dirijabile mai ușoare decât aerul sunt capabile să zboare fără nici o intrare majoră de energie
există abordări diferite pentru zbor. Dacă un obiect are o densitate mai mică decât aerul, atunci este plutitor și este capabil să plutească în aer fără a cheltui energie. O ambarcațiune mai grea decât cea aeriană, cunoscută sub numele de aerodyne, include animale și insecte zburate, aeronave cu aripi fixe și rotorcraft. Deoarece ambarcațiunea este mai grea decât aerul, trebuie să genereze ridicare pentru a-și depăși greutatea. Rezistența la vânt cauzată de ambarcațiunea care se deplasează prin aer se numește tragere și este depășită prin împingere propulsivă, cu excepția cazului de alunecare.
unele vehicule folosesc și forța de tracțiune pentru zbor, de exemplu rachete și avioane de salt Harrier.
în cele din urmă, impulsul domină zborul obiectelor zburătoare balistice.
ForcesEdit
Articol principal: Aerodinamica
forțele relevante pentru zbor sunt
- împingere propulsivă (cu excepția planoarelor)
- Lift, creat de reacția la un flux de aer
- Drag, creat de frecare aerodinamică
- greutate, creat de gravitație
- flotabilitate, pentru zbor mai ușor decât aerul
aceste forțe trebuie să fie echilibrate pentru un zbor stabil să aibă loc.
ThrustEdit
o aeronavă cu aripă fixă generează tracțiune înainte atunci când aerul este împins în direcția opusă zborului. Acest lucru se poate face în mai multe moduri, inclusiv prin lamele rotative ale unei elice sau un ventilator rotativ care împinge aerul din spatele unui motor cu reacție sau prin ejectarea gazelor fierbinți dintr-un motor rachetă. Împingerea înainte este proporțională cu masa fluxului de aer înmulțită cu diferența de viteză a fluxului de aer. Împingerea inversă poate fi generată pentru a ajuta la frânare după aterizare prin inversarea pasului paletelor elicei cu pas variabil sau folosind un inversor de împingere pe un motor cu reacție. Aeronavele cu aripă rotativă și vectorizarea tracțiunii aeronavele V / STOL folosesc tracțiunea motorului pentru a susține greutatea aeronavei și suma vectorială a acestei tracțiuni înainte și înapoi pentru a controla viteza înainte.
LiftEdit
În contextul unei forțe de aer flux relativ la un corp zburător, forța de ridicare este componenta forței aerodinamice care este perpendiculară pe direcția de curgere. Ridicarea aerodinamică rezultă atunci când aripa determină devierea aerului înconjurător – aerul provoacă apoi o forță pe aripă în direcția opusă, în conformitate cu A treia lege a mișcării lui Newton.
ridicarea este frecvent asociată cu aripa unei aeronave, deși ridicarea este generată și de rotoare pe rotorcraft (care se rotesc efectiv aripi, îndeplinind aceeași funcție fără a necesita ca aeronava să avanseze prin aer). În timp ce semnificațiile comune ale cuvântului „ridicare” sugerează că ridicarea se opune gravitației, ridicarea aerodinamică poate fi în orice direcție. Atunci când o aeronavă este de croazieră, de exemplu, lift se opune gravitației, dar lift are loc la un unghi atunci când alpinism, descendent sau bancare. La mașinile de mare viteză, forța de ridicare este îndreptată în jos (numită „forță în jos”) pentru a menține mașina stabilă pe drum.
DragEdit
pentru un obiect solid care se deplasează printr-un fluid, drag este componenta forței aerodinamice sau hidrodinamice nete care acționează opus direcției mișcării. Prin urmare, tragerea se opune mișcării obiectului, iar într-un vehicul alimentat trebuie depășită prin împingere. Procesul care creează lift provoacă, de asemenea, unele trageți.
raport de ridicare-dragedit
aerodinamic ridicarea este creată prin mișcarea unui obiect aerodinamic (aripă) prin aer, care datorită formei și unghiului său deviază aerul. Pentru zborul drept și nivel susținut, ridicarea trebuie să fie egală și opusă greutății. În general, aripile lungi înguste sunt capabile să devieze o cantitate mare de aer la o viteză lentă, în timp ce aripile mai mici au nevoie de o viteză mai mare înainte pentru a devia o cantitate echivalentă de aer și, astfel, a genera o cantitate echivalentă de ridicare. Aeronavele mari de marfă tind să folosească aripi mai lungi cu unghiuri de atac mai mari, în timp ce aeronavele supersonice tind să aibă aripi scurte și se bazează foarte mult pe viteză mare înainte pentru a genera ridicare.
cu toate acestea, acest proces de ridicare (deformare) provoacă în mod inevitabil o forță de întârziere numită tragere. Deoarece ridicarea și tragerea sunt ambele forțe aerodinamice, raportul dintre ridicare și tragere este o indicație a eficienței aerodinamice a avionului. Raportul ridicare / tragere este raportul L/D, pronunțat ” raportul L peste d.”Un avion are un raport L/D ridicat dacă produce o cantitate mare de ridicare sau o cantitate mică de tracțiune. Raportul de ridicare / tracțiune este determinat prin împărțirea coeficientului de ridicare la coeficientul de tracțiune, CL/CD.
coeficientul de ridicare Cl este egal cu ascensorul l împărțit la (densitatea r ori jumătate din viteza V pătrat ori aria aripii a). Coeficientul de ridicare este, de asemenea, afectat de compresibilitatea aerului, care este mult mai mare la viteze mai mari, deci viteza V nu este o funcție liniară. Compresibilitatea este, de asemenea, afectată de forma suprafețelor aeronavei.
coeficientul de rezistență Cd este egal cu rezistența d împărțită la (densitatea r ori jumătate din viteza v pătrat ori aria de referință a).
raporturile de ridicare-tragere pentru aeronavele practice variază de la aproximativ 4:1 pentru vehiculele și păsările cu aripi relativ scurte, până la 60:1 sau mai mult pentru vehiculele cu aripi foarte lungi, cum ar fi planoarele. Un unghi mai mare de atac în raport cu mișcarea înainte crește, de asemenea, gradul de deformare și generează astfel o ridicare suplimentară. Cu toate acestea, un unghi mai mare de atac generează, de asemenea, tragere suplimentară.
raportul ridicare / tragere determină, de asemenea, raportul de alunecare și intervalul de alunecare. Deoarece raportul de alunecare se bazează numai pe relația forțelor aerodinamice care acționează asupra aeronavei, greutatea aeronavei nu o va afecta. Singurul efect pe care îl are greutatea este de a varia timpul în care aeronava va aluneca – o aeronavă mai grea care alunecă la o viteză mai mare va ajunge în același punct de aterizare într-un timp mai scurt.
BuoyancyEdit
presiunea aerului care acționează împotriva unui obiect în aer este mai mare decât presiunea de mai sus împingând în jos. Flotabilitatea, în ambele cazuri, este egală cu greutatea fluidului deplasat – principiul lui Arhimede este valabil pentru aer la fel ca și pentru apă.
un metru cub de aer la presiunea atmosferică obișnuită și temperatura camerei are o masă de aproximativ 1,2 kilograme, deci greutatea sa este de aproximativ 12 newtoni. Prin urmare, orice obiect de 1 metru cub în aer este alimentat cu o forță de 12 newtoni. Dacă masa obiectului de 1 metru cub este mai mare de 1.2 kilograme (astfel încât greutatea sa este mai mare de 12 newtoni), cade la pământ când este eliberat. Dacă un obiect de această dimensiune are o masă mai mică de 1,2 kilograme, acesta se ridică în aer. Orice obiect care are o masă mai mică decât masa unui volum egal de aer va crește în aer – cu alte cuvinte, orice obiect mai puțin dens decât aerul va crește.
raportul tracțiune-greutate
raportul tracțiune-greutate este, după cum sugerează și numele său, raportul dintre împingere instantanee și greutate (unde greutatea înseamnă greutatea la accelerația standard a Pământului g 0 {\displaystyle g_{0}}
). Este un parametru adimensional caracteristic rachetelor și altor motoare cu reacție și a vehiculelor propulsate de astfel de motoare (de obicei vehicule de lansare spațială și avioane cu reacție).
dacă raportul împingere-greutate este mai mare decât forța gravitațională locală (exprimată în gs), atunci zborul poate avea loc fără a fi necesară nicio mișcare înainte sau nicio ridicare aerodinamică.
dacă raportul împingere-greutate ori raportul ridicare-tracțiune este mai mare decât gravitația locală, atunci este posibilă decolarea cu ajutorul ascensorului aerodinamic.
Flight dynamicsEdit
rticol principal: Dinamica zborului este știința orientării și controlului vehiculului aerian și spațial în trei dimensiuni. Cei trei parametri critici ai dinamicii zborului sunt unghiurile de rotație în trei dimensiuni despre Centrul de masă al vehiculului, cunoscut sub numele de pitch, roll și yaw (vezi rotațiile Tait-Bryan pentru o explicație).
controlul acestor dimensiuni poate implica un stabilizator orizontal (adică „o coadă”), eleroane și alte dispozitive aerodinamice mobile care controlează stabilitatea unghiulară, adică atitudinea de zbor (care la rândul său afectează altitudinea, direcția). Aripile sunt adesea înclinate ușor în sus-au „Unghi diedru pozitiv”, ceea ce conferă stabilizarea inerentă a rolei.
eficienta Energeticaedit
pentru a crea forța de tracțiune, astfel încât să fie capabil să câștige înălțime, și pentru a împinge prin aer pentru a depăși trageți asociate cu lift toate ia energie. Diferite obiecte și creaturi capabile de zbor variază în ceea ce privește eficiența mușchilor, motoarelor și cât de bine se traduce acest lucru în împingere înainte.
eficiența propulsivă determină câtă energie generează vehiculele dintr-o unitate de combustibil.
RangeEdit
gama pe care o pot atinge articolele de zbor cu motor este în cele din urmă limitată de rezistența lor, precum și de câtă energie pot stoca la bord și cât de eficient pot transforma acea energie în propulsie.
pentru aeronavele cu motor, energia utilă este determinată de fracția lor de combustibil – Ce procent din greutatea la decolare este combustibilul, precum și energia specifică a combustibilului utilizat.
Raportul putere-greutate
toate animalele și dispozitivele capabile de zbor susținut au nevoie de raporturi putere-greutate relativ mari pentru a putea genera suficientă ridicare și / sau împingere pentru a realiza decolarea.