Dlaczego samolot lata?


Bombowiec B2 zaprojektowany tak, by uniemożliwić wykrycie go za pomocą radaru

Wszyscy znają prastary mit o Dedalu i Ikarze, którzy niesieni skrzydłami pofrunęli pod niebo. Niestety chyba za dobrze nie znali praw fizyki, bowiem upadli z kretesem. Poważne próby latania zostały dopiero podjęte w dziejach nowożytnych, jednak dopóki nie została wyjaśniona fizyczna podstawa lotu, tylko ptakom było dane oglądać świat z góry. Co więc takiego szczególnego pozwala wznosić się w powietrze ???
Najkrócej można odpowiedzieć że powietrze. Może trochę brzmi jak masło maślane, ale właśnie cyrkulacja powietrza, które porusza się z różnymi prędkościami wokół odpowiednio wyprofilowanego płata skrzydła powoduje powstanie siły nośnej skierowanej ku górze. Właśnie ta siłą jest w stanie przezwyciężyć siłę grawitacji, która cały czas działa na wznoszące się ciało.


Powstawanie siły nośnej

Opiszemy teraz proces powstawania siły nośnej (patrz rysunek). Względem lecącego samolotu powietrze porusza się do tyłu. Powietrze to dzieli się na dwa strumienie, z których jeden przepływa nad skrzydłem samolotu, a drugi pod nim. Powietrze, które otacza skrzydło od góry przebywa dłuższą drogę, porusza się więc z większą prędkością niż powietrze opływające skrzydło z dołu. I w tym momencie z pomocą przychodzi prawo Bernouliego. Mówi ono, że suma ciśnienia statycznego (zwykłe ciśnienie) i dynamicznego w danej strudze płynu (cieczy lub gazu) jest stała. Ciśnienie dynamiczne zależy od prędkości płynu (jest wprost proporcjonalne do kwadratu prędkości, czyli jeśli prędkość wzrośnie dwa razy to ciśnienie dynamiczne wzrośnie cztery razy). Powietrze, które ma większą prędkość, czyli na górze skrzydła, będzie miało więc mniejsze ciśnienie statyczne, niż powietrze na dole. W związku z czym ciśnienie u dołu skrzydła napiera mocniej na skrzydło, niż ciśnienie z góry skrzydła. Różnica tych sił jest właśnie siłą nośną, która umożliwia wznoszenie.


Duża szybkość powietrza nad dachem powoduje wzrost ciśnienia dynamicznego w wyniku czego ciśnienie statyczne jest mniejsze niż pod dachem. Dach może wylecieć do góry.

To samo zjawisko można zauważyć także w sytuacji zrywania dachu przez wiatr. Na rys. 2 przedstawiony jest obieg powietrza związany z dachem dwuspadowym. Różnica ciśnień powoduje, że dach zostaje uniesiony do góry, a nie zgodnie z kierunkiem wiatru.
Wyjaśniona została fizyczna podstawa latania samolotów, jednakże można zadać sobie pytanie po co w samolotach silniki ? Przecież silniki są odpowiedzialne za wznoszenie się samolotu... Dość paradoksalnie bezpośrednio za wznoszenie nie są odpowiedzialne, ale umożliwiają ruch poziomy samolotu, dzięki któremu powietrze może opływać skrzydła z różną samolot

prędkością, na skutek czego powstaje omawiana wyżej siła nośna. Umożliwiają także hamowanie i sterowanie prędkością lotu. Żeby samolot był w pełni był sterowny, czyli mógł skręcać, wznosić się i opadać, niezbędne jest odpowiednie usterzenie, czyli zespół ruchomych krawędzi skrzydeł. Odpowiednie ustawienie tych części umożliwia obrót samolotu wokół dowolnej osi współrzędnych. Wytłumaczenie takiego stany rzeczy jest zupełnie podobne do istoty samego wznoszenia. Zmiana geometrii skrzydeł powoduje działanie siły nośnej w różnych kierunkach i z różną wartością na każde skrzydło, zatem, wraz z połączeniem sterowanej mocy silników, możliwa jest dowolna kombinacja układu sił. Dzięki temu można oglądać efektowne pokazy lotnicze.

opracował Paweł Bartczak

Najszybszy samolot

Eksperymentalny bezpilotowy samolot X-43A zbudowany przez agencję kosmiczną NASA osiągnął na krótko 16 listopada 2004 roku szybkość prawie dziesięciokrotnie przekraczającą szybkość dźwięku, dokładnie 9,8 machów, co stanowi prawie 12000km/h. (jeden mach jest to prędkość równa prędkości dźwięku w powietrzu i równa się 340m/s lub inaczej 1200km/h). W ten sposób pobity został poprzedni rekord prędkości, ustanowiony przez samolot takiego samego typu kilka miesięcy temu, kiedy maszyna osiągnęła szybkość siedmiokrotnie przekraczającą szybkość dźwięku.
samolot

Samolot X-43A napędzany jest przez silnik rakietowy wykorzystujący do spalania tlen atmosferyczny, inaczej jak tradycyjny silnik rakietowy, pobierający tlenu ze zbiornika. Umożliwiło to znaczne zmniejszenie wagi samolotu. Mierzy on tylko 3,5 metra długości, a rozpiętość skrzydeł sięga ledwie 1,5 metra i waży jedną tonę. W samolocie tym nie ma żadnych turbin, sprężarek ani ruchomych części. Powietrze wlatujące specjalną dyszą pod dziobem, jest sprężane wyłącznie dzięki samej ogromnej prędkości oraz geometrii samolotu. Przelatując przez komorę spalania reaguje z paliwem, którym jest wodór.
Samolot ten nie wystartował sam z powierzchni Ziemi. Najpierw wyniesiony on został na dużą wysokość przez zmodyfikowany bombowiec B-52. Na wysokości 12 km odłączył się wraz z rakietą Pegasus. Ta wyniosła prototyp na wysokość 33,5 km, rozpędziła samolot

go do około 6000 km/h i pozostawiła w powietrzu. Następnie załączono właściwy silnik odrzutowy i samolot rozpędził się do rekordowej prędkości w ciągu około 10 sekund. W tym czasie przekazywał wszelkie informacje na temat funkcjonowania silnika. Po osiągnięciu rekordowej szybkości, samolot spadł do oceanu i uległ zniszczeniu.
Zdaniem agencji NASA, tego rodzaju silniki umożliwią tańsze, bezpieczniejsze i szybsze podróżowanie w górnych warstwach atmosfery. Mógłby zabierać na pokład więcej paliwa, towarów lub ludzi, w ciągu kilku godzin dotrzeć do każdego celu na naszej planecie i wrócić bez międzylądowania czy tankowania w locie. Mógłby również grać główną rolę w pierwszym etapie (atmosferycznym) wznoszenia statków i ładunków na orbitę.
Najszybszym seryjnie produkowanym samolotem z silnikiem odrzutowym był słynny SR-71 Blackbird, poruszający się z maksymalną prędkością nieco ponad 3 machów, którego amerykańska armia wykorzystywała do zadań szpiegowskich.
Opracowano na podstawie internetowych informacji zamieszczonych w i .