Igas lennundusdisaini büroos on lugu peadisaineri avaldusest. Vahetub ainult avalduse autor. Ja see kõlab nii: "Ma olen terve elu lennukitega tegelenud, aga ma ei saa siiani aru, kuidas see rauatükk lendab!". Tõepoolest, Newtoni esimene seadus pole ju veel tühistatud ja lennuk on selgelt õhust raskem. Tuleb välja mõelda, milline jõud ei lase mitmetonnisel masinal maapinnale kukkuda.
Lennureisimeetodid
Reisimiseks on kolm võimalust:
- Aerostaatiline, maapinnast ülestõstmisel kasutatakse keha, mille erikaal on väiksem kui atmosfääriõhu tihedus. Need on õhupallid, õhulaevad, sondid ja muud sarnased struktuurid.
- Reaktiivne, mis on põlevast kütusest lähtuva reaktiivjoa jõhker jõud, mis võimaldab ületada gravitatsioonijõudu.
- Ja lõpuks aerodünaamiline meetod tõstejõu tekitamiseks, kui Maa atmosfääri kasutatakse õhust raskemate sõidukite tugiainena. Seda konkreetset meetodit kasutades liiguvad lennukid, helikopterid, girolennukid, purilennukid ja muide linnud.
Aerodünaamilised jõud
Õhus liikuvat lennukit mõjutavad neli peamist mitmesuunalist jõudu. Tavaliselt on nende jõudude vektorid suunatud ette, taha, alla ja üles. See on peaaegu luik, vähk ja haug. Lennukit ettepoole suruva jõu tekitab mootor, tagasi on õhutakistuse loomulik jõud ja allapoole on gravitatsioon. Noh, selle asemel, et lasta lennukil kukkuda – tõstejõud, mille tekitab tiiva ümber voolav õhuvool.
Standardne atmosfäär
Õhu seisund, selle temperatuur ja rõhk võivad maapinna erinevates osades oluliselt erineda. Sellest lähtuv alt erinevad ka kõik lennuki omadused ühes või teises kohas lennates. Seetõttu leppisime mugavuse huvides kokku, et nn standardatmosfäär defineerime mugavuse huvides ja nn standardatmosfääri järgmiste põhiparameetritega: rõhk 760 mm Hg üle merepinna, õhutihedus 1,188 kg kuupmeetri kohta, kiirus heli 340,17 meetrit sekundis, temperatuur +15 ℃. Kõrguse kasvades need parameetrid muutuvad. Seal on spetsiaalsed tabelid, mis näitavad erinevate kõrguste parameetrite väärtusi. Kõik aerodünaamilised arvutused, samuti õhusõiduki jõudlusnäitajate määramine, tehakse nende näitajate abil.
Lihtsaim lifti loomise põhimõte
Kui vastutulevas õhuvooluslameda eseme asetamiseks, näiteks torkades oma peopesa liikuva auto aknast välja, tunnete seda jõudu, nagu öeldakse, "sõrmedel". Peopesa õhuvoolu suhtes väikese nurga all keerates on kohe tunda, et lisaks õhutakistusele on tekkinud ka teine jõud, mis tõmbab üles või alla, olenev alt pöördenurga suunast. Nurka keha tasapinna (antud juhul peopesade) ja õhuvoolu suuna vahel nimetatakse lööginurgaks. Ründenurka reguleerides saate juhtida tõstuki. On hästi näha, et ründenurga suurenedes suureneb peopesa ülespoole suruv jõud, kuid kuni teatud punktini. Ja kui see saavutab 70–90 kraadi lähedase nurga, kaob see üldse.
Lennuki tiib
Peamine tõstejõu tekitav laagripind on lennuki tiib. Tiivaprofiil on tavaliselt kõvera pisarakujuline, nagu näidatud.
Kui õhk liigub ümber tiiva, ületab tiiva ülemist osa mööda liikuva õhu kiirus alumise voolu kiirust. Sellisel juhul muutub staatiline õhurõhk ülaosas madalamaks kui tiiva all. Rõhuvahe surub tiiva üles, tekitades tõstejõu. Seetõttu tehakse rõhkude erinevuse tagamiseks kõik tiivaprofiilid asümmeetriliseks. Sümmeetrilise profiiliga tiival null lööginurga juures on tõste tasapinnalisel lennul null. Sellise tiiva puhul on ainus viis selle loomiseks muuta ründenurka. Tõstejõul on veel üks komponent – induktiivne. Ta ontekib õhuvoolu allapoole kaldumise tõttu tiiva kõvera aluspinna poolt, mille tulemuseks on loomulikult tiivale mõjuv ülespoole suunatud vastupidine jõud.
Arvutamine
Lennuki tiiva tõstejõu arvutamise valem on järgmine:
Y=CyS(PV 2)/2
Kus:
- Cy – tõste koefitsient.
- S – tiivaala.
- V – vaba voo kiirus.
- P – õhutihedus.
Kui õhutiheduse, tiibade pindala ja kiirusega on kõik selge, siis on tõsteteguriks katseliselt saadud väärtus ja see ei ole konstant. See varieerub sõltuv alt tiiva profiilist, selle kuvasuhtest, ründenurgast ja muudest väärtustest. Nagu näete, on sõltuvused enamasti lineaarsed, välja arvatud kiirus.
See salapärane koefitsient
Tiiva tõste koefitsient on mitmetähenduslik väärtus. Keerulisi mitmeastmelisi arvutusi kontrollitakse endiselt eksperimentaalselt. Tavaliselt tehakse seda tuuletunnelis. Iga tiivaprofiili ja iga ründenurga puhul on selle väärtus erinev. Ja kuna tiib ise ei lenda, vaid on osa lennukist, tehakse selliseid katseid lennukimudelite vastavate vähendatud koopiatega. Tiibu katsetatakse harva eraldi. Iga konkreetse tiiva arvukate mõõtmiste tulemuste põhjal on võimalik joonistada koefitsiendi sõltuvust ründenurgast, aga ka erinevaid sõltuvust kajastavaid graafikuid.tõstmine konkreetse tiiva kiirusest ja profiilist, samuti tiiva vabanenud mehhaniseerimisest. Allpool on näidatud diagrammi näidis.
Tegelikult iseloomustab see koefitsient tiiva võimet muundada sissetuleva õhu rõhk tõstejõuks. Selle tavaväärtus on 0 kuni 2. Rekord on 6. Seni on inimene loomulikust täiuslikkusest väga kaugel. Näiteks saavutab see koefitsient kotka puhul, kui ta tõuseb maapinnast kinni püütud kaljukaega, väärtuseni 14. Ül altoodud graafikult on ilmne, et ründenurga suurenemine põhjustab tõstejõu tõusu teatud nurga väärtusteni.. Pärast seda efekt kaob ja läheb isegi vastupidises suunas.
Seiskumine
Nagu öeldakse, mõõduk alt on kõik hea. Igal tiival on ründenurga osas oma piir. Niinimetatud ülekriitiline ründenurk viib tiiva ülapinnale varisemiseni, jättes selle tõstevõimest ilma. Seiskumine toimub kogu tiiva alal ebaühtlaselt ja sellega kaasnevad vastavad äärmiselt ebameeldivad nähtused nagu värisemine ja kontrolli kaotamine. Kummalisel kombel ei sõltu see nähtus palju kiirusest, kuigi mõjutab ka, kuid peamiseks põhjuseks, miks varisemine toimub, on intensiivne manööverdamine, millega kaasnevad ülekriitilised rünnakunurgad. Just seetõttu juhtus lennuki Il-86 ainuke allakukkumine, kui piloot, kes tahtis tühjal reisijateta lennukil "eputada", hakkas järsult ronima, mis lõppes traagiliselt.
Vastupanu
Tõstmisega käsikäes tõmbab,takistades õhusõiduki edasiliikumist. See koosneb kolmest elemendist. Need on hõõrdejõud, mis tuleneb õhu mõjust lennukile, jõud, mis tuleneb rõhu erinevusest tiiva ees ja tiiva taga asuvates piirkondades, ning ülalpool käsitletud induktiivne komponent, kuna selle toime vektor on suunatud mitte ainult ülespoole, aidates kaasa tõstejõu suurenemisele, vaid ka tagasi, olles vastupanu liitlane. Lisaks on induktiivse takistuse üheks komponendiks jõud, mis tekib õhuvoolu tõttu läbi tiiva otste, põhjustades keerisvooge, mis suurendavad õhu liikumise suuna kaldu. Aerodünaamilise takistuse valem on absoluutselt identne tõstejõu valemiga, välja arvatud koefitsient Su. See muutub Cx koefitsiendiks ja määratakse ka eksperimentaalselt. Selle väärtus ületab harva kümnendiku ühest.
Kukkumise ja lohistamise suhe
Tõste ja tõmbejõu suhet nimetatakse aerodünaamiliseks kvaliteediks. Siin tuleb arvestada ühe omadusega. Kuna tõstejõu ja takistusjõu valemid, välja arvatud koefitsiendid, on samad, võib eeldada, et lennuki aerodünaamilise kvaliteedi määrab koefitsientide Cy ja Cx suhe. Selle suhte graafikut teatud rünnakunurkade korral nimetatakse tiiva polaarsuseks. Sellise diagrammi näide on toodud allpool.
Kaasaegsete lennukite aerodünaamilise kvaliteedi väärtus on umbes 17–21 ja purilennukitel kuni 50. See tähendab, et lennukitel on tiiva tõstmine optimaalsetes tingimustes17-21 korda suurem kui takistusjõud. Võrreldes vendade Wrightide lennukiga, mille hindeks on 6,5, on disaini edusammud silmnähtavad, kuid kotkas, kelle käppades on õnnetu gopher, on veel kaugel.
Lennurežiimid
Erinevad lennurežiimid nõuavad erinevat tõste-tõmbe suhet. Reisilennul on lennuki kiirus küll altki suur ja kiiruse ruuduga võrdeline tõstetegur kõrgetel väärtustel. Peamine asi on siin vastupanu minimeerimine. Tõusmisel ja eriti maandumisel mängib otsustavat rolli tõsteteguri koefitsient. Lennuki kiirus on väike, kuid vajalik on selle stabiilne asend õhus. Ideaalne lahendus sellele probleemile oleks nn adaptiivse tiiva loomine, mis muudab oma kumerust ja ühtlast pindala sõltuv alt lennutingimustest, umbes samamoodi nagu linnud. Kuni projekteerijatel õnnestus, saavutatakse tõsteteguri muutus tiibmehhaniseerimisega, mis suurendab nii profiili pindala kui ka kumerust, mis suurendab takistust tõstes oluliselt tõstejõudu. Hävituslennukite puhul kasutati tiiva pühkimise muutmist. Uuendus võimaldas vähendada takistust suurtel kiirustel ja suurendada tõstejõudu madalatel kiirustel. See konstruktsioon osutus aga ebausaldusväärseks ja viimasel ajal on rindelennukeid toodetud fikseeritud tiivaga. Teine võimalus lennukitiiva tõstejõu suurendamiseks on tiiva täiendav alt puhumine mootorite vooluga. Seda on sõjaväes rakendatudTranspordilennukid An-70 ja A-400M, mis tänu sellele omadusele eristuvad lühendatud stardi- ja maandumiskauguste poolest.
