатель вращает воздушные винты, а воздушные винты создают тягу, благодаря которой самолет перемещается в воздухе, – точно так же, как винт судна создает тягу, заставляющую судно двигаться по воде.

В больших самолетах используются реактивные двигатели, которые приводятся в действие посредством сжигания топлива. Такие двигатели выталкивают огромные количества воздуха, а реактивная сила заставляет их двигаться вперед и вверх.

Самолеты способны подняться в воздух и оставаться в воздухе благодаря форме своих крыльев. Крыло у самолета снизу плоское, а сверху закругленное. Когда создаваемая двигателем тяга заставляет самолет двигаться вперед, воздух разделяется, проходя мимо крыла с двух сторон. Над закругленной поверхностью крыла воздух проходит быстрее, чем под плоской нижней частью.

Быстрее движущийся воздух сверху становится разреженным, давление его становится меньше, чем у воздуха внизу крыла, и благодаря этому крыло стремится подняться вверх. Таким образом, неравное давление воздуха, возникающее благодаря форме крыльев самолета, порождает силу, которая называется подъемной. Благодаря этой силе самолет может лететь.

Сила движущегося воздуха используется также для того, чтобы управлять самолетом. Управление самолетом осуществляется с помощью системы подвижных закрылков, расположенных на крыльях и хвосте самолета; во многих отношениях закрылки работают так же, как работают рули судна. Если они будут установлены под углом, то будут создавать препятствие для воздушного потока, в результате чего самолет будет поворачивать или наклоняться.

Для того чтобы снизиться, например, пилот опускает хвостовые закрылки, и под действием воздушного потока нос самолета направляется вниз, к земле. Для поворота самолета необходимо изменить направление закрылков, расположенных на крыльях, и направление хвостового руля.
Для того чтобы оставаться в воздухе, самолет должен быть все время в движении, его крылья должны рассекать воздух для создания подъемной силы. Движущийся воздух необходим также для управления самолетом.

Другими словами, самолет не может летать, если не будет двигателей, которые создают тягу. А для того чтобы оторваться от земли и подняться в воздух, самолет должен сначала промчаться на большой скорости по земле.

Большой реактивный самолет – вместе с сотнями находящихся в нем пассажиров – весит несколько сотен тонн. Как может такая огромная и тяжелая машина, во-первых, оторваться от земли и, во-вторых, оставаться в воздухе на пути длиной в тысячи километров? Самолеты работают на основе сложной смеси принципов аэродинамики – теорий, которые объясняют движение воздуха и поведение тел, движущихся через этот воздух.

Самолеты приводятся в действие двигателями. В небольших самолетах обычно используются поршневые двигатели. Поршневой двигатель вращает воздушные винты, а воздушные винты создают тягу, благодаря которой самолет перемещается в воздухе, – точно так же, как винт судна создает тягу, заставляющую судно двигаться по воде.

Самолеты, особенно вблизи, впечатляют своими габаритами и массой. Остается при этом не понятным, как такой громоздкий и тяжелый объект поднимается в небесную высь. Притом, ответить на это могут даже не все взрослые, а вопросы детей частенько способны поставить в тупик.

Для разъяснения подобного вопроса надо обратиться к физике. Крыло самолета, который взлетает, создает силу, толкающую его вверх, то есть, в небо. Она носит название подъемной силы самолета. В местах, где высокая скорость потока воздуха, давление будет ниже, соответственно, легче перемещаться и оставаться в воздухе, не поддаваясь силе тяжести.

Что держит самолет на воздухе?

Вообще законы нашей атмосферы изучает наука аэродинамика, она и объясняет такое поведение железных птиц. Основой для разработки процесса взлета самолета стала теорема российского ученого Жуковского, которую тот сформулировал в начале прошлого столетия. Крылья современного самолета настолько объемны, что подъемная сила поднимает в воздух десятки тонн веса аппарата.

К тому же, хорошим помощником в данном вопросе является скорость, у современных летательных аппаратов она находится в пределе от 180 и до 250 километров в час. К тому же, самолеты летают достаточно высоко, это значит, что там давление атмосферы не так сильно и ощутимо, а, значит, легче балансировать. Воздух более разреженный, следовательно, меньше его сопротивление. Любопытно, что на больших высотах самолеты тратят меньше топлива, которое, кстати говоря, стоит не дешево. Именно потому они летают так высоко. Правда, летай они прямо над крышами домов, нам было бы не особенно удобно и очень шумно. Пассажирский самолет может пролетать на высоте двенадцати километров над поверхностью земли.

Наиболее подробный ответ почему нужно отключать электронные устройства и почему собственно летает самолет! Это нужно посмотреть!

А знаете ли вы?

Почему на компьютере не показывают фильмы онлайн? Давайте разберемся и рассмотрим основные причины: Первая. Возможно, у Вас на […]
Жираф считается самым высоким животным в мире, его рост достигает 5,5 метров. В основном за счет длинной шеи. Не смотря на то, что в […]
Многие согласятся с тем, что женщины в положении становятся особенно суеверными, они больше других подвержены всяческим поверьям и […]
Кто с уверенностью скажет, что не знает о том, что мужчины смотрят порнофильмы, самым наглым образом соврет. Конечно же, смотрят, просто […]
Редко можно встретить человека, который бы не находил розовый куст красивым. Но, при этом, общеизвестно. Что такие растения довольно нежны […]
Воробей является довольно распространенной в мире птицей небольшого размера и пестрого окраса. Но ее особенность заключается в том, что […]
Смех и слезы, а точнее, плач, являют собой две прямо противоположные эмоции. О них известно то, что обе они являются врожденными, а не […]