Введение
С каждым годом человечество становится все более и более мобильным, и происходит это благодаря развитию транспорта. Если несколько веков назад расстояние в сотню километров казалось людям огромным, то сегодня многие жители крупных городов преодолевают такое расстояние почти каждый день. Еще век назад, возможность преодолевать тысячи километров за считанные часы казалась фантастичной почти всем, кроме небольшой группы конструкторов самолетов. Чуть менее ста лет назад, в феврале 1914 года был выполнен первый пассажирский полет на самолете, который возможно, навсегда изменил мир. За это время конструкции самолетом значительно усложнились. Современный самолет – сложнейшее творение инженерной мысли, состоящее из десятков тысяч деталей и множества вычислительных устройств. На постройку современного самолета уходят долгие месяцы. Сегодня, полетная масса самолета достигает нескольких сотен тонн, но законы и основные принципы используемые в самолетостроение незыблимы. Давайте разберемся, как же возникает подъемная сила, позволяющая самолета взлететь и держаться в воздухе.
Самолет МиГ-25
Написать красиво про самолет МиГ-25, с фотографиями и техническими характеристиками.
Закон Бернулли
Рассказать Что такое закон Бернулли (без доказательства), рассмотреть случай, когда труба не наклонена и после этого объяснить что, чем больше скорость, тем меньше давление.
Подъемная сила крыла самолета на примере МиГ-25
Со стороны атмосферы на крылья и корпус самолета действуют огромные силы давления. Рассмотрим самолет МиГ-25.
Площадь крыла МиГ-25 равна 61,4 м2. Атмосферное давление можно считать равным 105 Па, поэтому воздух действует на крылья с силой 61,4*105 Па. Взлетная масса самолета МиГ-25 равна 37000 кг, а следовательно вес самолета равен 3,7*105 H.
Что же нужно, для того, чтобы самолет взлетел? Для возникновения так называемой подъемной силы крыла необходимо, чтобы давление воздуха на нижнюю поверхность крыла было больше, чем на верхнюю. Так и получается, если крыло самолета обтекает воздушный поток.
Для того, чтобы возникла подъемная сила, равная силе тяжести самолета МиГ-25, нужно чтобы избыточное давление было:
Какую же часть от нормального атмосферного давления составляет посчитанное нами избыточное давление? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно разделить полученное выше избыточно давление на нормальное атмосферное давление:
То есть, для того, чтобы самолет поднялся в небо, нужно создать совсем не большое избыточное давление. Но как же оно возникает?
Когда при движении самолета воздушный поток начинает обтекать крыло, то из-за действия сил трения у задней кромки крыла образуется вихрь, в котором воздух вращается против часовой стрелки, если самолет движется справа налево (рисунок 1). Оказывается, что при этом в соответствии с законами механики должно возникнуть вращение по часовой стрелке. Такое вращение воздуха и возникает вокруг крыла.
На поток, обтекающий крыло, накладывается циркуляция воздуха вокруг крыла. В результате, оказывается, что скорость движения воздуха над крылом больше чем скорость движения воздуха под крылом. Так происходит потому, что над крылом скорость циркуляции имеет тоже направление, что и скорость набегающего на крыло воздушного потока. А под крылом эти скорости имеют противоположные направления.
Раньше мы рассказывали о законе Бернулли. Из него нами был сделан вывод, что давление больше там, где меньше скорость. Поэтому, под крылом давление больше, чем над ним. Благодаря этому и возникает подъемная сила, благодаря которой самолет может подняться в воздух.
Какова взлетная скорость МиГ-25 ?
На основе того, о чем мы рассказали выше, можно примерно посчитать скорость, которую нужно набраться самолету МиГ-25 чтобы взлететь.
Если самолет летит со скоростью v относительно воздуха, то воздух набегает на него с точной такой же скоростью, но направление этой скорости другое. Пусть u – скорость циркулирующего потока, а v –скорость самолета. Тогда, в значение скорости воздуха над крыло v1=v+u, а под крылом v2=v-u. Закон Бернулли в нашем случае будет выглядеть так:
А если, подставить v1=v+u и v2=v-u, то
Далее, можно посчитать разность давлений разность давлений под крылом и над крылом (избыточное давление):
Давайте теперь вычислим взлетную скорость самолета МиГ-25. Для этого нужно знать значения плотности воздуха у поверхности Земли ,скорость циркуляции u, а также избыточное давление.
Избыточно давление мы посчитали раньше, оно получилось 6,0*103 Па. Плотность воздуха у Земли приблизительно равна 1,3 кг/м3, а скорость циркуляции составляет порядка 20 м/c. Поэтому, взлетная скорость будет равна:
