Eigentlich sieht es aus wie ein Wunder. Eine geflügelte Maschine mit einem Gewicht von Dutzenden und sogar Hunderten von Tonnen, die die Schwerkraft überwindet, schwebt leicht in die Höhe und schwebt wie ein Vogel in den Himmel. Welche Kraft hält sie in der Luft?
Anweisungen
Schritt 1
Ein bisschen Geschichte
1738 entwickelte der Schweizer Wissenschaftler Daniel Bernoulli ein nach ihm benanntes Gesetz. Nach diesem Gesetz nimmt der statische Druck einer Flüssigkeit oder eines Gases mit zunehmender Durchflussmenge ab und umgekehrt mit abnehmender Geschwindigkeit zu.
Im Jahr 1904 entdeckte der russische Wissenschaftler N. E. Schukowski hat einen Satz über die Auftriebskraft entwickelt, die auf einen Körper in einer planparallelen Gas- oder Flüssigkeitsströmung einwirkt. Nach diesem Satz wird ein in einem bewegten flüssigen oder gasförmigen Medium befindlicher Körper (Flügel) einer Auftriebskraft ausgesetzt, deren Höhe von den Parametern des Mediums und des Körpers abhängt. Das Hauptergebnis von Schukowskis Arbeit war die Formel für den Auftriebsbeiwert.
Schritt 2
Hubkraft
Das Flügelprofil des Flugzeugs ist asymmetrisch, sein oberer Teil ist konvexer als der untere. Wenn sich das Flugzeug bewegt, ist die Geschwindigkeit des Luftstroms von der Oberseite des Flügels höher als die Geschwindigkeit des Luftstroms von der Unterseite. Dadurch wird (nach dem Satz von Bernoulli) der Luftdruck unter dem Flügel des Flugzeugs höher als der Druck über dem Flügel. Aufgrund der Differenz dieser Drücke entsteht eine Auftriebskraft (Y), die den Flügel nach oben drückt. Sein Wert ist:
Y = Cy * p * V² * S / 2, wobei:
- Cy - Auftriebskoeffizient;
- p ist die Dichte des Mediums (Luft) in kg / m³;
- S - Fläche in m²;
- V ist die Strömungsgeschwindigkeit in m / s.
Schritt 3
Unter dem Einfluss verschiedener Kräfte
Auf ein sich im Luftraum bewegendes Flugzeug wirken mehrere Kräfte:
- die Schubkraft des Triebwerks (Propeller oder Jet), das das Flugzeug vorwärts drückt;
- Frontalwiderstand nach hinten gerichtet;
- die nach unten gerichtete Schwerkraft der Erde (Gewicht des Flugzeugs);
- Heben Sie das Flugzeug nach oben.
Der Wert von Auftrieb und Widerstand hängt von der Form des Flügels, dem Anstellwinkel (der Winkel, in dem die Strömung auf den Flügel trifft) und der Dichte der Luftströmung ab. Letztere wiederum hängt von der Geschwindigkeit des Flugzeugs und vom atmosphärischen Luftdruck ab.
Schritt 4
Wenn das Flugzeug beschleunigt und seine Geschwindigkeit zunimmt, nimmt der Auftrieb zu. Sobald es das Gewicht des Flugzeugs überschreitet, hebt es nach oben ab. Wenn sich das Flugzeug mit konstanter Geschwindigkeit horizontal bewegt, sind alle Kräfte ausgeglichen, ihre resultierende (Gesamtkraft) ist Null.
Die Flügelform wird so gewählt, dass der Luftwiderstand möglichst gering und der Auftrieb möglichst hoch ist. Der Auftrieb kann durch Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit und der Flügelfläche erhöht werden. Je höher die Bewegungsgeschwindigkeit, desto kleiner kann die Flügelfläche sein und umgekehrt.
