det finns olika tillvägagångssätt för flygning. Om ett föremål har en lägre densitet än luft, är det flytande och kan flyta i luften utan att förbruka energi. En tyngre än luftfartyg, känd som en aerodyne, inkluderar flygdjur och insekter, fastvingade flygplan och rotorcraft. Eftersom farkosten är tyngre än luft måste den generera lyft för att övervinna sin vikt. Vindmotståndet som orsakas av farkosten som rör sig genom luften kallas drag och övervinns av framdrivande dragkraft utom vid glidning.
Vissa fordon använder också dragkraft för flygning, till exempel raketer och Harrier Jump Jets.
slutligen dominerar momentum flygningen av ballistiska flygande föremål.
ForcesEdit
krafter som är relevanta för flygning är
- framdrivande dragkraft (utom i glidflygplan)
- lyft, skapad av reaktionen på ett luftflöde
- Drag, skapad av aerodynamisk friktion
- vikt, skapad av gravitation
- flytkraft, för lättare än flygflygning
dessa krafter måste balanseras för att stabil flygning ska inträffa.
ThrustEdit
ett flygplan med fasta vingar genererar framåttryck när luft trycks i motsatt riktning mot flygningen. Detta kan göras på flera sätt, bland annat genom att snurra blad av en propell, eller en roterande fläkt trycka luft ut från baksidan av en jetmotor, eller genom att mata ut heta gaser från en raketmotor. Den främre drivkraften är proportionell mot luftströmmens massa multiplicerad med skillnaden i luftströmmens hastighet. Omvänd dragkraft kan genereras för att underlätta bromsning efter landning genom att vända tonhöjden på propellerblad med variabel stigning eller använda en Tryckomvandlare på en jetmotor. Rotary wing flygplan och thrust vectoring V / STOL flygplan använder motor dragkraft för att stödja vikten av flygplanet, och vektor summan av denna dragkraft fram och bak för att styra framåt hastighet.
LiftEdit
i samband med en luftström flöde i förhållande till en flygande kropp är lyftkraften komponenten i den aerodynamiska kraften som är vinkelrätt mot flödesriktningen. Aerodynamisk lyft resulterar när vingen får den omgivande luften att böjas – luften orsakar sedan en kraft på vingen i motsatt riktning, i enlighet med Newtons tredje rörelselag.
hiss är vanligtvis associerad med vingen på ett flygplan, även om Hiss också genereras av rotorer på rotorfartyg (som effektivt roterar vingar, utför samma funktion utan att kräva att flygplanet rör sig framåt genom luften). Medan vanliga betydelser av ordet ”Hiss” antyder att hissen motsätter sig tyngdkraften, kan aerodynamisk Hiss vara i vilken riktning som helst. När ett flygplan kryssar till exempel, Hiss motsätter sig tyngdkraften, men Hiss sker i en vinkel när du klättrar, sjunker eller bankar. På höghastighetsbilar riktas lyftkraften nedåt (kallad ”down-force”) för att hålla bilen stabil på vägen.
DragEdit
för ett fast föremål som rör sig genom en vätska är dragningen komponenten i den aerodynamiska eller hydrodynamiska kraften som verkar motsatt rörelseriktningen. Därför motsätter sig drag objektets rörelse, och i ett motordrivet fordon måste det övervinnas med dragkraft. Processen som skapar hiss orsakar också lite drag.
Lift-to-drag ratioEdit
aerodynamisk Hiss skapas av rörelsen av ett aerodynamiskt objekt (vinge) genom luften, som på grund av sin form och vinkel avböjer luften. För långvarig rak och jämn flygning måste hissen vara lika och motsatt vikt. I allmänhet kan långa smala vingar avböja en stor mängd luft med långsam hastighet, medan mindre vingar behöver en högre framfart för att avböja en ekvivalent mängd luft och därmed generera en ekvivalent mängd lyft. Stora lastflygplan tenderar att använda längre vingar med högre angreppsvinklar, medan supersoniska flygplan tenderar att ha korta vingar och är starkt beroende av hög framfart för att generera lyft.
emellertid orsakar denna lyft (avböjning) process oundvikligen en retarderande kraft som kallas drag. Eftersom lyft och drag är båda aerodynamiska krafter är förhållandet mellan Lyft och drag en indikation på flygplanets aerodynamiska effektivitet. Lyft-till-drag-förhållandet är L / D-förhållandet, uttalat ”L över D-förhållandet.”Ett flygplan har ett högt L / D-förhållande om det ger en stor mängd lyft eller en liten mängd drag. Lyft / dragförhållandet bestäms genom att dividera lyftkoefficienten med dragkoefficienten, CL/CD.
lyftkoefficienten Cl är lika med hissen l dividerat med (densitet r gånger halva hastigheten V kvadrat gånger vingeområdet a). Lyftkoefficienten påverkas också av luftens kompressibilitet, vilket är mycket större vid högre hastigheter, så hastighet V är inte en linjär funktion. Kompressibiliteten påverkas också av formen på flygplansytorna.
dragkoefficienten Cd är lika med drag D dividerat med (densitet r gånger halva hastigheten V kvadrat gånger referensområdet a).
lyft-till-drag-förhållanden för praktiska flygplan varierar från cirka 4:1 för fordon och fåglar med relativt korta vingar, upp till 60: 1 eller mer för fordon med mycket långa vingar, såsom glidflygplan. En större angreppsvinkel i förhållande till framåtrörelsen ökar också omfattningen av avböjning och genererar därmed extra lyft. Men en större angreppsvinkel genererar också extra drag.
Lift / drag ratio bestämmer också glidförhållandet och glidområdet. Eftersom glidförhållandet endast är baserat på förhållandet mellan aerodynamikkrafterna som verkar på flygplanet, kommer flygplanets vikt inte att påverka det. Den enda effektvikten har är att variera den tid som flygplanet kommer att glida för-ett tyngre flygplan som glider vid högre flyghastighet kommer fram till samma touchdown-punkt på kortare tid.
Booyancyedit
lufttrycket som verkar upp mot ett föremål i luften är större än trycket ovanför att trycka ner. Flytkraften är i båda fallen lika med vikten av vätskeförskjuten-Archimedes princip gäller för luft precis som för vatten.
en kubikmeter luft vid vanligt atmosfärstryck och rumstemperatur har en massa på ca 1,2 kg, så dess vikt är ca 12 Newton. Därför är varje 1-kubikmeter objekt i luften uppbyggd med en kraft på 12 Newton. Om massan av 1-kubikmeter objektet är större än 1.2 kg (så att dess vikt är större än 12 Newton), faller den till marken när den släpps. Om ett föremål av denna storlek har en massa mindre än 1,2 kg, stiger den i luften. Varje objekt som har en massa som är mindre än massan av en lika stor volym luft kommer att stiga i luft – med andra ord kommer något föremål som är mindre tätt än luft att stiga.
viktförhållande
Thrust-to-weight ratio är, som namnet antyder, förhållandet mellan momentan dragkraft och vikt (där vikt betyder vikt vid jordens standardacceleration g 0 {\displaystyle g_{0}}
). Det är en dimensionslös parameter som är karakteristisk för raketer och andra jetmotorer och för fordon som drivs av sådana motorer (vanligtvis rymdfarkoster och jetflygplan).
om förhållandet mellan dragkraft och vikt är större än den lokala tyngdkraften (uttryckt i gs), kan flygning ske utan någon framåtriktad rörelse eller någon aerodynamisk lyft krävs.
om tryck-till-vikt-förhållandet gånger lyft-till-drag-förhållandet är större än lokal gravitation är start med aerodynamisk Hiss möjlig.
Flight dynamicsEdit
flygdynamik är vetenskapen om luft-och rymdfordonsorientering och kontroll i tre dimensioner. De tre kritiska flygdynamikparametrarna är rotationsvinklarna i tre dimensioner om fordonets masscentrum, känd som pitch, roll och yaw (se Tait-Bryan rotationer för en förklaring).
kontrollen av dessa dimensioner kan innefatta en horisontell stabilisator (dvs. ”en svans”), skevroder och andra rörliga aerodynamiska anordningar som styr vinkelstabilitet dvs flyginställning (som i sin tur påverkar höjd, rubrik). Vingarna är ofta vinklade något uppåt – de har ”positiv dihedral vinkel” vilket ger inneboende rullstabilisering.
energieffektivitetredigera
för att skapa dragkraft för att kunna få höjd och att trycka genom luften för att övervinna drag i samband med lyft tar allt energi. Olika föremål och varelser som kan flyga varierar i effektiviteten hos sina muskler, motorer och hur bra detta översätts till framåtriktad dragkraft.
propulsiv effektivitet bestämmer hur mycket energi fordon genererar från en enhet av bränsle.
RangeEdit
det intervall som drivna flygartiklar kan uppnå begränsas i slutändan av deras drag, liksom hur mycket energi de kan lagra ombord och hur effektivt de kan förvandla den energin till framdrivning.
för motordrivna flygplan bestäms den användbara energin av deras bränslefraktion – vilken procentandel av startvikten är bränsle, liksom den specifika energin hos det använda bränslet.
förhållande mellan effekt och vikt
alla djur och enheter som kan fortsätta flyga behöver relativt höga effekt-till-vikt-förhållanden för att kunna generera tillräckligt med lyft och/eller dragkraft för att uppnå start.