아이들은 종종 이렇게 묻습니다. "비행기가 왜 날 수 있지?" "
대답은 간단합니다. 비행기는 운동 에너지와 날개가 있고, 운동 에너지는 앞으로 움직이고, 날개는 위로 올라가기 때문에 비행기가 위로 날 수 있습니다.
그렇게 간단합니까? 사실, 항공기 비행의 이치는 매우 복잡하며, 우리가 이전에 배운 내용 중 일부는 잘못되었다! 오늘 자세히 분석해 드리겠습니다.
비행기의 비행은 결국 역학 원리에 대한 운용이다. 비행기 한 대가 지면에 주차되어 있는데, 그것은 단지 두 가지 힘의 작용을 받는다. 하나는 비행기 자체의 중력이고, 다른 하나는 그 지지력에 맞서는 것이다. 중력은 수직으로 아래로 내려가고, 지지력은 위로 올라가고, 두 힘은 크기가 같고, 반대 방향이기 때문에 비행기는 안정적으로 거기에 주차할 수 있다.
정지 항공기 응력 상황
우리는 하늘로 날아가려면 먼저 중력을 극복하고 지면에서 벗어나게 해야 한다. 이때 지면의 지지력을 다른 힘으로 대체해야 한다. 이 힘은 바로 리프트다. 리프트가 중력보다 크면 비행기가 위쪽으로 올라갑니다. 리프트와 중력이 같을 때 비행기는 높이를 유지합니다.
풍선과 로켓을 떠올렸을 겁니다. 풍선 안의 기체 밀도가 바깥의 공기 밀도보다 낮기 때문에 풍선은 부력을 발생시키고 부력은 양력이다. 로켓은 로켓 엔진에 의지하여 아래로 제트하며, 제트 기류의 반작용력도 로켓을 고공으로 밀어낼 수 있다.
풍선에 비해 비행기가 무겁고 엔진 추진력도 로켓만큼 크지 않기 때문에 비행기는 날개에 의지하여 앞으로 비행해야 한다. 비행기의 리프트는 기본적으로 날개가 공기 중에 움직이는 것에 의해 발생한다.
비행기가 공중에서 비행할 때, 그것은 동시에 네 방향력 (하향 중력, 상향 리프트, 전방 추력, 후방 저항) 의 작용을 받는다.
비행 상태 힘 상태
비행기가 엔진을 시동하고 공기를 뒤로 불면 공기가 비행기에 앞으로 움직일 수 있는 힘을 준다. 네가 힘껏 벽을 밀듯이, 벽이 너에게 가하는 반작용력처럼, 이 두 힘의 크기는 같은 방향의 반대 방향이다.
작용력과 반작용
비행기가 빠르게 앞으로 움직일 때 날개는 공기를 자르고 날개와 공기 사이의 상호 운동은 리프트를 일으킨다.
리프트의 생성과 관련하여, 우리는 이전에 많은 교과서에서 이렇게 묘사했다. 날개 단면의 특수한 모양 때문에, 그 위는 솟아오르고 아래는 비교적 평평하다는 것이다. (윌리엄 셰익스피어, 윈드서머, 과학명언) 날개가 공기 중에 움직이면 날개 위의 공기가 더 멀리 흐르고 같은 시간에 날개 위의 공기 흐름이 더 빨라진다. 베르누이 원리에 따르면, 기류가 빠르게 흐를수록, 그 압력은 작아진다. V1gt；; V2, 그래서 날개 아래의 공기 압력이 위의 힘보다 크고 날개가 올라갑니다.
일부 교과서는 베르누이 원리를 사용하여 날개 리프트
를 설명합니다유감스럽게도, 이런 표현은 완전히 정확하지 않다.
사실 과학자들은 대량의 풍동 실험을 통해 공기단이 날개 앞부분에서 분리된 후, 위 그림에서 파란색 화살표의 기류가 아래 빨간색 부분과 동시에 도착하는 것이 아니라 날개 위의 공기 유속이 날개 뒤 저압의 결과라는 것을 발견했기 때문에, 우리는 베르누이 원리를 사용하여 날개의 양력을 설명할 수 없다.
항공 애호가라면 거의 모든 날개 횡단면이 물방울과 비슷한 평평한 모양이라는 것을 쉽게 알 수 있습니다. 위쪽은 약간 부풀어오르고 끝부분은 약간 아래쪽으로 기울어져 있습니다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 항공기명언) 이런 모양은 비행기가 최소한의 저항으로 공기 중에 비행하는 데 유리하다.
다음 그림은 날개의 일반적인 단면 모양
을 보여 줍니다이 날개 모양의 또 다른 역할은 공기를 편향시켜 날개가 위로 올라갈 수 있게 하는 것이다.
공기가 날개의 윗면에서 흘러내리면 날개 표면에 흡착력이 생기는데, 이 흡착력은 날개 위의 정적 압력을 상대적으로 낮춘다. 날개 아래에서 흐르는 공기단은 날개 위로 올라가는 영각으로 인해 더 큰 정적 압력을 발생시킵니다. 공기단은 날개 끝에서 강제로 아래로 눌러 날개 자체가 반대 방향의 위쪽 컴포넌트를 생성하도록 합니다. 그래서 날개가 위로 올라갑니다.
날개는 공기를 눌러 리프트를 얻습니다
비행기의 날개는 리프트의 주요 공급자이지만, 대부분의 비행기는 날개가 두 개뿐 아니라 수평 꼬리날개와 수직 꼬리날개도 있다. 꼬리날개는 주로 안정된 비행 역할을 하며 꼬리날개에 몇 개의 방향타면이 설치되어 있으며 비행기는 키의 스윙을 통해 방향을 조절한다.
수직 꼬리날개에 방향타가 설치되어 있어 비행기의 항로를 편향시킬 수 있다. 수평 꼬리날개 뒤에는 비행기의 피치를 조절하는 승강타가 있다. 리프트가 올라가면 꼬리의 기류가 위로 올라와서 비행기에 위쪽 토크를 주는데, 이때 날개의 공격각이 커지고 날개가 얻는 양력이 커지고 비행기가 올라간다. 반대로, 비행기는 하강할 것이다.
비행 전투기
비행기는 크고 작으며, 가장 가벼운 유인 비행기는 수십 킬로그램에 불과하고, 가장 무거운 비행기는 수백 톤에 달합니다. 그들은 어떻게 날았습니까? 비행기는 강력한 엔진과 날개를 가지고 있기 때문이다.
엔진은 공기를 뒤로 밀어 비행기가 전진할 수 있는 운동 에너지를 얻게 한다.
비행기의 날개는 공기 중에 움직일 때 공기를 자르고, 공기는 날개를 통과한 후 어쩔 수 없이 아래로 이동하며, 따라서 날개에 상승력을 부여하며, 비행기의 중력보다 큰 양력이 있을 때 비행기는 지면을 떠나 공중에서 비행할 수 있다.
많은 사람들이 베르누이 원리를 사용하여 날개의 리프트를 설명하는 것은 정확하지 않다. 날개 위의 기류 속도는 압력 변화의 결과이지 원인이 아니다. 사실 날개의 리프트는 뉴턴의 역학 원리에 부합하는 하압 공기의 반작용력이다.