¿Qué componente se beneficia principalmente de que un avión pueda volar por todas partes en el cielo?
Los niños suelen preguntar: "¿Por qué los aviones pueden volar?"
La respuesta es sencilla: porque los aviones tienen energía cinética y tienen alas. La energía cinética produce un movimiento hacia adelante, y las alas producen. elevación hacia arriba, para que el avión pueda volar hacia arriba.
¿Es así de sencillo? De hecho, si lo analizamos detenidamente, los principios del vuelo en avión son bastante complicados y parte del contenido que hemos aprendido antes es incorrecto. Lo analizaremos en detalle para usted hoy.
En definitiva, el vuelo de un avión es la aplicación de principios mecánicos. Cuando un avión está estacionado en el suelo, solo actúan sobre él dos fuerzas, una es la gravedad del avión mismo y la otra es la fuerza de soporte del suelo: la gravedad es vertical hacia abajo y la fuerza de soporte es hacia arriba; y las dos fuerzas son de igual magnitud. Por el contrario, el avión puede detenerse allí de manera constante.
Condiciones de fuerza de un avión estacionario
Si queremos volar hacia el cielo, primero debemos vencer la gravedad y dejar que abandone el suelo. En este momento, debemos usar otra fuerza. para reemplazar la fuerza de apoyo del suelo, esta fuerza es la fuerza de sustentación. Cuando la sustentación es mayor que la gravedad, la aeronave ascenderá; cuando la sustentación es igual a la gravedad, la aeronave mantendrá la altitud.
Probablemente pensaste en globos y cohetes. La densidad del gas dentro del globo es menor que la densidad del aire exterior, por lo que el globo generará flotabilidad, que es la elevación; el cohete depende del motor del cohete para eyectarse hacia abajo, y la fuerza de reacción del flujo de aire del chorro también puede hacerlo; Empujar el cohete a grandes altitudes.
En comparación con los globos, los aviones son muy pesados y el empuje de su motor no es tan potente como el de los cohetes, por lo que los aviones necesitan depender de sus alas para volar hacia adelante. La sustentación de un avión se genera básicamente por el movimiento de las alas en el aire.
Cuando un avión vuela en el aire, cuatro fuerzas actúan sobre él al mismo tiempo: gravedad hacia abajo, sustentación hacia arriba, empuje hacia adelante y resistencia hacia atrás.
Condiciones de fuerza en vuelo
El avión arranca su motor y sopla el aire hacia atrás. En este momento, el aire le dará fuerza al avión para avanzar. Al igual que cuando empujas contra una pared y la pared ejerce una fuerza de reacción sobre ti, estas dos fuerzas son iguales en magnitud y opuestas en dirección.
Fuerzas de acción y reacción
Cuando un avión avanza rápidamente, las alas cortarán el aire, y el movimiento mutuo entre las alas y el aire generará sustentación.
En cuanto a la generación de sustentación, muchos de nuestros libros de texto anteriores la describían de esta manera: debido a la forma especial de la sección del ala, su parte superior es convexa y su parte inferior es relativamente plana cuando el ala se mueve; en el aire, la distancia del flujo de aire sobre el ala es mayor y la velocidad del flujo de aire sobre el ala es más rápida al mismo tiempo. Según el principio de Bernoulli, cuanto más rápido fluye el flujo de aire, menor es su presión V1; avión La presión del aire debajo del ala es mayor que la fuerza arriba, lo que hace que el ala se eleve.
Algunos libros de texto utilizan el principio de Bernoulli para explicar la elevación del ala.
Desafortunadamente, esta afirmación no es del todo correcta.
De hecho, los científicos han descubierto a través de una gran cantidad de experimentos en el túnel de viento que después de que la masa de aire se separa en el extremo delantero del ala, el flujo de aire con la flecha azul en la imagen de arriba no llega al Al mismo tiempo que la parte roja de abajo, la velocidad del aire es el resultado de la baja presión detrás del ala y no la causa de la baja presión, por lo que no podemos usar el principio de Bernoulli para explicar la sustentación del ala.
Si eres un entusiasta de la aviación, encontrarás fácilmente que casi todas las alas tienen una forma plana similar a una lágrima en sección transversal, con su parte superior ligeramente elevada y su cola apuntando ligeramente hacia abajo. Esta forma ayuda al avión a volar por el aire con una resistencia mínima.
La imagen muestra la forma típica de la sección transversal del ala
Otra función de esta forma de ala es desviar el aire, de modo que el ala obtenga sustentación hacia arriba.
Cuando el aire fluye desde la superficie superior del ala, generará una fuerza de adsorción en la superficie del ala. Esta fuerza de adsorción hace que la presión estática sobre el ala sea relativamente baja mientras que la presión estática fluye desde abajo; el ala La masa de aire genera una gran presión estática debido al ángulo de ataque ascendente del ala; la masa de aire es forzada hacia abajo en el extremo de cola del ala, lo que hace que el ala misma produzca una componente ascendente en la dirección opuesta. Luego las alas se levantan hacia arriba.
Las alas obtienen sustentación presionando hacia abajo en el aire
Las alas de un avión son el principal proveedor de sustentación, pero la mayoría de los aviones no solo tienen dos alas, también tienen alas horizontales. colas y colas horizontales. La cola desempeña principalmente un papel en la estabilización del vuelo. También se instalan varias superficies de timón en la cola. El avión puede ajustar su dirección girando el timón.
La cola vertical está equipada con un timón, que puede desviar el rumbo del avión. Detrás del estabilizador horizontal se encuentra el elevador, que controla el cabeceo del avión. Cuando el elevador se inclina hacia arriba, el flujo de aire en el extremo de la cola es hacia arriba, lo que le da al avión un par de torsión ascendente. En este momento, el ángulo de ataque θ del ala aumenta, la sustentación obtenida por el ala aumenta y el avión se eleva. . De lo contrario, el avión descenderá.
Aviones de combate voladores
Los aviones vienen en diferentes tamaños. Los aviones tripulados más ligeros sólo pesan decenas de kilogramos, mientras que los aviones más pesados pesan cientos de toneladas. Porque el avión tiene potentes motores y alas.
El motor proporciona al avión energía cinética hacia adelante empujando el aire hacia atrás.
Las alas de un avión cortan el aire cuando se mueven por el aire. El aire se ve obligado a moverse hacia abajo después de fluir a través de las alas, dando así a las alas elevación hacia arriba cuando la sustentación es mayor que la gravedad. del avión, El avión puede despegar del suelo y volar en el aire.
Mucha gente utiliza el principio de Bernoulli para explicar la sustentación del ala, lo cual no es exacto. La velocidad del flujo de aire sobre el ala es el resultado, no la causa, de los cambios de presión. De hecho, la sustentación obtenida por el ala es la fuerza de reacción provocada por la presión del aire hacia abajo, que se ajusta a los principios mecánicos de Newton.