¿Cuál es el principio de volar un avión hacia el cielo?
Comprender algunos principios simples del vuelo puede ayudarnos a comprender por qué los aviones pueden volar. Para comprender el principio de vuelo de un avión, primero hay que conocer su composición y función, y cómo se genera su sustentación. Estas cuestiones se abordan brevemente en varias secciones.
1. Principales componentes y funciones del vuelo
* *Hasta ahora, salvo unos pocos aviones especiales, la mayoría de los aviones están compuestos por alas, fuselaje, cola, tren de aterrizaje, potencia. La planta consta de cinco partes principales.
1. Ala - La función principal del ala es generar sustentación para soportar el vuelo de la aeronave en el aire, y también juega un cierto papel en la estabilidad y el funcionamiento. Generalmente, los alerones y flaps se instalan en las alas. Operar los alerones puede hacer que el avión gire, y bajar los flaps puede aumentar la sustentación. En las alas también se pueden montar motores, trenes de aterrizaje y depósitos de combustible. Las alas de los aviones tienen diferentes formas y tamaños para diferentes usos.
2. Fuselaje - La función principal del fuselaje es cargar pasajeros, tripulación, armas, carga y equipos diversos, y conectar otras partes de la aeronave, como alas, cola y motores. un todo.
3. Cola - La cola incluye cola horizontal y cola vertical. La cola horizontal consta de un estabilizador horizontal fijo y un elevador móvil. Algunos aviones de alta velocidad combinan estabilizadores horizontales y elevadores para formar estabilizadores horizontales completamente móviles. La cola vertical consta de un estabilizador vertical fijo y un timón móvil. La función de la cola es controlar el cabeceo y la desviación del avión para garantizar que pueda volar sin problemas.
4. Tren de aterrizaje: el tren de aterrizaje de un avión se compone principalmente de puntales y ruedas amortiguadores, que se utilizan para soportar el avión durante el despegue y el aterrizaje, el rodaje en tierra y el estacionamiento.
5. Dispositivo de potencia: el dispositivo de potencia se utiliza principalmente para generar fuerza de tracción y empuje para hacer que la aeronave avance. En segundo lugar, también puede proporcionar energía a otros equipos eléctricos del avión. Los dispositivos de propulsión aeronáutica ampliamente utilizados actualmente incluyen: motor de pistón de aviación más hélice, motor turborreactor, motor turbohélice y motor turbofan. Además del motor en sí, la central eléctrica también incluye una serie de sistemas que aseguran el normal funcionamiento del motor.
*Además de estas cinco partes principales, la aeronave también está equipada con diversos instrumentos, equipos de comunicación, equipos de piloto, equipos de seguridad y otros equipos de acuerdo con las necesidades de operación de la aeronave y ejecución de la misión.
En segundo lugar, la sustentación y resistencia del avión
* *El avión es más pesado que el aire. Cuando un avión vuela en el aire, genera una fuerza aerodinámica que actúa sobre el avión, y el avión vuela por la fuerza aerodinámica. Antes de comprender la generación de sustentación y resistencia de un avión, también debe comprender las características del flujo de aire, es decir, las leyes básicas del flujo de aire. El aire en movimiento es un flujo de aire, un fluido. Aquí nos referiremos a dos teoremas de fluidos: el teorema de continuidad y el teorema de Bernoulli.
Teorema de la continuidad del fluido: cuando un fluido fluye de manera continua y constante a través de tuberías de diferentes espesores, dado que ninguna parte del fluido en la tubería no se puede interrumpir ni comprimir, la masa del fluido que fluye hacia cualquier sección es Ambas son iguales a la masa de fluido que sale de otra sección al mismo tiempo.
* *El teorema de continuidad explica la relación entre la velocidad del fluido en flujo y la sección transversal de la tubería. En el flujo de fluidos, no sólo la velocidad y la sección de la tubería están relacionadas entre sí, sino que también la velocidad y la presión están relacionadas entre sí. El teorema de Bernoulli explica la relación entre la velocidad del flujo y la presión en el flujo de fluido.
El contenido básico del teorema de Bernoulli: cuando un fluido fluye por una tubería, la presión es baja cuando la velocidad es alta y la presión es alta cuando la velocidad es baja.
* *La mayor parte de la sustentación de un avión es generada por las alas. La cola generalmente genera sustentación negativa, mientras que la sustentación generada por otras partes del avión es muy pequeña y generalmente no se considera. En la imagen de arriba, podemos ver que el aire fluye hacia el borde de ataque del ala, se divide en dos flujos de aire, fluye a lo largo de las superficies superior e inferior del ala y se reúne en el borde de salida del ala para fluir hacia atrás. La superficie superior del ala es relativamente convexa y el tubo de flujo es relativamente delgado, lo que indica que la velocidad del flujo se acelera y la presión se reduce. En la superficie inferior del ala, el flujo de aire se bloquea, el tubo de flujo se vuelve más grueso, la velocidad del flujo disminuye y la presión aumenta. Aquí nos referimos a los dos teoremas anteriores. Por lo tanto, hay una diferencia de presión entre las superficies superior e inferior del ala, y la suma de las diferencias de presión perpendiculares a la dirección relativa del flujo de aire es la sustentación del ala. De esta forma, el avión, más pesado que el aire, aprovecha la sustentación obtenida por las alas para vencer su propia gravedad provocada por la gravedad terrestre, elevándose así hacia el cielo azul.
*La sustentación del ala se genera principalmente por la succión en la superficie superior, más que por la presión positiva en la superficie inferior. Generalmente, la fuerza de succión en la superficie superior del ala representa alrededor del 60-80% de la sustentación total, y la sustentación formada por la presión positiva en la superficie inferior solo representa alrededor del 20-40% de la sustentación total.
* *Los aviones que vuelan en el aire encontrarán varias resistencias. La resistencia es la fuerza aerodinámica que se opone a la dirección del movimiento de la aeronave e impide que la aeronave avance. También necesitamos entender aquí. Según la causa de la resistencia, se puede dividir en resistencia a la fricción, resistencia a la presión, resistencia inducida y resistencia a la interferencia.
1. Resistencia a la fricción - Una de las propiedades físicas del aire es la viscosidad. A medida que el aire fluye sobre la superficie de un avión, debido a su viscosidad, el aire roza contra la superficie del avión, creando una fuerza que impide que el avión avance. Esta fuerza es la resistencia por fricción. La cantidad de resistencia por fricción depende de la viscosidad del aire, el estado de la superficie de la aeronave y el área de la superficie de la aeronave en contacto con el aire. Cuanto mayor es la viscosidad del aire, más rugosa es la superficie del avión, mayor es la superficie del avión y mayor es la resistencia a la fricción.
2. Piezorresistencia: cuando las personas caminan contra el viento, sentirán el efecto de la resistencia, que es un tipo de piezorresistencia. La resistencia causada por esta diferencia de presión entre la parte delantera y trasera se llama piezorresistencia.
El fuselaje, la cola y otras partes de un avión crean resistencia a la presión.
3. Arrastre inducido: cuando se genera sustentación, la aeronave experimenta una fuerza de arrastre. Esta resistencia causada por la sustentación se llama resistencia inducida y es un "precio" que paga la aeronave por generar sustentación. Su proceso de producción es relativamente complicado, por lo que no entraré en detalles aquí.
4. Resistencia a la interferencia: es la resistencia adicional causada por la interferencia del flujo de aire entre diferentes partes de la aeronave. Esta resistencia se genera fácilmente entre el fuselaje y las alas, el fuselaje y la cola, las alas y las góndolas del motor, y las alas y los tanques auxiliares de combustible.
*Las cuatro resistencias anteriores son para aviones de baja velocidad. En cuanto a los aviones de alta velocidad, además de estas resistencias, también existirán otras resistencias como la resistencia a las olas.
3. Factores que afectan la sustentación y la resistencia
* *La sustentación y la resistencia se generan por el movimiento relativo entre el aire (flujo de aire relativo). Los factores básicos que afectan la sustentación y la resistencia son: la posición relativa del ala en el flujo de aire (ángulo de ataque), la velocidad y densidad del aire del flujo de aire, las características de la aeronave en sí (calidad de la superficie de la aeronave, forma del ala, área del ala). , si se utilizan solapas, si la costura del borde delantero está abierta, etc.). ).
1. El efecto del ángulo de ataque sobre la sustentación y la resistencia: el ángulo entre la dirección relativa del flujo de aire y la longitud de la cuerda se llama ángulo de ataque. El ángulo de ataque que logra la máxima sustentación bajo la misma velocidad de vuelo y otras condiciones se llama ángulo de ataque crítico. Cuando el ángulo de ataque es menor que el ángulo de ataque crítico, la sustentación aumenta; cuando el ángulo de ataque es mayor que el ángulo de ataque crítico, la sustentación disminuye. A medida que aumenta el ángulo de ataque, aumenta la resistencia. A medida que aumenta el ángulo de ataque, aumenta la resistencia. Cuando se excede el ángulo de ataque crítico, la resistencia aumenta dramáticamente.
2. La influencia de la velocidad de vuelo y la densidad del aire en la sustentación y la resistencia: cuanto mayor es la velocidad de vuelo, mayor es la sustentación y la resistencia. La sustentación y la resistencia son proporcionales al cuadrado de la velocidad de vuelo, es decir, cuando la velocidad se duplica, la sustentación y la resistencia aumentan cuatro veces; cuando la velocidad aumenta tres veces, la sustentación y la resistencia aumentarán nueve veces; La densidad del aire es alta, la fuerza aerodinámica es alta y la fuerza de sustentación y resistencia es naturalmente alta. Cuando la densidad del aire se duplica, la sustentación y la resistencia también se duplican, es decir, la sustentación y la resistencia son directamente proporcionales a la densidad del aire.
3. La influencia del área del ala, la forma y la calidad de la superficie en la sustentación y la resistencia: gran área del ala, gran sustentación y gran resistencia. La sustentación y la resistencia son proporcionales al área del ala. La forma del ala tiene una gran influencia en la sustentación y la resistencia, desde el espesor relativo de la forma de la sección transversal del ala, la ubicación del espesor máximo, la forma en planta del ala, la ubicación de los flaps y los espacios del borde de ataque, hasta la formación de hielo en el ala. Además, el hecho de que la superficie de la aeronave sea lisa también afectará la resistencia a la fricción. Si la superficie del avión es más lisa, la resistencia será menor y viceversa.
Materiales de referencia:
http://www.cfso.org/train_dep/basic1.htm
Qingxin también puede responder el tiempo 2007-06-19 14 :28
Los aviones son más pesados que el aire y necesitan consumir su propia energía para obtener sustentación. La fuente de sustentación es la acción del aire sobre las alas durante el vuelo.
La superficie superior del ala es curva y la inferior plana. Por lo tanto, cuando el ala se mueve con respecto al aire, el recorrido del aire que fluye sobre la superficie superior (S1) es más largo que el recorrido del aire que fluye a través de la superficie inferior (S2) al mismo tiempo (T), por lo que el La velocidad relativa del aire en la superficie superior es mayor que La superficie inferior es rápida (V1 = S1). V2=S2/T1). Según el teorema de Panulli: "La presión ejercida por un fluido sobre el material circundante es inversamente proporcional a la velocidad relativa del fluido. Por lo tanto, la presión F1 ejercida por el aire sobre la superficie superior del mismo". el ala es menor que F2 en la superficie inferior. La fuerza combinada de F1 y F2 debe ser hacia arriba, produciendo sustentación.
A partir del principio del ala, también podemos entender el principio de funcionamiento de la hélice. La hélice es como un ala vertical, con el lado convexo hacia adelante y el lado liso hacia atrás. A medida que gira, la fuerza de presión resultante empuja la hélice hacia adelante, impulsando así el avión hacia adelante. Por supuesto, las hélices no son simplemente convexas y lisas, sino que tienen estructuras superficiales curvas complejas. Las antiguas hélices tenían una forma fija, pero los diseños posteriores adoptaron un diseño que podía cambiar el ángulo relativo para mejorar el rendimiento de la hélice.
Volar requiere potencia para mover el avión hacia adelante y, lo que es más importante, para ganar sustentación. Los primeros aviones solían utilizar motores de pistón como potencia, principalmente motores de pistón de cuatro tiempos. El principio de este motor se muestra en la figura. Principalmente aspira aire, lo mezcla con combustible, se enciende y se expande, impulsa el pistón en movimiento alternativo y luego lo convierte en una salida rotacional del eje de transmisión:
La potencia generada por un motor de un solo pistón es muy limitada, por lo que la gente conecta varios motores de pistón en paralelo para formar un motor de pistón en forma de estrella o de V. La siguiente imagen es un motor de pistones radiales típico.
La mayoría de los aviones modernos de alta velocidad utilizan motores a reacción. El principio es inhalar aire, mezclarlo con combustible, encenderlo y el aire expandido se expulsa hacia atrás y su fuerza de reacción impulsa el avión hacia adelante. En la parte inferior del motor, cada ventilador del compresor aspira aire de la entrada de aire y realiza una compresión primaria y secundaria del aire para que el aire pueda participar mejor en la combustión. La cavidad de color rojo anaranjado detrás del ventilador es la cámara de combustión, donde se enciende la mezcla de aire y aceite. Después de que la combustión se expande, se rocía hacia atrás, lo que hace girar los dos últimos ventiladores y finalmente se descarga del motor. Los dos ventiladores traseros están instalados en el mismo eje que el ventilador del compresor delantero, por lo que impulsarán el ventilador del compresor para que continúe succionando aire, completando así un ciclo de trabajo.