Почему летает самолет?

При выстреле из ружья стрелок ощущает отдачу — толчок приклада в плечо. Эта сила действует на приклад ружья очень короткое время — около 0,002 с. Но на станок пулемета эта сила действует почти постоянно, пока пули вылетают из ствола.

Так же и летательный аппарат может получать постоянную подъемную силу, если он непрерывно отбрасывает воздух вниз. Именно для этого и нужны самолету крылья. Если крыло движется горизонтально и при этом поставлено под углом к направлению движения (этот угол называется углом атаки), оно отбрасывает встречный воздух вниз (рис. 3) и тем самым создает подъемную силу, направленную вверх. Образование подъемной силы основано на законе механики о количестве движения (второй закон Ньютона):

где m — масса тела (в данном случае это масса отбрасываемого, воздуха); v₂—v₁—изменение скорости тела (в данном случае вертикальная скорость отбрасываемого воздуха); Р — сила, действующая на тело, она приложена к воздуху и направлена вниз, и t — время. Следовательно,

Так как всякое действие всегда встречает равное по величине и противоположно направленное противодействие (третий закон Ньютона), то подъемная сила У, равная силе Р, будет приложена к крылу самолета и направлена вверх:

Подъемная сила зависит от массы ежесекундно отбрасываемого воздуха m/t , а она, в свою очередь, пропорциональна плотности воздуха р, скорости полета v и площади крыла 5; вертикальная скорость воздуха v₂—v₁ пропорциональна углу атаки крыла и скорости полета. Тогда подъемную силу можно определить по формуле:

где С_у — коэффициент, который зависит от формы крыла и угла атаки.

Итак, подъемную силу можно создавать довольно просто, но для этого обязательно нужно, чтобы крыло в воздухе двигалось. Решается это по-разному: птицы машут крыльями; планеры используют снижение — сопротивление воздуха преодолевается силой тяжести. Самолету же нужен двигатель. Но, может быть, выгоднее повернуть этот двигатель так, чтобы его тяга компенсировала и силу тяжести аппарата? Нет, это невыгодно, так как подъемная сила крыла во много раз больше сопротивления воздуха. Отношение получаемой подъемной силы к сопротивлению называется аэродинамическим качеством. Сейчас для дозвуковых самолетов это отношение достигает 25, а для сверхзвуковых — 7.

Рис. 3.

На образовании подъемной силы крыла основан и полет вертолетов: если несколько крыльев соединить вместе (получится «ротор» вертолета) и вращать их двигателем, то каждое крыло будет создавать подъемную силу и они поднимут вертолёт в воздух. Наклоняя ротор в сторону, вертолет будет двигаться в нужном направлении.

Развитие авиации во многом зависит от открытий и изобретений в различных областях науки и техники, и в первую очередь от развития науки об обтекании тел газом — аэродинамики. Основы этой науки заложены исследованиями русских ученых Н. Е. Жуковского, С. А. Чаплыгина, С. А. Христиа-новича, немецких ученых Л. Прандтля, Т. Кармана и других. Кроме того, большую роль в развитии авиации играют наука о механике полета, материаловедение, изобретения в промышленности, строящей двигатели, и в приборостроении.

перейти к началу страницы