Kako avioni lete

Kako avioni lete i koji proces stoji iza leta

Što bi braća Wright – pioniri leta s motorom – stvorila iz doba u kojem se nešto poput 100 000 zrakoplova svaki dan digne na nebo samo u Sjedinjenim Državama? I oni bi bili zapanjeni i oduševljeni. Zahvaljujući njihovim uspješnim eksperimentima s pogonom na let, avion je s pravom prepoznat kao jedan od najvećih izuma svih vremena. Pogledajmo pobliže kako avioni lete!

Potrebna su vam velika krila za podizanje velikog aviona poput ovog američkog ratnog zrakoplovstva C-17 Globemaster. Krila su široka 51, 75 m (169 stopa) – to je tek nešto manje od duljine tijela aviona od 53 metra. Maksimalna poletna težina je 265. 352 kg (585. 000 lb), otprilike čak 40 odraslih slonova! Ako ste ikada gledali kako mlazni avion polijeće ili slijeće, prvo što ćete primijetiti je buka motora. Mlazni motori, koji su dugačke metalne cijevi koje sagorijevaju kontinuirani nalet goriva i zraka, daleko su bučniji (i daleko snažniji) od tradicionalnih propelerskih motora. Možda mislite da su motori ključ za pokretanje aviona, ali pogriješili biste. Stvari mogu sasvim sretno letjeti bez motora, kao što nam to lako pokazuju jedrilice (avioni bez motora), papirnati avioni i zaista klizne ptice.

Sile koje djeluju na leteći avion: potisak, težina, vuča i podizanje. Četiri sile djeluju na avion u letu. Kada avion leti vodoravno stalnom brzinom, podizanje s krila točno uravnotežuje težinu aviona, a potisak točno uravnotežuje otpor. Međutim, tijekom polijetanja ili kada se avion pokušava popeti na nebo (kao što je ovdje prikazano), potisak motora koji guraju avion prema naprijed premašuje otpor (zračni otpor) koji ga vuče natrag. To stvara silu podizanja, veću od težine aviona, koja pokreće avion više prema nebu.

Ako pokušavate shvatiti kako avioni lete, morate biti jasni o razlici između motora i krila i različitih poslova koje rade. Motori zrakoplova dizajnirani su za pomicanje naprijed velikom brzinom. Zbog toga zrak brzo struji preko krila koja bacaju zrak prema tlu, stvarajući uzlaznu silu zvanu podizanje koja svladava težinu aviona i drži je na nebu. Dakle, motori su koji pomiču avion naprijed, dok ga krila pomiču prema gore.

Kako avioni lete i kako ih krila podižu u zrak

U jednoj rečenici, krila se podižu mijenjajući smjer i pritisak zraka koji se na njih zabija dok ih motori gađaju nebom.
Većina krila zrakoplova ima zakrivljenu gornju površinu i ravniju donju površinu, što čini oblik presjeka koji se naziva profilni profil (ili aerofoil, ako ste Britanac). Krilno krilo obično ima zakrivljenu gornju i ravnu donju plohu.

U mnogim znanstvenim knjigama i web stranicama pročitati ćete netočno objašnjenje kako avioni lete, zračni profil poput ovog stvara lift. To ide ovako: Kada zrak naleti preko zakrivljene gornje površine krila, mora putovati dalje od zraka koji prolazi ispod, pa mora ići brže (da bi istovremeno prešao veću udaljenost). Prema principu aerodinamike zvanom Bernoullijev zakon, zrak koji se kreće pod nižim je tlakom od zraka koji se sporo kreće, pa je tlak iznad krila niži od tlaka ispod, a to stvara uzlet koji pokreće avion prema gore.

Iako se ovo objašnjenje načina rada krila često ponavlja, ono je pogrešno: daje točan odgovor, ali iz potpuno pogrešnih razloga! Ali savršeno je moguće dizajnirati avione s profilima profila koji su simetrični (gledaju ravno niz krilo) i koji i dalje stvaraju uzlet. Na primjer, papirnati zrakoplovi (i oni izrađeni od tankog drveta balze) stvaraju uzlet iako imaju ravna krila.

Popularno objašnjenje dizala uobičajeno je, brzo, zvuči logično i daje točan odgovor, ali također uvodi zablude, koristi besmislen fizički argument i zavaravajući poziva na Bernoullijevu jednadžbu.

No, standardno objašnjenje dizala problematično je i iz drugog važnog razloga: zrak koji puca preko krila ne mora biti u koraku sa zrakom koji ide ispod njega, a ništa ne govori da mora istodobno prijeći veću udaljenost. Zamislite dvije molekule zraka kako dolaze na prednju stranu krila i odvajaju se, tako da jedna puca gore, a druga zviždi ravno ispod dna.

Profil zrake razdvaja dolazni zrak, smanjuje pritisak gornje struje zraka i ubrzava oba zračna toka prema dolje. Kako se zrak ubrzava prema dolje, krilo se pomiče prema gore.
Dok zakrivljeno krilo zračnog krila leti nebom, ono skreće zrak i mijenja zračni tlak iznad i ispod njega. To je intuitivno očito.
Tako krila omogućuju to kako avioni lete.

Kako avioni lete i što je nizvodno spuštanje

Zrakoplovi stvaraju preljev na potpuno isti način kao i helikopteri – jednostavno to ne primjećujemo. Preljev nije toliko očit, ali jednako je važan kao i kod sjeckalice. No, opet postoji razlika u tome kako avioni lete.

Ovaj drugi aspekt izrade dizala puno je lakše razumjeti od razlike tlaka, barem za fizičara: prema trećem zakonu gibanja Isaaca Newtona, ako zrak zrakoplovu daje uzlaznu silu, ravnina mora dati (jednaku i suprotnu ) sila prema dolje u zrak. Dakle, avion također generira podizanje koristeći svoja krila da gura zrak prema dolje iza sebe. To se događa jer krila nisu savršeno vodoravna, kao što biste mogli pretpostaviti, već su vrlo malo nagnuta unatrag pa udaraju u zrak pod kutom napada. Kutna krila guraju i ubrzani protok zraka (odozgo iznad njih) i sporiji protok zraka (ispod njih), a to stvara podizanje. Budući da zakrivljeni gornji dio zračne ograde skreće (odguruje) više zraka od ravnijeg dna (drugim riječima, mnogo dramatičnije mijenja put dolaznog zraka), stvara znatno više dizanja.

Možda se pitate zašto zrak uopće struji dolje iza krila. Zašto, na primjer, ne pogodi prednji dio krila, zakrivi se preko vrha i nastavi dalje vodoravno? Zašto postoji downwash, a ne samo vodoravno “backwash”? Sjetite se naše prethodne rasprave o tlaku: krilo snižava zračni tlak neposredno iznad njega. Više gore, daleko iznad ravnine, zrak je i dalje pod normalnim tlakom, koji je veći od zraka neposredno iznad krila. Dakle, zrak normalnog tlaka dobro iznad krila gura zrak nižeg tlaka neposredno iznad njega, učinkovito “prskajući” zrak dolje i iza krila u povratnom ispiranju. Drugim riječima, razlika u tlaku koju krilo stvara i ispiranje zraka iza njega nisu dvije odvojene stvari, već su svi dijelovi istog učinka: kutno krilo krila zrakoplova stvara razliku u tlaku koji stvara pad i to proizvodi lift.

Sada možemo vidjeti da su krila uređaji dizajnirani za potiskivanje zraka prema dolje, lako je shvatiti zašto avioni s ravnim ili simetričnim krilima (ili naopako zaostale ravnine) još uvijek mogu sigurno letjeti. Sve dok krila stvaraju protok zraka prema dolje, avion će iskusiti jednaku i suprotnu silu – podizanje – koja će ga održavati u zraku. Drugim riječima, naopaki pilot stvara poseban napadni kut koji stvara dovoljno nizak tlak iznad krila da održi avion u zraku i omogućuje to kako avioni lete.

Tagovi: avioni, avionski motor, kako avioni lete, let