środa 20 marca 2019 imieniny Eufemii i Klaudii 1828 - Urodził się Henryk Ibsen
Do końca roku pozostało: 0 dni
Technika
Interaktywna mapa szkół
Język polski Historia WOS Sztuka (plastyka i muzyka) Języki obce Religia i etyka
Matematyka Fizyka i astronomia Chemia Biologia Przyroda Geografia Technika Informatyka
Przedmioty zawodowe WF Ścieżki edukacyjne Wychowanie przedszkolne Nauczanie zintegrowane Więcej
Jak działa samolot odrzutowy?

Wstęp

Zapewne nieraz widziałeś/łaś samolot pasażerski wzbijający się w niebo na lotnisku. Zastanawiające jest jak taka ciężka maszyna potrafi oderwać się od płyty lotniska, wzlecieć na wysokość kilkunastu kilometrów i utrzymać się na niej przez wiele godzin lotu.
Co stanowi przeszkodę ? Siła grawitacji. Ale działające siły mogą się równoważyć.
Silniki samolotu odrzutowego służą zatem do tego by powstała siła :

  • równoważąca siłę grawitacji (przelot)
  • trochę mniejsza od niej (kontrolowane opadanie przy lądowaniu)
  • lub trochę większa (przy starcie).

Powstaje jednak problem. Silniki odrzutowe "odrzucają" maszynę do przodu, w kierunku poziomym. Jak więc jest możliwe skierowanie jej do góry ? Umożliwia to powstająca dzięki ich pracy siła nośna.

JAK POWSTAJE SIŁA NOŚNA ?

Samolot rozpędzający się na pasie startowym "nacina" powietrze przednimi krawędziami swoich skrzydeł. Kształt tych krawędzi i kąt nachylenia skrzydeł powodują że między ich stronami : wierzchnią a spodnią wytwarza się różnica ciśnień.

    Czy wiesz co jest przyczyną przeciągów ? Między pomieszczeniami w budynkach a otaczającą je atmosferą często istnieje różnica ciśnień. Przeciąg to ruch powietrza wyrównujący te ciśnienia. Podobnie, powietrze przy spodniej stronie skrzydeł będące pod większym ciśnieniem "dąży" do przepłynięcia w kierunku powierzchni górnej. Oddziaływanie cząsteczek powietrza ze spodnią częścią skrzydeł są źródłem wypadkowej siły skierowanej do góry zwanej siłą nośną.




Autor: Dariusz Gawroński - Łowicz
Komentarze + Dodaj komentarz
  • Silniki samolotu :D, HCK (odpowiedzi: 0)
  • Mylisz się... Te silniki są bardzo mocne! Na Double-Blastach lecą, a po locie Rocket-Fuel zaleją żeby masy nie stracić.
  • komentarz dla alto, tomek (odpowiedzi: 0)
  • wkradł się błąd, otóż siłę oporu zwykło się oznaczać przez Px a związany z nią współczynnik przez Cx (zapewne w trakcie kopiowanie wkradł się błąd:)) ale to nie umniejsza wartości treści, która w bardzo przyjazny i przejrzysty spoób tłumaczy tą fundamentalną wiedzę. pozdrawiam tomek
  • siły aerodynamicne, alto (odpowiedzi: 0)
  • Siły aerodynamiczne Pod pojęciem sił aerodynamicznych rozumiemy siły i momenty spowodowane poruszaniem się ciała w powietrzu. Wartość i kierunek siły działającej na poruszające się w powietrzu ciało - tzw. wypadkowej siły aerodynamicznej - zależy od prędkości ruchu, wielkości (powierzchni) ciała, kształtu ciała i jego ustawienia względem kierunku ruchu oraz od gęstości powietrza. Dowiedziono, że wartość tej siły określa wzór: R = ½ ρ S v² cR, gdzie R - wypadkowa siła aerodynamiczna, ρ - (ro) gęstość powietrza, S - powierzchnia ciała, v - prędkość ruchu, cR - bezwymiarowy współczynnik siły aerodynamicznej. Kierunek działania wypadkowej siły aerodynamicznej zależy m.in. od aerodynamicznej charakterystyki profilu i kąta natarcia. Siłę tę można jednak rozłożyć na dwie składowe: prostopadłą do kierunku ruchu pożyteczną siłę nośną Pz i niekorzystną siłę oporu Px, równoległą do kierunku ruchu, jednak skierowaną przeciwnie. O ile przyczyny powstawania siły oporu łatwo sobie intuicyjnie wytłumaczyć (choć, jak zobaczymy za chwilę, w rzeczywistości są one nieco bardziej skomplikowane), to mechanizm powstawania siły nośnej nie jest już tak trywialny do zrozumienia. Do jego wyjaśnienia potrzebne nam będzie prawo Bernoulliego. Prawo Bernoulliego mówi, że suma ciśnienia statycznego i dynamicznego wzdłuż strugi przepływającego powietrza jest stała: p1 + ½ ρ v1² = p2 + ½ ρ v2² = const Brzmi to cokolwiek enigmatycznie, da się jednak w miarę prosto wyjaśnić. Wyobraźmy sobie zwężającą się rurę - ilość powietrza wpadającego przez szeroki wlot musi być równa ilości powietrza wypadającego w tym samym czasie przez wąski wylot (to tzw. zasada ciągłości ruchu). Zatem powietrze wylatujące musi wydostawać się z rury z dużo większą prędkością niż do niej wpadało. Ponieważ masa powietrza nie zmieniła się, a wzrosła jego prędkość, wzrosła również jego energia kinetyczna. Wzrost ten nastąpił kosztem potencjalnej energii w postaci ciśnienia powietrza (różnice temperatury zaniedbujemy). Może trochę upraszczamy, ale łatwo to sobie wyobrazić, choć na pierwszy rzut oka spadek ciśnienia przy zaciskaniu wylotu wygląda paradoksalnie... Działanie prawa Bernoulliego można łatwo sprawdzić doświadczalnie, dmuchając między dwie umieszczone w niewielkiej odległości kartki papieru - po dmuchnięciu kartki zbliżą się do siebie, dowodząc spadku ciśnienia wywołanego prędkością przepływu powietrza. Gdy poznaliśmy prawo Bernoulliego, wyjaśnienie mechanizmu powstawania siły nośnej będzie dużo prostsze. Wyobraźmy sobie skrzydło o profilu niesymetrycznym (aby w pełni zadowolić aerodynamików, powinno ono być nieskończenie długie - dlaczego, o tym potem). Zauważmy, że strumień powietrza opływający górną powierzchnię skrzydła ma do pokonania drogę dłuższą niż dolny, zaś zgodnie z zasadą ciągłości ruchu oba muszą to zrobić w tym samym czasie. Wobec tego prędkość powietrza przemieszczającego się wzdłuż górnej powierzchni skrzydła musi być większa, niż prędkość strumienia opływającego jego dolną powierzchnię. Zgodnie z prawem Bernoulliego, większej prędkości przepływu towarzyszy mniejsze ciśnienie - i już mamy różnicę ciśnień na obu powierzchniach skrzydła! Różnica ciśnień daje siłę nośną, skierowaną do góry prostopadle do niezakłóconego kierunku prędkości. Wspominając równanie Bernoulliego, możemy nawet stwierdzić, że różnica ciśnień - i siła - jest zależna od gęstości powietrza i kwadratu prędkości. Stąd już niedaleko do wzoru na siłę nośną skrzydła: Pz = ½ ρ S v² cz, gdzie Pz - siła nośna, ρ - (ro) gęstość powietrza, S - powierzchnia skrzydła, v - prędkość ruchu, cz - bezwymiarowy współczynnik siły nośnej, zależny od kształtu i kąta natarcia profilu. Wspomniane na początku doświadczenie z dłonią wystawioną przez okno jadącego samochodu pokazało, że siła nośna rośnie wraz ze wzrostem kąta natarcia - spowodowane jest to rosnącą różnicą prędkości przepływów. Zauważmy, że profil możemy również ustawić pod takim kątem, że prędkości przepływów będą równe - zaniknie różnica ciśnień i siła nośna; kąt taki zwany jest kątem zerowej siły nośnej. Przy kątach mniejszych siła nośna będzie skierowana w dół. Niezerowe kąty natarcia spowodują też powstawanie różnicy prędkości, ciśnień a więc i siły nośnej na profilu symetrycznym. Wracając do doświadczenia z dłonią, wzrost siły nośnej towarzyszy wzrostowi kąta natarcia tylko do pewnego kąta, po przekroczeniu którego siła nośna gwałtownie maleje. Spowodowane jest to oderwaniem strug na górnej powierzchni profilu - kąt, przy którym siła nośna ma wartość maksymalną, zwany jest kątem krytycznym. Warto dodać, że w zależności od kształtu profilu, oderwanie strug może nastąpić stopniowo bądź też bardzo gwałtownie - ten drugi przypadek jest typowy dla profili laminarnych. Opływowi powietrza wokół ciała towarzyszą także - niestety - opory, co również łatwo stwierdzić doświadczalnie. Rozważmy najpierw opory powstające na naszym nieskończenie długim skrzydle. Nietrudno sobie uzmysłowić, że ciało o powierzchni gładkiej napotyka na opór mniejszy, niż ciało chropowate, a ciało o kształtach bardziej zwartych stwarza mniejszy opór niż ciało bardziej „rozłożyste”. Mamy więc do czynienia z oporem tarcia i oporem kształtu. Opór tarcia spowodowany jest lepkością opływającego skrzydło powietrza - zauważmy, że cząsteczki powietrza stykające się ze skrzydłem wskutek lepkości przylegają do niego, a więc mają względem niego prędkość równą zeru; prędkość zbliżoną do prędkości przepływu niezakłóconego mają dopiero cząsteczki znacznie od skrzydła oddalone. W bezpośredniej bliskości powierzchni skrzydła znajduje się zatem warstwa, w której prędkość powietrza rośnie od zera do prędkości przepływu - jest to tzw. warstwa przyścienna. Jej grubość jest najmniejsza na krawędzi natarcia i rośnie w stronę krawędzi spływu, dochodząc do kilku milimetrów. Ze względu na różnice prędkości, cząsteczki powietrza w warstwie przyściennej zderzają się ze sobą - tak powstaje siła skierowana zgodnie z kierunkiem prędkości przepływu, nazywana oporem tarcia. Przepływ powietrza w warstwie przyściennej może mieć charakter spokojny, warstwowy - czyli laminarny, dający mały opór, lub turbulentny - czyli burzliwy, pełen zawirowań, powodujący opór kilkakrotnie większy. Przepływ laminarny występuje zazwyczaj od krawędzi natarcia skrzydła do maksymalnej grubości profilu, później zaś staje się turbulentny. W celu zmniejszenia oporu tarcia stworzono więc tzw. profile laminarne, odznaczające się przesunięciem maksimum grubości do około połowy cięciwy (w profilach klasycznych maksimum grubości znajduje się w ok. 1/4 cięciwy). Profile laminarne mają też jednak swoje wady - wymagają utrzymania powierzchni skrzydła w nienagannej czystości, a oderwanie strug następuje na nich bardzo gwałtownie, nie są więc one stosowane w szybowcach szkolnych, a jedynie w szybowcach wyczynowych. Opór kształtu zależy od kształtu ciała (jak sama nazwa wskazuje), a także od jego wielkości i położenia w stosunku do opływającego powietrza. Oczywistą jego przyczyną są zderzenia cząsteczek powietrza z czołową powierzchnią ciała oznaczające wzrost ciśnienia, to jednak nie wszystko. Istotne jest również ukształtowanie strony „zawietrznej” - bryły opływowe dają minimalne zakłócenia przepływu, inne kształty wytwarzają za sobą zawirowania, w których cząsteczki powietrza poruszają się ze zwiększoną prędkością, a to, jak już wiemy, wiąże się ze spadkiem ciśnienia. Zwiększona w ten sposób różnica ciśnień między przednią a tylnią częścią ciała oznacza zwiększony opór. Przykładem wpływu kształtu na opór niech będą współczynniki oporu cx kilku brył: płaska płytka - 1,1, kula - 0,2, profil lotniczy - 0,04. Wzór określający siłę oporu aerodynamicznego skrzydła ma postać: Pz=½ ρ S v² cx, gdzie Pz - siła oporu, ρ - (ro) gęstość powietrza, S - powierzchnia skrzydła, v - prędkość ruchu, cz - bezwymiarowy współczynnik siły oporu, zależny od kształtu i kąta natarcia profilu. Do tej pory mówiliśmy o oporach występujących na idealnym skrzydle o nieskończonej długości - takie oczywiście nie istnieje. Zauważmy, że w przypadku skrzydła o skończonej długości różnica ciśnień na dolnej i górnej powierzchni skrzydła, konieczna dla powstania siły nośnej, powoduje również przepływ powietrza z dołu do góry wokół końcówki skrzydła. Towarzyszy temu przemieszczanie się powietrza poprzecznie do kierunku ruchu szybowca, wzdłuż skrzydła - na dolnej powierzchni w kierunku końca, na górnej zaś w kierunku kadłuba. W wyniku tego wypadkowy kierunek prędkości opływu skrzydła jest lekko odchylony od kierunku ruchu szybowca, a za końcówkami skrzydła powstają tzw. wiry brzegowe. Wprowadzenie powietrza w ruch wirowy dokonuje się kosztem dodatkowego oporu, zwanego oporem indukowanym. Podstawowym sposobem zmniejszenia oporu indukowanego, stosowanym w szybowcach, jest duże wydłużenie skrzydeł. Inny środek to dodatkowe, pionowe powierzchnie aerodynamiczne na końcówkach skrzydeł, wytwarzające różnicę ciśnień hamującą przepływ powietrza - tzw. winglety - czy innego rodzaju rozpraszacze wirów brzegowych. Oczywiście, skrzydło nie jest jedynym źródłem oporów szybowca - opór stawia również kadłub, usterzenie, podwozie itd. Łączne opory wszystkich części samolotu oprócz skrzydła nazywamy oporem szkodliwym. Dodatkowo mamy do czynienia z tzw. oporem interferencyjnym, wynikającym z wzajemnego zakłócania opływów przez łączące się ze sobą elementy szybowca, np. skrzydło i kadłub. Przy dużych - okołodźwiękowych - prędkościach lotu w grę wchodzi jeszcze opór falowy, jednak ten na razie pominiemy.
  • silniki odrzutowe, trias (odpowiedzi: 0)
  • Te silniki są mocne
  • ciekawa teoria?, modelarz (odpowiedzi: 0)
  • link do wiedzy na ten temat http://www.sau.civ.pl/porady/teoria.pdf proszę nie wprowadzać szkodliwych turbulencji.Ani kształt krawędzi, ani kąt nachylenia skrzydeł nie powodują powstawania siły nośnej. Bezpośrednią przyczyną jej powstawania rzeczywiście jest różnica ciśnień, ale różnica ta powstaje w wyniku różnych prędkości opływu cząsteczek powietrza. Powierzchnię górną cząsteczki opływają szybciej niż dolną w związku z tym u góry powstaje ciśnienie mniejsze.
 
Nasi partnerzy:
MEN SchoolNet eTwinning Związek Powiatów Polskich PCSS
Cisco OFEK Przyjazna Szkoła Fundacja Junior FIO CEO
Parafiada net PR Orange IMAX Cinema City WSP TWP
IMAGE PPI-ETC ArcaVir Master Solution Device


Projekt Polski Portal Edukacyjny Interkl@sa
powstał i był realizowany w latach 2000-2011 dzięki wsparciu
Polsko-Amerykańskiej Fundacji Wolności.

W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia Państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej "Polityce Prywatności".


Pytania i uwagi: portal@interklasa.pl

Regulamin portalu /  Polityka prywatności /  Ochrona własności intelektualnej /  Zasady korzystania / 
Wyłączenie odpowiedzialności /  Biuro prasowe /  Zasady współpracy /  Redakcja /  Kontakt

Przejdź na stronę ucznia Przejdź na stronę nauczyciela Przejdź na stronę rodzica Certyfikat sieciaki.pl Przyjazna strona kidprotect.pl