المحتوى
تطير طائرة من صنع الإنسان وفقًا لمبادئ الفيزياء ذاتها التي تطير بها الطيور: يجب أن تتغلب على قوى الجاذبية لتحقيق الرفع والطيران. تعمل أجنحة الطائرات على توليد المصعد ، وهي تقوم بذلك عن طريق منع تدفق الهواء المحيط بها. بدون أجنحة ، تكون الطائرة مجرد سيارة.
قوات الطائرات
الطائرات والطيور قادرة على الطيران لأنها توازن بين أربع قوى: الرفع والوزن والسحب والتوجه. تقلع طائرة في الهواء عندما يتجاوز المصعد - القوة التي تدفع لأعلى على سطحها السفلي لجناحيها - وزن الطائرة بسبب قوة الجاذبية. يتم إنشاء الرفع عن طريق تدفق الهواء حول الطائرة ، وخاصة حول الأجنحة. السحب هو قوة مقاومة الهواء ضد حركة الطائرة. تزداد هذه القوة مع زيادة سرعة الطائرة ولكنها تقل إذا كانت الطائرة ذات شكل ناعم أو ديناميكي. يولِّد محرك الطائرة ونظام الدفع ، سواء كان نفاثًا أو مراوحًا ، قوة دفع للتغلب على السحب.
نيوتن وبرنولي
شرح اثنان من العلماء الأوروبيين مبادئ رحلة الطائرة. ذكر الفيزيائي الإنجليزي إسحاق نيوتن (1642-1727) ثلاثة قوانين للحركة تنطبق على جميع الأجسام المتحركة. الأول هو أن الأشياء تبقى في حالة راحة أو في حركة موحدة ما لم تُجبر على التغيير بواسطة قوة خارجية. ينص الثاني على أن القوة الموجهة إلى جسم ما تجعلها تتسارع في اتجاه تلك القوة. ينص الثالث على أنه توجد قوة متساوية ومعاكسة لكل قوة. كان عالم الرياضيات السويسري دانييل بيرنولي (1700-1782) رائداً في تطوير تفسير رياضي لديناميات الموائع ، وهي ميكانيكا كيفية تدفق السوائل والغازات. يقول اكتشافه الرئيسي ، المعروف باسم مبدأ برنولي ، أنه كلما زادت سرعة تدفق الهواء ، انخفض ضغطه.
زاوية الهجوم
تم تصميم أجنحة الطائرة للإمالة قليلاً من الأفقي ، المعروف أيضًا باسم مسار الرحلة. تسمى زاوية الميل هذه زاوية الهجوم وهي أهم متغير في توليد الرفع. تبدأ الطائرة في التحرك عندما يطبق الطيار الدفع من المحرك لجعل الطائرة تسير للأمام على الأرض. يقوم الطيار بتدوير الطائرة لأعلى عن طريق رفع أنفها لزيادة زاوية الهجوم وتحقيق الإقلاع. ومع ذلك ، كبيرة جدا من زاوية الهجوم ستوقف الطائرة.
انحناء التدفق
يتم إنشاء الرفع عن طريق التقويس الجوي حول أجنحة الطائرة. عندما يصل تدفق الهواء إلى الحافة الأمامية للجناح ، فإنه ينقسم إلى قسمين ، بعضها يتدفق على طول السطح العلوي ويتدفق البعض على طول السطح أدناه. شكل الجناح غير متناظر قليلاً ، مع مساحة أكبر على الجانب العلوي. يتمسك تدفق الهواء بالسطح العلوي وهو يتحرك بين الحواف الأمامية والجانبية للجناح ، مما يؤدي إلى خفض الضغط وفقًا لمبدأ بيرنولي. مع ارتفاع سرعة الطائرة ، يزداد المصعد وفقًا لقانون نيوتن الثاني للحركة. هذا بدوره يزيد من انحناء الهواء على السطح العلوي ، مما يدفع المزيد من الهواء لأسفل من حافة زائدة الأجنحة. أثناء تحرك الطائرة عبر الهواء ، تعمل الأجنحة السفلية التي تواجه تدفق الهواء في زاوية الهجوم أيضًا على تحويل بعض تدفق الهواء إلى أسفل. يولد تدفق الهواء الهابط هذا رد فعل مساويا ومعاكسا في تدفق تصاعدي للهواء عالي الضغط (قانون نيوتن الثالث) ، مما يزيد من الرفع والحفاظ على الطائرة محمولة جوا.