Aviatsiya fanida fizikaning asosiy tamoyillari
Aviatsiya fani nafaqat kuchli dvigatellar yoki zamonaviy samolyotlar dizayni bilan bog'liq; u shuningdek, samolyot qanday qilib barqaror, xavfsiz va samarali ucha olishini tushuntiruvchi fizika tamoyillariga asoslanadi. Uchishdan qo'nishgacha, parvozning har bir bosqichi kuchlar, bosim, energiya va suyuqlik dinamikasi o'rtasidagi murakkab o'zaro ta'sirlarni o'z ichiga oladi. Aviatsiya fizikasining asoslarini tushunish bizga samolyotlarning ko'tarish kuchini qanday yaratishi, havo qarshiligini yengishi, barqarorlikni saqlashi va yoqilg'ini tejashini tushunishga yordam beradi.
1. Samolyotda harakat qiluvchi to'rtta asosiy kuch
Parvoz paytida samolyotga doimo to'rtta asosiy kuch ta'sir qiladi: ko'tarish, og'irlik, itarish va tortishish. Bu to'rtta kuch samolyotning ko'tarilishi, tushishi, tezlashishi yoki sekinlashishini aniqlash uchun o'zaro ta'sir qiladi.
1. Ko'tarish kuchi - bu samolyotning og'irligiga qarshi turish uchun qanotlar tomonidan hosil qilingan yuqoriga ko'tarilish kuchi. Ko'tarish kuchi samolyotni uchish-qo'nish yo'lagidan ko'tarib, uni havoda ushlab turish uchun yetarlicha katta bo'lishi kerak.
2. Og'irlik - bu samolyotni pastga tortadigan tortishish kuchi. Samolyotning massasi (yo'lovchilar, yuk va yoqilg'i bilan birga) qanchalik katta bo'lsa, bu kuch shuncha katta bo'ladi.
3. Itaruvchi kuch - bu dvigatel, pervanel yoki reaktiv dvigatel bo'lsin, tomonidan ishlab chiqariladigan oldinga itaruvchi kuch. Itaruvchi kuch tezlikka erishish va uni saqlab turish uchun zarur.
4. Qarshilik - bu samolyotning oldinga harakatlanishiga qarshilik ko'rsatadigan havo qarshilik kuchi. Qarshilik samolyot tezroq uchgan sari yoki samolyotning shakli aerodinamikligi pastroq bo'lganda ortadi.
Ko'tarish og'irlik bilan, turtki esa qarshilik bilan muvozanatlashganda barqaror parvoz sodir bo'ladi. Agar bitta kuch ustunlik qilsa, samolyot harakatda o'zgarishni boshdan kechiradi.
2. Aerodinamika va ko'tarilish hosil bo'lish mexanizmi
Ko'tarish ko'pincha ikkita bir-birini to'ldiruvchi tushuncha orqali tushuntiriladi: bosim farqlari va havo oqimining burilishi (pastga qarab siljish). Samolyot qanotlari aerofolga deb ataladigan maxsus shaklga ega bo'lib, odatda yuqori qismida egri va pastki qismida tekis bo'ladi. Havo aerofolga atrofida aylanib yurganda, tezlik va bosim o'zgaradi.
Suyuqlik dinamikasi tamoyillariga ko'ra, havo oqimi tezlashganda uning bosimi pasayadi. Qanotda havo oqimining yuqori qismida pastroq bosim, pastki qismida esa yuqori bosim bo'lishi mumkin. Bu bosim farqi ko'tarilish kuchini hosil qiladi.
Bundan tashqari, qanot havoni pastga "itaradi". Nyutonning Uchinchi Qonuniga (harakat-reaktsiya) ko'ra, agar qanot havoga pastga qarab kuch ishlatsa, havo qanotga yuqoriga qarab reaksiya kuchini qo'llaydi. Bu ikki nuqtai nazar bir-biriga zid emas, balki bir xil hodisani tushuntirishga qaratilgan ikkita nuqtai nazardir.
Ko'tarish kuchiga hujum burchagi, qanot akkordi va havo oqimi yo'nalishi orasidagi burchak ham ta'sir qiladi. Kattaroq hujum burchagi odatda ko'tarishni ma'lum darajada oshiradi. Agar hujum burchagi juda katta bo'lsa, havo oqimi qanot yuzasidan ajralib, to'xtab qolishiga (ko'tarilishning keskin yo'qolishiga) olib kelishi mumkin.
3. Bosim, tezlik va balandlik: Atmosferaning roli
Atmosfera sharoitlari parvoz samaradorligiga sezilarli darajada ta'sir qiladi. Balandlik oshgani sayin havo zichligi odatda pasayadi. Havo zichligi ko'tarish va tortish kuchiga ta'sir qiladi (ma'lum bir dvigatel uchun). Yupqa havoda bir xil ko'tarish kuchini yaratish uchun samolyot tezroq uchishi yoki qanotlar kabi maxsus qanot konfiguratsiyalaridan foydalanishi kerak.
Harorat ham rol o'ynaydi. Issiq havo odatda sovuq havoga qaraganda zichroq emas. Shuning uchun issiq aeroportlarda yoki balandliklarda samolyotlar ko'pincha uchish uchun uzunroq uchish-qo'nish yo'laklariga muhtoj bo'ladi. Uchuvchilar va parvoz rejalashtiruvchilari bu omilni zichlik balandligi, ya'ni havoning haqiqiy zichligini aks ettiruvchi "ekvivalent" balandlik kabi tushunchalar orqali hisobga olishadi.
4. Sudrash va samolyotlar uni qanday kamaytiradi
Yoqilg'i samaradorligini aniqlashda asosiy omil tortishish kuchidir. Odatda, tortishish kuchi ikki toifaga bo'linadi:
1. Parazit qarshiligi, samolyot yuzasida havo ishqalanishi va fyuzelyaj shakli tufayli yuzaga keladi, bu esa oqimga "to'sqinlik qiladi". Parazit qarshiligi tezlikning oshishi bilan keskin ortadi.
2. Ko'tarish kuchining paydo bo'lishi natijasida yuzaga keladigan induktsiyalangan qarshilik. Qanot ko'tarish kuchini hosil qilganda, qanot uchlarida girdoblar hosil bo'ladi va bu qarshilikni oshiradi. Induktsiyalangan qarshilik odatda past tezlikda (masalan, uchish va qo'nish paytida) ko'proq seziladi.
Qarshilikni kamaytirish uchun samolyot konstruktsiyalari girdobni kamaytirish uchun aerodinamik shakllar, silliq yuzalar va qanot uchlaridagi qanotchalar kabi qurilmalardan foydalanadi. Kruiz parvozi paytida samolyotlar umumiy qarshilik va yoqilg'i sarfini minimallashtiradigan tezlik va balandlik kombinatsiyasida boshqariladi.
5. Turtki: Mashinalar va Harakat-Reaksiya Tamoyillari
Samolyot dvigatellari impulsning saqlanishi va harakat-reaktsiya tamoyillari asosida turtki hosil qiladi. Reaktiv dvigatelda havo kirish teshigi orqali kiradi, siqiladi, yoqilg'i bilan aralashtiriladi va yoqiladi, so'ngra issiq, yuqori tezlikdagi gazlar orqaga chiqariladi. Oldinga turtki havo massasining orqaga tezlanishiga reaksiya sifatida yuzaga keladi.
Pervanel bilan boshqariladigan samolyotlarda pervanel havo oqimini orqaga tezlashtiradigan va oldinga turtki hosil qiladigan "aylanuvchi qanot" kabi ishlaydi. Reaktiv samolyotlar ham, pervanel bilan boshqariladigan samolyotlar ham impuls tushunchasidan foydalanadi: havo massasi qanchalik ko'p tezlansa yoki tezlikning o'zgarishi qanchalik katta bo'lsa, turtki shunchalik katta bo'ladi.
Dvigatelning samaradorligi ish sharoitlariga bog'liq. Reaktiv dvigatellar odatda yuqori tezlikda va kruiz balandliklarida samaraliroq bo'ladi, pervanel dvigatellari esa past tezlikda va qisqa parvozlar uchun ko'proq mos keladi.
6. Barqarorlik va boshqaruv: Samolyot harakatini tartibga solish
Samolyot barqarorligi uchta asosiy o'qni o'z ichiga oladi:
1. Gorizontal quyruqdagi liftlar tomonidan boshqariladigan balandlik (burun yuqoriga va pastga).
2. Qanotlardagi eleronlar tomonidan boshqariladigan aylanish (chapdan o'ngga qiyshayish).
3. Yaw (burun chapga-o'ngga buriladi), vertikal dumdagi rul tomonidan boshqariladi.
Bu boshqaruv sirtlari samolyotning manevr qilishiga imkon berish uchun aerodinamik kuchlarning taqsimlanishini o'zgartiradi. Masalan, elyeronlar bir qanotning boshqasiga qaraganda ko'proq ko'tarilish kuchini hosil qilishiga olib keladi, bu esa samolyotning o'z aylanish o'qi atrofida aylanishiga olib keladi.
Barqarorlikka og'irlik markazi va bosim markazining holati ham ta'sir qiladi. Samolyotlar turbulentlik kabi kichik buzilishlardan keyin barqarorlikka qaytishga moyil bo'ladigan tarzda ishlab chiqilgan. Biroq, ba'zi zamonaviy samolyotlarda chaqqonlikni oshirish uchun "tabiiy" barqarorlikni pasaytirish mumkin, bu esa simli boshqaruv tizimlari kabi elektron boshqaruv tizimlari yordamida amalga oshiriladi.
7. Energiya, tezlik va parvozni boshqarish
Parvoz fizikasini energiya tushunchasi orqali ham tushunish mumkin. Samolyot kinetik energiyaga (tezlik tufayli) va potensial energiyaga (balandlik tufayli) ega. Uchuvchilar amalda bu ikki energiyani "almashtirishadi": samolyot ko'tarilganda, agar turtki kuchaytirilmasa, kinetik energiya kamayishi mumkin; aksincha, pastga tushganda, agar qarshilik kuchaytirilmasa, samolyot tezlashishi mumkin.
Energiyani boshqarish, ayniqsa, yaqinlashish va qo'nish bosqichlarida muhimdir. Samolyot to'xtab qolmaslik uchun yetarli tezlikni saqlab turishi kerak, lekin xavfsiz qo'nishni ta'minlash uchun juda tez bo'lmasligi kerak. Qapqoqlar past tezlikda ko'tarilish kuchini oshirishga yordam beradi, spoylerlar va havo tormozlari esa qarshilikni oshiradi, bu esa samolyotga tezlik va balandlikni nazorat ostida pasaytirish imkonini beradi.
Yopish
Aviatsiya fizikaning keng ko'lamda va katta aniqlikda qanday ishlashining yorqin namunasidir. To'rtta asosiy kuch - ko'tarish, og'irlik, turtki va tortishish - samolyotning qanday uchishi, parvoz qilishi, manevr qilishi va qo'nishi haqida tushuncha berish uchun asos bo'lib xizmat qiladi. Bu kuchlar ortida qanotlarning aerodinamikasi, atmosfera sharoitlari, impulsga asoslangan dvigatelning ishlashi va samolyot xavfsizligini ta'minlaydigan barqarorlik va boshqaruv tamoyillari turadi. Aviatsiyada fizikaning asosiy tamoyillarini tushunish orqali biz samolyotlarni nafaqat murakkab texnologiya, balki tabiat qonunlarini puxta hisoblash va puxta loyihalash orqali qo'llaydigan tizimlar sifatida ko'ramiz.
