Innehåll
Ett konstgjord flygplan flyger enligt samma fysiska principer som en fågel: det måste övervinna gravitationskrafter för att uppnå lyft och flygning. En flygplan vingar arbetar för att generera hissen, och de åstadkommer detta genom att kröka luftflödet runt dem. Utan vingar är ett flygplan bara en bil.
Flygplanstyrkor
Flygplan - och fåglar - kan flyga eftersom de balanserar fyra krafter: lyft, vikt, drag och tryck. Ett flygplan startar upp i luften när hissen - kraften som skjuter uppåt på dess vingar - undre ytan överstiger planets vikt på grund av tyngdkraften. Lyft skapas av luftflödet runt planet, särskilt runt vingarna. Drag är luftmotståndets kraft mot planets rörelse. Denna kraft ökar med ökad flygplanshastighet men minskar om flygplanet har en jämn eller aerodynamisk form. Flygplanets motor och framdrivningssystem, antingen jet eller propeller, genererar en drivkraft för att övervinna draken.
Newton och Bernoulli
Två europeiska forskare förklarade principerna för flygflukt. Den engelska fysikern Isaac Newton (1642–1727) räknade upp tre rörelseregler som är tillämpliga på alla rörliga föremål. Den första är att objekt förblir i vila eller i enhetlig rörelse såvida de inte tvingas ändras av en yttre kraft. Den andra säger att en kraft riktad mot ett föremål får den att accelerera i riktning mot den kraften. Den tredje säger att för varje kraft finns det en lika och motsatt kraft. Den schweiziska matematikern Daniel Bernoulli (1700–1782) var en pionjär när det gäller att utveckla en matematisk förklaring till vätskedynamik, mekaniken för hur vätskor och gaser flyter. Hans viktigaste upptäckt, känd som Bernoulli-principen, säger att när luftflödets hastighet ökar, minskar trycket.
Angreppsvinkel
Flygvingar är utformade för att luta något från horisontalen, även känd som flygvägen. Denna lutningsvinkel kallas attackvinkeln och är den viktigaste variabeln för att generera hiss. Ett flygplan börjar röra sig när piloten applicerar drivkraften från motorn för att få flygplanet att röra sig framåt på marken. Piloten roterar flygplanet uppåt genom att lyfta näsan för att öka attackvinkeln och uppnå start. Men för stor attackvinkel kommer att stoppa flygplanet.
Flödekurvatur
Hiss genereras genom att luft kröker sig runt ett flygplanets vingar. När luftflödet träffar vingens framkant delas det i två, några strömmar längs den övre ytan och andra strömmar längs ytan under. Formen på en vinge är något asymmetrisk, med en större ytarea på översidan. Luftflödet fastnar på den övre ytan när det rör sig mellan vingens främre och bakre kanter, böjer sig och sänker trycket enligt Bernoulli-principen. När flygplanet samlar fart ökar hissen enligt Newtons andra rörelselag. Detta ökar i sin tur luftkrökningen på den övre ytan, vilket tvingar mer luft ner från vingarnas bakkant. När planet rör sig genom luften avleder även vingarna på undersidan som vetter mot luftflödet i attackvinkeln en del luftflöde nedåt. Detta nedåtgående luftflöde genererar en lika och motsatt reaktion i ett uppåtflöde av högtrycksluft (Newtons tredje lag), vilket ökar lyft och håller planet luftburen.