Чому літак тримається в повітрі? Аеродинаміка «на пальцях»
Один мій дуже хороший товариш, авіаційний інженер-експлуатаційник (теж, до речі, непоганий), любить повторювати, дивлячись на стрімко злітає літак і напівжартома-напівсерйозно штовхаючи мене вбік: «Слухай! Ну, я все розумію: закони природи, фізика, там, подьемная сила ... Але ти мені все-таки скажи, як ця «дура» тримається в повітрі, та ще й літає. Адже в ній же сорок тонн ваги ?! »
Жарти жартами, але певний наліт серйозності з'являється в подібній ситуації не тільки у обтяженого авіаційними знаннями людини. Тим більше, що вищезгадана сорокатонного «дура» - це, вобщем-то, середній за розмірами літак російських ВПС СУ-24. Ну, а якщо цей «посерьезневшій» людина виявиться свідком неквапливого, але о-о-дуже впевненого зльоту найбільшого у світі транспортного літака АН-225 «Мрія» («Мрія» по-українськи, хто не знає)? .. Коментувати більше нічого не буду. Додам лише, що злітна вага цієї «пташки» - 600 тонн.
Так, враження на цьому грунті можуть бути дуже глибокими. Але, як би там не було, емоції тут абсолютно ні при чому. Фізика. Одна гола фізика. Саме підкоряючись її законам, піднімаються в повітря всі літальні апарати, починаючи з легких спортивних літаків і закінчуючи важкими транспортниками і, здавалося б, вже зовсім безформними вертольотами, незрозуміло як утримувати в повітрі. І відбувається все це за рахунок подьемная сили та ще сили тяги двигуна.
Словосполучення «подьемная сила» знайоме практично будь-якій людині, але дивно те, що далеко не кожен може сказати, звідки ж вона все-таки береться, ця сама сила. А між тим пояснити її походження можна просто, буквально «на пальцях», не влізаючи в математичні нетрі.
Як відомо, головна несуча поверхня літака - це крило. Воно практично завжди має певний профіль, у якого нижня частина плоска, а верхня опукла (за певним законом). Повітряний потік, проходячи під нижньою частиною профілю, майже не змінює своєї структури і форми. Зате, проходячи над верхньою частиною, він звужується, адже для нього верхня поверхня профілю - це як увігнута стінка в трубі, по якій цей самий потік як би протікає.
Тепер, щоб через цю «продавлені» трубу прогнати за певний час той же об'єм повітря, його потрібно рухати швидше, що і відбувається насправді. Залишилося згадати закон Бернуллі з улюбленого шкільного курсу фізики, який свідчить, що чим вище швидкість потоку, тим нижче його тиск. Таким чином, тиск над профілем (а значить і над усім крилом) нижче тиску під ним.
Виникає сила, яка намагається «видавити» крило, а значить і весь літальний апарат вгору. Це і є та сама вищезгадана подьемная сила. Як тільки вона стає більше ваги - ура! Ми в повітрі! Ми летимо! І, до речі, чим вище наша швидкість, тим більше подьемная сила. Якщо ж надалі подьемная сила і вага зрівняються за величиною, то літак перейде в горизонтальний політ. А гарну швидкість нам надасть потужний авіаційний двигун або, точніше, сила тяги, яку він створює.
Використовуючи цей принцип можна, теоретично, змусити злетіти (і успішно літати) предмет будь-якої маси і форми. Головне - точно все розрахувати з точки зору аеродинаміки та інших авіаційних наук і правильно виготовити цей самий предмет. Згадуючи про форму, я маю на увазі, головним чином, вертоліт. Апарат, зовсім не схожий зовні на літак, в повітрі тримається з тієї ж причини. Адже кожна лопать його головного, кажучи авіаційним мовою, несучого (дуже характерне слово, вище вже зустрічалося) гвинта - це те ж крило з аеродинамічним профілем.
Рухаючись в повітряному потоці при обертанні гвинта, лопать створює подьемная силу, яка, до речі, не тільки піднімає вертоліт, але і рухає його вперед. Для цього вісь обертання гвинта трохи нахиляється (створюється «перекіс» гвинта), і з'являється горизонтальна складова подьемная сили, виконуюча роль сили тяги літакового двигуна. Гвинт як би тягне одночасно вгору і вперед. В результаті отримуємо впевнений і дуже надійний політ такого, вобщем-то, «дивного» апарату, як вертоліт. І, між іншим, досить гарний політ. Я неодноразово спостерігав з землі пілотаж бойового вертольота МІ-24 - видовище просто зачаровує.
До речі, хочу зауважити, що гвинти літаків з гвинтовими двигунами (турбо або поршневими) те саме вертолітним і використовують той же принцип (здогадалися який?). Тільки подьемная сила тут повністю «перекваліфікувалася» в силу тяги. Говорячи по-вертолітному, «перекіс» гвинта - 90 градусів.
Так, авіація - це дуже красиво. Слова захоплення застосовні в розмові про політ будь-якого достатньо досконалого літального апарату. Будь то зовні неквапливий гігант «Мрія», трудяга-штурмовик СУ-25 або верткий спортивний пілотажнік. Вся ця краса є результатом підчас багаторічної копіткої роботи вчених і авіаційних інженерів, аеродинаміків, двигателистов, міцністів і т.д.
І авіаційна наука насправді настільки ж складна, як і цікава. Але в основі її лежить, вобщем-то, простий фізичний принцип освіти подьемная сили, суть якого, за бажання, можна дуже легко пояснити, і який, тим не менш, допомагає здійснити вікове прагнення людства до польоту ...
