Er zijn verschillende benaderingen van de vlucht. Als een object een lagere dichtheid heeft dan lucht, dan is het drijvend en kan het in de lucht zweven zonder energie uit te geven. Een zwaarder dan vliegtuig, bekend als een aerodyne, omvat vliegende dieren en insecten, vaste vleugels vliegtuigen en rotorcraft. Omdat het vaartuig zwaarder is dan lucht, moet het lift genereren om zijn gewicht te overwinnen. De windweerstand die wordt veroorzaakt door het vaartuig dat door de lucht beweegt, wordt weerstand genoemd en wordt overwonnen door stuwkracht, behalve in het geval van glijden.
sommige voertuigen gebruiken ook stuwkracht voor de vlucht, bijvoorbeeld raketten en Harrier Jump Jets.
ten slotte domineert momentum de vlucht van ballistische vliegende objecten.
ForcesEdit
voor de vlucht relevante krachten zijn
- stuwkracht (behalve in zweefvliegtuigen)
- Lift, veroorzaakt door de reactie op een luchtstroom
- weerstand, veroorzaakt door aërodynamische wrijving
- gewicht, veroorzaakt door zwaartekracht
- drijfvermogen, voor lichtere dan luchtvlucht
deze krachten moeten worden uitgebalanceerd om een stabiele vlucht te laten plaatsvinden.
ThrustEdit
een vliegtuig met vaste vleugels genereert voorwaartse stuwkracht wanneer de lucht in de tegenovergestelde richting van de vlucht wordt geduwd. Dit kan op verschillende manieren, waaronder door de draaiende bladen van een propeller, of een roterende ventilator duwen lucht uit de achterkant van een straalmotor, of door het uitwerpen van hete gassen uit een raketmotor. De voorwaartse stuwkracht is evenredig met de massa van de luchtstroom vermenigvuldigd met het verschil in snelheid van de luchtstroom. Reverse thrust kan worden gegenereerd om te helpen remmen na de landing door het omkeren van de toonhoogte van variabele-toonschroefbladen, of met behulp van een thrust reverser op een straalmotor. Roterende vleugelvliegtuigen en stuwkracht vectoring V / STOL vliegtuigen gebruiken motorstuwkracht om het gewicht van het vliegtuig te ondersteunen, en vector som van deze stuwkracht voor en achter om de voorwaartse snelheid te controleren.
LiftEdit
In het kader van een luchtstroom in vergelijking met een vliegende lichaam, de liftkracht is het onderdeel van het aërodynamische kracht die loodrecht op de stroomrichting. Aërodynamische lift resulteert wanneer de vleugel ervoor zorgt dat de omringende lucht wordt afgebogen – de lucht veroorzaakt dan een kracht op de vleugel in de tegenovergestelde richting, in overeenstemming met Newton ‘ s derde wet van beweging.
Lift wordt gewoonlijk geassocieerd met de vleugel van een luchtvaartuig, hoewel lift ook wordt gegenereerd door rotoren op de rotorcraft (die effectief draaiende vleugels zijn, die dezelfde functie vervullen zonder dat het luchtvaartuig voorwaarts door de lucht hoeft te bewegen). Hoewel de algemene betekenis van het woord “lift” suggereert dat lift tegen zwaartekracht is, kan aerodynamische lift in elke richting zijn. Wanneer een vliegtuig bijvoorbeeld cruist, is lift wel tegen de zwaartekracht, maar lift vindt plaats onder een hoek bij het klimmen, dalen of bankieren. Bij high-speed auto ‘ s wordt de hefkracht naar beneden gericht (“down-force” genoemd) om de auto stabiel op de weg te houden.
DragEdit
voor een vast object dat door een vloeistof beweegt, is de drag de component van de net aerodynamische of hydrodynamische kracht die tegengesteld werkt aan de richting van de beweging. Daarom is slepen tegen de beweging van het object, en in een aangedreven voertuig moet worden overwonnen door stuwkracht. Het proces dat lift creëert veroorzaakt ook enige weerstand.
Lift-to-drag ratioEdit
aerodynamische lift wordt gecreëerd door de beweging van een aërodynamisch object (vleugel) door de lucht, die door zijn vorm en hoek de lucht afbuigt. Voor een aanhoudende rechte en vlakke vlucht, moet de lift gelijk en tegengesteld aan het gewicht zijn. In het algemeen zijn lange smalle vleugels in staat om een grote hoeveelheid lucht af te buigen bij een lage snelheid, terwijl kleinere vleugels een hogere voorwaartse snelheid nodig hebben om een gelijkwaardige hoeveelheid lucht af te buigen en zo een gelijkwaardige hoeveelheid lift te genereren. Grote vrachtvliegtuigen hebben de neiging om langere vleugels met hogere hoeken van de aanval te gebruiken, terwijl supersonische vliegtuigen de neiging om korte vleugels hebben en sterk afhankelijk zijn van hoge voorwaartse snelheid om lift te genereren.
echter, dit lift (doorbuiging) proces veroorzaakt onvermijdelijk een vertragende kracht genaamd drag. Omdat lift en weerstand beide aerodynamische krachten zijn, is de verhouding tussen lift en weerstand een indicatie van de aerodynamische efficiëntie van het vliegtuig. De lift-sleepverhouding is de L / D-verhouding, uitgesproken als ” L / D-verhouding.”Een vliegtuig heeft een hoge L / D-verhouding als het een grote hoeveelheid lift of een kleine hoeveelheid slepen produceert. De liftweerstandverhouding wordt bepaald door de liftcoëfficiënt te delen door de luchtweerstandscoëfficiënt (CL/CD).
De liftcoëfficiënt Cl is gelijk aan lift L gedeeld door de (dichtheid r maal de helft van de snelheid v kwadraat maal het vleugeloppervlak A). De liftcoëfficiënt wordt ook beïnvloed door de samendrukbaarheid van de lucht, die veel groter is bij hogere snelheden, dus snelheid V is geen lineaire functie. Samendrukbaarheid wordt ook beïnvloed door de vorm van de vliegtuigoppervlakken.
de luchtweerstandscoëfficiënt Cd is gelijk aan de luchtweerstand d gedeeld door de (dichtheid r maal de helft van de snelheid v kwadraat maal het referentiegebied a).
hef-naar-sleepverhoudingen voor praktische vliegtuigen variëren van ongeveer 4: 1 Voor voertuigen en vogels met relatief korte vleugels, tot 60:1 of meer voor voertuigen met zeer lange vleugels, zoals zweefvliegtuigen. Een grotere aanvalshoek ten opzichte van de voorwaartse beweging verhoogt ook de mate van doorbuiging, en genereert dus extra lift. Een grotere aanvalshoek genereert echter ook extra weerstand.
Lift / drag ratio bepaalt ook de glijverhouding en het glijbereik. Aangezien de glijverhouding alleen gebaseerd is op de relatie van de aërodynamische krachten die op het vliegtuig inwerken, zal het gewicht van het vliegtuig dit niet beïnvloeden. Het enige effect van het gewicht is het variëren van de tijd dat het vliegtuig zal glijden voor – een zwaarder vliegtuig glijden op een hogere luchtsnelheid zal aankomen op hetzelfde touchdown punt in een kortere tijd.
BuoyancyEdit
luchtdruk die tegen een object in de lucht inwerkt, is groter dan de druk boven het naar beneden duwen. Het drijfvermogen is in beide gevallen gelijk aan het gewicht van de verplaatste vloeistof – Archimedes’ principe geldt voor lucht net als voor water.
een kubieke meter lucht bij normale atmosferische druk en kamertemperatuur heeft een massa van ongeveer 1,2 kilogram, dus het gewicht is ongeveer 12 Newton. Daarom wordt elk 1-kubieke-meter object in de lucht opgejaagd met een kracht van 12 Newton. Als de massa van het object van 1 kubieke meter groter is dan 1.2 kilogram (zodat het gewicht groter is dan 12 Newton), valt het op de grond wanneer het wordt losgelaten. Als een object van deze Grootte een massa van minder dan 1,2 kilogram heeft, stijgt het in de lucht. Elk object met een massa die kleiner is dan de massa van een gelijk volume lucht zal stijgen in lucht – met andere woorden, elk object minder dicht dan lucht zal stijgen.
stuwkracht naar gewicht ratioEdit
stuwkracht-gewichtsverhouding is, zoals de naam al doet vermoeden, de verhouding tussen momentane stuwkracht en gewicht (waarbij gewicht gewicht betekent bij de standaardversnelling van de aarde g 0 {\displaystyle g_{0}}
). Het is een dimensieloze parameter die kenmerkend is voor raketten en andere straalmotoren en voor voertuigen die door dergelijke motoren worden aangedreven (meestal ruimtelanceervoertuigen en straalvliegtuigen).
als de stuwkracht / gewichtsverhouding groter is dan de lokale zwaartekrachtsterkte (uitgedrukt in gs), kan een vlucht plaatsvinden zonder enige voorwaartse beweging of aerodynamische lift.
als de stuwkracht-gewichtsverhouding maal de lift-luchtweerstandverhouding groter is dan de lokale zwaartekracht, is opstijgen met aerodynamische lift mogelijk.
Vluchtdynamicsedit
Vluchtdynamica is de wetenschap van de oriëntatie en besturing van lucht-en ruimtevoertuigen in drie dimensies. De drie kritische vluchtdynamicaparameters zijn de draaihoeken in drie dimensies rond het massacentrum van het voertuig, bekend als pitch, roll en yaw (zie Tait-Bryan rotaties voor een verklaring).
De regeling van deze afmetingen kan betrekking hebben op een horizontale stabilisator (d.w.z. “een staart”), rolroeren en andere beweegbare aërodynamische inrichtingen die de hoekstabiliteit regelen, d.w.z. de vlieghouding (die op zijn beurt de hoogte en de koers beïnvloedt). Vleugels zijn vaak iets naar boven gebogen – ze hebben “positieve dihedrale hoek” die inherente roll stabilisatie geeft.
energie-efficiëntiedit
om stuwkracht te creëren om hoogte te winnen, en om door de lucht te duwen om de weerstand die gepaard gaat met lift te overwinnen, kost alles energie. Verschillende objecten en wezens die kunnen vliegen variëren in de efficiëntie van hun spieren, motoren en hoe goed dit zich vertaalt in voorwaartse stuwkracht.
Voortstuwingsefficiëntie bepaalt hoeveel energie voertuigen uit een eenheid brandstof genereren.
Rangedit
het bereik dat gemotoriseerde vluchtartikelen kunnen bereiken wordt uiteindelijk beperkt door hun weerstand, evenals de hoeveelheid energie die ze aan boord kunnen opslaan en hoe efficiënt ze die energie kunnen omzetten in voortstuwing.
voor gemotoriseerde luchtvaartuigen wordt de nuttige energie bepaald door hun brandstoffractie-welk percentage van het startgewicht brandstof is, evenals de specifieke energie van de gebruikte brandstof.
vermogen-gewichtsverhouding
alle dieren en apparaten die in staat zijn om langdurig te vliegen, hebben een relatief hoge vermogen/gewichtsverhouding nodig om voldoende lift en / of stuwkracht te genereren om opstijgen te bereiken.