lidmašīna

lidmašīna , ko sauc arī par lidmašīna vai lidmašīna , jebkura fiksēta spārna lidmašīnu klase, kas ir smagāka par gaisu, kuru dzen ar skrūvējamu propelleru vai ātrgaitas strūklu un kuru atbalsta dinamisks gaisa reakcija pret spārniem. Pārskatā par lidmašīnas attīstību un civilās aviācijas parādīšanos redzēt lidojuma vēsture.

Air New Zealand Limited

Air New Zealand Limited Air New Zealand Boeing 747-400. Adrians Pingstons



Būtiskas lidmašīnas sastāvdaļas ir spārnu sistēma, kas to uztur lidojumā, astes virsmas, lai stabilizētu spārnus, kustīgas virsmas, lai kontrolētu lidmašīnas attieksmi lidojuma laikā, un spēkstacija, kas nodrošina vilces spēku, kas nepieciešams, lai transportlīdzekli virzītu caur lidmašīnu. gaiss. Jānodrošina, ka lidmašīna tiek atbalstīta, kad tā ir miera stāvoklī uz zemes, kā arī pacelšanās un nolaišanās laikā. Lielākajai daļai lidmašīnu ir slēgts korpuss (fizelāža), lai izmitinātu apkalpi, pasažierus un kravu; pilota kabīne ir zona, no kuras pilots vada vadības ierīces un instrumentus, lai lidotu ar lidmašīnu.



Gaisa kuģa lidojuma un darbības principi

Aerodinamika

Uzziniet, kā spārnu struktūra un gaisa molekulas palīdz lidmašīnām palikt augstumā

Uzziniet, kā spārnu struktūra un gaisa molekulas palīdz lidmašīnām palikt augstumā Uzziniet, kā lidmašīnas paliek augstumā. MinutePhysics (Britannica izdevniecības partneris) Skatiet visus šī raksta videoklipus

Lidmašīnai, kas lido taisnā un nepietiekamā ātrumā, uz to iedarbojas četri spēki. (Griešanās, niršanas vai kāpšanas lidojuma laikā spēlē papildu spēki.) Šie spēki ir pacēlāji, uz augšu iedarbojošs spēks; pretestības palēninošais spēks pret pacelšanos un pret berze lidmašīnai, kas pārvietojas pa gaisu; svars, gravitācijas ietekme uz lidmašīnu uz leju; un vilce - uz priekšu iedarbinātais spēks, ko nodrošina dzinēja sistēma (vai, ja nav gaisa kuģa, ar gravitāciju, lai pārveidotu augstumu ātrumā). Vilkšana un svars ir elementi raksturīgs jebkurā objektā, ieskaitot lidmašīnu. Pacelšana un vilce ir mākslīgi radīti elementi, kas izstrādāti, lai lidmašīna varētu lidot.



Lai saprastu pacēlāju, vispirms ir jāizprot aerodinamiskā caurule, kas ir struktūra, kas paredzēta reakcijai uz tās virsmu no gaisa, pa kuru tā pārvietojas. Agrīnām lidlaukiem parasti bija nedaudz vairāk par nedaudz izliektu augšējo virsmu un plakanu apakšējo virsmu. Gadu gaitā lidlauki ir pielāgoti mainīgajām vajadzībām. 1920. gados paplātēm parasti bija noapaļota augšējā virsma, un vislielāko augstumu sasniedza akorda pirmajā trešdaļā (platums). Laika gaitā gan augšējā, gan apakšējā virsma lielākā vai mazākā mērā bija izliekta, un lidlauka biezākā daļa pamazām virzījās atpakaļ. Pieaugot gaisa ātrumam, bija nepieciešama ļoti vienmērīga gaisa plūsma pa virsmu, kas tika panākta lamināra plūsmas aerodinamiskajā spārnā, kur izliekums atradās tālāk, nekā to paredz mūsdienu prakse. Virsskaņas lidmašīnām bija nepieciešamas vēl krasākas izmaiņas lidmašīnas pakājes formās, daži zaudēja apaļumu, kas iepriekš bija saistīts ar spārnu, un tiem bija divkārša ķīļa forma.

Virzoties uz priekšu gaisā, spārna aerodroms iegūst lidojumam noderīgu reakciju no gaisa, kas iet pāri tā virsmai. (Lidojuma laikā spārna spārns parasti rada vislielāko pacēlāja daudzumu, bet dzenskrūves, astes virsmas un fizelāža darbojas arī kā spārni un rada dažādu pacēlumu.) 18. gadsimtā šveiciešu matemātiķis Daniels Bernulli atklāja, ka, ja gaisa ātrums tiek palielināts noteiktā aerodinamiskās daļas punktā, gaisa spiediens samazinās. Gaiss, kas plūst pāri spārna aerodinamiskās līknes augšējai virsmai, pārvietojas ātrāk nekā gaiss, kas plūst uz apakšējās virsmas, samazinot spiedienu uz augšu. Augstāks spiediens no apakšas spārnu spiež (paceļ) līdz zemākajai spiediena zonai. Vienlaikus gaiss, kas plūst gar spārna apakšpusi, tiek novirzīts uz leju, nodrošinot Ņūtona vienādu un pretēju reakciju un veicinot kopējo pacēlumu.

vienlīdzīgu tiesību grozījums (laikmets)

Pacēlāju, ko ģenerē paplāksne, ietekmē arī tā uzbrukuma leņķis, t.i., tā leņķis attiecībā pret vēju. Gan pacelšanu, gan uzbrukuma leņķi var nekavējoties, ja tas ir rupji, pierādīt, turot roku aiz kustīga automobiļa loga. Kad roka ir pagriezta līdzenai pret vēju, ir jūtama liela pretestība un rodas mazs pacēlums, jo aiz rokas atrodas nemierīgs reģions. Pacelšanas un vilkšanas attiecība ir zema. Kad roka tiek turēta paralēli vējam, ir daudz mazāka pretestība un rodas mērens pacēluma daudzums, turbulence izlīdzinās un ir labāka pacēluma un vilkšanas attiecība. Tomēr, ja roka ir nedaudz pagriezta tā, lai tās priekšējā mala būtu pacelta augstākā uzbrukuma leņķī, palielināsies pacēluma paaudze. Šis labvēlīgais pacelšanas un vilkšanas koeficienta pieaugums radīs tendenci, ka roka lido augšup un vairāk. Jo lielāks ātrums, jo lielāks būs pacēlums un vilkšana. Tādējādi kopējais pacēlums ir saistīts ar aerodroma formu, uzbrukuma leņķi un ātrumu, ar kādu spārns iet caur gaisu.



Svars ir spēks, kas darbojas pretēji pacelšanai. Tādējādi dizaineri cenšas padarīt lidmašīnu pēc iespējas vieglāku. Tā kā visu lidmašīnu konstrukcijām ir tendence pieaugt svaram izstrādes procesā, mūsdienu aviācijas un kosmosa inženierijas personālam ir nozares speciālisti, kas kontrolē svaru jau no paša dizaina sākuma. Turklāt pilotiem ir jākontrolē kopējais svars, ko gaisa kuģim atļauts pārvadāt (pasažieru, degvielas un kravas pārvadājumos) gan apjomā, gan atrašanās vietā. Svara sadalījums (t.i., svara kontrole smaguma centrs lidaparāta) ir tikpat svarīgs aerodinamiski kā pārvadājamā svara daudzums.

Vilces spēks, kas darbojas uz priekšu, ir pretoties vilkšanai, jo pacēlums ir pretstatā svaram. Vilci iegūst, paātrinot apkārtējā gaisa masu līdz ātrumam, kas ir lielāks par lidmašīnas ātrumu; vienāda un pretēja reakcija ir lidmašīnai virzīties uz priekšu. In abpusēji vai ar turbopropelleru darbināmu lidmašīnu vilces spēku rada dzenskrūves rotācijas radītais dzinējspēks ar atlikušo vilces spēku, ko nodrošina izplūdes gāzes. Reaktīvajā motorā vilce rodas no turbīnas saspiešanas gaisa rotējošo lāpstiņu dzinējspēka, kuru pēc tam paplašina, sadedzinot ievadīto degvielu, un izplūst no motora. Ar raķešu dzinēju darbināmā lidmašīnā vilces spēku iegūst vienāda un pretēja reakcija uz raķetes propelenta sadedzināšanu. Planierī ar mehānisko, orogrāfisko vai termisko paņēmienu sasniegto augstumu ar gravitācijas palīdzību pārvērš ātrumā.

Uzziniet, kā NASA pētnieku izstrādātie virsmas pārklājumi palīdz atkļūdot lidmašīnas, kas samazina pretestības spēkus un uzlabo degvielas patēriņu

Uzziniet, kā NASA pētnieku izstrādātie virsmas pārklājumi palīdz atkļūdot lidmašīnas, kas samazina pretestības spēkus un uzlabo degvielas efektivitāti. Lidmašīnu atkļūdošana, lai uzlabotu degvielas patēriņu. Amerikas Ķīmijas biedrība (Britannica izdevniecības partneris) Skatiet visus šī raksta videoklipus



Darbība nepārtrauktā pretestībā vilcei ir vilcināšanās, kurai ir divi elementi. Parazitārā pretestība ir forma pretestība (formas dēļ), ādas berze, iejaukšanās un visi citi elementi, kas neveicina pacelšanos; inducētā pretestība ir tā, kas rodas lifta ģenerēšanas rezultātā.

Parazitārā pretestība palielinās, palielinoties ātrumam. Lielākajai daļai lidojumu ir vēlams, lai visa pretestība būtu samazināta līdz minimumam, un šī iemesla dēļ liela uzmanība tiek pievērsta gaisa kuģa formas pilnveidošanai, novēršot pēc iespējas lielāku pretestību izraisošo struktūru (piemēram, norobežojot pilotu kabīni ar nojumes, šasijas ievilkšana, izmantojot kniedēšanu ar skalošanu un virsmu krāsošanu un pulēšanu). Daži mazāk acīmredzami pretestības elementi ietver radinieku dispozīcija fizelāžas un spārna, dzinēja un stiprinājuma virsmu platība; spārnu un astes virsmu krustojums; netīša gaisa noplūde caur konstrukciju; pārmērīga gaisa izmantošana dzesēšanai; un atsevišķu formu izmantošana, kas izraisa vietēju gaisa plūsmas atdalīšanu.



Inducēto pretestību izraisa gaisā novirzītais gaisa elements, kas nav vertikāls lidojuma trajektorijai, bet ir nedaudz noliekts no tā atpakaļ. Palielinoties uzbrukuma leņķim, palielinās arī vilkšana; kritiskā brīdī uzbrukuma leņķis var kļūt tik liels, ka gaisa plūsma tiek salauzta virs spārna augšējās virsmas, un pacelšanās tiek zaudēta, palielinoties pretestībai. Šo kritisko stāvokli sauc par apstāšanos.

Spārna plāna formas forma dažādi ietekmē pacelšanu, vilkšanu un apstāšanos. Eliptisks spārns, kāds izmantots Supermarine Spitfire iznīcinātājam otrais pasaules karš , piemēram, lai gan tas ir ideāli aerodinamiski zemskaņas lidmašīnā, tam ir nevēlamāks apstāšanās modelis nekā vienkāršam taisnstūra spārnam.



Supermarine Spitfire

Supermarine Spitfire Supermarine Spitfire, Lielbritānijas galvenā iznīcinātāja lidmašīna no 1938. gada līdz Otrajam pasaules karam. Kvadrants / lidojums

Virsskaņas lidojuma aerodinamika ir sarežģīta. Gaiss ir saspiežams, un, palielinoties ātrumam un augstumam, virs gaisa kuģa plūstošā gaisa ātrums sāk pārsniegt lidmašīnas ātrumu pa gaisu. Ātrums, ar kādu šī saspiežamība ietekmē lidmašīnu, tiek izteikta kā attiecība pret lidmašīnas ātrumu un skaņas ātrumu, ko sauc par Mach skaitli, par godu austriešu fiziķim Ernstam Macham. Kritiskais Macha skaitlis lidmašīnai ir definēts kā skaitlis, kurā kādā gaisa kuģa punktā gaisa plūsma ir sasniegusi skaņas ātrumu.



Pie Mach skaitļiem, kas pārsniedz kritisko Mach skaitli (tas ir, ātrumu, ar kādu gaisa plūsma pārsniedz skaņas ātrumu vietējos lidmašīnas korpusa punktos), ir būtiskas spēku, spiediena un momentu izmaiņas, kas iedarbojas uz spārnu un fizelāžu. veidojot šoku viļņus. Viens no vissvarīgākajiem efektiem ir ļoti liels pretestības pieaugums, kā arī lifta samazināšanās. Sākotnēji dizaineri centās sasniegt augstākus kritiskos Mach skaitļus, projektējot lidmašīnas ar ļoti plānām spārnu un spārnu sekcijām spārnu un horizontālajām virsmām un nodrošinot, lai fizelāžas smalkuma attiecība (garums pret diametru) būtu pēc iespējas augstāka. Spārnu biezuma attiecība (spārna biezums dalīts ar tā platumu) bija aptuveni 14 līdz 18 procenti tipiskiem 1940. – 45. Gada perioda lidaparātiem; vēlākajās sprauslās attiecība tika samazināta līdz mazāk nekā 5 procentiem. Šie paņēmieni aizkavēja vietējās gaisa plūsmas sasniegšanu Mach 1,0, ļaujot nedaudz augstākam gaisa kuģa kritiskajam Mach skaitam. Neatkarīgi pētījumi Vācijā un Amerikas Savienotajās Valstīs parādīja, ka kritiskā Mach sasniegšanu varētu vēl vairāk aizkavēt, slaucot spārnus atpakaļ. Spārnu slaucīšana bija ārkārtīgi svarīga Vācijas operatīvā reaktīvā iznīcinātāja Messerschmitt Me 262, kā arī pēckara iznīcinātāju, piemēram, Ziemeļamerikas F-86 Sabre un Padomju Savienības MiG-15, attīstībai. Šie iznīcinātāji darbojās lielā zemskaņas ātrumā, taču konkurences spiedienam attīstībā bija nepieciešami lidaparāti, kas varētu darboties transsoniskā un virsskaņas ātrumā. Reaktīvo dzinēju ar pēcsdedzinātājiem jauda šos ātrumus padarīja tehniski iespējamus, taču dizainerus joprojām traucēja milzīgais pretestības pieaugums transoniskajā zonā. Risinājums ietvēra fizelāžas palielināšanu tilpuma priekšā un aizmugurē un tā samazināšanu pie spārna un astes, lai izveidotu šķērsgriezuma laukumu, kas gandrīz tuvinātu ideālo laukumu, lai ierobežotu transonisko pretestību. Agrīnie šī noteikuma piemērošanas rezultāti bija lapsenes vidukļa izskats, piemēram, Convair F-102. Vēlāk lidmašīnās šī noteikuma piemērošana nav tik acīmredzama lidmašīnas plāna formā.

F-86

Ziemeļamerikas aviācijas F-86 reaktīvais iznīcinātājs F-86, kas sāka darboties 1949. gadā. Korejas kara laikā F-86 tika nostādīti pret padomju būvētajiem MiG-15 visā vēsturē pirmajā vērienīgajā reaktīvo iznīcinātāju kaujā. Amerikas Savienoto Valstu Gaisa spēku muzejs