Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Что такое тяга авиационного двигателя


Тяга самолета. Тяга двигателя самолета. Тяга реактивного двигателя.

 

Тяга – сила, выработанная двигателем. Она толкает самолет сквозь воздушный поток. Единственное, что противостоит тяге – лобовое сопротивление. В прямолинейном горизонтально установившемся полете они сравнительно равны. Если летчик увеличивает тягу путем добавления оборотов двигателя и сохраняет постоянную высоту, тяга начинает превосходить сопротивление воздуха. Летательный аппарат (ЛА) при этом ускоряется. Очень быстро сопротивление увеличивается и снова уравнивает тягу. ЛА стабилизируется на постоянной высокой скорости. Тяга – один из самых важных факторов для определения скороподъемности самолета, а именно насколько быстро ЛА может подняться на определенную высоту. Вертикальная скорость зависит не от подъемной силы, а от запаса тяги, которым обладает самолет.

 

Тяга реактивного двигателя самолета

 

Сила тяги двигателя, или его движущая сила, равноценна всем силам давления воздуха на внутреннюю поверхность силовой установки. Тяга некоторых видов реактивных двигателей зависит от скорости и высоты полета. Для вычисления силы тяги реактивного двигателя часто приходится определять тягу на конкретной высоте, у земли, на взлете и во время какой-либо скорости. Для ЖРД сила тяги равноценна произведению массы исходящих газов на скорость, с которой они вылетают из сопла двигателя.

Для ВРД (воздушно-реактивный двигатель) сила тяги измеряется как результат массы газов на разность скоростей, а именно скорости воздушной струи, выходящей из сопла двигателя, и скорости поступающего воздуха в двигатель. Проще говоря, данная скорость уравнивается к скорости полета самолета с реактивным двигателем. Тяга ВРД обычно измеряется в тоннах или килограммах. Важным качественным показателем ВРД является его удельная тяга. Для турбореактивного двигателя – тяга, отнесенная к конкретной единице веса воздуха, который проходит через двигатель в секунду. Этот показатель позволяет понять, насколько высока эффективность эксплуатации воздуха в двигателе для образования тяги. Удельная тяга измеряется в килограммах тяги на 1 кг воздуха, расходуемого за секунду. В некоторых случаях применяется другой показатель, который также называется удельной тягой, показывающей отношение количества топлива, которое расходуется, к силе тяги за секунду. Естественно, что чем выше показатель удельной тяги ВРД, тем меньше поперечный вес и размеры самого двигателя.

Показатель полетной или тяговой мощности – это сила, которая задействует реактивный двигатель при конкретной скорости полета. Как правило, измеряется в лошадиных силах. Величина лобовой тяги говорит о степени конструктивного оптимума реактивного двигателя. Лобовая тяга – это отношение наибольшего показателя площади поперечного сечения к тяге. Лобовая тяга равна тяге, в кг поделенной на площадь в метрах квадратных.

В мировой авиации наиболее ценится тот двигатель, который обладает высокой лобовой тягой.

Чем совершеннее ВРД в конструктивном отношении, тем меньший показатель его удельного веса, а именно общий вес двигателя вместе с приборами и обслуживающими агрегатами, поделенный на величину собственной тяги.

Реактивные двигатели, как и тепловые вообще, отличаются друг от друга не только по мощности, весу, тяге и другим показателям. При оценивании ВРД огромную роль играют параметры, которые зависят от собственной экономичности, а именно от КПД (коэффициент полезного действия). Среди данных показателей главным считается удаленный расход топлива на конкретную единицу тяги. Он выражается в килограммах топлива, которое расходуется за час на образование одного килограмма тяги.
 

Двигатели

Что такое аэронавтика? | динамика полета | Самолеты | Двигатели | История полета | какой такое UEET?
Словарь | Весело и игры | Образовательные ссылки | Урок Ланс | Индекс сайта | Дом

Двигатели

Как работает реактивный двигатель?


NEW!
Видео "Как работает реактивный двигатель".

Мы считаем само собой разумеющимся, насколько легко самолет весом более половины миллион фунтов поднимается с земли с такой легкостью. Как это случилось? Ответ прост. Это двигатели.

Пусть Тереза ​​Беньо из Исследовательского центра Гленна НАСА объяснит больше ...

Как показано на НАСА Направление завтра.


Реактивные двигатели с огромной силой двигают самолет вперед, создаваемый огромная тяга и заставляет самолет лететь очень быстро.

Все реактивные двигатели, которые также называются газовые турбины, работать по тому же принципу. Двигатель всасывает воздух спереди с помощью вентилятора. Компрессор поднимает давление воздуха. Компрессор сделан со многими лезвиями, прикрепленными к валу. Лопасти вращаются с высокой скоростью и сжимают или сжимают воздух. Сжатый воздух тогда распыляется с топливом, и электрическая искра зажигает смесь. горючие газы расширяются и выдуваются через сопло в задней части двигателя.Когда струи газа стреляют назад, двигатель и самолет смещаются вперед. Когда горячий воздух идет к соплу, он проходит через другую группу лопастей. называется турбиной. Турбина прикреплена к тому же валу, что и компрессор. Вращение турбины приводит к вращению компрессора.

На рисунке ниже показано, как воздух проходит через двигатель. Воздух проходит через ядро двигателя, а также вокруг ядра.Это вызывает некоторое количество воздуха быть очень горячим, а некоторые - круче. Кулер воздух затем смешивается с горячим воздух на выходе из двигателя.

Это картина того, как воздух проходит через двигатель

Что такое тяга?

Тяга это передняя сила, которая толкает двигатель и, следовательно, самолет вперед. сэр Исаак Ньютон обнаружил, что для «каждого действия существует равное и противоположная реакция. "Двигатель использует этот принцип. Двигатель принимает в большом объеме воздуха. Воздух нагревается, сжимается и замедляется. Воздух проходит через множество вращающихся лопастей. Смешивая этот воздух со струей топливо, температура воздуха может достигать трех тысяч градусов. Мощность воздуха используется для вращения турбины. Наконец, когда воздух уходит, это выталкивает назад из двигателя.Это заставляет самолет двигаться вперед.

Части реактивного двигателя

Поклонник - Вентилятор является первым компонентом в ТРДД. Большой вращающийся вентилятор всасывает большое количество воздуха. Большинство лезвий вентилятора сделаны из титана. Затем он ускоряет этот воздух и разбивает его на две части. Одна часть проходит через «ядро» или центр двигателя, где на него воздействуют другие компоненты двигателя.

Вторая часть «обходит» сердечник двигателя. Проходит через воздуховод который окружает ядро ​​в задней части двигателя, где он производит большую часть сила, которая продвигает самолет вперед. Этот более прохладный воздух помогает успокоить двигатель, а также добавление тяги к двигателю.

Компрессор - Компрессор первый компонент в ядре двигателя. Компрессор состоит из вентиляторов с множеством лопастей. и прикреплен к валу.Компрессор сжимает воздух, который поступает в него Постепенно меньшие площади, что приводит к увеличению давления воздуха. это приводит к увеличению энергетического потенциала воздуха. Раздавленный воздух нагнетается в камеру сгорания.

Combustor - В камере сгорания воздух смешан с топливом, а затем загорелся. Есть 20 форсунок для распыления топлива. воздушный поток. Смесь воздуха и топлива загорается.Это обеспечивает высокую температура, высокоэнергетический воздушный поток. Горючее с кислородом в сжатом топливе воздух, производящий горячие расширяющиеся газы. Внутренняя часть камеры сгорания часто производится из керамических материалов для обеспечения термостойкой камеры. Жара может достигать 2700 °.

Турбина - Высокоэнергетический поток воздуха из камеры сгорания уходит в турбину, вызывая вращение лопастей турбины. Турбины связаны валом, чтобы вращать лопасти в компрессоре и раскрутить впускной вентилятор спереди.Это вращение отнимает энергию у поток высокой энергии, который используется для привода вентилятора и компрессора. Газы Произведенные в камере сгорания движутся через турбину и вращают ее лопасти. Турбины реактивного двигателя вращаются вокруг тысячи раз. Они закреплены на валах которые имеют несколько наборов шарикоподшипников между ними.

Насадка - Сопло является вытяжным каналом двигатель. Это часть двигателя, которая на самом деле производит тягу для самолет.Истощенный энергией воздушный поток, который прошел турбину, в дополнение к более холодный воздух, который обошел ядро ​​двигателя, создает силу при выходе из форсунка, которая движет вперед двигатель и, следовательно, самолет. Сочетание горячего воздуха и холодного воздуха выталкивается и производит выхлоп, который вызывает прямую тягу. Соплу может предшествовать смеситель , который сочетает в себе высокотемпературный воздух, поступающий из активной зоны двигателя с воздух с более низкой температурой, который был обойден в поклоннике.Смеситель помогает сделать двигатель тише.

Первый реактивный двигатель - А Краткая история ранних двигателей

Сэр Исаак Ньютон в 18 веке был сначала предположить, что взрыв, направленный назад, может привести в движение машину вперед с большой скоростью. Эта теория была основана на его третьем законе движение. Когда горячий воздух проходит через сопло в обратном направлении, самолет движется вперед.

Анри Жиффар построил дирижабль, который был приведен в действие первым двигателем самолета - паровой двигатель с тремя лошадьми. Это было очень тяжелый, слишком тяжелый, чтобы летать.

В 1874 году Феликс де Храм года построил моноплан который пролетел короткий прыжок вниз по склону с помощью угольного парового двигателя.

Отто Даймлер , в конце 1800-х изобрел первый бензиновый двигатель.

В 1894 году американец Хирам Максим пытался привести в действие свой трехместный биплан с двумя угольными паровыми двигателями.Это только пролетели на несколько секунд.

Ранние паровые двигатели работали на подогреве угля и, как правило, слишком тяжелый для полета.

американец Сэмюэль Лэнгли сделал модель самолета которые были приведены в действие паровыми двигателями. В 1896 году он успешно управлял Беспилотный самолет с паровым двигателем, названный Aerodrome . Он пролетел около 1 мили, прежде чем испарился. Затем он попытался построить полный размер самолета, Aerodrome A, с бензиновым двигателем.В 1903 году это разбился сразу же после спуска с домашнего катера.

В 1903 году братьев Райт полетел, Flyer , с 12-сильным газом двигатель.

С 1903 года, года первого полета братьев Райт, до конца 1930-х годов бензиновый поршневой двигатель внутреннего сгорания с пропеллером единственное средство, используемое для приведения в движение самолета.

Это был Фрэнк Уиттл , британский пилот, который разработал и запатентовал первый турбореактивный двигатель в 1930 году.Двигатель Уиттл впервые полетел успешно в мае 1941 года. Этот двигатель имел многоступенчатый компрессор и систему сгорания. камера, одноступенчатая турбина и сопло.

В то же время, когда Уиттл работал в Англии, Ганс фон Охайн работал над похожим дизайном в Германии. Первый самолет успешно Использовать газотурбинный двигатель был немецкий Heinkel He 178, август 1939 года. Это был первый в мире турбореактивный двигатель рейс.

General Electric построила первый американский реактивный двигатель для ВВС США Реактивный самолет . Это был экспериментальный самолет XP-59A, который впервые полетел в октябре 1942 года.

Типы реактивных двигателей

Турбореактивные двигатели

Основная идея турбореактивный двигатель просто.Воздух забирается из отверстия в передней части двигателя сжимается в 3-12 раз от исходного давления в компрессоре. Топливо добавляется в воздух и сжигается в камере сгорания для поднять температуру жидкой смеси примерно до 1100 ° F до 1300 ° F. Полученный горячий воздух проходит через турбину, которая приводит в движение компрессор. Если турбина и компрессор работают, давление на выходе турбины будет почти вдвое больше атмосферного давления, и это избыточное давление отправляется к соплу, чтобы произвести высокоскоростной поток газа, который создает тягу.Значительное увеличение тяги может быть достигнуто с помощью форсаже. Это вторая камера сгорания, расположенная после турбины и перед сопло. Дожигатель повышает температуру газа перед соплом. Результатом этого повышения температуры является увеличение примерно на 40 процентов в тяге при взлете и гораздо больший процент на высоких скоростях, как только самолет в воздухе.

Турбореактивный двигатель - реактивный двигатель.В реакторе, расширяющемся газе давить сильно на переднюю часть двигателя. Турбореактивный двигатель всасывает воздух и сжимает или сжимает это. Газы протекают через турбину и заставляют ее вращаться. Эти газы отскочить назад и выстрелить из задней части выхлопа, толкая самолет вперед.

Изображение турбореактивного двигателя

Турбовинты

А турбовинтовой двигатель реактивный двигатель, прикрепленный к винтуТурбина в задняя часть поворачивается горячими газами, и это поворачивает вал, который приводит в движение пропеллер. Некоторые небольшие авиалайнеры и транспортные самолеты приводятся в действие турбовинтовыми двигателями.

Как турбореактивный, турбовинтовой двигатель состоит из компрессора, сгорания камеры и турбины, давление воздуха и газа используется для запуска турбины, которая затем создает мощность для привода компрессора. По сравнению с турбореактивным двигателем, турбовинтовой двигатель обладает большей эффективностью при скорости полета ниже примерно 500 миль в час.Современные турбовинтовые двигатели оснащены винтами, которые имеют меньший диаметр, но большее количество лопастей для эффективной работы на гораздо более высоких скоростях полета. Чтобы приспособить более высокие скорости полета, лопасти имеют форму ятагана с опущенными передними кромками на концах лезвия. Двигатели с такими винтами называются пропфанов .

Изображение турбовинтового двигателя

Турбовентиляторы

А турбовентиляторный двигатель имеет большой вентилятор спереди, который всасывает воздух.Большая часть воздуха проходит вокруг двигателя, что делает его тише и дает больше тяги на низких скоростях. Большинство современных авиалайнеров имеют питание турбовентиляторы. В турбореактивном двигателе весь воздух, поступающий на впуск, проходит через газогенератор, который состоит из компрессора, камеры сгорания и турбины. В турбовентиляторном двигателе только часть поступающего воздуха поступает в камера сгорания. Остальная часть проходит через вентилятор или компрессор низкого давления, и выбрасывается непосредственно как «холодная» струя или смешивается с выхлопом газогенератора производить "горячую" струю.Целью этого типа обходной системы является увеличение тяга без увеличения расхода топлива. Это достигается путем увеличения общий воздушно-массовый поток и снижение скорости в пределах того же общего источника энергии.

Изображение турбовентиляторный двигатель

Турбовальные валы

Это еще одна форма газотурбинного двигателя, которая работает во многом как турбовинтовой двигатель система.Это не водить винт. Вместо этого он обеспечивает мощность для вертолета ротор. Турбовальный двигатель сконструирован таким образом, чтобы скорость вращения вертолета ротор не зависит от скорости вращения газогенератора. Это разрешает частота вращения ротора должна быть постоянной, даже если скорость генератора варьируется, чтобы модулировать количество производимой энергии.

Изображение турбовального двигателя

Ramjets

ПВРД является Самый простой реактивный двигатель и не имеет движущихся частей.Скорость струи "баранов" или нагнетает воздух в двигатель. По сути это турбореактивный двигатель, в котором вращается машины были опущены. Его применение ограничено тем, что его Степень сжатия полностью зависит от скорости движения. ПВРД не развивает статичность тяга и очень малая тяга вообще ниже скорости звука. Как следствие, Для ПВРД необходим некоторый вспомогательный взлет, такой как другой самолет. Он использовался в основном в ракетных системах.Космические аппараты используют это тип струи.

Изображение Ramjet Engine

Вернуться к началу

Что такое аэронавтика? | Динамика полета | самолеты | Двигатели | история полета | Что такое UEET?
Словарь | Весело и игры | Образовательные ссылки | Урок Планы Индекс сайта | Дом

,

самолет | Определение, типы, механика и факты

Самолет, выполняющий прямолинейный и горизонтальный полет, имеет четыре силы, действующие на него. (При повороте, прыжках в воду или полете на скалолазании в игру вступают дополнительные силы.) Эти силы - подъемная сила, действующая вверх; сопротивление, тормозящее усилие сопротивления подъему и трению летательного аппарата, движущегося по воздуху; вес - влияние, которое гравитация оказывает на самолет; и тяга - сила прямого действия, создаваемая двигательной установкой (или, в случае беспилотного летательного аппарата, с использованием силы тяжести для перевода высоты в скорость).Перетаскивание и вес являются элементами, присущими любому объекту, включая самолет. Подъем и тяга - это искусственно созданные элементы, разработанные для полета самолета.

Понимание подъемной силы прежде всего требует понимания аэродинамического профиля, который представляет собой конструкцию, предназначенную для получения реакции на его поверхность от воздуха, через который он движется. Ранние аэродинамические поверхности обычно имели чуть более слегка изогнутую верхнюю поверхность и плоскую нижнюю поверхность. За прошедшие годы аэродинамические поверхности были адаптированы для удовлетворения меняющихся потребностей.К 1920-м годам аэродинамические поверхности обычно имели закругленную верхнюю поверхность, при этом наибольшая высота достигалась в первой трети хорды (ширина). Со временем верхняя и нижняя поверхности были изогнуты в большей или меньшей степени, а самая толстая часть аэродинамического профиля постепенно сместилась назад. Поскольку воздушные скорости росли, возникла потребность в очень плавном прохождении воздуха по поверхности, что было достигнуто в аэродинамическом профиле с ламинарным потоком, где изгиб был дальше, чем требовала современная практика. Сверхзвуковой самолет требовал еще более радикальных изменений формы аэродинамического профиля, при этом некоторые теряли округлость, ранее связанную с крылом, и имели форму двойного клина.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Продвигаясь в воздухе, аэродинамическая поверхность крыла получает реакцию, полезную для полета, из воздуха, проходящего по его поверхности. (В полете аэродинамическая поверхность крыла обычно создает наибольшую подъемную силу, но воздушные винты, хвостовые поверхности и фюзеляж также выполняют функцию аэродинамических профилей и создают различную подъемную силу.) В 18 веке швейцарский математик Даниэль Бернулли обнаружил, что если скорость воздуха увеличивается над определенной точкой аэродинамического профиля, давление воздуха уменьшается.Воздух, протекающий по изогнутой верхней поверхности аэродинамического профиля крыла, движется быстрее, чем воздух, протекающий по нижней поверхности, уменьшая давление сверху. Более высокое давление снизу толкает (поднимает) крыло до нижней области давления. Одновременно воздух, проходящий вдоль нижней стороны крыла, отклоняется вниз, обеспечивая ньютоновскую равную и противоположную реакцию и способствуя общему подъему.

На подъем, создаваемый профилем, также влияет его «угол атаки», то есть его угол относительно ветра.Подъем и угол атаки могут быть немедленно, если грубо, продемонстрированы, держа руку в окне движущегося автомобиля. Когда рука поворачивается к ветру, ощущается большое сопротивление и возникает небольшой «подъем», поскольку за рукой имеется турбулентная область. Отношение подъема к сопротивлению низкое. Когда рука держится параллельно ветру, там намного меньше сопротивление, и генерируется умеренная сила подъема, турбулентность сглаживается, и есть лучшее отношение подъема к сопротивлению.Однако, если рука слегка повернута так, что ее передний край поднят до более высокого угла атаки, генерация подъема увеличится. Это благоприятное увеличение отношения подъема к сопротивлению создаст тенденцию к тому, что рука будет «летать» вверх и снова. Чем больше скорость, тем больше будет подъем и сопротивление. Таким образом, общая подъемная сила связана с формой аэродинамического профиля, углом атаки и скоростью, с которой крыло проходит через воздух.

Вес - это сила, которая действует против подъема.Таким образом, конструкторы пытаются сделать самолет максимально легким. Поскольку во время разработки все конструкции самолетов имеют тенденцию к увеличению массы, современные специалисты в области аэрокосмической техники имеют специалистов в области контроля веса с самого начала проектирования. Кроме того, пилоты должны контролировать общий вес, который воздушному судну разрешено перевозить (пассажирам, топливу и грузу) как по количеству, так и по местоположению. Распределение веса (то есть управление центром тяжести самолета) так же важно с точки зрения аэродинамики, как и вес перевозимого груза.

Тяга, сила прямого действия, противодействует сопротивлению, так как подъемная сила противостоит весу. Тяга получается путем ускорения массы окружающего воздуха до скорости, превышающей скорость самолета; равная и противоположная реакция для самолета, чтобы двигаться вперед. В самолетах с поршневым двигателем или турбовинтовым двигателем тяга возникает из-за движущей силы, вызванной вращением гребного винта, а остаточная тяга обеспечивается выхлопом. В реактивном двигателе тяга возникает за счет движущей силы вращающихся лопастей турбины, сжимающей воздух, которая затем расширяется за счет сгорания введенного топлива и выпускается из двигателя.В самолетах с ракетным двигателем тяга получается из равной и противоположной реакции на горение ракетного топлива. В планере высота, достигнутая механическими, орографическими или термическими методами, переводится в скорость посредством гравитации.

Постоянное противодействие толчку - это сопротивление, которое состоит из двух элементов. Паразитное сопротивление - это то, что вызвано сопротивлением формы (из-за формы), трением кожи, помехами и всеми другими элементами, которые не способствуют подъему; индуцированное сопротивление - это то, что создается в результате генерации лифта.

Паразитное сопротивление возрастает с увеличением скорости полета. Для большинства полетов желательно, чтобы все лобовое сопротивление было уменьшено до минимума, и по этой причине значительное внимание уделяется упрощению формы самолета за счет устранения как можно большего количества вызывающих сопротивление конструкций (например, ограждение кабины с навесом, втягивание шасси, использование заклепок со скрытой фиксацией, а также покраска и полировка поверхностей). Некоторые менее очевидные элементы сопротивления включают относительное расположение и площадь поверхностей фюзеляжа и крыла, двигателя и оперения; пересечение крыльев и хвостовых поверхностей; непреднамеренная утечка воздуха через конструкцию; использование избытка воздуха для охлаждения; и использование отдельных форм, которые вызывают локальное разделение воздушного потока.

Индуцированное сопротивление вызвано тем элементом воздуха, который отклонен вниз, который не является вертикальным относительно траектории полета, но немного отклонен от него назад. С увеличением угла атаки увеличивается и сопротивление; в критической точке угол атаки может стать настолько большим, что воздушный поток нарушается по верхней поверхности крыла, и подъемная сила теряется при увеличении сопротивления. Это критическое состояние называется стойлом.

Подъем, перетаскивание и сваливание зависят от формы плана крыла.Например, эллиптическое крыло, которое использовалось на истребителе Supermarine Spitfire Второй мировой войны, хотя и идеально аэродинамически в дозвуковом самолете, имеет более нежелательный характер сваливания, чем простое прямоугольное крыло.

Supermarine Spitfire Supermarine Spitfire, главный британский истребитель с 1938 года до Второй мировой войны. Квадрант / Рейс

Аэродинамика сверхзвукового полета сложна. Воздух является сжимаемым, и с увеличением скоростей и высот скорость воздушного потока, проходящего над воздушным судном, начинает превышать скорость воздушного судна в воздухе.Скорость, с которой эта сжимаемость влияет на самолет, выражается как отношение скорости самолета к скорости звука, называемой числом Маха, в честь австрийского физика Эрнста Маха. Критическое число Маха для летательного аппарата было определено как число, при котором в некоторой точке летательного аппарата воздушный поток достиг скорости звука.

При числах Маха, превышающих критическое число Маха (то есть скорости, при которых поток воздуха превышает скорость звука в локальных точках планера самолета), происходят значительные изменения в силах, давлениях и моментах, действующих на крыло и фюзеляж вызвано образованием ударных волн.Одним из наиболее важных эффектов является очень большое увеличение сопротивления, а также снижение подъемной силы. Первоначально конструкторы стремились достичь более высоких критических чисел Маха, проектируя самолеты с очень тонкими профилями аэродинамического профиля для крыла и горизонтальных поверхностей и обеспечивая максимально возможное отношение тонкости (длины к диаметру) фюзеляжа. Соотношения толщины крыла (толщина крыла, деленная на его ширину) составляли от 14 до 18 процентов на типичных самолетах периода 1940–45; в более поздних самолетах это соотношение было снижено до менее чем 5 процентов.Эти методы задержали локальный воздушный поток, достигнув 1,0 Маха, что позволило немного увеличить критические числа Маха для самолета. Независимые исследования в Германии и Соединенных Штатах показали, что достижение критического уровня Маха может быть еще более отсрочено, сместив крылья назад. Размах крыльев был чрезвычайно важен для разработки первого в мире боевого реактивного истребителя Messerschmitt Me 262 в Германии, а также для послевоенных истребителей, таких как североамериканская F-86 Sabre и советский МиГ-15. Эти истребители работали на высоких дозвуковых скоростях, но конкурентное давление развития требовало самолетов, способных работать на околозвуковых и сверхзвуковых скоростях.Мощь реактивных двигателей с форсажными форсунками делала эти скорости технически возможными, но конструкторам все еще мешал огромный рост сопротивления в трансзвуковой области. Решение заключалось в увеличении объема фюзеляжа впереди и позади крыла и уменьшении его возле крыла и хвоста, чтобы создать площадь поперечного сечения, которая почти приближалась к идеальной области для ограничения трансзвукового сопротивления. Раннее применение этого правила привело к появлению «осиного пояса», такого как у Convair F-102. В более поздних самолетах применение этого правила не столь очевидно в плане самолета.

Североамериканский авиационный истребитель F-86, вступивший в строй в 1949 году. Во время Корейской войны F-86 противостояли МиГ-15 советского производства в первом в истории крупномасштабном бою на реактивных истребителях. Музей ВВС США .

самолет | Определение, типы, механика и факты

Самолет, выполняющий прямолинейный и горизонтальный полет, имеет четыре силы, действующие на него. (При повороте, прыжках в воду или полете на скалолазании в игру вступают дополнительные силы.) Эти силы - подъемная сила, действующая вверх; сопротивление, тормозящее усилие сопротивления подъему и трению летательного аппарата, движущегося по воздуху; вес - влияние, которое гравитация оказывает на самолет; и тяга - сила прямого действия, создаваемая двигательной установкой (или, в случае беспилотного летательного аппарата, с использованием силы тяжести для перевода высоты в скорость).Перетаскивание и вес являются элементами, присущими любому объекту, включая самолет. Подъем и тяга - это искусственно созданные элементы, разработанные для полета самолета.

Понимание подъемной силы прежде всего требует понимания аэродинамического профиля, который представляет собой конструкцию, предназначенную для получения реакции на его поверхность от воздуха, через который он движется. Ранние аэродинамические поверхности обычно имели чуть более слегка изогнутую верхнюю поверхность и плоскую нижнюю поверхность. За прошедшие годы аэродинамические поверхности были адаптированы для удовлетворения меняющихся потребностей.К 1920-м годам аэродинамические поверхности обычно имели закругленную верхнюю поверхность, при этом наибольшая высота достигалась в первой трети хорды (ширина). Со временем верхняя и нижняя поверхности были изогнуты в большей или меньшей степени, а самая толстая часть аэродинамического профиля постепенно сместилась назад. Поскольку воздушные скорости росли, возникла потребность в очень плавном прохождении воздуха по поверхности, что было достигнуто в аэродинамическом профиле с ламинарным потоком, где изгиб был дальше, чем требовала современная практика. Сверхзвуковой самолет требовал еще более радикальных изменений формы аэродинамического профиля, при этом некоторые теряли округлость, ранее связанную с крылом, и имели форму двойного клина.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Продвигаясь в воздухе, аэродинамическая поверхность крыла получает реакцию, полезную для полета, из воздуха, проходящего по его поверхности. (В полете аэродинамическая поверхность крыла обычно создает наибольшую подъемную силу, но воздушные винты, хвостовые поверхности и фюзеляж также выполняют функцию аэродинамических профилей и создают различную подъемную силу.) В 18 веке швейцарский математик Даниэль Бернулли обнаружил, что если скорость воздуха увеличивается над определенной точкой аэродинамического профиля, давление воздуха уменьшается.Воздух, протекающий по изогнутой верхней поверхности аэродинамического профиля крыла, движется быстрее, чем воздух, протекающий по нижней поверхности, уменьшая давление сверху. Более высокое давление снизу толкает (поднимает) крыло до нижней области давления. Одновременно воздух, проходящий вдоль нижней стороны крыла, отклоняется вниз, обеспечивая ньютоновскую равную и противоположную реакцию и способствуя общему подъему.

На подъем, создаваемый профилем, также влияет его «угол атаки», то есть его угол относительно ветра.Подъем и угол атаки могут быть немедленно, если грубо, продемонстрированы, держа руку в окне движущегося автомобиля. Когда рука поворачивается к ветру, ощущается большое сопротивление и возникает небольшой «подъем», поскольку за рукой имеется турбулентная область. Отношение подъема к сопротивлению низкое. Когда рука держится параллельно ветру, там намного меньше сопротивление, и генерируется умеренная сила подъема, турбулентность сглаживается, и есть лучшее отношение подъема к сопротивлению.Однако, если рука слегка повернута так, что ее передний край поднят до более высокого угла атаки, генерация подъема увеличится. Это благоприятное увеличение отношения подъема к сопротивлению создаст тенденцию к тому, что рука будет «летать» вверх и снова. Чем больше скорость, тем больше будет подъем и сопротивление. Таким образом, общая подъемная сила связана с формой аэродинамического профиля, углом атаки и скоростью, с которой крыло проходит через воздух.

Вес - это сила, которая действует против подъема.Таким образом, конструкторы пытаются сделать самолет максимально легким. Поскольку во время разработки все конструкции самолетов имеют тенденцию к увеличению массы, современные специалисты в области аэрокосмической техники имеют специалистов в области контроля веса с самого начала проектирования. Кроме того, пилоты должны контролировать общий вес, который воздушному судну разрешено перевозить (пассажирам, топливу и грузу) как по количеству, так и по местоположению. Распределение веса (то есть управление центром тяжести самолета) так же важно с точки зрения аэродинамики, как и вес перевозимого груза.

Тяга, сила прямого действия, противодействует сопротивлению, так как подъемная сила противостоит весу. Тяга получается путем ускорения массы окружающего воздуха до скорости, превышающей скорость самолета; равная и противоположная реакция для самолета, чтобы двигаться вперед. В самолетах с поршневым двигателем или турбовинтовым двигателем тяга возникает из-за движущей силы, вызванной вращением гребного винта, а остаточная тяга обеспечивается выхлопом. В реактивном двигателе тяга возникает за счет движущей силы вращающихся лопастей турбины, сжимающей воздух, которая затем расширяется за счет сгорания введенного топлива и выпускается из двигателя.В самолетах с ракетным двигателем тяга получается из равной и противоположной реакции на горение ракетного топлива. В планере высота, достигнутая механическими, орографическими или термическими методами, переводится в скорость посредством гравитации.

Постоянное противодействие толчку - это сопротивление, которое состоит из двух элементов. Паразитное сопротивление - это то, что вызвано сопротивлением формы (из-за формы), трением кожи, помехами и всеми другими элементами, которые не способствуют подъему; индуцированное сопротивление - это то, что создается в результате генерации лифта.

Паразитное сопротивление возрастает с увеличением скорости полета. Для большинства полетов желательно, чтобы все лобовое сопротивление было уменьшено до минимума, и по этой причине значительное внимание уделяется упрощению формы самолета за счет устранения как можно большего количества вызывающих сопротивление конструкций (например, ограждение кабины с навесом, втягивание шасси, использование заклепок со скрытой фиксацией, а также покраска и полировка поверхностей). Некоторые менее очевидные элементы сопротивления включают относительное расположение и площадь поверхностей фюзеляжа и крыла, двигателя и оперения; пересечение крыльев и хвостовых поверхностей; непреднамеренная утечка воздуха через конструкцию; использование избытка воздуха для охлаждения; и использование отдельных форм, которые вызывают локальное разделение воздушного потока.

Индуцированное сопротивление вызвано тем элементом воздуха, который отклонен вниз, который не является вертикальным относительно траектории полета, но немного отклонен от него назад. С увеличением угла атаки увеличивается и сопротивление; в критической точке угол атаки может стать настолько большим, что воздушный поток нарушается по верхней поверхности крыла, и подъемная сила теряется при увеличении сопротивления. Это критическое состояние называется стойлом.

Подъем, перетаскивание и сваливание зависят от формы плана крыла.Например, эллиптическое крыло, которое использовалось на истребителе Supermarine Spitfire Второй мировой войны, хотя и идеально аэродинамически в дозвуковом самолете, имеет более нежелательный характер сваливания, чем простое прямоугольное крыло.

Supermarine Spitfire Supermarine Spitfire, главный британский истребитель с 1938 года до Второй мировой войны. Квадрант / Рейс

Аэродинамика сверхзвукового полета сложна. Воздух является сжимаемым, и с увеличением скоростей и высот скорость воздушного потока, проходящего над воздушным судном, начинает превышать скорость воздушного судна в воздухе.Скорость, с которой эта сжимаемость влияет на самолет, выражается как отношение скорости самолета к скорости звука, называемой числом Маха, в честь австрийского физика Эрнста Маха. Критическое число Маха для летательного аппарата было определено как число, при котором в некоторой точке летательного аппарата воздушный поток достиг скорости звука.

При числах Маха, превышающих критическое число Маха (то есть скорости, при которых поток воздуха превышает скорость звука в локальных точках планера самолета), происходят значительные изменения в силах, давлениях и моментах, действующих на крыло и фюзеляж вызвано образованием ударных волн.Одним из наиболее важных эффектов является очень большое увеличение сопротивления, а также снижение подъемной силы. Первоначально конструкторы стремились достичь более высоких критических чисел Маха, проектируя самолеты с очень тонкими профилями аэродинамического профиля для крыла и горизонтальных поверхностей и обеспечивая максимально возможное отношение тонкости (длины к диаметру) фюзеляжа. Соотношения толщины крыла (толщина крыла, деленная на его ширину) составляли от 14 до 18 процентов на типичных самолетах периода 1940–45; в более поздних самолетах это соотношение было снижено до менее чем 5 процентов.Эти методы задержали локальный воздушный поток, достигнув 1,0 Маха, что позволило немного увеличить критические числа Маха для самолета. Независимые исследования в Германии и Соединенных Штатах показали, что достижение критического уровня Маха может быть еще более отсрочено, сместив крылья назад. Размах крыльев был чрезвычайно важен для разработки первого в мире боевого реактивного истребителя Messerschmitt Me 262 в Германии, а также для послевоенных истребителей, таких как североамериканская F-86 Sabre и советский МиГ-15. Эти истребители работали на высоких дозвуковых скоростях, но конкурентное давление развития требовало самолетов, способных работать на околозвуковых и сверхзвуковых скоростях.Мощь реактивных двигателей с форсажными форсунками делала эти скорости технически возможными, но конструкторам все еще мешал огромный рост сопротивления в трансзвуковой области. Решение заключалось в увеличении объема фюзеляжа впереди и позади крыла и уменьшении его возле крыла и хвоста, чтобы создать площадь поперечного сечения, которая почти приближалась к идеальной области для ограничения трансзвукового сопротивления. Раннее применение этого правила привело к появлению «осиного пояса», такого как у Convair F-102. В более поздних самолетах применение этого правила не столь очевидно в плане самолета.

Североамериканский авиационный истребитель F-86, вступивший в строй в 1949 году. Во время Корейской войны F-86 противостояли МиГ-15 советского производства в первом в истории крупномасштабном бою на реактивных истребителях. Музей ВВС США .

Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020
Карта сайта, XML.