Почему летает самолет?
При выстреле из ружья стрелок ощущает отдачу — толчок приклада в плечо.
Эта сила действует на приклад ружья очень короткое время — около 0,002
с. Но на станок пулемета эта сила действует почти постоянно, пока пули
вылетают из ствола.
Так же и летательный аппарат может получать постоянную подъемную силу,
если он непрерывно отбрасывает воздух вниз. Именно для этого и нужны самолету
крылья. Если крыло движется горизонтально и при этом поставлено под углом
к направлению движения (этот угол называется углом атаки), оно отбрасывает
встречный воздух вниз (рис. 3) и тем самым создает подъемную силу, направленную
вверх. Образование подъемной силы основано на законе механики о количестве
движения (второй закон Ньютона):
где m — масса тела (в данном случае это масса отбрасываемого,
воздуха); v2—v1—изменение скорости тела (в
данном случае вертикальная скорость отбрасываемого воздуха);
Р — сила,
действующая на тело, она приложена к воздуху и направлена вниз, и t
— время. Следовательно,
Так как всякое действие всегда встречает равное по величине и противоположно
направленное противодействие (третий закон Ньютона), то подъемная сила
У, равная силе Р, будет приложена к крылу самолета и направлена
вверх:
Подъемная сила зависит от массы ежесекундно отбрасываемого воздуха m/t
, а она, в свою очередь, пропорциональна плотности воздуха р, скорости
полета v и площади крыла 5; вертикальная скорость воздуха v2—v1
пропорциональна углу атаки крыла и скорости полета. Тогда подъемную
силу можно определить по формуле:
где Су — коэффициент, который зависит от формы крыла
и угла атаки.
Итак, подъемную силу можно создавать довольно просто, но для этого обязательно
нужно, чтобы крыло в воздухе двигалось. Решается это по-разному: птицы
машут крыльями; планеры используют снижение — сопротивление воздуха преодолевается
силой тяжести. Самолету же нужен двигатель. Но, может быть, выгоднее повернуть
этот двигатель так, чтобы его тяга компенсировала и силу тяжести аппарата?
Нет, это невыгодно, так как подъемная сила крыла во много раз больше сопротивления
воздуха. Отношение получаемой подъемной силы к сопротивлению называется
аэродинамическим качеством. Сейчас для дозвуковых самолетов это
отношение достигает 25, а для сверхзвуковых — 7.
Рис. 3.
На образовании подъемной силы крыла основан и полет вертолетов: если
несколько крыльев соединить вместе (получится «ротор» вертолета) и вращать
их двигателем, то каждое крыло будет создавать подъемную силу и они поднимут
вертолёт в воздух. Наклоняя ротор в сторону, вертолет будет двигаться в
нужном направлении.
Развитие авиации во многом зависит от открытий и изобретений в различных
областях науки и техники, и в первую очередь от развития науки об обтекании
тел газом — аэродинамики.
Основы этой науки заложены исследованиями
русских ученых Н. Е. Жуковского, С. А. Чаплыгина, С. А. Христиа-новича,
немецких ученых Л. Прандтля, Т. Кармана и других. Кроме того, большую роль
в развитии авиации играют наука о механике полета, материаловедение, изобретения
в промышленности, строящей двигатели, и в приборостроении.
|