|
Kiedy zrozumiano, na czym polega lot obiektu cięższego od
powietrza, należało zastanowić się, jak w praktyce spowodować
powstanie siły nośnej. W wypadku lotów balonowych konstruktorzy
statków powietrznych mogli zdać się wyłącznie na działanie
prądów powietrza płynących w pożądanym kierunku. Jednak, chcąc
latać samolotem, trzeba było znaleźć sposób na nadanie mu
odpowiedniej prędkości, tak by na skrzydłach pojawiły się
pożądane siły.
Wilbur i Orville Wright rozwiązali ten problem stosując mały
silnik, zaprojektowany tak, by był możliwie najlżejszy. Napędzał
on zespół śmigieł, o przekroju zbliżonym do profilu skrzydła,
które wirowały w płaszczyźnie pionowej z przodu samolotu.
Wytworzony przez nie ruch powietrza do tyłu, na zasadzie
równości akcji i reakcji, powodował powstanie siły skierowanej
przeciwnie, popychającej samolot do przodu, a określanej mianem
ciągu. Bracia Wright dokonali pierwszego lotu na wyposażonym w
silnik statku powietrznym 17 grudnia 1903 r. w Kitty Hawk w
Północnej Karolinie. Ich "Flyer" przeleciał w ciągu 12 sekund
dystans zaledwie 36 metrów, jednak przełomowym osiągnięciem było
udowodnienie słuszności zasad konstrukcji samolotów wynikających
z praw fizyki.
Kiedy samolot porusza się
prosto ze stałą prędkością, działające na niego sity znajdują
się w równowadze. Siła nośna równoważy ciężar maszyny, ciąg zaś
równy jest oporowi aerodynamicznemu.
Nowoczesne silniki odrzutowe
W latach 40. naukowcy opracowali silnik nazywany dziś silnikiem
turboodrzutowym. Zasada jego działania polega na sprężeniu
powietrza doprowadzanego do centralnej komory, gdzie jest ono
mieszane z oczyszczoną naftą, a następnie zostaje zainicjowany
proces spalania. Powstałe w jego wyniku gazy spalinowe
opuszczają silnik w jego tylnej części, powodując tym samym
powstanie ciągu skierowanego w kierunku przodu samolotu.
Samoloty odrzutowe są szybsze niż śmigłowe, ale zużywają bardzo
dużo paliwa, szczególnie podczas lotu z małą prędkością.
Kompromisowym rozwiązaniem jest silnik turbośmigłowy. Dziś
najczęściej stosowanym silnikiem jest tzw. silnik
turbowentylatorowy, który wyposażony jest w duże, umieszczone z
przodu śmigło o wielu łopatach, które wtłacza powietrze do
komory spalania silnika. Jednocześnie wymusza ono przepływ strug
powietrza wokół silnika, wytwarzając ciąg w sposób analogiczny
do śmigła napędzanego silnikiem tłokowym. W tylnej części
nowoczesnego silnika znajdują się tzw. odwracacze ciągu, które
przeznaczone są do zmiany kierunku wylotu gazów spalinowych na
przeciwny do normalnego w sytuacji, gdy należy szybko zmniejszyć
prędkość samolotu (np. podczas lądowania, aby skrócić dobieg).
W chwili, kiedy samolot osiąga prędkość wystarczającą do
wytworzenia sity nośnej wymaganej do podniesienia go w górę,
potrzebne stają się oczywiście urządzenia umożliwiające
sterowanie statkiem w powietrzu. Wyróżniamy sześć podstawowych
faz lotu: start, wznoszenie, lot na stałym pułapie, zakręt,
opadanie i lądowanie. Sterowanie samolotem podczas tych manewrów
zapewniają odpowiednie, ruchome elementy płatów i uderzenia
ogonowego. Podczas startu klapy na krawędziach spływu płatów
nośnych oraz analogiczne elementy statecznika poziomego (ster
wysokości) zostają podniesione, aby zwiększyć powierzchnię
nośną, w celu uzyskania jak największej siły nośnej. Dziób
samolotu unosi się do góry i rozpoczyna on wznoszenie. Warunkiem
sukcesu tego manewru jest osiągnięcie odpowiedniej prędkości
przed jego rozpoczęciem. Klapy i ster wysokości muszą być bowiem
uniesione w momencie, gdy siła nośna jest wystarczająco duża, by
zrównoważyć ciężar statku powietrznego, w przeciwnym wypadku
samolot straci szybkość, silniki stracą ciąg i maszyna nie
wystartuje.
Pod uwagę trzeba także wziąć zjawisko występowania siły
hamującej, która pojawia się na skutek występującego oporu
powietrza. Taka siła, towarzysząca każdemu przemieszczaniu się
ciał, określana jest mianem tarcia, lecz w wypadku statku
powietrznego mamy do czynienia z przypadkiem szczególnym.
Wówczas na skutek rozpływu strumieni powietrza wokół obydwu
skrzydeł oraz zawirowań powietrza (zjawisko turbulencji) pojawia
się dodatkowa siła, która próbuje pchać samolot do tyłu.
Dodatkowa siła hamująca powstaje w wyniku zawirowań na krańcach
skrzydeł, kiedy porcje powietrza znajdującego się pod dużym
ciśnieniem przedostają się na krawędzi spływu płata w obszar
niskiego ciśnienia nad nim. Ten efekt jest szczególnie silny
właśnie na krańcach skrzydeł, gdzie są one nieco odsunięte do
tyłu.
Podczas wznoszenia pilot redukuje siłę hamującą, opuszczając
nieco klapy, gdy samolot już wystartuje. Statek nabiera wtedy
prędkości i można powtórnie zwiększyć uchylenie klap, tak by
rozpocząć ostateczne wznoszenie na pułap przelotowy. Samolot
jest gotów do stabilnego lotu na pułapie przelotowym, kiedy siła
nośna równoważy ciężar statku, a ciąg równy jest oporowi
aerodynamicznemu.
|