Her havacılık tasarım bürosunda, baş tasarımcının yaptığı bir açıklamayla ilgili bir hikaye vardır. Yalnızca ifadenin yazarı değişir. Kulağa şöyle geliyor: “Hayatım boyunca uçaklarla uğraştım ama hala bu demir parçasının nasıl uçtuğunu anlamıyorum!”. Gerçekten de, Newton'un birinci yasası henüz iptal edilmedi ve uçak açıkça havadan ağır. Hangi kuvvetin çok tonlu bir makinenin yere düşmesine izin vermediğini bulmak gerekir.
Uçak yolculuğu yöntemleri
Seyahat etmenin üç yolu vardır:
- Aerostatik, yerden kaldırırken özgül ağırlığı atmosferik havanın yoğunluğundan daha düşük olan bir vücut yardımı ile gerçekleştirilir. Bunlar balonlar, hava gemileri, sondalar ve diğer benzer yapılardır.
- Yanıcı yakıttan gelen bir jet akımının kaba kuvveti olan reaktif, yerçekimi kuvvetinin üstesinden gelmeyi sağlar.
- Ve son olarak, Dünya'nın atmosferi havadan ağır araçlar için destekleyici bir madde olarak kullanıldığında, kaldırma yaratmanın aerodinamik yöntemi. Uçaklar, helikopterler, döner uçaklar, planörler ve bu arada kuşlar bu özel yöntemi kullanarak hareket eder.
Aerodinamik kuvvetler
Havada hareket eden bir uçak dört ana çok yönlü kuvvetten etkilenir. Geleneksel olarak, bu kuvvetlerin vektörleri ileri, geri, aşağı ve yukarı yönlendirilir. Bu neredeyse bir kuğu, kanser ve turna. Uçağı ileri iten kuvvet motor tarafından üretilir, geriye doğru hava direncinin doğal kuvveti ve aşağı doğru yerçekimi vardır. Pekala, uçağın düşmesine izin vermek yerine - kanadın etrafındaki akış nedeniyle hava akışının oluşturduğu kaldırma.
Standart atmosfer
Havanın durumu, sıcaklığı ve basıncı dünya yüzeyinin farklı yerlerinde önemli ölçüde değişebilir. Buna göre, uçağın tüm özellikleri, bir yerde veya başka bir yerde uçarken de farklılık gösterecektir. Bu nedenle, kolaylık sağlamak ve tüm özellikleri ve hesaplamaları ortak bir paydaya getirmek için, standart atmosferi aşağıdaki ana parametrelerle tanımlamaya karar verdik: deniz seviyesinden 760 mm Hg basınç, metreküp başına 1.188 kg hava yoğunluğu, havanın hızı. ses 340.17 metre/saniye, sıcaklık +15 ℃. Rakım arttıkça bu parametreler değişir. Farklı yükseklikler için parametrelerin değerlerini ortaya çıkaran özel tablolar vardır. Tüm aerodinamik hesaplamalar ve ayrıca uçak performans özelliklerinin belirlenmesi bu göstergeler kullanılarak gerçekleştirilir.
Asansör yaratmanın en basit prensibi
Yaklaşan hava akışındaysadüz bir nesne yerleştirmek için, örneğin avucunuzu hareket eden bir arabanın camından dışarı çıkararak, bu kuvveti "parmaklarınızda" dedikleri gibi hissedebilirsiniz. Avuç içi hava akışına göre küçük bir açıyla döndürüldüğünde, hava direncine ek olarak, dönüş açısının yönüne bağlı olarak yukarı veya aşağı çeken başka bir kuvvetin ortaya çıktığı hemen hissedilir. Vücudun düzlemi (bu durumda avuç içi) ile hava akışının yönü arasındaki açıya hücum açısı denir. Hücum açısını kontrol ederek asansörü kontrol edebilirsiniz. Hücum açısının artmasıyla avuç içi yukarı iten kuvvetin artacağı, ancak belli bir noktaya kadar artacağı rahatlıkla görülebilir. Ve 70-90 dereceye yakın bir açıya ulaştığında ise tamamen yok olacak.
Uçak kanadı
Kaldırma oluşturan ana dayanma yüzeyi, uçağın kanadıdır. Kanat profili genellikle gösterildiği gibi kavisli gözyaşı damlası şeklindedir.
Hava kanadın etrafından akarken, kanadın üst kısmından geçen havanın hızı, alt akışın hızını aşar. Bu durumda üst kısımdaki statik hava basıncı kanat altına göre daha düşük olur. Basınç farkı, kanadı yukarı doğru iterek kaldırma yaratır. Bu nedenle basınç farkını sağlamak için tüm kanat profilleri asimetrik yapılmıştır. Sıfır hücum açısında simetrik profile sahip bir kanat için, düz uçuşta kaldırma kuvveti sıfırdır. Böyle bir kanatla, onu yaratmanın tek yolu hücum açısını değiştirmek. Kaldırma kuvvetinin başka bir bileşeni var - endüktif. Okanadın kavisli alt yüzeyi tarafından hava akışının aşağı doğru meyilli olması nedeniyle oluşur, bu da doğal olarak kanat üzerinde yukarı doğru bir ters kuvvetin hareket etmesine neden olur.
Hesaplama
Bir uçak kanadının kaldırma kuvvetini hesaplama formülü aşağıdaki gibidir:
Y=CyS(PV 2)/2
Nerede:
- Cy - kaldırma katsayısı.
- S - kanat alanı.
- V - serbest akış hızı.
- P - hava yoğunluğu.
Hava yoğunluğu, kanat alanı ve hız ile her şey açıksa, kaldırma katsayısı deneysel olarak elde edilen bir değerdir ve sabit değildir. Kanat profiline, en-boy oranına, hücum açısına ve diğer değerlere göre değişir. Gördüğünüz gibi, bağımlılıklar hız dışında çoğunlukla doğrusaldır.
Bu gizemli katsayı
Kanat kaldırma katsayısı belirsiz bir değerdir. Karmaşık çok aşamalı hesaplamalar hala deneysel olarak doğrulanmaktadır. Bu genellikle bir rüzgar tünelinde yapılır. Her kanat profili ve her hücum açısı için değeri farklı olacaktır. Ve kanadın kendisi uçmadığı, ancak uçağın bir parçası olduğu için, bu tür testler, uçak modellerinin karşılık gelen az altılmış kopyaları üzerinde gerçekleştirilir. Kanatlar nadiren ayrı ayrı test edilir. Her bir kanadın sayısız ölçümünün sonuçlarına göre, katsayının saldırı açısına bağımlılığını ve ayrıca bağımlılığı yansıtan çeşitli grafikleri çizmek mümkündür.belirli bir kanadın hızından ve profilinden ve ayrıca kanadın serbest bırakılan mekanizasyonundan kaldırın. Aşağıda örnek bir grafik gösterilmektedir.
Aslında bu katsayı, kanadın gelen havanın basıncını kaldırma kuvvetine dönüştürme yeteneğini karakterize eder. Her zamanki değeri 0'dan 2'ye kadardır. Kayıt 6'dır. Şimdiye kadar, bir kişi doğal mükemmellikten çok uzaktır. Örneğin, bir kartal için bu katsayı, yakalanan bir sincapla yerden yükseldiğinde 14 değerine ulaşır. Hücum açısındaki bir artışın, belirli açı değerlerine kaldırmada bir artışa neden olduğu yukarıdaki grafikten açıktır.. Ondan sonra etki kaybolur ve hatta ters yöne gider.
Durma akışı
Dedikleri gibi, her şey ölçülü olarak iyidir. Hücum açısı açısından her kanadın kendi limiti vardır. Sözde süper kritik hücum açısı, kanadın üst yüzeyinde bir stall'a yol açarak, onu kaldırma gücünden yoksun bırakır. Stall, kanadın tüm alanı üzerinde eşit olmayan bir şekilde meydana gelir ve buna, sallanma ve kontrol kaybı gibi karşılık gelen, son derece nahoş olaylar eşlik eder. İşin garibi, bu fenomen hıza çok fazla bağlı değil, aynı zamanda etkilese de, ancak stall'ın ortaya çıkmasının ana nedeni, süper kritik hücum açılarının eşlik ettiği yoğun manevralar. Bu nedenle, Il-86 uçağının tek kazası, yolcusuz boş bir uçakta "gösteri yapmak" isteyen pilot aniden tırmanmaya başladığında meydana geldi, bu da trajik bir şekilde sona erdi.
Direnç
Asansörle el ele sürükleme gelir,uçağın ilerlemesini engeller. Üç unsurdan oluşur. Bunlar, havanın uçak üzerindeki etkisinden kaynaklanan sürtünme kuvveti, kanadın önündeki ve arkasındaki alanlardaki basınç farkından kaynaklanan kuvvet ve hareket vektörü yönlendirildiği için yukarıda tartışılan endüktif bileşendir. sadece yukarı doğru değil, kaldırmada bir artışa katkıda bulunur, aynı zamanda direnişin bir müttefiki olarak geri döner. Ek olarak, endüktif direncin bileşenlerinden biri, hava hareketinin yönünün eğimini artıran girdap akışlarına neden olan, kanat uçlarından hava akışı nedeniyle oluşan kuvvettir. Aerodinamik sürtünme formülü, Su katsayısı dışında, kaldırma kuvveti formülüyle kesinlikle aynıdır. Cx katsayısına dönüşür ve ayrıca deneysel olarak belirlenir. Değeri nadiren onda birini geçer.
Bırakma-sürükleme oranı
Kaldırma kuvvetinin sürükleme kuvvetine oranına aerodinamik kalite denir. Burada bir özellik dikkate alınmalıdır. Katsayılar hariç kaldırma kuvveti ve sürükleme kuvveti formülleri aynı olduğundan, uçağın aerodinamik kalitesinin Cy ve Cx katsayılarının oranı ile belirlendiği varsayılabilir. Belirli hücum açıları için bu oranın grafiğine kanat kutupları denir. Böyle bir grafiğin bir örneği aşağıda gösterilmiştir.
Modern uçakların aerodinamik kalite değeri yaklaşık 17-21 ve planörler - 50'ye kadar. Bu, uçakta kanat kaldırmanın en uygun koşullarda olduğu anlamına gelirDirenç kuvvetinden 17-21 kat daha fazladır. 6,5 puan alan Wright kardeşlerin uçağıyla karşılaştırıldığında, tasarımdaki ilerleme bariz ancak pençelerinde talihsiz sincap taşıyan kartal hala çok uzakta.
Uçuş modları
Farklı uçuş modları, farklı kaldırma-sürükleme oranı gerektirir. Seyir seviyesinde uçuşta, uçağın hızı oldukça yüksektir ve hızın karesiyle orantılı kaldırma katsayısı yüksek değerlerdedir. Buradaki en önemli şey direnci en aza indirmektir. Kalkış ve özellikle iniş sırasında kaldırma katsayısı belirleyici bir rol oynar. Uçağın hızı düşüktür, ancak havada sabit konumu gereklidir. Bu soruna ideal bir çözüm, uçuş koşullarına bağlı olarak yaklaşık olarak kuşlarla aynı şekilde eğriliğini ve hatta alanını değiştiren adaptif kanat denilen bir kanat oluşturmak olacaktır. Tasarımcılar başarılı olana kadar, kaldırma katsayısındaki değişiklik, profilin hem alanını hem de eğriliğini artıran, direnci artırarak kaldırmayı önemli ölçüde artıran kanat mekanizasyonu kullanılarak elde edilir. Savaş uçakları için kanat taramasında bir değişiklik kullanıldı. Yenilik, yüksek hızlarda sürtünmeyi az altmayı ve düşük hızlarda kaldırmayı artırmayı mümkün kıldı. Ancak, bu tasarımın güvenilmez olduğu ortaya çıktı ve son zamanlarda ön hat uçakları sabit kanatlı olarak üretildi. Bir uçak kanadının kaldırma kuvvetini arttırmanın bir başka yolu da, motorlardan gelen bir akışla kanadı ayrıca üflemektir. Bu askeriyede uygulandı. Bu özelliği nedeniyle kıs altılmış kalkış ve iniş mesafeleri ile ayırt edilen An-70 ve A-400M nakliye uçakları.
