Pääartikkeli: aerodynamiikka
lennolle on olemassa erilaisia lähestymistapoja. Jos kappaleen tiheys on pienempi kuin ilman, se on kelluva ja pystyy leijumaan ilmassa kuluttamatta energiaa. Ilma-alusta raskaampaan, aerodyne-nimellä tunnettuun alukseen kuuluu lentäviä eläimiä ja hyönteisiä, kiinteäsiipisiä lentokoneita ja roottorialuksia. Koska alus on ilmaa painavampi, sen täytyy tuottaa nostetta voittaakseen painonsa. Ilmassa liikkuvan aluksen aiheuttamaa ilmanvastusta kutsutaan vastukseksi, ja se ylitetään työntövoimalla lukuun ottamatta liitoa.
jotkut ajoneuvot käyttävät työntövoimaa myös lentämiseen, esimerkiksi raketit ja Harrier-Hyppysuihkukoneet.
lopulta momentum hallitsee ballististen lentävien kappaleiden lentoa.
ForcesEdit
päävoimat, jotka vaikuttavat ilmaa raskaampaan ilma-alukseen
päävoimat: Aerodynamiikka
lennon kannalta olennaisia voimia ovat
- työntövoima (paitsi purjelentokoneissa)
- nostovoima, joka syntyy ilmavirran reaktiosta
- ilmanvastus, joka syntyy aerodynaamisesta kitkasta
- Paino, painovoima
- kelluvuus, ilmalentoa kevyemmille
nämä voimat on tasapainotettava, jotta vakaa lento tapahtuisi.
ThrustEdit
kiinteäsiipinen Lentokone synnyttää työntövoimaa eteenpäin, kun ilmaa työnnetään lentoa vastakkaiseen suuntaan. Tämä voidaan tehdä useilla tavoilla, kuten potkurin pyörivillä lapoilla tai pyörivällä puhaltimella, joka työntää ilmaa suihkumoottorin takaosasta, tai heittämällä kuumia kaasuja rakettimoottorista. Työntövoima eteenpäin on verrannollinen airstreamin massaan kerrottuna airstreamin nopeuden erolla. Peruutustyöntö voidaan tuottaa jarrutuksen helpottamiseksi laskun jälkeen kääntämällä muuttuvasiipisten potkurin lapojen sävelkorkeutta tai käyttämällä suihkumoottorin työntövoiman peruutuskonetta. Pyöriväsiipiset ilma-alukset ja työntövektori V/STOL-ilma-alukset käyttävät Moottorin työntövoimaa lentokoneen painon tukemiseen ja tämän työntövoiman vektorisummaa edessä ja takana nopeuden säätämiseen eteenpäin.
LiftEdit
ilman yhteydessä virtaus suhteessa lentävään kappaleeseen nostovoima on aerodynaamisen voiman osa, joka on kohtisuorassa virtaussuuntaan nähden. Aerodynaaminen noste syntyy, kun siipi saa ympäröivän ilman taipumaan – ilma aiheuttaa sitten voiman siipeen vastakkaiseen suuntaan Newtonin kolmannen liikelain mukaisesti.
nostovoima liittyy yleisesti lentokoneen siipeen, joskin nostovoimaa tuottavat myös roottorit roottoreissa (jotka ovat tehokkaasti pyöriviä siipiä suorittaen saman toiminnon ilman, että ilma-alus liikkuu ilmassa eteenpäin). Vaikka sanan ”hissi” yleiset merkitykset viittaavat siihen, että hissi vastustaa painovoimaa, aerodynaaminen hissi voi olla mihin suuntaan tahansa. Kun lentokone esimerkiksi risteilee, hissi vastustaa painovoimaa, mutta nosto tapahtuu kulmassa noustessa, laskiessa tai kallistuessa. Nopeissa autoissa nostovoima ohjataan alaspäin (ns.
DragEdit
kiinteän kappaleen liikkuessa fluidin läpi ilmanvastus on aerodynaamisen tai hydrodynaamisen nettovoiman komponentti, joka toimii liikkeen suunnan kanssa vastakkaisesti. Siksi veto vastustaa kappaleen liikettä, ja moottorikäyttöisessä ajoneuvossa se on voitettava työntövoimalla. Nostetta synnyttävä prosessi aiheuttaa myös jonkin verran vastusta.
Lift-to-drag ratioEdit
aerodynaaminen noste syntyy ilman läpi kulkevan aerodynaamisen kappaleen (Siiven) liikkeestä, joka muotonsa ja kulmansa vuoksi kääntää ilman pois. Jatkuvassa suorassa ja tasaisessa lennossa noston on oltava yhtä suuri ja vastakkainen painon kanssa. Yleensä pitkät kapeat siivet pystyvät kääntämään suuren määrän ilmaa hitaalla nopeudella, kun taas pienemmät Siivet tarvitsevat suuremman nopeuden eteen, jotta ne voivat kääntää vastaavan määrän ilmaa ja siten tuottaa vastaavan määrän nostetta. Suuret rahtilentokoneet käyttävät yleensä pidempiä siipiä, joissa on suuremmat hyökkäyskulmat, kun taas yliäänilentokoneilla on yleensä lyhyet siivet ja ne tukeutuvat voimakkaasti suureen etenemisnopeuteen nostovoiman tuottamiseksi.
tämä nosto (taipuma) aiheuttaa kuitenkin väistämättä hidastavan voiman, jota kutsutaan vastukseksi. Koska sekä nostovoima että vastusvoima ovat aerodynaamisia voimia, on nostovoiman ja vastuksen suhde osoitus lentokoneen aerodynaamisesta tehokkuudesta. Hissin ja vedon suhde on L / D-suhde, joka lausutaan ”L yli D-suhde.”Lentokoneella on suuri L/D-suhde, jos se tuottaa suuren määrän nostetta tai pienen määrän vastusta. Nostovoiman ja ilmanvastuksen suhde määritetään jakamalla nostovoiman kerroin ilmanvastuskertoimella CL / CD.
nostokerroin Cl on yhtä suuri kuin nostokerroin l jaettuna (tiheys r kertaa puolet nopeudesta V potenssiin kertaa siiven pinta-ala a). Nostokertoimeen vaikuttaa myös ilman puristuvuus, joka on paljon suurempi suuremmilla nopeuksilla, joten nopeus V ei ole lineaarinen funktio. Kokoonpuristuvuuteen vaikuttaa myös lentokoneen pintojen muoto.
ilmanvastuskerroin Cd on yhtä suuri kuin ilmanvastus D jaettuna (tiheys R kertaa puolet nopeudesta V potenssiin kerrottuna vertailualueella a).
käytännön ilma-alusten nostovoiman ja vastuksen suhde vaihtelee noin 4:1:stä ajoneuvoihin ja lintuihin, joilla on suhteellisen lyhyet siivet, jopa 60: 1: een tai enemmän ajoneuvoihin, joilla on hyvin pitkät siivet, kuten purjelentokoneisiin. Suurempi kohtauskulma suhteessa eteenpäin suuntautuvaan liikkeeseen lisää myös taipuman laajuutta ja luo siten ylimääräistä nostetta. Suurempi kohtauskulma tuottaa kuitenkin myös ylimääräistä vastusta.
Lift / drag-suhde määrittää myös liidesuhteen ja liitoalueen. Koska liukusuhde perustuu vain lentokoneeseen vaikuttavien aerodynamiikkavoimien suhteeseen, lentokoneen paino ei vaikuta siihen. Ainoa vaikutus paino on vaihdella aikaa, että lentokone liukuu varten-raskaampi Lentokone liukuu suuremmalla ilmanopeudella saapuu samaan kosketuspisteeseen lyhyemmässä ajassa.
kelluvuus
ilmassa olevaa esinettä vasten vaikuttava Ilmanpaine on suurempi kuin alas työntämisen yläpuolella oleva paine. Kelluvuus on molemmissa tapauksissa yhtä suuri kuin syrjäytetyn nesteen paino-Arkhimedeen periaate pätee ilmaan aivan kuten veteen.
kuutiometrin verran ilmaa tavallisessa ilmanpaineessa ja huoneenlämmössä on massaa noin 1,2 kilogrammaa, joten sen paino on noin 12 newtonia. Näin ollen mikä tahansa 1 kuutiometrin kappale ilmassa leijuu 12 Newtonin voimalla. Jos 1-kuutiometrisen kappaleen massa on suurempi kuin 1.2 kilogrammaa (niin, että sen paino on suurempi kuin 12 newtonia), se putoaa maahan, kun se vapautetaan. Jos tämän kokoisen kappaleen massa on alle 1,2 kiloa, se nousee ilmaan. Mikä tahansa kappale, jonka massa on pienempi kuin yhtä suuren ilman massa, nousee ilmassa – toisin sanoen mikä tahansa ilmaa tiheämpi kappale nousee.
työnnöt painoon ratioEdit
työntövoima-painosuhde on nimensä mukaisesti hetkellisen työntövoiman suhde painoon (missä paino tarkoittaa painoa maan standardikiihtyvyydellä g 0 {\displaystyle g_{0}}
). Se on raketeille ja muille suihkumoottoreille ja niillä liikkuville ajoneuvoille (tyypillisesti avaruuteen laukaisussa käytettävät kantoraketit ja suihkukoneet) ominainen dimensioton parametri.
Jos työntövoiman ja painon suhde on suurempi kuin paikallinen painovoimalujuus (ilmaistuna gs: nä), lento voi tapahtua ilman eteen suuntautuvaa liikettä tai aerodynaamista nostoa.
Jos työntövoiman ja painon suhde kerrottuna nostovoiman ja vastuksen suhteella on suurempi kuin paikallinen painovoima, lentoonlähtö aerodynaamisella nostolla on mahdollista.
Flight dynamicsEdit
pääartikkeli: Lennon dynamiikka
lennon dynamiikka on tiede, joka tutkii ilma-ja avaruusajoneuvojen suuntaa ja ohjausta kolmiulotteisesti. Kolme kriittistä lennon dynamiikan parametrit ovat pyörimiskulmat kolmessa ulottuvuudessa noin ajoneuvon massakeskipisteen, tunnetaan piki, rulla ja yaw (Katso Tait-Bryan kierrosta selitystä).
näiden mittojen säätöön voi kuulua vaakasuora vakain (eli ”pyrstö”), siivekkeet ja muut liikuteltavat aerodynaamiset laitteet, jotka säätelevät kulmavakautta eli lentoasentoa (joka puolestaan vaikuttaa korkeuteen, ohjaussuuntaan). Siivet ovat usein kulmautuneet hieman ylöspäin-niissä on” positiivinen dihedraalinen kulma”, joka antaa luontaisen rullan stabiloinnin.
energiatehokkuusedit
työntövoiman luominen siten, että voidaan saada korkeutta, ja ilman läpi työntäminen nostovoimaan liittyvän vastuksen voittamiseksi kaikki vie energiaa. Eri esineet ja olennot, jotka pystyvät lentämään, vaihtelevat niiden lihasten, moottorien tehokkuudessa ja siinä, miten hyvin tämä kääntyy työntövoimaksi eteenpäin.
Propulsiotehokkuus määrittää, kuinka paljon ajoneuvot tuottavat energiaa polttoaineyksiköstä.
RangeEdit
toimintasäde, jonka moottoreilla varustetut lentoesineet voivat saavuttaa, on viime kädessä rajoitettu niiden ilmanvastuksen perusteella, sekä sen mukaan, kuinka paljon energiaa ne voivat varastoida alukseen ja kuinka tehokkaasti ne voivat muuttaa tämän energian käyttövoimaksi.
moottorikäyttöisten ilma – alusten hyötyenergia määräytyy niiden polttoaineosuuden mukaan-mikä prosenttiosuus lentoonlähtöpainosta on polttoainetta sekä käytetyn polttoaineen ominaisenergia.
teho-paino ratioEdit
kaikki eläimet ja laitteet, joilla voidaan jatkaa lentoa, tarvitsevat suhteellisen suuren teho-painosuhteen, jotta ne pystyvät tuottamaan riittävän nostovoiman ja / tai työntövoiman lentoonlähtöön.