Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Двигатель самолета как работает


Как работает двигатель самолета

Впервые самолет с турбореактивным двигателем (ТРД) поднялся в воздух в 1939 году. С тех пор устройство двигателей самолетов совершенствовалось, появились различные виды, но принцип работы у всех них примерно одинаковый. Чтобы понять, почему воздушное судно, имеющий столь большую массу, так легко поднимается в воздух, следует узнать, как работает двигатель самолета. ТРД приводит в движение воздушное судно за счет реактивной тяги. В свою очередь, реактивная тяга является силой отдачи струи газа, которая вылетает из сопла. То есть получается, что турбореактивная установка толкает самолет и всех находящихся в салоне людей с помощью газовой струи. Реактивная струя, вылетая из сопла, отталкивается от воздуха и таким образом, приводит в движение воздушное судно.

Устройство турбовентиляторного двигателя

Конструкция

Устройство двигателя самолета достаточно сложное. Рабочая температура в таких установках достигает 1000 и более градусов. Соответственно, все детали, из которых двигатель состоит, изготавливаются из устойчивых к воздействию высоких температур и возгоранию материалов. Из-за сложности устройства существует целая область науки о ТРД.

ТРД состоит из нескольких основных элементов:

  • вентилятор;
  • компрессор;
  • камера сгорания;
  • турбина;
  • сопло.

Перед турбиной установлен вентилятор. С его помощью воздух затягивается в установку извне. В таких установках используются вентиляторы с большим количеством лопастей определенной формы. Размер и форма лопастей обеспечивают максимально эффективную и быструю подачу воздуха в турбину. Изготавливаются они из титана. Помимо основной функции (затягивания воздуха), вентилятор решает еще одну важную задачу: с его помощью осуществляется прокачка воздуха между элементами ТРД и его оболочкой. За счет такой прокачки обеспечивается охлаждение системы и предотвращается разрушение камеры сгорания.

Возле вентилятора расположен компрессор высокой мощности. С его помощью воздух поступает в камеру сгорания под высоким давлением. В камере происходит смешивание воздуха с топливом. Образующаяся смесь поджигается. После возгорания происходит нагрев смеси и всех расположенных рядом элементов установки. Камера сгорания чаще всего изготавливается из керамики. Это объясняется тем, что температура внутри камеры достигает 2000 градусов и более. А керамика характеризуется устойчивостью к воздействию высоких температур. После возгорания смесь поступает в турбину.

Вид самолетного двигателя снаружи

Турбина представляет собой устройство, состоящее из большого количества лопаток. На лопатки оказывает давление поток смеси, приводя тем самым турбину в движение. Турбина вследствие такого вращения заставляет вращаться вал, на котором установлен вентилятор. Получается замкнутая система, которая для функционирования двигателя требует только подачи воздуха и наличия топлива.

Далее смесь поступает в сопло. Это завершающий этап 1 цикла работы двигателя. Здесь формируется реактивная струя. Таков принцип работы двигателя самолета. Вентилятор нагнетает холодный воздух в сопло, предотвращая его разрушение от чрезмерно горячей смеси. Поток холодного воздуха не дает манжете сопла расплавиться.

В двигателях воздушных судов могут быть установлены различные сопла. Наиболее совершенными считаются подвижные. Подвижное сопло способно расширяться и сжиматься, а также регулировать угол, задавая правильное направление реактивной струе. Самолеты с такими двигателями характеризуются отличной маневренностью.

Виды двигателей

Двигатели для самолетов бывают различных типов:

  • классические;
  • турбовинтовые;
  • турбовентиляторные;
  • прямоточные.

Классические установки работают по принципу, описанному выше. Такие двигатели устанавливают на воздушных судах различной модификации. Турбовинтовые функционируют несколько иначе. В них газовая турбина не имеет механической связи с трансмиссией. Эти установки приводят самолет в движение с помощью реактивной тяги лишь частично. Основную часть энергии горячей смеси данный вид установки использует для привода воздушного винта через редуктор. В такой установке вместо одной присутствует 2 турбины. Одна из них приводит компрессор, а вторая – винт. В отличие от классических турбореактивных, винтовые установки более экономичны. Но они не позволяют самолетам развивать высокие скорости. Их устанавливают на малоскоростных воздушных судах. ТРД позволяют развивать гораздо большую скорость во время полета.

Турбовентиляторные двигатели представляют собой комбинированные установки, сочетающие элементы турбореактивных и турбовинтовых двигателей. Они отличаются от классических большим размером лопастей вентилятора. И вентилятор, и винт функционируют на дозвуковых скоростях. Скорость перемещения воздуха понижается за счет наличия специального обтекателя, в который помещен вентилятор. Такие двигатели более экономично расходуют топливо, чем классические. Кроме того, они характеризуются более высоким КПД. Чаще всего их устанавливают на лайнерах и самолетах большой вместительности.

Размер двигателя самолета относительно человеческого роста

Прямоточные воздушно-реактивные установки не предполагают использование подвижных элементов. Воздух втягивается естественным путем благодаря обтекателю, установленному на входном отверстии. После поступления воздуха двигатель работает аналогично классическому.

Некоторые самолеты летают на турбовинтовых двигателях, устройство которых гораздо проще, чем устройство ТРД. Поэтому у многих возникает вопрос: зачем использовать более сложные установки, если можно ограничиться винтовой? Ответ прост: ТРД превосходят винтовые двигатели по мощности. Они мощнее в десятки раз. Соответственно, ТРД выдает гораздо большую тягу. Благодаря этому обеспечивается возможность поднимать в воздух большие самолеты и осуществлять перелеты на высокой скорости.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+

Как работает турбовентиляторный двигатель?

Когда вы садитесь на рейс авиакомпании, вы можете не тратить много времени на размышления о двигателях. Но это единственная причина, по которой 700 000 фунтов алюминия и пассажиров могут пролететь по воздуху со скоростью звука 80%. Так как они работают? Давайте взглянем.

Основы

Реактивные двигатели, которые также называют газовыми турбинами, работают, всасывая воздух в переднюю часть двигателя с помощью вентилятора. Оттуда двигатель сжимает воздух, смешивает с ним топливо, воспламеняет топливно-воздушную смесь и выпускает его из задней части двигателя, создавая тягу.

Это довольно простое объяснение того, как это работает, поэтому давайте посмотрим на каждую часть реактивного двигателя, чтобы увидеть, что на самом деле происходит.

Части реактивного двигателя

Существует 4 основных типа турбинных двигателей, но для этого примера мы будем использовать турбовентилятор, который является наиболее распространенным типом турбинного двигателя, встречающимся на современных самолетах.

Вентилятор

Первая часть турбовентилятора это вентилятор. Это также та часть, которую вы можете увидеть, глядя на переднюю часть самолета.

Вентилятор, который почти всегда состоит из титановых лопаток, всасывает в двигатель огромных единиц воздуха.

Воздух проходит через две части двигателя. Часть воздуха направляется в ядро ​​двигателя, где происходит сгорание. Остальной воздух, называемый «обводным воздухом», перемещается вокруг внешней части сердечника двигателя через воздуховод. Этот обводной воздух создает дополнительную тягу, охлаждает двигатель и делает двигатель тише, перекрывая отработанный воздух, выходящий из двигателя. В современных современных турбовентиляторах обводной воздух создает большую часть тяги двигателя.

Компрессор

Компрессор расположен в первой части активной зоны двигателя. И это, как вы, наверное, догадались, сжимает воздух .

Компрессор, который называется «компрессор с осевым потоком», использует ряд вращающихся лопастей в форме профиля для ускорения и сжатия воздуха. Это называется осевым потоком, потому что воздух проходит через двигатель в направлении, параллельном валу двигателя (в отличие от центробежного потока).

Когда воздух проходит через компрессор, каждый набор лопастей становится немного меньше, добавляя больше энергии и сжатия в воздух.

Между каждым набором лопастей компрессора находятся неподвижные лопасти в форме профиля, называемые «статорами». Эти статоры (которые также называют лопастями) увеличивают давление воздуха путем преобразования энергии вращения в статическое давление. Статоры также подготавливают воздух для ввода следующего набора вращающихся лопастей. Другими словами, они «выпрямляют» поток воздуха.

В сочетании пара вращающихся и неподвижных ножей называется ступенью.

The Combustor

В камере сгорания происходит пожар. Когда воздух выходит из компрессора и входит в камеру сгорания, он смешивается с топливом и воспламеняется.

Звучит просто, но на самом деле это очень сложный процесс. Это связано с тем, что камера сгорания должна поддерживать стабильное сгорание топливно-воздушной смеси, в то время как воздух движется через камеру сгорания с чрезвычайно высокой скоростью.

Корпус содержит все части камеры сгорания, а внутри него диффузор - первая часть, которая работает.

Диффузор замедляет воздух из компрессора, облегчая его воспламенение. Купол и завихритель создают турбулентность в воздухе, поэтому его легче смешивать с топливом. А топливный инжектор, как вы, наверное, догадались, распыляет топливо в воздух, создавая топливовоздушную смесь, которая может воспламениться.

Оттуда лайнер - это место, где происходит фактическое сгорание. Лайнер имеет несколько впускных отверстий, позволяющих воздуху поступать в нескольких точках зоны сгорания.

Последняя основная часть - это воспламенитель, который очень похож на свечи зажигания в вашем автомобиле или самолете с поршневым двигателем.Как только воспламенитель зажигает огонь, он самоподдерживается, и воспламенитель выключается (хотя он часто используется в качестве резервного в плохую погоду и обледенение).

Турбина

Когда воздух проходит через камеру сгорания, он проходит через турбину. Турбина представляет собой серию лопастей в форме профиля, которые очень похожи на лопасти в компрессоре. Когда горячий, высокоскоростной воздух проходит через лопатки турбины, они извлекают энергию из воздуха, вращая турбину по кругу и поворачивая вал двигателя, к которому он подключен.

Это тот же вал, к которому подключены вентилятор и компрессор, поэтому, вращая турбину, вентилятор и компрессор на передней части двигателя продолжают всасывать больше воздуха, который вскоре будет смешан с топливом и сожжен.

Насадка

Последний шаг процесса происходит в сопле. Сопло, по сути, является выхлопным каналом двигателя, и именно там высокоскоростной воздух стреляет в спину.

Это также та часть, где вступает в действие третий закон сэра Исаака Ньютона: для каждого действия есть равная и противоположная реакция.Проще говоря, вытесняя воздух из задней части двигателя на высокой скорости, самолет выдвигается вперед.

В некоторых двигателях в выпускном патрубке также есть смеситель. Это просто смешивает часть обводного воздуха, обтекающего двигатель, с горячим, сгоревшим воздухом, делая двигатель тише.

Собираем все вместе

Реактивные двигатели

производят невероятную силу тяги, втягивая воздух, сжимая его, зажигая и выпуская его сзади. И они делают все это очень экономичным способом.

Так что в следующий раз, когда вы поднимитесь на борт авиалайнера, будь вы пилот спереди или едете сзади, выделите секунду, чтобы поблагодарить инженеров, которые позволили вашему самолету лететь по небу на 80% скорости. звука.


Узнайте, что делает Республика, как лидер в отрасли здесь .


Станьте лучшим пилотом.
Подпишитесь на электронную почту Boldmethod и получайте реальные советы и информацию о полетах прямо в свой почтовый ящик каждую неделю.


,

Как работают самолеты | наука о полете

Реклама

Крис Вудфорд. Последнее обновление: 16 июня 2019 года.

Мы считаем, что можем летать с одной стороны света. другому в считанные часы, но столетие назад это удивительное способность мчаться по воздуху была только что обнаружена. какой братья Райт - пионеры активного полета - из возраст, когда около 100 000 самолетов каждый день взлетают в небо в одних только Соединенных Штатах? Они были бы поражены, конечно, и тоже в восторге.Благодаря их успешным экспериментам с самолет по праву признан одним из величайших изобретения всех времен. Давайте подробнее рассмотрим, как это работает!

Фото: вам нужны большие крылья, чтобы поднять большой самолет, такой как Globemaster ВВС США. Ширина крыльев 51,75 м (169 футов) - это чуть меньше длины тела самолета 53 м (174 фута). Максимальный взлетный вес составляет 265 352 кг (585 000 фунтов), примерно 40 взрослых слонов! Фото Джереми Локка любезно предоставлено ВВС США.

Как летают самолеты?

Если вы когда-нибудь видели, как реактивный самолет взлетает или входит в земля, первое, что вы заметили, это шум двигатели. Реактивные двигатели, которые представляют собой длинные металлические трубы, горящие непрерывно прилив топлива и воздуха намного шумнее (и гораздо мощнее), чем традиционные пропеллерные двигатели. Вы можете подумать, что двигатели являются ключом к летать самолетом, но ты ошибаешься. Вещи могут летать довольно счастливо без двигателей, как планеры (самолеты без двигателей), бумажные самолеты, и действительно скользящие птицы охотно показывают нам.

Фото: четыре силы действуют на самолет в полете. Когда самолет летит горизонтально с постоянной скоростью, подъем с крыльев точно уравновешивает вес самолета, а тяга точно уравновешивает сопротивление. Однако во время взлета или когда самолет пытается подняться в небо (как показано здесь), тяга от двигателей, толкающих самолет вперед, превышает сопротивление (сопротивление воздуха), оттягивающее его назад. Это создает подъемную силу, превышающую вес самолета, который приводит самолет выше в небо.Фото Натанаэля Каллона любезно предоставлено ВВС США.

Если вы пытаетесь понять, как летают самолеты, вам нужно быть ясно о разнице между двигателями и крыльями и разные работы, которые они делают. Двигатели самолета предназначены для его перемещения вперед на высокой скорости. Это делает воздушный поток быстро через крылья, которые сбрасывают воздух к земле, создавая подъемную силу, называемую подъемной силой, которая преодолевает вес и держит его в небе. Так что двигатели двигают самолет вперед, в то время как крылья поднимают его вверх.

Фото: третий закон движения Ньютона объясняет, как двигатели и крылья работают вместе, чтобы заставить самолет двигаться по небу. Сила горячего выхлопного газа, стреляющего назад от реактивного двигателя, толкает самолет вперед. Это создает движущийся поток воздуха над крыльями. Крылья толкают воздух вниз, и это толкает самолет вверх. Фото Сэмюэля Роджерса (с добавленными аннотациями объяснением от thatstuff.com) любезно предоставлено ВВС США. Подробнее о работе двигателей читайте в нашей подробной статье о реактивных двигателях.

Как крылья делают подъем?

В одном предложении крылья поднимаются, изменяя направление и давление воздуха, который в них врезается, когда двигатели стреляют по небу.

Перепад давления

Хорошо, значит, крылья - это ключ к тому, чтобы что-то летало, но как они работают? Большинство крыльев самолета имеют изогнутую верхнюю поверхность и более плоскую нижнюю поверхность, что делает форма поперечного сечения, называемая аэродинамическим профилем (или аэродинамическим профилем, если вы британец):


Фото: крыло аэродинамического профиля обычно имеет изогнутую верхнюю поверхность и плоскую нижнюю поверхность.Это крыло на самолет Центурион НАСА на солнечной энергии. Фото Тома Чида любезно предоставлено Центром летных исследований НАСА им. Армстронга.

Во многих научных книгах и на веб-страницах вы прочтете неправильное объяснение того, как аэродинамический профиль, подобный этому, вызывает подъем. Это выглядит так: когда воздух проникает через изогнутую верхнюю поверхность крыла, он должен перемещаться на дальше на , чем воздух, который проходит под ним, поэтому он должен идти на быстрее на (чтобы одновременно преодолеть большее расстояние). По принципу аэродинамики называется Бернулли закон, быстро движущийся воздух находится под более низким давлением, чем медленно движущийся воздух, поэтому давление над крылом ниже, чем давление ниже, и это создает подъемную силу, которая приводит самолет в движение вверх.

Хотя это объяснение того, как работают крылья, часто повторяется, оно неверно: оно дает правильный ответ, но по совершенно неправильным причинам! Подумайте об этом на мгновение, и вы увидите, что если бы это было правдой, акробатические самолеты не могли бы летать с ног на голову. Если перевернуть самолет, произойдет «сброс» и он рухнет на землю. Не только это, но вполне возможно проектировать самолеты с аэродинамическими поверхностями, которые являются симметричными (смотрящими прямо вниз по крылу), и они все еще производят подъемную силу.Например, бумажные самолеты (и сделанные из тонкого бальсового дерева) создают подъемную силу, даже если у них плоские крылья.

" Популярное объяснение лифта является общим, быстрым, звучит логично и дает правильный ответ, но также вводит в заблуждение, использует бессмысленные физический аргумент и вводит в заблуждение уравнение Бернулли ".

Профессор Хольгер Бабинский, Кембриджский университет

Но стандартное объяснение подъема проблематично и по другой важной причине: воздушный выстрел над крылом не должен идти в ногу с воздухом, идущим под ним, и ничто не говорит о том, что он должен преодолевать большее расстояние в том же направлении. время.Представьте, что две молекулы воздуха достигают передней части крыла и разделяются, так что одна стреляет вверх, а другая свистит прямо под дном. Нет причин, по которым эти две молекулы должны прибыть в одно и то же время на заднем конце крыла: вместо этого они могут встретиться с другими молекулами воздуха. Этот недостаток стандартного объяснения аэродинамического профиля носит техническое название «теория равного транзита». Это просто причудливое название для (неправильной) идеи о том, что воздушный поток разделяется на передней части аэродинамического профиля и снова аккуратно встречается сзади.

Так каково реальное объяснение? Когда изогнутое крыло аэродинамического профиля летит по небу, оно отклоняет воздух и изменяет давление воздуха над и под ним. Это интуитивно очевидно. Подумайте, каково это, когда вы медленно идете по бассейну и чувствуете силу воды, толкающей ваше тело: ваше тело отвлекается поток воды, когда он проталкивается через него, и аэродинамическое крыло делает то же самое (гораздо более резко - потому что это то, для чего оно предназначено).Когда самолет летит вперед, изогнутая верхняя часть крыла понижает давление воздуха непосредственно над ним, поэтому оно движется вверх.

Почему это происходит? Когда воздух проходит по изогнутой верхней поверхности, его естественная склонность - двигаться по прямой линии, но изгиб крыла тянет его назад и вниз. По этой причине воздух эффективно растягивается в больший объем - такое же количество молекул воздуха вынуждено занимать больше места - и это то, что снижает его давление. По совершенно противоположной причине давление воздуха под крылом увеличивается: продвигающееся крыло сдавливает молекулы воздуха перед ним в меньшее пространство.Разница в давлении воздуха между верхней и нижней поверхностями вызывает большую разницу в скорости воздуха (не наоборот, как в традиционной теории крыла). Разница в скорости (наблюдаемая в реальных экспериментах в аэродинамической трубе) намного больше, чем можно было бы предсказать из простой теории (равного транзита). Таким образом, если две наши молекулы воздуха отделяются спереди, то, что проходит через верх, попадает в хвостовую часть крыла гораздо быстрее, чем то, что идет под дном. Независимо от того, когда они прибудут, обе эти молекулы будут ускоряться на вниз, а не на - и это помогает произвести подъем вторым важным способом.

Как крылья аэродинамического профиля создают подъем № 1: аэродинамический профиль разделяет поступающий воздух, понижает давление верхнего воздушного потока и ускоряет оба воздушных потока вниз. Когда воздух ускоряется вниз, крыло (и самолет) движутся вверх. Чем больше аэродинамический профиль отклоняет путь встречного воздуха, тем больший подъем он создает.

Промывка

Если вы когда-либо стояли возле вертолета, вы точно знаете, как он стоит в небе: он создает огромный «поток вниз» (нисходящий поток) воздуха, который уравновешивает его вес.Роторы вертолетов очень похожи на аэродинамические поверхности самолетов, но вращаются по кругу, а не движутся вперед по прямой линии, как те, что на самолете. Несмотря на это, самолеты создают поток воды точно так же, как и вертолеты - просто мы этого не замечаем. Промывка не так очевидна, но она так же важна, как и с вертолетом.

Этот второй аспект подъема намного легче понять, чем перепады давления, по крайней мере, для физика: согласно третьему закону движения Исаака Ньютона, если воздух придает силу, направленную вверх, самолет должен давать (равный и противоположный) вниз сила в воздух.Таким образом, самолет также создает подъемную силу, используя свои крылья для выталкивания воздуха вниз за собой. Это происходит потому, что крылья не идеально горизонтальны, как вы могли бы предположить, но слегка отклонены назад таким образом, они взлетели в воздух под углом атаки . Наклоненные крылья толкают вниз как ускоренный воздушный поток (сверху над ними), так и более медленный движущийся воздушный поток (снизу над ними), и это вызывает подъем. Поскольку изогнутая верхняя часть аэродинамического профиля отклоняет (отталкивает) больше воздуха, чем прямая нижняя часть (другими словами, намного более резко изменяет траекторию поступающего воздуха), она производит значительно большую подъемную силу.

Как крылья аэродинамического профиля вызывают подъем № 2: изогнутая форма крыла создает область низкого давления над ним (красная), которая создает подъемную силу. Низкое давление заставляет воздух ускоряться над крылом, а изогнутая форма крыла (и более высокое давление воздуха значительно выше потока измененного воздуха) заставляет этот воздух в мощный поток воды, также поднимая самолет вверх. Эта анимация показывает, как различные углы атаки (угол между крылом и входящим воздухом) изменяют область низкого давления над крылом и подъемную силу, которую он делает.Когда крыло плоское, его изогнутая верхняя поверхность создает скромную область низкого давления и небольшую подъемную силу (красная). По мере увеличения угла атаки подъем также резко возрастает - до некоторой точки, когда увеличение сопротивления приводит к срыву плоскости (см. Ниже). Если мы наклоним крыло вниз, мы создадим более низкое давление под ним, и самолет упадет. Основанный на Аэродинамике, общедоступном учебном фильме Военного департамента 1941 года.

Вам может быть интересно, почему воздух вообще падает за крыло.Почему, например, он не попадает в переднюю часть крыла, не изгибается сверху, а затем продолжается горизонтально? Почему есть обратная промывка, а не просто горизонтальная «промывка»? Вспомните наше предыдущее обсуждение давления: крыло понижает давление воздуха непосредственно над ним. Выше, намного выше плоскости, воздух все еще находится под нормальным давлением, которое выше, чем воздух непосредственно над крылом. Таким образом, воздух нормального давления значительно выше крыла выталкивает воздух более низкого давления непосредственно над ним, эффективно «впрыскивая» воздух вниз и позади крыла при обратной промывке.Другими словами, разность давлений, создаваемая крылом, и поток воздуха за ним - это не две отдельные вещи, а все неотъемлемая часть одного и того же эффекта: наклонное крыло аэродинамической поверхности создает разницу давлений, которая создает поток вниз, и это приводит к лифт.

Теперь мы можем видеть, что крылья - это устройства, предназначенные для выталкивания воздуха вниз, легко понять, почему самолеты с плоскими или симметричными крыльями (или перевернутые каскадеры) все еще могут безопасно летать. Пока крылья создают нисходящий поток воздуха, самолет будет испытывать равную и противоположную силу - подъемную силу - которая будет удерживать его в воздухе.Другими словами, перевернутый пилот создает определенный угол атаки, который создает достаточно низкое давление над крылом, чтобы держать самолет в воздухе.

Сколько лифта вы можете сделать?

Обычно воздух, проходящий через верх и низ крыла, очень близко повторяет изгиб поверхностей крыла - так же, как вы могли бы следовать ему, если бы вы рисовали его контур пером. Но с увеличением угла атаки плавный воздушный поток за крылом начинает разрушаться и становится более турбулентным, что снижает подъемную силу.Под определенным углом (как правило, около 15 °, хотя он и меняется), воздух больше не плавно обтекает крыло. Есть большое увеличение сопротивления, большое снижение подъемной силы, и у самолета, как говорят, есть , остановленный . Это немного запутанный термин, потому что двигатели продолжают работать, а самолет продолжает летать; киоск просто означает потерю подъема.

Фото: как самолет глохнет: Вот аэродинамическое крыло в аэродинамической трубе, обращенное к встречному воздуху под крутым углом атаки.Вы можете видеть линии наполненного дымом воздуха, приближающиеся справа и отклоняющиеся вокруг крыла, когда они движутся влево. Обычно линии воздушного потока очень близко соответствуют форме (профилю) крыла. Здесь, из-за крутого угла атаки, воздушный поток отделился позади крыла, и турбулентность и сопротивление значительно возросли. Самолет, летящий таким образом, испытал бы внезапную потерю подъемной силы, которую мы называем «сваливание». Фото любезно предоставлено NASA Langley Research Center.

Самолеты могут летать без крыльев в форме крыльев; вы будете знать, что если вы когда-либо делали бумажный самолетик - и это было доказано 17 декабря 1903 года братьями Райт.Из их оригинального патента «Flying Machine» (патент США № 821393) ясно, что слегка наклоненные крылья (которые они называли «самолетами») являются ключевыми частями их изобретения. Их «самолеты» были просто кусочками ткани, натянутой на деревянный каркас; у них не было профиль аэродинамического профиля. Райтс понял, что угол атаки имеет решающее значение: «В летательных аппаратах того типа, к которому относится данное изобретение, аппарат поддерживается в воздухе из-за контакта воздуха с нижней поверхностью одного или нескольких самолетов, контакт -поверхность, представленная под небольшим углом падения к воздуху.«[Акцент добавлен]. Хотя Райтс были блестящими учеными-экспериментаторами, важно помнить, что им не хватало наших современных знаний аэродинамики и полного понимания того, как именно работают крылья.

Неудивительно, что чем больше крылья, тем больше подъемная сила, которую они создают: удвоение площади крыла (это плоская область, которую вы видите сверху вниз) удваивает и подъем, и его сопротивление. Вот почему гигантские самолеты (как C-17 Globemaster в нашем верхнее фото) есть гигантские крылья.Но маленькие крылья могут также сильно поднять, если они движутся достаточно быстро. Для обеспечения дополнительной подъемной силы при взлете самолеты имеют закрылки на крыльях, которые они могут выдвинуть, чтобы толкать больше воздуха вниз. Подъем и сопротивление варьируются в зависимости от квадрата вашей скорости, поэтому, если самолет движется в два раза быстрее, чем встречный воздух, его крылья производят в четыре раз больше подъема (и сопротивления). Вертолеты производят огромную подъемную силу, быстро вращая лопасти винта (по существу тонкие крылья, которые вращаются по кругу).

Крыло вихрей

Теперь самолет не выбрасывает воздух за собой полностью чистым способом. (Например, вы можете себе представить, как кто-то выталкивает большой ящик воздуха из задней двери военного транспортера, чтобы он упал прямо вниз. Но это не работает так!) Каждое крыло фактически направляет воздух вниз, делая Прямо за ним вращается вихря (разновидность мини-торнадо). Это немного похоже на то, когда вы стоите на платформе на железнодорожной станции, и высокоскоростной поезд несется мимо, не останавливаясь, оставляя после себя ощущение всасывающего вакуума.На плоскости вихрь имеет довольно сложную форму, и большая его часть движется вниз, но не все. В центре движется огромный поток воздуха, но некоторое количество воздуха фактически циркулирует вверх по обе стороны от кончиков крыльев, уменьшая подъемную силу.


Фото: законы Ньютона заставляют летать самолеты: самолет генерирует восходящую силу (подъем), толкая воздух вниз к земле. Как показывают эти фотографии, воздух движется вниз не в аккуратном и чистом потоке, а в вихре. Помимо прочего, вихрь влияет на то, насколько близко один самолет может лететь позади другого, и это особенно важно вблизи аэропортов, где постоянно движется множество самолетов, создавая сложные турбулентные структуры в воздухе.Слева: цветной дым показывает вихри крыльев, созданные настоящим самолетом. Дым в центре движется вниз, но поднимается за концы крыльев. Справа: как выглядит вихрь снизу. Белый дым показывает тот же эффект в меньшем масштабе в тесте аэродинамической трубы. Обе фотографии любезно предоставлено NASA Langley Research Center.

Как самолеты управляют?

Что такое рулевое управление?

Управлять всем - от скейтборда или велосипеда до автомобиля или гигантский реактивный самолет - означает, что вы меняете направление движения.С научной точки зрения, изменение чего-то направление движения означает, что вы изменяете его скорость на , то есть скорость, которую он имеет в определенном направлении. Четный если он движется с той же скоростью, если вы меняете направление движения, вы меняете скорость. Менять что-то Скорость (включая направление движения) означает, что вы ускоряете ее . Опять же, не имеет значения, останется ли скорость то же самое: смена направления всегда на означает изменение скорости и ускорения.Законы движения Ньютона говорят нам, что Вы можете только ускорить что-то (изменить его скорость или направление движения), используя силу, другими словами, толкать или тянуть как-то. Короче говоря, если вы хотите управлять чем-то, вам нужно приложить силу к Это.

Фото: управлять самолетом, наклонившись под крутым углом. Фото Бена Блокера любезно предоставлено ВВС США.

Другой способ взглянуть на рулевое управление - думать о нем как о том, чтобы заставить что-то перестать двигаться по прямой и начать движение по кругу.Это означает, что вы должны дать ему то, что называется центростремительная сила. Вещи, которые движутся по кругу (или поворот по кривой, которая является частью круга) всегда что-то действует на них, чтобы дать им центростремительную силу. Если вы управляете автомобилем за поворотом, центростремительная сила возникает из-за трения между четырьмя шинами и дорогой. Если вы ездите на велосипеде по кривой скорости, часть вашей центростремительной силы исходит от шин, а часть от опираясь на поворот. Если вы на скейтборде, вы можете наклонить колоду и наклониться, чтобы ваш вес помог центростремительная сила.В каждом случае вы движетесь по кругу, потому что что-то обеспечивает центростремительную силу, которая тянет вас путь от прямой линии и закруглить в кривой.

Рулевое управление в теории

Если вы находитесь в самолете, вы, очевидно, не соприкасаетесь с землей, откуда же берется центростремительная сила? чтобы помочь вам объехать круг? Точно так же, как велосипедист наклоняется в повороте, самолет «наклоняется» в поворот. Рулевое управление включает в себя и , где самолет наклоняется в одну сторону, а одно крыло опускается ниже другого.Самолет Общий лифт наклонен под углом и, хотя большая часть лифта все еще действует вверх, некоторые теперь действуют вбок. Это боком часть подъема обеспечивает центростремительную силу, которая заставляет самолет вращаться по кругу. Так как есть меньше лифта действуя вверх, есть меньше, чтобы уравновесить вес самолета. Вот почему поворот самолета по кругу сделает он теряет подъемную силу и высоту (высоту), если пилот не делает что-то еще для компенсации, например, с использованием лифтов (поверхностей управления полетом в задней части самолета), чтобы увеличить угол атаки и, следовательно, снова поднять подъемную силу.

Рисунок: Когда самолет наклоняется, подъем, созданный его крыльями, наклоняется под углом. Большая часть подъемной силы все еще действует вверх, но некоторые наклоняются в одну сторону, обеспечивая центростремительную силу, которая заставляет самолет поворачиваться по кругу. Чем круче угол крена, тем больше подъемная сила наклонена в сторону, тем меньше направленная вверх сила, чтобы уравновесить вес, и тем больше потеря высоты (если пилот не компенсирует это).

Управление на практике

В кабине есть рулевое управление, но это единственное, что у самолета общего с автомобилем.Как вы управляете чем-то, что летит по воздуху на высокой скорости? Просто! Вы заставляете поток воздуха по-разному проходить мимо крыльев с каждой стороны. Самолеты перемещаются вверх и вниз, управляются из стороны в сторону и останавливаются комплексом Совокупность движущихся закрылков называется управляющими поверхностями на передней и задней кромках крыльев и хвоста. Это так называемые элероны, лифты, рули, спойлеры и воздушные тормоза. Сейчас полет на самолете очень сложен, и я не пишу здесь руководство для пилота: это просто очень базовое введение в науку о силах и движении, поскольку они применимы к самолетам.Для простого обзора всех различных органов управления самолетом и как они работают, взгляните на статью Википедии о поверхностях управления. Базовое введение НАСА в полет имеет хороший рисунок управление кабиной самолета и как вы используете их для управления самолетом. Вы найдете гораздо больше подробностей в официальном FAA Справочник пилота по авиационным знаниям (глава 6 посвящена управлению полетом).

Один из способов понять управляющие поверхности - это построить себе бумажную плоскость и экспериментировать. Первый, создайте себе базовый бумажный самолетик и убедитесь, что он летит по прямой линии.Затем отрежьте или разорвите заднюю часть крыльев, чтобы сделать некоторые элероны. Наклоните их вверх и вниз и посмотрите, какой эффект они в разных позициях. Наклоните один вверх и один вниз и посмотрите, какая разница. Затем попробуйте сделать новый самолет с одним крылом больше другого (или тяжелее, добавив скрепки). Чтобы заставить бумажный самолет управлять рулем, нужно, чтобы одно крыло создавало большую подъемную силу, чем другое - и вы можете делать это разными способами!

Больше деталей самолета

Фото: братья Райт проявили очень научный подход к полету, дотошно проверяя каждую особенность своих самолетов.Здесь они изображены во время одного из их первых полетов на самолете 17 декабря 1903 года. Предоставлено NASA / Интернет-архив.

Вот некоторые другие ключевые части самолетов:

  • Топливные баки : Вам нужно топливо для питания самолета - его много. Airbus A380 вмещает более 310 000 литров (82 000 галлонов) топлива, что примерно в 25 000 раз больше, чем у обычной машины! Топливо безопасно упакованы в огромные крылья самолета.
  • Шасси : Самолеты взлетают и садятся на прочные колеса и шины, которые быстро втягиваются в ходовую часть (самолет днище) с помощью гидравлических цилиндров для уменьшения сопротивления (сопротивления воздуха) при они в небе.
  • Радио и радар : братья Райт должны были Первопроходец самолета Китти Хок целиком на виду. Это не имеет значения потому что это фл
.

Как работает реактивный двигатель

Возможно, вы задавались вопросом, как работает реактивный двигатель, но отказались от идеи, что вы сможете понять ракетостроение. Но на самом деле это простая концепция, которая поразит человека рядом с вами на вашем следующем рейсе. Итак, мы собираемся объяснить вовлеченные процессы, чтобы каждый мог получить хорошее представление о принципах, лежащих в основе реактивных двигателей.

Реактивные двигатели, более часто используемые для самолетов, представляют собой тип газотурбинного двигателя.Теперь вы можете знать паровые турбины, где топливо сжигается для производства высокотемпературного протекающего пара, который приводит в движение турбину, а затем вращает вал, прежде чем будет выпущен из системы. Поворот этого вала является выходной мощностью, и именно это вращение приводит в движение вращающийся объект. Газовая турбина напоминает те же основные принципы, однако за работу турбины отвечает газ под давлением. В реактивных двигателях высокотемпературный газ под давлением обеспечивает вращение компрессора спереди, но, что более важно, то, что выпускается из системы, вылетает сзади с высокой скоростью, создавая так называемую тягу.

Проще говоря, реактивные двигатели имеют сердечник, который разделен на три основные части:

  • Компрессор - в передней части двигателя расположены лопасти вентилятора, некоторые вращающиеся (роторы) и некоторые статические (статоры), которые всасывают воздух в двигатель. Существует множество рядов лопастей, и, когда воздух проходит мимо каждого ряда, он становится все более герметичным и температура повышается.
  • Камера сгорания - этот сжатый воздух затем распыляется с топливом (чаще всего Jet A или Jet A-1, которые имеют керосиновый тип), а затем электрическая искра зажигает смесь топлива и воздуха в камере.Это приводит к тому, что смесь воздуха и топлива сгорает, что значительно увеличивает давление и температуру.
  • Турбины - горячий сжатый газ вытягивается из двигателя задней турбиной, которая забирает энергию из газа и вызывает падение давления и температуры. Когда давление снижается, газ течет быстрее (подумайте о том, чтобы отпустить надувной баллон). Энергия от газа, который приводит в движение заднюю турбину, обеспечивает вращение компрессора, который всасывает воздух спереди.

Высокоскоростные газы, выпускаемые через заднее сопло, вызывают тягу. Чтобы понять это, мы ссылаемся на третий закон движения Ньютона: для каждого действия существует равная и противоположная реакция. Когда газ вырывается из спины, вперед направляется равная и противоположная сила. Подумайте о том, когда вы толкаете стену бассейна, чтобы скользить в противоположном направлении; даже если сила вашего толкания направлена ​​к стене, равная и противоположная сила реакции заставляет вас двигаться в противоположном направлении.

При скорости около 400 миль в час один фунт тяги равен одной лошадиной силе, но на более высоких скоростях это соотношение увеличивается, а фунт тяги превышает одну лошадиную силу. На скорости менее 400 миль в час это соотношение уменьшается. Эта сила позволяет большим самолетам, таким как 747, летать со скоростью до 600 миль в час.

Существуют также различные типы реактивного двигателя, такие как турбовинтовой двигатель. Вы узнаете, является ли это турбовинтовым двигателем с помощью больших выталкивающих винтов в передней части, который отвечает за тягу, так как большая часть энергии от газа передается в компрессор задними турбинами, поэтому приложенный газ не отвечает за тяга.

Турбовальный вал - это тип вертолетов, силовых установок и даже танка М1. Процесс аналогичен турбовинтовому двигателю, однако вместо привода гребных винтов вращающийся вал может питать различные устройства, такие как насосы, генераторы, колеса и вообще все, что вращается.

Современные большие самолеты используют турбовентилятор High-Bypass Turbofan, который похож на стандартный турбореактивный двигатель, за исключением того, что большой вентилятор спереди всасывает больше воздуха в двигатель. Однако не весь воздух проходит через компрессор и турбины, при этом большая часть воздуха фактически проходит через сердечник и проходит через каналы снаружи от сердечника (в среднем в 5 раз больше воздуха обходится, чем фактически проходит через сердечник).Они более эффективны, особенно на дозвуковых скоростях (т. Е. Ниже скорости звука, 768 миль в час), а также намного тише, при этом все еще имея способность разгоняться с более тяжелой скоростью, чем локомотив, от 0 до 200 миль в час менее чем за 60 секунд.


Смотрите также


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