I hvert luftfartsdesignbureau er der en historie om en udtalelse fra chefdesigneren. Kun forfatteren til udtalelsen ændrer sig. Og det lyder sådan her: "Jeg har beskæftiget mig med fly hele mit liv, men jeg forstår stadig ikke, hvordan dette stykke jern flyver!". Faktisk er Newtons første lov endnu ikke blevet annulleret, og flyet er klart tungere end luft. Det er nødvendigt at finde ud af, hvilken kraft der ikke tillader en flertonsmaskine at falde til jorden.
Flyrejsemetoder
Der er tre måder at rejse på:
- Aerostatisk, når løft fra jorden udføres ved hjælp af et legeme, hvis vægtfylde er lavere end densiteten af atmosfærisk luft. Disse er balloner, luftskibe, sonder og andre lignende strukturer.
- Reactive, som er den brutale kraft af en jetstrøm fra brændbart brændstof, som gør det muligt at overvinde tyngdekraften.
- Og endelig den aerodynamiske metode til at skabe løft, når Jordens atmosfære bruges som et støttestof for køretøjer, der er tungere end luft. Fly, helikoptere, gyrofly, svævefly og i øvrigt fugle bevæger sig ved hjælp af denne særlige metode.
Aerodynamiske kræfter
Et fly, der bevæger sig gennem luften, påvirkes af fire hovedkræfter i flere retninger. Konventionelt er vektorerne for disse kræfter rettet fremad, bagud, ned og op. Det er næsten en svane, kræft og gedde. Kraften, der skubber flyet fremad, genereres af motoren, bagud er luftmodstandens naturlige kraft, og nedad er tyngdekraften. Nå, i stedet for at lade flyet falde - løftet genereret af luftstrømmen på grund af flowet rundt om vingen
Standardstemning
Luftens tilstand, dens temperatur og tryk kan variere betydeligt i forskellige dele af jordens overflade. Derfor vil alle flys egenskaber også være forskellige, når de flyver et eller andet sted. Derfor blev vi for nemheds skyld og for at bringe alle karakteristika og beregninger til en fællesnævner enige om at definere den såkaldte standardatmosfære med følgende hovedparametre: tryk 760 mm Hg over havets overflade, lufttæthed 1,188 kg pr. kubikmeter, hastighed på lyd 340,17 meter i sekundet, temperatur +15 ℃. Når højden stiger, ændres disse parametre. Der er specielle tabeller, der afslører værdierne af parametrene for forskellige højder. Alle aerodynamiske beregninger såvel som bestemmelsen af flyets præstationskarakteristika udføres ved hjælp af disse indikatorer.
Det enkleste princip for at skabe løft
Hvis i den modkørende luftstrømat placere en flad genstand, for eksempel ved at stikke håndfladen ud af vinduet på en kørende bil, kan du mærke denne kraft, som man siger, "på dine fingre". Når håndfladen drejes i en lille vinkel i forhold til luftstrømmen, mærkes det med det samme, at der ud over luftmodstanden er opstået en anden kraft, der trækker op eller ned, afhængigt af omdrejningsvinklens retning. Vinklen mellem kroppens plan (i dette tilfælde håndfladerne) og luftstrømmens retning kaldes angrebsvinklen. Ved at kontrollere angrebsvinklen kan du styre løftet. Det kan let ses, at med en stigning i angrebsvinklen, vil kraften, der skubber håndfladen op, stige, men op til et vist punkt. Og når den når en vinkel tæt på 70-90 grader, forsvinder den helt.
Aircraft wing
Den primære lejeflade, der skaber løft, er flyets vinge. Vingeprofilen er norm alt buet dråbeformet som vist.
Når luften strømmer rundt om vingen, overstiger hastigheden af luften, der passerer langs den øverste del af vingen, hastigheden af den nedre strøm. I dette tilfælde bliver det statiske lufttryk i toppen lavere end under vingen. Trykforskellen skubber vingen op og skaber løft. For at sikre trykforskellen er alle vingeprofiler derfor lavet asymmetriske. For en vinge med en symmetrisk profil ved nul angrebsvinkel er løft i niveauflyvning nul. Med sådan en fløj er den eneste måde at skabe den på at ændre angrebsvinklen. Der er en anden komponent af løftekraften - induktiv. Hun erdannes på grund af den nedadgående skråning af luftstrømmen af den buede underflade af vingen, hvilket naturligvis resulterer i en opadgående omvendt kraft, der virker på vingen.
Beregning
Formlen til beregning af løftekraften for en flyvinge er som følger:
Y=CyS(PV 2)/2
Hvor:
- Cy - løftkoefficient.
- S - fløjområde.
- V - gratis streamhastighed.
- P - lufttæthed.
Hvis alt er klart med lufttæthed, vingeareal og hastighed, så er løftekoefficienten en værdi opnået eksperimentelt og er ikke en konstant. Det varierer afhængigt af vingeprofilen, dens billedformat, angrebsvinkel og andre værdier. Som du kan se, er afhængighederne for det meste lineære, bortset fra hastighed.
Denne mystiske koefficient
Vingeløftkoefficienten er en tvetydig værdi. Komplekse flertrinsberegninger verificeres stadig eksperimentelt. Dette gøres norm alt i en vindtunnel. For hver vingeprofil og for hver angrebsvinkel vil dens værdi være forskellig. Og da selve vingen ikke flyver, men er en del af flyet, udføres sådanne test på de tilsvarende reducerede kopier af flymodeller. Vinger testes sjældent separat. Ifølge resultaterne af talrige målinger af hver enkelt vinge er det muligt at plotte koefficientens afhængighed af angrebsvinklen såvel som forskellige grafer, der afspejler afhængighedenløft fra hastigheden og profilen af en bestemt vinge, samt fra den frigivne mekanisering af vingen. Et eksempeldiagram er vist nedenfor.
Faktisk karakteriserer denne koefficient vingens evne til at omdanne trykket fra den indkommende luft til løft. Dens sædvanlige værdi er fra 0 til 2. Rekorden er 6. Indtil videre er en person meget langt fra naturlig perfektion. For eksempel når denne koefficient for en ørn, når den rejser sig fra jorden med en fanget gopher, en værdi på 14. Det er tydeligt fra ovenstående graf, at en stigning i angrebsvinklen forårsager en stigning i løft til bestemte vinkelværdier. Derefter går effekten tabt og går endda i den modsatte retning.
Stall flow
Som de siger, er alt godt med måde. Hver fløj har sin egen grænse med hensyn til angrebsvinkel. Den såkaldte superkritiske angrebsvinkel fører til en stall på den øvre overflade af vingen, der fratager den løft. Stallen opstår ujævnt over hele vingeområdet og er ledsaget af tilsvarende, ekstremt ubehagelige fænomener som rystelser og tab af kontrol. Mærkeligt nok afhænger dette fænomen ikke meget af hastigheden, selvom det også påvirker, men hovedårsagen til forekomsten af stall er intensiv manøvrering, ledsaget af superkritiske angrebsvinkler. Det var på grund af dette, at det eneste styrt af Il-86-flyet skete, da piloten, der ville "vise frem" på et tomt fly uden passagerer, brat begyndte at klatre, hvilket endte tragisk.
Modstand
Hånd i hånd med løft kommer træk,forhindrer flyet i at bevæge sig fremad. Den består af tre elementer. Disse er friktionskraften på grund af luftens virkning på flyet, kraften på grund af trykforskellen i områderne foran vingen og bagved vingen og den induktive komponent diskuteret ovenfor, da vektoren for dens virkning er rettet ikke kun opad, hvilket bidrager til en stigning i løft, men også ryg, der er en allieret med modstanden. Derudover er en af komponenterne i induktiv modstand den kraft, der opstår på grund af luftstrømmen gennem enderne af vingen, hvilket forårsager hvirvelstrømme, der øger skråningen af luftens bevægelsesretning. Formlen for aerodynamisk modstand er helt identisk med formlen for løftekraft, bortset fra koefficienten Su. Den ændres til Cx-koefficienten og bestemmes også eksperimentelt. Dens værdi overstiger sjældent en tiendedel af en.
Slip-til-træk-forhold
Forholdet mellem løft og trækkraft kaldes aerodynamisk kvalitet. Én funktion skal tages i betragtning her. Da formlerne for løftekraften og modstandskraften, bortset fra koefficienterne, er de samme, kan det antages, at flyets aerodynamiske kvalitet er bestemt af forholdet mellem koefficienterne Cy og Cx. Grafen for dette forhold for visse angrebsvinkler kaldes vingepolaren. Et eksempel på et sådant diagram er vist nedenfor.
Moderne fly har en aerodynamisk kvalitetsværdi på omkring 17-21, og svævefly - op til 50. Det betyder, at på fly er vingeløftet under optimale forhold17-21 gange større end modstandskraften. Sammenlignet med Wright-brødrenes fly, som scorer 6,5, er designfremgangen åbenlys, men ørnen med den uheldige gopher i poterne er stadig langt væk.
Flytilstand
Forskellige flytilstande kræver forskellige løft-til-træk-forhold. Ved flyvning på krydstogtniveau er flyets hastighed ret høj, og løftekoefficienten, proportional med kvadratet af hastigheden, er ved høje værdier. Det vigtigste her er at minimere modstanden. Under start og især landing spiller løftekoefficienten en afgørende rolle. Flyets hastighed er lav, men dets stabile position i luften er påkrævet. En ideel løsning på dette problem ville være skabelsen af en såkaldt adaptiv vinge, som ændrer sin krumning og jævne areal afhængigt af flyveforholdene, omtrent på samme måde som fugle gør. Indtil det lykkedes for designerne, opnås ændringen i løftekoefficienten ved at bruge vingemekanisering, som øger både arealet og krumningen af profilen, hvilket ved at øge modstanden øger løftet markant. For kampfly blev der brugt en ændring i sweep af vingen. Innovationen gjorde det muligt at reducere luftmodstanden ved høje hastigheder og øge løfteevnen ved lave hastigheder. Dette design viste sig dog at være upålidelig, og for nylig er frontlinjefly blevet fremstillet med en fast vinge. En anden måde at øge løftekraften af en flyvinge er at blæse vingen yderligere med en strøm fra motorerne. Dette er blevet implementeret i militæretAn-70 og A-400M transportfly, som på grund af denne egenskab er kendetegnet ved forkortede start- og landingsdistancer.
