Wie ein Flügel Flugzeugen beim Fliegen hilft. Kurzkurs Aerodynamik
Erinnern Sie sich an Lilienthal, der sein eigenes Leben opferte und damit einen großen Weg in die Luftfahrt ebnete. Viele Ingenieure und Erfinder vor ihm hatten versucht, die Luft zu erobern, indem sie die Bewegung von Vögeln nachahmten. Diese Teile haben einen wissenschaftlichen Namen erhalten: Ornithopter. Trotz der Widersprüchlichkeit der Theorie der “Schlagflügel” wurden die ersten Grundlagen der Aerodynamik von Flugzeugen gelegt. Heutzutage basiert die gesamte Luftfahrt dank der Aerodynamik auf den Prinzipien des Fliegens, daher werde ich in diesem Artikel auf die zugänglichste Weise erklären, welche Regeln ein Flugzeug fliegt.
Zuerst waren es Segelflugzeuge und Flugzeuge. Der Begründer dieser Theorie war der Engländer George Cayley, der vermutete, dass es rationaler sei, einen flachen und festen Flügel zu verwenden, um die Auftriebs- und Druckkraft zu trennen. Äußerlich handelte es sich um eine einfache Sperrholzplatte, die sich in einem bestimmten Winkel zum einströmenden Strom befand. Dieser Winkel wurde als Anstellwinkel bezeichnet. Er äußerte auch die Idee, dass das Flugzeug für die Stabilität des Fluges horizontale und vertikale Leitwerke benötigt.
Wenig später stellte sich heraus, dass ein komplett flacher Flügel nur minimalen Auftrieb hat. Darüber hinaus war ein solcher Flügel sehr anfällig für Biegungen, so dass die folgenden Konstruktionen von Flugzeugen einen konvexen oberen Teil und einen konkaven unteren Teil hatten. Und die Vorder- und Hinterkanten des Flügels wurden starr befestigt, so dass sich die Struktur während des Fluges in der gleichen Position befand, mit einem Anstellwinkel von Null.
Im Jahr 1884 kam ein anderer Engländer, Horatio Phillips, auf die Idee, verschiedene Abschnitte des Flügels wissenschaftlich zu untersuchen, wofür er noch im selben Jahr sein erstes Patent erhielt. Sein Flügel ähnelte bereits dem modernen: eine abgerundete Flügelvorderkante, ein verdickter Mittelteil und eine scharfe Hinterkante.
In den 1930er Jahren wurde klar, dass Horatio Phillips’ Idee die dominanteste und rationalste war. Auf der Suche nach einer Erhöhung des Auftriebs begannen die Flugzeugkonstrukteure, nicht nur einen, sondern gleich zwei zu entfernen. So entstanden die ersten Doppeldecker. Zu viele Auflageflächen reduzierten jedoch die Geschwindigkeit des Flugzeugs. Dies ist auf die “erhöhte Reibungskraft” der Vorderkanten des Flügels zurückzuführen, so dass die Idee der Doppeldecker zugunsten von Eindeckern (“mono” – eins) aufgegeben wurde, die nur einen Flügel haben.
Nun, da wir mit der Geschichte fertig sind, kommen wir zum Thema der aerodynamischen Funktionsweise des Flügels. In einem idealen Luftstrom bewegen sich die Moleküle gleichmäßig und in einer geraden Linie, aber das Verhalten der Luft ändert sich dramatisch, wenn sie sich der Vorderkante des Flügels nähert. Aufgrund der Besonderheit des Flügelprofils strömt die Luft von oben (dem konvexen Teil des Flügels) mit einer höheren Geschwindigkeit als von unten. Der Luftstrom hat aufgrund seiner Eigentümlichkeiten und aufgrund der Bernoullischen Gesetze an jedem seiner Punkte einen konstanten Druck.
Bei hohen Geschwindigkeiten nimmt Luft die Eigenschaften einer Flüssigkeit an. Wenn sich die Luftstromlinie verschiebt (oder einfach ausgedrückt, wenn sie auf die Vorderkante des Flügels trifft), ändert die Luft ihren Druck. An der Vorderkante des Flügels sinkt der Luftdruck, da die Luftmoleküle etwas gehemmt werden und eine verdünnte Zone bilden. Die Luft von unten bewegt sich langsamer, ändert aber gleichzeitig fast nicht ihren Druck, so dass der Druck von unten höher ist als an der Oberkante des Flügels, so dass die Luft unten den Flügel nach oben drückt. Diese Kraft wird als Heben bezeichnet. Alle resultierenden Kraftvektoren werden als Gesamtauftrieb bezeichnet.
In zukünftigen Artikeln werde ich ausführlicher auf die Funktionsweise von Flügelmechanisierungswerkzeugen eingehen, die nicht nur den Auftrieb erhöhen, sondern auch die Tragfähigkeit des Flügels erhöhen. Kurz gesagt, dazu gehören: Vorflügel, Wölbklappen, Spoiler, Bremsklappen (Druckluftbremse), Querruder, Flaperons usw. Und vielen Dank an den ausgezeichneten Lehrer für Aerodynamik des Flugzeugs: Nosov Arkady Vasilyevich.