Ci sono diversi approcci al volo. Se un oggetto ha una densità inferiore all’aria, allora è capace di galleggiare ed è in grado di galleggiare nell’aria senza spendere energia. Un mestiere più pesante dell’aria, noto come aerodyne, include animali e insetti volanti, aerei ad ala fissa e velivoli ad ala rotante. Poiché l’imbarcazione è più pesante dell’aria, deve generare ascensore per superare il suo peso. La resistenza al vento causata dall’imbarcazione che si muove attraverso l’aria è chiamata resistenza e viene superata dalla spinta propulsiva tranne nel caso del volo a vela.
Alcuni veicoli usano anche la spinta per il volo, ad esempio razzi e getti di salto Harrier.
Infine, la quantità di moto domina il volo degli oggetti volanti balistici.
ForcesEdit
le Forze rilevanti per il volo
- la spinta Propulsiva (tranne che in alianti)
- Ascensore, creato dalla reazione di un flusso d’aria
- Trascinare, creata da attrito aerodinamico
- Peso, creato dalla forza di gravità
- Assetto, per più leggero dell’aria volo
Queste forze devono essere bilanciati per il volo stabile a verificarsi.
ThrustEdit
Un velivolo ad ala fissa genera una spinta in avanti quando l’aria viene spinta nella direzione opposta al volo. Questo può essere fatto in diversi modi, tra cui le pale di filatura di un’elica, o un ventilatore rotante che spinge l’aria fuori dal retro di un motore a reazione, o espellendo gas caldi da un motore a razzo. La spinta in avanti è proporzionale alla massa del flusso d’aria moltiplicata per la differenza di velocità del flusso d’aria. La spinta inversa può essere generata per aiutare la frenata dopo l’atterraggio invertendo il passo delle pale dell’elica a passo variabile o utilizzando un invertitore di spinta su un motore a reazione. Gli aerei ad ala rotante e la spinta vectoring V / STOL utilizzano la spinta del motore per supportare il peso dell’aeromobile e la somma vettoriale di questa spinta avanti e indietro per controllare la velocità in avanti.
LiftEdit
Nel contesto di un flusso d’aria relativo a un corpo che vola, la forza di portanza è la componente della forza aerodinamica che è perpendicolare alla direzione del flusso. Il sollevamento aerodinamico risulta quando l’ala provoca la deflessione dell’aria circostante – l’aria provoca quindi una forza sull’ala nella direzione opposta, in conformità con la terza legge del moto di Newton.
Il sollevamento è comunemente associato all’ala di un aeromobile, sebbene il sollevamento sia generato anche dai rotori su rotorcraft (che ruotano efficacemente le ali, svolgendo la stessa funzione senza richiedere che l’aeromobile si muova in avanti attraverso l’aria). Mentre i significati comuni della parola “ascensore” suggeriscono che l’ascensore si oppone alla gravità, l’ascensore aerodinamico può essere in qualsiasi direzione. Quando un aereo è in crociera, ad esempio, l’ascensore si oppone alla gravità, ma l’ascensore si verifica in un angolo durante la salita, la discesa o il banking. Sulle auto ad alta velocità, la forza di sollevamento è diretta verso il basso (chiamata “forza verso il basso”) per mantenere l’auto stabile sulla strada.
DragEdit
Per un oggetto solido che si muove attraverso un fluido, la resistenza è la componente della forza aerodinamica o idrodinamica netta che agisce in senso opposto alla direzione del movimento. Pertanto, il trascinamento si oppone al movimento dell’oggetto e in un veicolo alimentato deve essere superato dalla spinta. Il processo che crea lift causa anche un certo trascinamento.
Lift-resistenza ratioEdit
Aerodinamico creato dal movimento di un’aerodinamica oggetto (ala) attraverso l’aria, che per la sua forma e l’angolo devia l’aria. Per il volo rettilineo e livellato sostenuto, il sollevamento deve essere uguale e opposto al peso. In generale, le ali lunghe e strette sono in grado di deviare una grande quantità di aria a bassa velocità, mentre le ali più piccole hanno bisogno di una maggiore velocità in avanti per deviare una quantità equivalente di aria e quindi generare una quantità equivalente di portanza. Gli aerei cargo di grandi dimensioni tendono ad usare ali più lunghe con angoli di attacco più alti, mentre gli aerei supersonici tendono ad avere ali corte e si basano molto sull’alta velocità in avanti per generare ascensore.
Tuttavia, questo processo di sollevamento (deflessione) causa inevitabilmente una forza di ritardo chiamata trascinamento. Poiché lift e drag sono entrambe forze aerodinamiche, il rapporto tra lift e drag è un’indicazione dell’efficienza aerodinamica dell’aereo. Il rapporto ascensore-trascinamento è il rapporto L/D, pronunciato ” rapporto L su D.”Un aeroplano ha un alto rapporto di L / D se produce una grande quantità di ascensore o una piccola quantità di resistenza. Il rapporto di sollevamento / resistenza è determinato dividendo il coefficiente di sollevamento per il coefficiente di resistenza, CL / CD.
Il coefficiente di portanza Cl è uguale al portanza L diviso per la (densità r per metà della velocità V al quadrato per l’area alare A). Il coefficiente di sollevamento è anche influenzato dalla compressibilità dell’aria, che è molto maggiore a velocità più elevate, quindi la velocità V non è una funzione lineare. La compressibilità è anche influenzata dalla forma delle superfici dell’aeromobile.
Il coefficiente di resistenza Cd è uguale alla resistenza D diviso per la (densità r per metà della velocità V al quadrato per l’area di riferimento A).
I rapporti Lift-to-drag per velivoli pratici variano da circa 4:1 per veicoli e uccelli con ali relativamente corte, fino a 60:1 o più per veicoli con ali molto lunghe, come gli alianti. Un maggiore angolo di attacco rispetto al movimento in avanti aumenta anche l’estensione della deflessione, e quindi genera ascensore supplementare. Tuttavia, un angolo di attacco maggiore genera anche una resistenza extra.
Lift / drag ratio determina anche il rapporto di planata e la gamma di planata. Poiché il rapporto di planata si basa solo sulla relazione delle forze aerodinamiche che agiscono sull’aeromobile, il peso dell’aeromobile non lo influenzerà. L’unico effetto che il peso ha è quello di variare il tempo in cui l’aereo scivolerà – un aereo più pesante che scivola ad una velocità più elevata arriverà allo stesso punto di touchdown in un tempo più breve.
Galleggiantemodifica
La pressione dell’aria che agisce contro un oggetto in aria è maggiore della pressione sopra spinta verso il basso. La galleggiabilità, in entrambi i casi, è uguale al peso del fluido spostato-il principio di Archimede vale per l’aria così come per l’acqua.
Un metro cubo di aria a pressione atmosferica ordinaria e temperatura ambiente ha una massa di circa 1,2 chilogrammi, quindi il suo peso è di circa 12 newton. Pertanto, qualsiasi oggetto di 1 metro cubo in aria viene sostenuto con una forza di 12 newton. Se la massa dell’oggetto da 1 metro cubo è maggiore di 1.2 chilogrammi (in modo che il suo peso sia maggiore di 12 newton), cade a terra quando viene rilasciato. Se un oggetto di queste dimensioni ha una massa inferiore a 1,2 chilogrammi, si alza nell’aria. Qualsiasi oggetto che abbia una massa inferiore alla massa di un volume uguale di aria aumenterà in aria – in altre parole, qualsiasi oggetto meno denso dell’aria aumenterà.
Rapporto spinta / pesomodifica
Il rapporto spinta-peso è, come suggerisce il nome, il rapporto tra spinta istantanea e peso (dove peso significa peso all’accelerazione standard della Terra g 0 {\displaystyle g_{0}}
). È un parametro adimensionale caratteristico dei razzi e di altri motori a reazione e dei veicoli azionati da tali motori (tipicamente veicoli di lancio nello spazio e aerei a reazione).
Se il rapporto spinta / peso è maggiore della forza di gravità locale (espressa in gs), il volo può avvenire senza che sia necessario alcun movimento in avanti o alcun sollevamento aerodinamico.
Se il rapporto spinta-peso per il rapporto sollevamento-resistenza è maggiore della gravità locale, è possibile il decollo con sollevamento aerodinamico.
Dinamiche di volomodiFica
La dinamica di volo è la scienza dell’orientamento e del controllo del veicolo aereo e spaziale in tre dimensioni. I tre parametri critici della dinamica di volo sono gli angoli di rotazione in tre dimensioni attorno al centro di massa del veicolo, noti come beccheggio, rollio e imbardata (Vedi rotazioni Tait-Bryan per una spiegazione).
Il controllo di queste dimensioni può coinvolgere uno stabilizzatore orizzontale (cioè “una coda”), alettoni e altri dispositivi aerodinamici mobili che controllano la stabilità angolare cioè l’atteggiamento di volo (che a sua volta influenza l’altitudine, la direzione). Le ali sono spesso angolate leggermente verso l’alto – hanno un “angolo diedro positivo” che conferisce una stabilizzazione intrinseca del rotolo.
Efficienza energeticamodifica
Per creare spinta in modo da essere in grado di guadagnare altezza, e per spingere attraverso l’aria per superare la resistenza associata con ascensore tutto prende energia. Diversi oggetti e creature in grado di volare variano nell’efficienza dei loro muscoli, motori e quanto bene questo si traduce in spinta in avanti.
Efficienza propulsiva determina quanta energia i veicoli generano da un’unità di carburante.
RangeEdit
La gamma che gli articoli di volo alimentati possono raggiungere è in ultima analisi limitata dalla loro resistenza, così come quanta energia possono immagazzinare a bordo e quanto efficientemente possono trasformare quell’energia in propulsione.
Per gli aeromobili a motore l’energia utile è determinata dalla loro frazione di carburante – quale percentuale del peso al decollo è carburante, così come l’energia specifica del carburante utilizzato.
Rapporto potenza / pesomodifica
Tutti gli animali e i dispositivi in grado di volare in modo sostenuto necessitano di rapporti potenza / peso relativamente elevati per essere in grado di generare abbastanza portanza e / o spinta per raggiungere il decollo.