літають

Немає нічого подібного до двадцятисемигодинної подорожі літаком, щоб обернутися навколо світу, приблизно стільки часу мені знадобилося, щоб повернутися з Нової Зеландії. Там, у зручних сидіннях Qatar Airways, я дивувався, як нам вдалося так багато літати, не падаючи, як «це здоровий глузд», що сказав би М. Рахой. Це відповіді.

Літаки літають, бо немає результуючої сили. І коли на тіло не діє будь-яка сила, воно буде продовжувати нерухомо або з постійною швидкістю. Ісаак Ньютон вже говорив про це у своєму першому законі. Але це не означає, що на площину не діє сила. Літак має одну вагу, пасажири та їх багаж - іншу, і всі молекули в повітрі, що штовхаються двигунами або потрапляють у фюзеляж, створюють силу. Що трапляється, це те, що інженери спромоглися так, що деякі з цих ударів використовуються для протидії вазі та опору повітря.

Підводячи підсумок, можна сказати, що літаки летять фундаментально на основі двох теорій, які ми засвоїли в середній школі, хоча на той момент ми насправді не знали, для чого вони, до біса: з одного боку, за ефектом Вентурі та з іншого, що ще важливіше, у третьому законі Ньютона, також відомому як "закон дії та реакції".

Почнемо з сил у вертикальному напрямку. Той, хто тягне вниз, - це сила тяжіння, а той, що спрямований вгору, - це поштовх. Але звідки береться остання? Незважаючи на те, що він виходить із усього фюзеляжу, тобто з усього корпусу літака (рис. 1), більшість із них виникає із крил, і в обох випадках це відбувається завдяки ефекту Вентурі (рис. 2).

Ефект Вентурі полягає в тому, що коли рідина збільшує швидкість, її тиск зменшується. Щоб скористатися цим, крила літака сконструйовані таким чином, що їхня верхня частина вигнута, ніж нижня, що робить відстань для проходження по повітрю більшою у верхній частині і, отже, видно, що примусово збільшити його швидкість. Завдяки ефекту Вентурі це зменшує тиск над крилом (чим вище швидкість, тим нижче тиск). Коротше кажучи, нижня частина крила досягається з більшим тиском, ніж верхня частина, і це надає тягу вгору, що допомагає літаку залишатися в повітрі.

Однак сила, що діє під дією ефекту Вентурі, сама по собі недостатня для того, щоб літак утримувався в повітрі, і саме тут вступає в дію третій закон Ньютона, який встановлює, що перед певною силою чи дією, що виробляється на об'єкт, це, в свою чергу, генерує реакцію однакової інтенсивності, але у зворотному напрямку (спробуйте вкластися в стінку, і ви зрозумієте, про що мова).

І як ця теорія використовується в літаках? Ну ще раз завдяки формі і розташуванню крил, які сконструйовані таким чином, що повітря, що проходить через них, рухається вниз, таким чином, створюючи силу дії вниз, яка завдяки вищезазначеному закону Ньютона створює силу реакції на крило вгору. Звичайно, чим швидше ви отримуєте більшу силу, а тому літаки повинні спочатку долетіти до дуже високої швидкості, а згодом залишитися в повітрі.

Найпростіший спосіб перевірити те, що я кажу, - висунути одну руку з вікна машини. Якщо замість того, щоб поставити руку в профіль, ми трохи нахилимо її до вітру, ми будемо рухати повітря вниз і помітимо силу вгору, яка прагне підняти не руку, а всю руку.

Третьому закону Ньютона також допомагає так званий ефект Коанди, фізичне явище, завдяки якому рідина має тенденцію прилипати і йти по шляху предмета, з яким вона потрапляє. У випадку з літаками повітря (рідина) має тенденцію прилипати до крила літака (об'єкта, в який він потрапляє), і слідувати його траєкторії (тобто рухатися вниз). Ви можете побачити практичний приклад у ложці на фотографії або, ще краще, у цьому відео.

І як воно породжується з тілом літака? Це досягається тим, що молекули повітря штовхають його вгору. Завдяки своїй формі в русі більше молекул стикаються внизу, ніж вгорі (так само, як при бігу під дощем менше крапель потрапляє в спину), а ті, що стикаються зверху, стикаються з набагато меншою швидкістю ніж ті, що стикаються нижче, що створює різницю тисків, яка піднімає площину (Рисунок 1).

Тепер на горизонтальній осі ми маємо силу, яка відштовхує площину назад. Цією силою є молекули повітря, які стикаються з пристроєм. Двигуни відповідають за протидію їм, що вони роблять, рухаючи молекули повітря назад, і вони роблять це, швидко обертаючись лопатями. Великі і мало в пропелерних літаках, а багато і малі в турбінних літаках.

Ну, ми вже знаємо більш-менш, чому літає літак, але чому він летить так високо? Більшість комерційних авіалайнерів плавають на висоті майже 35000 футів, приблизно 10,6 кілометрів. Якщо задуматися, це висота. Чому б не пролетіти лише пару кілометрів над землею, висоти більш ніж достатньої для того, щоб літак не мав проблем з такими конструкціями, як вежі чи хмарочоси? Якщо мова йде про уникнення гір, навіть якщо всі гори у світі були висотою Евересту (8,8 кілометра), навіщо брати на майже 2000 метрів більше запасу міцності?

Ну, по-перше, висота, на якій летить більшість літаків, не є довільним вибором. На це є дуже вагомі причини. Нижче наведені основні з них.

Однією з головних причин, чому комерційні літаки літають так високо, є опір повітря. Чим вище ви піднімаєтеся над землею, тим атмосфера стає рідшою, а отже, тим меншим опором є полет літака. Літаки летять на такій висоті з часу винаходу реактивних двигунів (літаки більше не використовують оригінальні реактивні двигуни, зараз вони використовують турбовентилятори). Ці двигуни, більше схожі на реакційні системи в ракетах, мають більш високий питомий імпульс, оскільки повітря менше. Незважаючи на це, їм потрібен атмосферний кисень, щоб підтримувати горіння.

У будь-якому випадку, чим більше молекул повітря літаку доведеться очищати, проходячи, тим більше енергії йому буде потрібно, тим більше палива він буде споживати і, отже, експлуатаційні витрати будуть вищими. Через менший опір на більших висотах комерційні літаки літають з мінімальним споживанням палива. Ось чому 35000 футів відомий як "крейсерська висота", при якій досягається баланс між експлуатаційними витратами та паливною ефективністю.

Інша важлива причина полягає в тому, що на крейсерській висоті атмосфера є стабільнішою, і вам не часто доводиться турбуватися про хмари та інші погодні явища, такі як грози. Літаки можуть без особливих проблем орієнтуватися через хмари та шторми, але коли вони це роблять, турбулентність неминуча, що, крім незручності для пасажирів, може розробити паніку в салоні.

Усунення перешкод - це третя і очевидна причина. По-перше, якщо ви літаєте на літаку на консолі чи комп’ютері, ви можете летіти низько, поскакати, пробратися між будівлями, пройти через ущелини та багато іншого. Але реальність не така. Якщо робити це занадто небезпечно навіть для невеликого шоу-шоу або бойового літака, для великого комерційного літака це практично неможливо. З невеликим транспортним засобом навіть я міг робити неможливі маневри для міського автобуса.

Крім того, як всім відомо, місцевість не є долонею, але над рівнем моря є безліч рельєфів, тому літак піднімається на достатню висоту, щоб триматися подалі від всіляких рельєфів на суші. І якщо уникати форм рельєфу, політ на висоті 35000 футів також гарантує, що літак знаходиться значно вище польоту більшості птахів. Це має вирішальне значення, оскільки страйк птахів може бути набагато більше, ніж просто гикавкою або роздратуванням.

Було багато випадків інцидентів із страйком птахів, але найбільше уваги привернув випадок рейсу US Airways 1549. 15 січня 2009 р. Літак (Airbus 320) здійснив дивовижну посадку в річці Гудзон після польоту зграї птахів незабаром після вильоту з аеропорту ЛаГуардія в Нью-Йорку. Неймовірно, що жодної жертви не було. Ось чому вибоїста і щаслива посадка - знята у фільм у фільмі "Саллі" режисера Клінта Іствуда з Томом Хенксом у головній ролі - відома як "диво на Гудзоні".

Припустимо, ви летите на комерційному літаку лише на один кілометр над землею і щось піде не так. Літак починає різко падати. Ви знаєте, що можете виправити проблему, через яку літак швидко спускався, але ви падаєте занадто швидко, і у вас просто не вистачає часу, щоб вирішити проблему. В той момент він міг би подумати: "Якби у мене було більше часу ...". Це ще одна причина, чому комерційні літаки літають на висоті близько 11 км, на висоті, яка виконує роль «подушки безпеки» і дає пілотам час виправити ситуацію, якщо щось піде не так.

Звичайно, ви зацікавлені.

Зима 2019 року в Північній Америці вже входить в кліматичну історію планети. У наші дні термометри в Сполучених Штатах Америки та Канаді показують температуру до -37 ...

Реєстрація автомобілів продовжує зростати в Іспанії, але щороку з меншою силою. У 2018 році було зареєстровано 1 321 438 одиниць, що є показником збільшення на 7% порівняно з ...

Це чудова історія, яку більшість дітей вивчають у школі. Сліди величезних і страшних тварин, динозаврів, гриміли Землею мільйони ...