Uçak uçuş mekaniği - Aircraft flight mechanics

Uçak uçuş mekaniği , sabit kanatlı ( planörler , uçaklar ) ve döner kanatlı ( helikopterler ) uçaklarla ilgilidir. Bir uçak ( ABD kullanımında uçak ), ICAO Belgesi 9110'da "havadan daha ağır, güç tahrikli, kaldırma gücünü esas olarak belirli uçuş koşulları altında sabit kalan yüzeydeki aerodinamik reaksiyonlardan elde eden bir uçak" olarak tanımlanmaktadır.

Bu tanımın hem zeplinleri (çünkü kaldırmayı yüzeyler üzerindeki hava akışından ziyade kaldırma kuvvetinden türetirler) hem de balistik roketleri (çünkü kaldırma kuvvetleri tipik olarak doğrudan ve tamamen dikeye yakın itme kuvvetinden türetildiği için) hariç tuttuğunu unutmayın . Teknik olarak, bunların her ikisinin de havada hareket eden bir cisme etki eden fiziksel kuvvetlerin daha genel anlamıyla "uçuş mekaniği"ni deneyimlediği söylenebilir ; ancak çok farklı çalışırlar ve normalde bu terimin kapsamı dışındadırlar.

Çıkarmak

Havadan daha ağır bir araç (uçak) ancak bir dizi aerodinamik kuvvet yüklendiğinde uçabilir. Sabit kanatlı uçaklarla ilgili olarak, uçağın gövdesi, kalkıştan önce kanatları tutar. Kalkış anında bunun tersi olur ve kanatlar uçarken uçağı destekler.

Uçakların düz ve düz uçuşu

Uçuşta, motorlu bir uçağın dört kuvvet tarafından etkilendiği düşünülebilir: kaldırma , ağırlık , itme ve sürükleme . İtki , motor tarafından üretilen kuvvettir (bu motor bir jet motoru , bir pervane veya - X-15 gibi egzotik durumlarda - bir roket olabilir ) ve sürtünmenin üstesinden gelmek amacıyla ileri yönde hareket eder. Kaldırma , uçağın atmosfere göre hızını temsil eden vektöre dik hareket eder. Sürükleme , uçağın hız vektörüne paralel hareket eder, ancak zıt yönde hareket eder, çünkü sürtünme havadaki harekete direnir. Ağırlık , uçağın ağırlık merkezi aracılığıyla Dünya'nın merkezine doğru hareket eder.

Düz ve yatay uçuşta , kaldırma yaklaşık olarak ağırlığa eşittir ve ters yönde hareket eder. Ayrıca uçak ivmelenmiyorsa, itme kuvveti sürüklemeye eşit ve zıttır.

Düz tırmanış uçuşunda, kaldırma ağırlıktan daha azdır. İlk başta, bu yanlış görünüyor çünkü bir uçak tırmanıyorsa, kaldırmanın ağırlığı aşması gerekiyor gibi görünüyor. Bir uçak sabit hızda tırmanırken, tırmanmasını ve ekstra potansiyel enerji kazanmasını sağlayan itme kuvvetidir. Kaldırma, uçağın atmosfere göre hızını temsil eden vektöre dik hareket eder, bu nedenle kaldırma, uçağın potansiyel enerjisini veya kinetik enerjisini değiştiremez. Bu, düz dikey uçuşta bir akrobasi uçağı göz önüne alındığında görülebilir (düz yukarı doğru tırmanan veya doğrudan aşağı inen bir uçak). Dikey uçuş asansör gerektirmez. Düz yukarı doğru uçarken, uçak dünyaya düşmeden önce sıfır hava hızına ulaşabilir; kanat kaldırmıyor ve bu yüzden stall olmuyor. Düz, sabit hava hızında tırmanan uçuşta, itme sürtünmeyi aşar.

Düz inen uçuşta, kaldırma ağırlıktan daha azdır. Ayrıca, uçak hızlanmıyorsa, itme, sürüklemeden daha azdır. Dönüş uçuşunda, kaldırma ağırlığı aşar ve uçağın yatış açısı tarafından belirlenen birden büyük bir yük faktörü üretir .

Uçak kontrolü ve hareketi

Açı adlarını hatırlamak için anımsatıcılar

Bir uçağın geçen havaya göre yönünü değiştirmesinin üç ana yolu vardır. Pitch (burnun yukarı veya aşağı hareketi, enine eksen etrafında dönmesi), yuvarlanma (uzunlamasına eksen etrafında dönme, yani uçağın uzunluğu boyunca uzanan eksen) ve yalpalama (burnun sola veya sağa hareketi ) , dikey eksen etrafında döndürme). Uçağın döndürülmesi (yön değişikliği), uçağın öncelikle bir yatış açısı elde etmek için (merkezcil bir kuvvet üretmek için) yuvarlanmasını gerektirir; İstenen yön değişikliği sağlandığında, yatış açısını sıfıra indirmek için uçak tekrar ters yönde yuvarlanmalıdır. Kaldırma, kanatların konumuna bağlı olarak basınç merkezi boyunca dikey olarak hareket eder. Basınç merkezinin konumu, saldırı açısındaki değişiklikler ve uçak kanat kanatçıkları ayarı ile değişecektir.

Uçak kontrol yüzeyleri

Sapma, hareketli bir dümen yüzgeci tarafından tetiklenir. Dümenin hareketi, dikey yüzeyin ürettiği kuvvetin boyutunu ve yönünü değiştirir. Kuvvet, ağırlık merkezinin gerisinde bir mesafede oluşturulduğundan, bu yanlamasına kuvvet önce bir yalpalama momentine, ardından bir yalpalama hareketine neden olur. Büyük bir uçakta, hem güvenlik hem de birbirine bağlı yalpalama ve yuvarlanma hareketlerini kontrol etmek için tek kanat üzerinde birkaç bağımsız dümen bulunabilir.

Tek başına sapma kullanmak, bir uçakta düz bir dönüş gerçekleştirmenin çok verimli bir yolu değildir ve bir miktar yana kaymaya neden olur. Bir yana kayma oluşturmadan gerekli merkezcil kuvvetleri sağlamak için kesin bir yatış ve kaldırma kombinasyonu oluşturulmalıdır.

Eğim, bir asansör oluşturmak için menteşelenen kuyruk düzleminin yatay dengeleyicisinin arka kısmı tarafından kontrol edilir . Asansör kumandasını geriye doğru hareket ettirerek pilot, asansörü yukarı doğru hareket ettirir (negatif kamber konumu) ve yatay kuyruk üzerindeki aşağı doğru kuvvet artar. Hücum açısı üzerinde kanatları burun yukarı eğimli edilir ve asansör genelde artar böylece arttı. Mikro ışıklarda ve kanatlı kanatlarda yunuslama hareketi tersine çevrilir - yunuslama kontrol sistemi çok daha basittir, bu nedenle pilot asansör kontrolünü geriye doğru hareket ettirdiğinde burun aşağı bir yunuslama üretir ve kanattaki hücum açısı azalır.

Sabit kuyruk yüzeyi ve hareketli asansör sistemi, ses altı uçaklarda standarttır. Süpersonik uçuş yapabilen teknelerde genellikle bir dengeleyici , yani tamamen hareket eden bir kuyruk yüzeyi bulunur. Bu durumda eğim, kuyruğun tüm yatay yüzeyi hareket ettirilerek değiştirilir. Bu görünüşte basit yenilik, süpersonik uçuşu mümkün kılan kilit teknolojilerden biriydi. İlk denemelerde, pilotlar kritik Mach sayısını aştığında, garip bir fenomen kontrol yüzeylerini işe yaramaz ve uçaklarını kontrol edilemez hale getirdi. Bir uçak ses hızına yaklaştıkça, uçağa yaklaşan havanın sıkıştırıldığı ve tüm hücum kenarlarında ve asansörün menteşe hatları çevresinde şok dalgalarının oluşmaya başladığı belirlendi. Bu şok dalgaları, asansörün hareketlerinin, asansörün yukarısındaki stabilizatör üzerinde hiçbir basınç değişikliğine neden olmamasına neden oldu. Sorun, dengeleyiciyi ve menteşeli yükselticiyi tamamen hareket eden bir dengeleyiciye dönüştürerek çözüldü - kuyruğun tüm yatay yüzeyi tek parça bir kontrol yüzeyi haline geldi. Ayrıca, süpersonik uçuşta, kamberdeki değişimin kaldırma üzerinde daha az etkisi vardır ve bir dengeleyici daha az sürtünme üretir.

Uçak saldırı uç açılarla gerek kontrol bazen ile donatılmış olduğu uydurma yunuslama hareketi, bir ileri foreplane (kokpit ile neredeyse aynı seviyede) kullanılarak oluşturulur konfigürasyonda. Böyle bir sistem, perde otoritesinde ani bir artış ve dolayısıyla perde kontrollerine daha iyi bir yanıt üretir. Bu sistem, stabilatör tipi bir ön kanat kullanan delta kanatlı uçaklarda (deltaplane) yaygındır. Kıç kuyruğa kıyasla kanat konfigürasyonunun bir dezavantajı, kanadın, stall performansı nedeniyle düşük hızlarda kanat kaldırmasını artırmak için kanatların çok fazla uzantısını kullanamamasıdır. Kombine bir üç yüzeyli uçak, her iki konfigürasyonun avantajlarını elde etmek için hem bir arka hem de bir arka kuyruk (ana kanada ek olarak) kullanır.

Kuyruk düzleminin başka bir tasarımı V-kuyruğudur , çünkü standart ters T veya T-kuyruk yerine, bir V'de birbirinden uzağa açılı iki kanat vardır. Kontrol yüzeyleri daha sonra hem dümen hem de yükseltici olarak hareket eder, gerektiği gibi uygun yönde hareket ettirin.

Yuvarlanma, kanatçık adı verilen kanatların arka kenarındaki hareketli bölümler tarafından kontrol edilir . Aileronlar birbirine zıt hareket eder - biri yukarı çıkarken diğeri aşağı iner. Kanadın bombesindeki fark, kaldırmada bir farka ve dolayısıyla bir yuvarlanma hareketine neden olur. Aileronların yanı sıra, bazen rüzgarlıklar da vardır - kanadın üst yüzeyindeki küçük menteşeli plakalar, başlangıçta uçağı yavaşlatmak ve alçalırken kaldırmayı azaltmak için sürtünme oluşturmak için kullanılır. Otomasyon avantajına sahip modern uçaklarda, devrilme kontrolü sağlamak için kanatçıklarla birlikte kullanılabilirler.

Wright kardeşler tarafından yapılan en eski motorlu uçağın kanatçıkları yoktu. Bütün kanat teller kullanılarak büküldü. Kanat geometrisinde herhangi bir süreksizlik olmadığı için kanat çarpıtma etkilidir, ancak hızlar arttıkça kasıtsız çarpıklık bir sorun haline geldi ve bu nedenle kanatçıklar geliştirildi.

Ayrıca bakınız

Referanslar

LJ Clancy (1975). Aerodinamik . Bölüm 14 Temel Uçuş Mekaniği . Pitman Yayıncılık Limited, Londra. ISBN 0-273-01120-0

Languages

In other projects