Как взлетает самолет физика

samolyot-bratev-rayt Статьи

Как и почему летают самолеты

Наверно, нет человека, который глядя, как летит самолёт, не задавался вопросом: «Как он это делает?»

Люди всегда мечтали летать. Первым воздухоплавателем попытавшимся взлететь с помощью крыльев, можно, наверное, считать Икара. Затем, на протяжении тысячелетий у него было множество последователей, но настоящий успех выпал на долю братьев Райт. Именно они считаются изобретателями самолёта.

samolyot-bratev-rayt-2648586

Видя на земле огромные пассажирские лайнеры, двухэтажные Боинги, например, совершенно невозможно понять, как эта многотонная металлическая махина поднимается в воздух, настолько это кажется противоестественным. Мало того, даже люди, всю жизнь проработавшие в смежных с авиацией отраслях и, безусловно, знающие теорию воздухоплавания, иногда честно признаются, что не понимают, как летают самолёты. Но мы все же попробуем разобраться.

Самолёт держится в воздухе благодаря действующей на него «подъёмной силе», которая возникает только в движении, которое обеспечивают двигатели, закреплённые на крыльях или фюзеляже.

Подъемная сила возникает, когда набегающий поток воздуха обтекает крыло. Благодаря особой форме сечения крыла, часть потока над крылом имеет большую скорость, чем поток под крылом. Это происходит потому, что верхняя поверхность крыла выпуклая, в отличие от плоской нижней. В итоге воздуху, обтекающему крыло сверху, приходится пройти больший путь, соответственно с большей скоростью. А чем больше скорость потока, тем меньше давление в нём, и наоборот. Чем меньше скорость — тем больше давление.

profil-kryila-8561035

В 1838 году, когда ещё аэродинамики, как таковой, не существовало, швейцарский физик Даниил Бернулли описал это явление, сформулировав закон, названный по его имени. Бернулли, правда, описывал течение потоков жидкости, но с возникновением и развитием авиации, его открытие оказалось как нельзя более кстати. Давление под крылом превышает давление сверху и выталкивает крыло, а с ним и самолёт, вверх.

Другое слагаемое подъёмной силы — так называемый «угол атаки». Крыло располагается под острым углом к встречному потоку воздуха, благодаря чему давление под крылом выше, чем сверху.

С какой скоростью летают самолёты

Для возникновения подъёмной силы необходима определённая, и довольно высокая, скорость движения. Различают минимальную скорость, она необходима для отрыва от земли, максимальную, и крейсерскую, на которой самолёт летит большую часть маршрута, она составляет около 80% максимальной. Крейсерская скорость современных пассажирских лайнеров 850-950 км в час.

Ещё есть понятие путевой скорости, которая складывается из собственной скорости самолёта и скорости воздушных потоков, которые ему приходится преодолевать. Именно, исходя из неё, рассчитывают продолжительность рейса.

Скорость, необходимая для взлёта зависит от массы самолёта, и для современных пассажирских судов составляет от 180 до 280 км в час. Примерно на такой же скорости производится посадка.

Высота полёта тоже выбирается не произвольно, а определяется большим количеством факторов, соображениями экономии топлива и безопасности.

У поверхности земли воздух более плотный, соответственно, он оказывает большое сопротивление движению, вызывая повышенный расход топлива. С увеличением высоты воздух становится более разряжённым, и сопротивление уменьшается. Оптимальной высотой для полёта считается высота около 10 000 метров. Расход топлива при этом минимален.

vyisota-6452108

Ещё одним существенным плюсом полётов на больших высотах является отсутствие здесь птиц, столкновения с которыми не раз приводили к катастрофам.

Подниматься выше 12 000-13 000 метров гражданские самолёты не могут, так как слишком сильное разряжение препятствует нормальной работе двигателей.

Управление самолётом осуществляется путём увеличения или уменьшения тяги двигателя. При этом изменяется скорость, соответственно подъёмная сила и высота полёта. Для боле тонкого управления процессами изменения высоты и поворотов служат средства механизации крыла и рули, находящиеся на хвостовом оперении.

Взлёт и посадка

Чтобы подъёмная сила стала достаточной, для отрыва самолёта от земли, он должен развить достаточную скорость. Для этого служат взлётно-посадочные полосы. Для тяжёлых пассажирских или транспортных самолётов нужны длинные ВПП, длиной 3-4 километра.

vzlyot-7687526

За состоянием полос тщательно следят аэродромные службы, поддерживая их в идеально чистом состоянии, так как инородные предметы, попадая в двигатель, могут привести к аварии, а снег и лёд на полосе представляют большую опасность при взлёте и посадке.

https://youtube.com/watch?v=YeFdx42VymQ%3Ffeature%3Doembed

При разбеге самолёта наступает момент, после которого отменить взлёт уже нельзя, так как скорость становится настолько велика, что самолёт уже не сможет остановиться в пределах полосы. Это так и называется — «скорость принятия решения».

Посадка — очень ответственный момент полёта, лётчики постепенно сбрасывают скорость, вследствие чего уменьшается подъёмная сила и самолёт снижается. Перед самой землёй скорость уже такая низкая, что на крыльях выпускаются закрылки, которые несколько увеличивают подъёмную силу и позволяют мягко посадить самолёт.

Таким образом, как бы странно нам это не казалось, самолёты летают, причём в строгом соответствии с законами физики.

Возможно кого-то убережет от нервяка и потерянного времени.

Утром приезжает ко мне сестра, ревет белугой, говорит — убери подальше телефон, я под следствием, мобильный на прослушке.

Рассказывает. Ей написала главврач больницы (сестра — реаниматолог), что ее вызвали в управление ФСБ по делу о коррупции и спонсировании терроризма, а сестра якобы главная подозреваемая. Сначала главврач писала в телеграм, потом с официального аккаунта больницы пришло письмо с похожим содержанием, статья, все юридически грамотно и т.д.

После этого через час примерно позвонил следователь, представился, прислал фото удостоверения(!). Сказал что сестра проходит по делу о спонсировании ВСУ, что ее счета заблокировал центробанк. Предложил ей зайти в онлайн-банк и там к ее ужасу все карты были заблокированы, а на счету было по нулям. Сестра запаниковала, расплакалась, кричала что она максимум жопы может отмывать своим детям, какие деньги? На что следователь спокойно отвечал, что да, я вам верю, но до конца следствия счета будут заморожены. Ужас положения был в том, что на этой карте были деньги на отпуск, которые они полгода откладывали, а уезжать уже послезавтра.

Оплачены только билеты.

Короче, очень правдоподобно

Я не могла поверить своим ушам. Если это правда — ну как можно привлечь невиновного человека?

При этом не предъявив ему никакого фактического обвинения? «Мы вам перезвоним». И оставив без денег вообще? А если развод — то как красиво, комар носа не подточит. Единственно, что меня смутило, это то, что и следователь и главврач в один голос пугали разглашением, что никому нельзя говорить, что телефон на прослушке и это добавит тяжести к преступлению.

«Четко дали понять, что болтать об этой ситуации не нужно»

Я начала копать инет и чем больше копала, тем четче понимала, что это очередной развод.

Отправила сестру в банк, там ей сказали, внимание!!, что карта заблокирована пользователем, т е ей самой. Мошенники научились подделывать номер, позвонили в банк, где он прошел внутренний контроль, и, представившись владельцем, заблокировали карту.

Карту по итогу разблокировали сразу, все выдохнули. Но банк себя в моих глазах полностью дискредитировал. Любой проходимец может сделать с вашей картой что угодно. Класс! Сотрудники банка любезно предложили защиту от мошенников за 2800 р на год. Вернут 120 тысяч или что-то вроде того.

Что имеем: гады научились подделывать номера так, что они проходят любые защиты. А также почтовые ящики — теперь не гарантия подлинности письма.

На дворе 2019 год почти, век информационных технологий, весь багаж мировых знаний у каждого человека под рукой. А люди по-прежнему верят в гомеопатию, *тут были оскорбления чувств верующих, но под угрозой УК рф 148, личной расправы, а так же атаки геологов они удалены*, и прочую фигню. А еще не знают как летают самолеты.Ну, вот вам коротенькое видео об этом:

Так, если что — это шутка. Видео баян, но я не мог не вспомнить о нем.

А причина этого поста — спор в комментариях, который разгорелся в это теме:

#comment_129413846И вот даже картинка:

1545765505141197976-2428003

стало обидно за человечество

захотелось плюсиков, и вот я тут.Я не буду долго объяснять. Для желающих почитать статейки, а так же пруфов (тут я всплакнул — даже на такую очевидную тему кто-то наверняка затребует пруфы) будут ссылки, в которых есть вся информация.Ну а я потихоньку, своими словами.

И так.Пункт первый. Почему же взлетает самолет? А самолет взлетает от давления воздуха, которое оказывается снизу на крылья. Чисто теоретически, скорость самого самолета тут вообще не важна — если загнать самолет в гигантскую аэродинамическую трубу — он будет лететь не двигаясь с места. Условия для взлета и полета самолета только одно — сильный встречный ветер.На практике «встречный ветер» достигается собственной скоростью самолета. Самолет движется быстро — воздух стоит на месте — и относительно самого самолета в него дует сильный ветер. На крылья воздух оказывается давление снизу, и самолет толкает вверх. Ссылки для изучения, или же пруфы:

(куда уж без вики!)

Таким образом, можно составить две одинаковые системы отсчета, одинаковые с точки зрения самолета, но разные с точки зрения стороннего наблюдателя.Самолет движется вперед с огромной скоростью.Самолет не движется, но ему в лоб дует ураганный ветер (аэродинамическая труба).Главное, что из этого надо понять — это самолет взлетает из-за давления воздуха на крылья.А давление воздуха на крылья образуется из-за разницы скоростей между самолетом, и окружающим его воздухом.

Пункт второй.Как двигается самолет на земле? Как он начинает взлет? Что дает ему разгон?Тут все просто — за счет двигателей. Тех, что аэро-турбины на крыльях. Самолет двигается не за счет моторов на колесах, а за счет турбин. Турбины прогоняют сквозь себя воздух, и это дает разгон.

Пункт третий.Рассмотрим, что же получается на картинке? Какие силы действуют на самолет?Первое, что приходит в голову — дорожка движется назад, значит и самолет будет толкать назад. Но уже должно быть ясно, что колеса к движению самолета не имеют никакого отношения. если сильно придираться — то влияние на взлет может оказать только трение колес. Но давайте опустим эту мелочь.Таким образом, игнорируя трение и сопротивление колес, конвеер просто будет крутить колеса, никак не оказывая влияния на взлетные качества самолета. Исходя из пункта два, движущее влияние на сам самолет будет оказывать вентилятор. И самолет начнет движение по конвееру вперед, толкая себя за счет воздуха.Единственная разница от движения по земле будет то, что колеса на конвеере будут крутиться быстрее. А сам самолет движется за счет воздуха. Мы же помним это, да?И так, что же будет дальше? А дальше самолет просто свалится с этого конвеера. Потому что конвеер очень короткий. Чтобы самолет взлетел с такого конвеера — его длина должна быть точно такой же, как и длина обычной взлетной полосы. Что, лично мне кажется, малость бессмысленно.

Лучшие посты за сегодня

1505277879183953028-8326970

Продолжаем срывать покровы с тайн гражданской авиации. Сегодня я попробую развеять страхи авиапассажиров, касающиеся взлета современного лайнера.

Написать сейчас опус меня сподвиг один из читателей, который прислал ссылки на пару взлетов из аэропорта Курумоч (Самара), снятого любопытными пассажирами из салона самолета.

1505276660244828014-4348538

1505276725275525835-1828224

Оба случая объединяет один признак — пилоты «сходу пошли на взлет!»

Кошмар, не правда ли?!!

Но вдруг самолет начинает «падать вниз»! По рассказам очевидцев из салона, конечно же.

В последний момент пилоты как правило «выравнивают лайнер», после этого еще пару раз в наборе высоты «выключаются турбины», а потом все становится обычным. Стюардессы с каменными лицами разносят соки-воды, а для тех, кто плохо молился — кислородные маски. После этого начинается главное, ради чего и летают пассажиры — разносят еду.

Ничего не упустил? Вроде такие отзывы о полетах я читал неоднократно на непрофильных (а иногда и авиа-) форумах.

Давайте сразу расставим точки над ё по поводу остановки лайнера на полосе перед взлетом.

Как все же должны делать пилоты — останавливаться или нет?

а) Диспетчер пока еще думает — выпускать Вас или подержать еще маленько

б) Полоса имеет ограниченную длину.

По пункту а), думаю, все понятно.

По пункту б) скажу следующее — если ВПП (полоса) действительно очень короткая, а самолет загружен так, чтобы только-только масса проходила для этой длины — в этом случае имеет смысл сэкономить несколько десятков метров и вывести двигатель на повышенный режим, удерживая самолет на тормозах.

Например, мы используем такой взлет в Шамбери, где ВПП всего два километра, а впереди горы. Хочется как можно быстрее оторваться от земли и умчатся повыше. И обычно масса там приближена к максимально возможно для условий взлета.

В большинстве случаев, если диспетчер нам разрешил взлет одновременно с занятием полосы, мы не будем останавливаться. Мы вырулим на осевую линию (причем, возможно, что уже с ускорением), убедимся в устойчивом прямолинейном движении самолета, и после этого «дадим по газам».

А как же «помолиться»?

Ведь выше ж написано про некую «карту контрольных проверок!»

На В737 ее принято зачитывать до получения разрешения на занятие полосы. И уж точно до получения разрешения на взлет. Поэтому, когда я получаю разрешение на взлет одновременно с разрешением занять полосу, я уже готов ко взлету, и я совсем не тороплюсь, как это может показаться пассажиру в салоне.

У меня уже все готово.

Так зачем же все-таки так делать? Почему бы не постоять?

Очевидный плюс — увеличение пропускной способности аэропорта. Чем меньше времени каждый отдельно взятый самолет занимает полосу, тем больше взлетно-посадочных операций с нее можно произвести.

Второе — экономия топлива.

Третье — безопасность. Как ни странно это звучит, но это уменьшает риск попадания посторонних объектов (в двигатель) и помпажа (читай, «отказа») двигателя при взлете с сильным попутным ветром.

Вот что пишет мистер Боинг по этому поводу:

1505277143224045458-5238251

Да-да, документы иномарок написаны на английском. Хотите стать пилотом? Учите английский!

И заодно китайский. Сосед развивается уж больно стремительно.

Тут голая аэродинамика и обнаженная методика выполнения взлета. Иномарки как правило взлетают с очень небольшим углом отклонения механизации крыла (те забавные штуки, которые особенно сильно вылезают из крыла на посадке, и немного на взлете).

Это дает несколько преимуществ:

а) Увеличивается угол набора

б) следствие из пункта а): уменьшается шум на местности,

в) и далее — увеличиваются шансы не влететь в препятствия в случае отказа двигателя

Да, современные лайнеры имеют такие мощные двигатели, что все нормируемые значения градиентов набора достигаются и при пониженной тяге (ее все равно будет достаточно при потере двигателя), но в некоторых ситуациях мистер Боинг настоятельно рекомендует взлетать на максимально возможно тяге. Если при этом самолет легкий — добро пожаловать на аттракцион «Ракета».

Да, это создает некоторый дискомфорт для пассажиров (тем, кому не нравится лететь с задранными ногами) — но это абсолютно безопасно и будет длиться не очень долго.

«Почти упали после взлета»

Выше я написал, что самолет после взлета вдруг «начинает падать вниз!» Вот это особо хорошо чувствовалось на Ту-154, который натужно взлетал с довольно большим углом положения закрылков, и далее постепенно убирал их в нулевое положение.

И при этом «падал».

При уборке закрылков самолет теряет часть прироста подъемной силы (если убрать чересчур быстро, то можно и высоту потерять, это правда, но для этого надо быть совсем уж неумелым пилотом, причем неумехами должны быть оба пилота ), поэтому сидящим в салоне пассажирам кажется, что самолет начал падать.

На самом же деле, он может в это время продолжать набор высоты. Просто угол становится более пологим, вертикальная скорость набора (к которой привык вестибулярный аппарат пассажира) уменьшается, и в этот переходный момент времени кажется, что он летит вниз.

Так уже устроен человек.

«Пару раз выключались турбины»

О, это наиболее частое происшествие в рассказах пассажиров

Конкурировать с этим могут только «пилот лишь с пятой попытки попали на аэродром».

Наиболее характерно это было для Ту-154 и Ту-134, то есть, на самолетах с двигателями, расположенными далеко в хвосте — их в переднем салоне почти не слышно, если они только не работают на повышенном режиме.

В шуме как раз-таки и загвоздка. Все примитивно до безобразия.

В наборе высоты двигатели работают на очень высоком режиме. Чем выше режим работы двигателей — тем громче его слышно. Но иногда нам, пилотам, приходится выполнять команды диспетчера и прекращать набор высоты — например для того, чтобы разминуться (на безопасном удалении, конечно же) с другим самолетом.

Мы плавно переводим самолет в горизонтальный полет, а чтобы не превратиться в сверхзвуковой лайнер (ведь двигатели, работающие на режиме набора создают очень большую тягу), приходится прибирать режим.

В салоне становится значительно тише.

После того, как столкновение в очередной раз не состоялось, мы вновь запускаем турбины увеличиваем режим работы двигателям и продолжаем набор высоты.

Вроде бы все.

Спасибо за внимание!

На закуску — видео захода в Сочи

Шутки шутками, но определенный налет серьезности появляется в подобной ситуации не только у обремененного авиационными знаниями человека. Тем более, что вышеупомянутая сорокатонная «дура» — это, вобщем-то, средний по размерам самолет российских ВВС СУ-24. Ну, а если этот «посерьезневший» человек окажется свидетелем неторопливого, но о-о-очень уверенного взлета самого большого в мире транспортного самолета АН-225 «Мрия» («Мечта» по-украински, кто не знает)?.. Комментировать больше ничего не буду. Добавлю лишь, что взлетный вес этой «птички» — 600 тонн.

Да, впечатления на этой почве могут быть очень глубокими. Но, как бы то ни было, эмоции здесь совершенно ни при чем. Физика. Одна голая физика. Именно подчиняясь законам физики, поднимаются в воздух все летательные аппараты, начиная с легких спортивных самолетов и заканчивая тяжелыми транспортниками и, казалось бы, уж совсем бесформенными вертолетами, непонятно как удерживающимися в воздухе. И происходит все это за счет подъемной силы да еще силы тяги двигателя.

Словосочетание «подъемная сила» знакомо практически любому человеку, но удивительно то, что далеко не каждый может сказать, откуда же она все-таки берется, эта самая сила. А между тем объяснить ее происхождение можно просто, буквально «на пальцах», не влезая в математические дебри.

Как известно, главная несущая поверхность самолета — это крыло. Оно практически всегда имеет определенный профиль, у которого нижняя часть плоская, а верхняя выпуклая (по определенному закону). Воздушный поток, проходя под нижней частью профиля, почти не меняет своей структуры и формы. Зато, проходя над верхней частью, он сужается, ведь для него верхняя поверхность профиля — это как вогнутая стенка в трубе, по которой этот самый поток как бы протекает.

Теперь, чтобы через эту «продавленную» трубу прогнать за определенное время тот же обьем воздуха, его нужно двигать быстрее, что и происходит на самом деле. Осталось вспомнить закон Бернулли из любимого школьного курса физики, который гласит, что чем выше скорость потока, тем ниже его давление. Таким образом, давление над профилем (а значит и над всем крылом) ниже давления под ним.

Возникает сила, которая старается «выдавить» крыло, а значит и весь летательный аппарат вверх. Это и есть та самая вышеупомянутая подъемная сила. Как только она становится больше веса — ура! Мы в воздухе! Мы летим! И, кстати, чем выше наша скорость, тем больше подъемная сила. Если же в дальнейшем подъ

емная сила и вес сравняются по величине, то самолет перейдет в горизонтальный полет. А хорошую скорость нам придаст мощный авиационный двигатель или, точнее, сила тяги, которую он создает.

Используя этот принцип можно, теоретически, заставить взлететь (и успешно летать) предмет любой массы и формы. Главное — точно все рассчитать с точки зрения аэродинамики и других авиационных наук и правильно изготовить этот самый предмет. Упоминая о форме, я имею ввиду, главным образом, вертолет. Аппарат, совсем не похожий внешне на самолет, в воздухе держится по той же причине. Ведь каждая лопасть его главного, говоря авиационным языком, несущего (очень характерное слово, выше уже встречалось) винта — это то же крыло с аэродинамическим профилем.

Двигаясь в воздушном потоке при вращении винта, лопасть создает подъемную силу, которая, кстати, не только поднимает вертолет, но и двигает его вперед. Для этого ось вращения винта немного наклоняется (создается «перекос» винта), и появляется горизонтальная составляющая подъемной силы, исполняющая роль силы тяги самолетного двигателя. Винт как бы тянет одновременно вверх и вперед. В результате получаем уверенный и очень надежный полет такого, вобщем-то, «странного» аппарата, как вертолет. И, между прочим, достаточно красивый полет. Я неоднократно наблюдал с земли пилотаж боевого вертолета МИ-24 — зрелище просто завораживающее.

Кстати, хочу заметить, что винты самолетов с винтовыми двигателями (турбо или поршневыми) сродни вертолетным и используют тот же принцип (догадались какой?). Только подъемная сила здесь полностью «переквалифицировалась» в силу тяги. Говоря по-вертолетному, «перекос» винта — 90 градусов.

Да, авиация — это очень красиво. Слова восхищения применимы в разговоре о полете любого достаточно совершенного летательного аппарата. Будь то внешне неторопливый гигант «Мрия», трудяга-штурмовик СУ-25 или юркий спортивный пилотажник. Вся эта красота является результатом подчас многолетней кропотливой работы ученых и авиационных инженеров, аэродинамиков, двигателистов, прочнистов и т. д.

Оцените статью
RusPilot.com