Если вкратце, то у самолетов есть крылья и моторы-пропеллеры, они взмывают в воздух, разогнавшись на взлетной полосе до высокой скорости на своих шасси.
В основе подъемной силы, способности самолета подняться в воздух — законы физики.
Самолеты летают по теории аэродинамики, которая заложена Николаем Ефремовичем Жуковским, сформулированная в 1904 г.
Самолет в воздух поднимается по аэродинамическому принципу.
Подняться в воздух самолету позволяет большая площадь крыльев.
У каждого самолета есть своя минимальная скорость, позволяющая взлетать. У пассажирских самолетов она от 180 — 250 км/ч.
Что касается кораблей, то, конечно, непонятно, как такие тяжелые, многотонные суда не тонут? Если поместить утюг в воду, то он быстро пойдет ко дну. А корабль-то намного тяжелее? — но в своих корпусах, которые возвышаются бортами высоко над водою, они имеют огромный запас воздуха, позволяющий вытеснить судно и держаться на плаву. У каждого судна своя грузоподъемность, превышать которую нельзя, иначе судно затонет. Корабль также может утонуть при наличии пробоины и заполнении корпуса водой, с вытеснением воздуха.
Несколько иначе устроены подводные лодки. У них есть цистерны главного балласта (ЦГБ), которые заполнены водой при погружении подлодки вглубь. А когда она всплывает, то этот балласт вытесняется сжатым воздухом.
Оригинал взят у в Почему самолеты не падают
Когда мы летим в отпуск, мы вряд ли задумываемся о том, из чего состоит тот агрегат, который везет нас по воздуху к теплому морю, ледяному мохито и вечно пьяным туристам-соотечественникам. На самом же деле, то, что твориться под обшивкой самолета ничуть не менее интересно, чем предстоящее веселье, положенное по трудовому кодексу каждому гражданину РФ. В особенности это становится интересно, когда самолет начинает трясти в турбулентном потоке, а борт-проводницы невозмутимо улыбаясь предлагают вам расслабиться, пососать карамельку «Взлетная», помолиться и не думать о плохом.
Какие же приборы отвечают за нашу безопасность в полете, помогая пилотам рассчитывать маршрут и контролировать процессы, происходящие в организме воздушной машины?
Что ж, самолету, как и любой другой машине, нужно топливо. Его требуется много и контроль за ним необходим особый. И тут на помощь приходит специальная аппаратура, которая позволяет осуществлять управление и индикацию топлива. Остановимся подробнее на этой теме.
Итак, перед вами достаточно невзрачная, но полезная система управления и индикации топлива СУИТ 148 для самолета Ан-148. Ее произвел ОАО «Техприбор» из концерна «Радиоэлектронные технологии» (КРЭТ):
К слову, «Техприбор» — единственный в России разработчик и изготовитель бортовых систем и комплексов контроля и управления топливом. Он также является единственным в России и одним из трех в мире, кто разрабатывает и выпускает бортовую виброизмерительную аппаратуру для авиадвигателей. Без его участия не может быть собран ни один самолет и вертолет российского производства.
Заказов сейчас много, в том числе даже топливные системы для российского истребителя 5-го поколения Т-50 – за счет этого, а также модернизации, новый гендиректор предприятия планирует в ближайшие годы выйти на выручку более чем в 4 млрд рублей.
Обычно комплект СУИТ устанавливается на самолет вот таким образом, вдоль крыльев:
Попробуйте найти интерфейс этой системы в кабине самолета. Затруднительно, правда. А вот пилотам приходится помнить, где и что находится и на протяжении полета за всем этим следить.
А следить есть за чем. Одних только датчиков уровня топлива здесь 28 разных типов. Расположены они на крыльях, то есть там, где и находятся топливные баки.
Так же на крыльях имеются датчики-сигнализаторы воды. Кроме того, тут расположены двигатели. Они оснащены датчиками контроля параметров вибрации и уровня масла.
Информация с датчиков поступает на пульты контроля и управления заправкой топлива (ПКУЗ18-1)
и на Блок топливомера (БТ16-2).
Благодаря всем этим приборам Ан-148 летает вот так:
а не вот так:
Летать по небу, как птицы, было давней мечтой человечества. Из чего только не старались люди мастерить себе крылья. Пробовали перья и кожу, тонкие веточки, бумагу. Но понадобились тысячи лет, чтобы понять: само по себе наличие крыльев еще не даёт нам взлететь. Человеку не хватит сил поднять себя в воздух и, тем более, удержаться в вышине. Только к концу 19 века открытия в области естественных наук и технический прогресс позволили приблизиться к заветной цели. Не размахивать крыльями посильнее, а заставить их двигаться относительно воздуха, образуя подъемную силу.
Почему самолёты летают
В 1880-х годах английский физик Горацио Филлипс доказал, что аэродинамика у выгнутой формы значительно больше, чем у плоской. А ведь птичьи крылья тоже имеют выпуклое строение. Воздух над выступающей частью как бы «теряет давление» и давит на крыло меньше, чем снизу. Разница давлений тянет птицу и самолёт вверх, словно выталкивает их. Это явление называется подъёмная сила. Когда она становится больше веса летательного аппарата, тот взмывает в вышину.
В 1904 году, рассчитав подъемную силу, выдающийся русский физик Николай Жуковский открыл воздушную науку, аэродинамику, и превратил мечту о покорении неба в реальность.
Во время полёта на крыло самолёта действуют четыре силы: сила тяги, создаваемая двигателями, сила тяжести, направленная к Земле, сила лобового сопротивления воздуха, препятствующая движению самолета, и, наконец, подъёмная сила, которая и обеспечивает набор высоты. При полёте с постоянной скоростью сумма сил должна быть равна 0: сила тяги компенсирует силу лобового сопротивления, а подъемная ― силу тяжести.
Строение крыла не просто важно, оно и делает возможным полёт воздушного средства, независимо от габаритов и веса. Вы спросите, а как же хвост? Он тоже нужен, чтобы сохранять в воздухе равновесие.
Итак, подъемная сила удерживает летательный аппарат на высоте. Для ее появления необходимо движение, то есть, скорость. Помните, как летит воздушный змей? Вам придётся хорошо разогнаться, чтобы поднять его в воздух. Но стоит остановиться, как он тут же упадет. Набирать скорость и поддерживать подъемную силу самолёту помогают двигатели.
Крыло Airbus A350-1000, самолёта с ультрасовременной аэродинамикой.
Скорость
«Илья Муромец» Сикорского, первый пассажирский самолёт России, передвигался между облаков со скоростью 105 км/час. Сейчас он бы создал пробку на любом скоростном шоссе!
Современные авиалайнеры набирают, в среднем, 800-1000 км/час. А сверхзвуковые Конкорды без труда разгоняются до 2000 км/час и более. Эра небесных скоростей началась с появлением реактивных двигателей. Они выпускают струю горячего газа и тянут воздушное средство вперед с такой силой, что на земле можно было бы перевернуть вверх тормашками большой самосвал. Представьте, как воздушный шар резко взмывает вверх, выпуская струю воздуха, и поймете, как именно работает реактивный двигатель.
Сегодня, когда весь мир озадачен переходом на электрическую тягу, авиация не отстаёт. Компания Rolls-Royce уже представила полностью электрический самолет Spirit of Innovation. Он совершил первый полет, пробыв в воздухе 15 минут. Ожидается, что проектная скорость пассажирского самолёта на аккумуляторах составит не менее 500 км/час.
Итак, самолёты летают по воздуху на разных скоростях и не падают благодаря наличию аэродинамических крыльев, подъемной силы и тяги, которую обеспечивают двигатели. Интересно, что современный авиалайнер способен лететь даже на одном двигателе несколько часов. Это увеличит расход топлива, снизит высоту, но не повлияет на безопасность полёта.
ИЛ -76 ЛЛ, потомок самого популярного в СССР реактивного самолёта ИЛ-76
Высота
При полете на отметке 10 000 м воздушное судно тратит на 80% меньше горючего, чем при полете с такой же скоростью, но на высоте 1 км. Чем выше расстояние от земли, тем ниже плотность воздуха. Самолёту легче преодолевать сопротивление воздушных потоков.
Может тогда стоит подниматься ещё выше? Увы, для создания тяги двигателю необходим минимальный запас воздуха. Для человека дыхание становится затрудненным на высоте 5 км и совсем невозможным на 9-ти км над уровнем моря. У каждого самолёта тоже есть атмосферный предел высоты. Он называется «практический потолок». Например, для Ту-154 или Airbus он приблизительно одинаков и составляет около 12000 метров.
Airbus A350-1000 на МАКС-21, Жуковский
Авиалинии и аэропорты
Воздушные маршруты известны и согласованы. Некоторые из них соединяют соседние города и длятся не более 30-ти минут, включая взлёт и посадку. Другие такие длинные, что их можно назвать чемпионскими.
В мире существует 3 самых долгих авиамаршрута:
- Сингапур (Сингапур)-Нью-Йорк (США);
- Доха (Катар)-Окленд (Новая Зеландия);
- Перт (Австралия)-Лондон (Великобритания).
Рекорд же принадлежит рейсу Лондон-Сидней. Самолёт Боинг-787 Dreamliner совершил его за 19 часов и 19 минут, пролетев без посадки через воздушное пространство 11-ти стран.
Где самолёты не летают
- Тихий океан. Не то, чтобы авиамаршруты полностью обходят самый большой океан. Просто воздушные судна стараются держаться ближе к побережью. Существует правило, по которому авиалайнер должен находится от ближайшего аэропорта не более, чем в трех часах лета. Вот из соображений безопасности самолёты и не залетают слишком далеко от берега.
- спорные территории и места военных конфликтов. Есть около 10-ти мест на политической карте, где полёты запрещены во избежание террористических действий. Запреты временные, но бывает так, что ситуация уже давно урегулирована, а рокот моторов так и не слышен. Так произошло, например, в Эфиопии. Военный конфликт закончился 25 лет назад, но некоторые авиакомпании до сих пор считают небо над этим государством закрытым.
- Тибет. Здесь дело не в политике, а в географии. Разница высот между горными вершинами и эшелонами авиатрасс очень мала. Это повышает риск попасть в зону турбулентности. Тибетские горы обычно облетают с юга, над Индией.
В кабине Airbus A220-300
Как и почему летают самолеты?
И взрослых, и детей интересуют вопросы — «Как летают самолеты?», «Как они взлетают?», «Как они держатся в воздухе?» и т. п. Взять в пример двухэтажные Боинги или же здоровые пассажирские лайнеры — сложно представить, как такие многотонные железные штуковины поднимаются в небо. У вас есть возможность вместе с сайтом TUTURIZM разобраться в этом сложном вопросе.
Полёт
Самолёт находится в воздухе благодаря «подъёмной силе», которая на него действует.
- Реактивные двигатели, которые находятся на фюзеляже или крыльях, выбрасывают струю продуктов сгорания авиационного топлива и толкают летательный аппарат вперед.
- Лопасти винтового двигателя начинают ввинчиваться в воздух и за счет этого тащат самолёт за собой.
Как возникает подъемная сила
Когда прибывающий поток воздуха обтекает крыло самолёта, возникает подъемная сила. Из-за уникальной (выпуклой) формы сечения крыла, у потока воздуха над крылом скорость становится больше, чем под ним.
Воздух обтекает сверху крыло и проходит намного больший путь, при этом с большей скоростью. Чем выше скорость потока, тем ниже в нем давление, и также наоборот.
Справка. В 1838-м году физик Д. Бернулли описал явление течение потоков жидкости и сформулировал закон. Давление под крылом выше давления в верхней части. Оно толкает крыло, а вместе с ним поднимает самолёт вверх.
Скорость самолёта
Для получения подъемной силы нужна очень высокая скорость движения.
- Минимальная скорость — 180—280 км/ч. Она нужна для того, чтобы оторваться от земли и посадить его.
- Крейсерская скорость пассажирского лайнера — 850-950 км/ч. Именно на этой скорость самолёт летит почти весь маршрут.
- Максимальная скорость — 1050 км/ч.
Цифры ориентировочные. Для каждого самолёта установлены свои показатели.
Также есть путевая скорость. Она зависит от двух параметров: скорости потоков воздуха и самого самолёта. От этой скорости зависит продолжительность маршрута.
На какой высоте должен лететь самолёт зависит от разных факторов.
Над землей воздух плотнее, из-за этого он оказывает сопротивление движению, при этом увеличивается расход горючего. Когда увеличивается высота воздух становится разреженным и уменьшается сопротивление.
Оптимальная высота — 10 тысяч метров. Расход топлива минимальный при такой высоте. И в полете исключается столкновение с птицами.
Подъем гражданского самолёта выше 12-13 тысяч невозможен.
Как управляют самолетом
Управляют самолетом благодаря увеличению либо снижению тяги двигателя. Меняют скорость, из-за чего также меняется подъёмная сила и высота.
Для изменения высоты и поворотов используются механизации крыла и рули, которые находятся на хвосте.
Взлёт и посадка
Для того, чтобы добиться нужной подъёмной силы для взлета, самолет должен развить минимальную скорость на взлетной полосе.
При разгоне самолёта приходит момент, когда отменить взлёт уже невозможно, ведь скорость становится такой большой, что остановить самолет в пределах взлетной полосы становится уже невозможным.
При посадке нужно сбросить скорость, чтобы уменьшить подъёмную силу и самолёт начал снижение. Перед землёй скорость минимальная, на крыльях выпускают закрылки, благодаря которым мягко приземляют самолёт.
Получается, что самолёты летают в 100% соответствии с физическими законами.
Видео о том, как летают самолеты
Если запустить в воздух бумажный самолетик, он немного покружится и упадет. Упадёт и любой тяжелый предмет, который мы подбросим. А если положить камень или кусочек металла на воду, то он просто опустится на дно. Почему же тогда тяжелые самолеты не падают, а огромные корабли не тонут? У них есть свои секреты.
Как самолеты держатся в воздухе
Люди создали летательные аппараты, наблюдая за птицами: не падать самолетам помогают те же самые законы физики и те же приспособления, что и пернатым.
Большую роль играют крылья: снизу их делают ровными, а сверху – выпуклыми. Благодаря такой форме воздух, проходящий под крылом, давит на на него больше, чем воздух над крылом. Возникает так называемая подъемная сила, которая буквально выталкивает самолет вверх. Когда эта сила становится больше веса самолета, он взмывает в воздух. Представьте, насколько она большая, если большой самолет весит от 50 тонн – это вес десяти слонов. Пока действует подъемная сила, самолет не упадет.
Но эта сила будет держать летающий транспорт в воздухе, пока он движется. Попробуйте подбросить мяч: он будет лететь, пока есть скорость, и чем она выше, тем дольше он будет лететь. То же самое с самолетом: чтобы держаться в воздухе, ему нужно набрать нужную скорость и продолжать движение. Самолет не взлетит, пока не наберет скорость, которая требуется для взлета. Здесь задействуется другая сила: сила тяги, которую создает двигатель внутри самолета, – именно это и направляет его вперед. И чем большую скорость набирает самолет, тем сильнее воздух его выталкивает.
Получается, что самолет не падает благодаря особой форме, которая помогает ему парить в воздухе, и скорости полета, которую обеспечивает двигатель.
Как корабли держатся на воде
Секрет плавательных средств не только в воде, но и в воздухе, который в сотни раз легче воды. Корабли строят так, чтобы внутри было много пространств, заполненных воздухом, который будет держать корабль на воде, не давая ему пойти ко дну.
Это можно проиллюстрировать на простом опыте: положите на воду металлическую пластину – она сразу же утонет. Но если вы опустите на воду миску из того же металла, она будет оставаться на плаву, даже если вы положите в нее что-то еще. Причина все та же: в ней есть воздух.
Физика объясняет такой эффект тем, что в воде тонут предметы, плотность которых выше воды. И наоборот: не тонут предметы, плотность которых ниже. Металл плотнее воды, но если из него сделать предмет и наполнить его воздухом, его плотность будет ниже, и он будет держаться на поверхности.
Кроме того, на любой предмет в воде действует выталкивающая сила – сила Архимеда. Чем больший объем воды корабль вытесняет своим объемом, погруженным в воду, тем больше сила, которая давит на него снизу, выталкивая на поверхность. Эта сила равна весу вытесненной воды.
Получается, что корабль не тонет благодаря объему воздуха, который в нем находится.
Но попробуйте заполнить миску из нашего примера предметами – и она затонет. Точно так же с кораблем, именно поэтому есть строгие нормативы по весу груза, которое можно взять на борт.
На самолетах тоже действуют правила провоза багажа: есть определенная взлетная масса, превышать которую нельзя. Так что еще один секрет того, почему самолет не падает, а корабль не тонет, в его правильном весе и послушных пассажирах.