Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ұшақтардың ұшу механикасы тұрақты қанатты (планерлер, ұшақтар) және айналмалы қанатты (вертолеттер) ұшақтарға қатысты. Ұшақ (АҚШ терминологиясында – әуе кемесі), ICAO 9110 құжатында "қозғалтқышпен жұмыс істейтін, ауадан ауыр, көтерілуі негізінен ұшудың белгілі жағдайларында қозғалмайтын беттерге аэродинамикалық әсерден туындайтын ұшақ" деп анықталады. Бұл анықтама дирижабльдерді (олар көтерілуді беттердегі ауа ағынынан емес, инерциядан алады) және баллистикалық зымырандарды (олардың көтеру күші әдетте тікелей және толығымен вертикальды итеруден туындайды) қамтымайды. Техникалық тұрғыдан алғанда, екеуі де ауада қозғалатын денеге әсер ететін физикалық күштердің жалпы мағынасында "ұшу механикасын" бастан кешіруі мүмкін; бірақ олардың жұмыс принципі өте ерекше, сондықтан олар әдетте осы терминнің шегінен тыс қалады.
Aircraft flight mechanics are relevant to fixed wing (gliders, aeroplanes) and rotary wing (helicopters) aircraft. An aeroplane (airplane in US usage), is defined in ICAO Document 9110 as, "a power driven heavier than air aircraft, deriving its lift chiefly from aerodynamic reactions on surface which remain fixed under given conditions of flight". Note that this definition excludes both dirigibles (because they derive lift from buoyancy rather than from airflow over surfaces), and ballistic rockets (because their lifting force is typically derived directly and entirely from near vertical thrust). Technically, both of these could be said to experience "flight mechanics" in the more general sense of physical forces acting on a body moving through air; but they operate very differently, and are normally outside the scope of this term.
Ұшу
Ауадан ауыр кеме (ұшақ) тек аэродинамикалық күштердің тізбегі әсер еткенде ғана ұша алады. Қанаттары бекітілген ұшақтарда, ұшақтың фюзеляжы ұшуға дейін қанаттарын тіреп тұрады. Ұшып көтерілген сәтте, бұл процесс керісінше болады және қанаттар ұшақты ұшу кезінде қолдайды.
A heavier than air craft (aircraft) can only fly if a series of aerodynamic forces come to bear. In regard to fixed wing aircraft, the fuselage of the craft holds up the wings before takeoff. At the instant of takeoff, the reverse happens and the wings support the plane in flight.
Әуе кемесінің тік және тегіс ұшуы
Ұшу кезінде қозғалтқышпен жұмыс істейтін ұшаққа төрт күш әсер етеді: көтеру, салмақ, итермелеу және соғу. Итермелеу – бұл қозғалтқыш (реактивтік қозғалтқыш, пропеллер немесе, мысалы, X-15 сияқты ерекше жағдайларда, ракета) тудыратын күш және соғуды жеңу үшін алға бағытталған. Көтеру күші атмосфераға қатысты ұшақтың жылдамдығын көрсететін векторға перпендикуляр бағытта әрекет етеді. Соғу күші ұшақтың жылдамдық векторына параллель, бірақ кері бағытта әрекет етеді, себебі соғу ауадағы қозғалысқа қарсы тұрады. Салмақ күші ұшақтың ауырлық орталығы арқылы, Жер орталығына қарай әсер етеді. Түзу және тегіс ұшу кезінде көтеру күші шамамен салмақ күшіне тең және оған қарсы бағытта әрекет етеді. Сондай-ақ, егер ұшақ жылдамдамаса, итермелеу күші соғу күшіне тең және оған қарсы бағытта болады. Түзу көтерілу кезінде көтеру күші салмақ күшінен кем болады. Алғашқыда бұл дұрыс емес сияқты көрінеді, өйткені ұшақ көтерілгенде көтеру күші салмақ күшінен артық болуы керек. Бірақ ұшақ тұрақты жылдамдықпен көтерілгенде, оның итермелеу күші оны көтерілуге және қосымша потенциалдық энергияны алуға мүмкіндік береді. Көтеру күші атмосфераға қатысты ұшақтың жылдамдығын көрсететін векторға перпендикуляр бағытта әрекет етеді, сондықтан ол ұшақтың потенциалдық немесе кинетикалық энергиясын өзгерте алмайды. Мұны тік ұшудағы (тік жоғары немесе тік төмен) акробатикалық ұшақты қарастыру арқылы көруге болады. Тік ұшу үшін көтеру күші қажет емес. Тік жоғары ұшқанда ұшақ жерге түсетін алдында нөлдік жылдамдыққа жетеді; қанаты көтеру күшін тудырмайды, сондықтан тоқтамайды. Түзу, жоғарылайтын ұшу кезінде тұрақты жылдамдықпен итермелеу күші соғу күшінен асып түседі. Тік төмен қарай ұшу кезінде көтеру күші салмақ күшінен кем болады. Сондай-ақ, егер ұшақ жылдамдамаса, итермелеу күші соғу күшінен кем болады. Бұрылып ұшу кезінде көтеру күші салмақ күшінен асып түседі және ұшақтың бұрылу бұрышына байланысты бірден артық жүктеме коэффициентін тудырады.
In flight a powered aircraft can be considered as being acted on by four forces: lift, weight, thrust, and drag. Thrust is the force generated by the engine (whether that engine be a jet engine, a propeller, or in exotic cases such as the X 15 a rocket) and acts in a forward direction for the purpose of overcoming drag. Lift acts perpendicular to the vector representing the aircraft's velocity relative to the atmosphere. Drag acts parallel to the aircraft's velocity vector, but in the opposite direction because drag resists motion through the air. Weight acts through the aircraft's centre of gravity, towards the centre of the Earth. In straight and level flight, lift is approximately equal to the weight, and acts in the opposite direction. In addition, if the aircraft is not accelerating, thrust is equal and opposite to drag. In straight climbing flight, lift is less than weight. At first, this seems incorrect because if an aircraft is climbing it seems lift must exceed weight. When an aircraft is climbing at constant speed it is its thrust that enables it to climb and gain extra potential energy. Lift acts perpendicular to the vector representing the velocity of the aircraft relative to the atmosphere, so lift is unable to alter the aircraft's potential energy or kinetic energy. This can be seen by considering an aerobatic aircraft in straight vertical flight (one that is climbing straight upwards or descending straight downwards). Vertical flight requires no lift. When flying straight upwards the aircraft can reach zero airspeed before falling earthwards; the wing is generating no lift and so does not stall. In straight, climbing flight at constant airspeed, thrust exceeds drag. In straight descending flight, lift is less than weight. In addition, if the aircraft is not accelerating, thrust is less than drag. In turning flight, lift exceeds weight and produces a load factor greater than one, determined by the aircraft's angle of bank.
Әуе кемесін басқару және қозғалыс
Ұшақтың ауа ағынына қатысты бағытын өзгертудің үш негізгі тәсілі бар. Көлденең осі бойынша айналу (мұрынды жоғары немесе төменге жылжыту), бойлық осі бойынша айналу (яғни, ұшақтың ұзындығы бойымен өтетін осі бойынша) және тік осі бойынша айналу (мұрынды солға немесе оңға жылжыту). Ұшақты бұру (бағытты өзгерту) үшін алдымен ұшақты көлбеу бұрышына жеткізу үшін айналдыру қажет (орталыққа тартқыш күшті тудыру үшін); қажетті бағыт өзгертілгеннен кейін, ұшақты көлбеу бұрышын нөлге дейін азайту үшін кері бағытта қайта айналдыру керек. Көтергіш күші қанаттардың орналасуына байланысты қысым центрі арқылы тік жоғары бағытта әрекет етеді. Қысым центрінің орны шабуыл бұрышы мен ұшақ қанаттарының жапқыштарының орнатылуына байланысты өзгеруі мүмкін.
There are three primary ways for an aircraft to change its orientation relative to the passing air. Pitch (movement of the nose up or down, rotation around the transversal axis), roll (rotation around the longitudinal axis, that is, the axis which runs along the length of the aircraft) and yaw (movement of the nose to left or right, rotation about the vertical axis). Turning the aircraft (change of heading) requires the aircraft firstly to roll to achieve an angle of bank (in order to produce a centripetal force); when the desired change of heading has been accomplished the aircraft must again be rolled in the opposite direction to reduce the angle of bank to zero. Lift acts vertically up through centre of pressure which depends on the position of wings. The position of the centre of pressure will change with changes in the angle of attack and aircraft wing flaps setting.
Әуе кемесінің басқару беттері
Көлбеуді қозғалмалы руль қанаты тудырады. Рульдің қозғалысы тік беттің күшін мөлшері мен бағыты бойынша өзгертеді. Күш ауырлық орталығынан артқа қарай жасалғандықтан, бұл бүйірлік күш ырғақ моментін, содан кейін ырғақ қозғалысын тудырады. Үлкен ұшақта қауіпсіздік үшін де, байланысты иілу және домалау әрекеттерін басқару үшін де бір қанатта бірнеше тәуелсіз рульдер болуы мүмкін. Тек ырғақпен басқару ұшақта тегіс бұрылыс жасаудың тиімді тәсілі емес және жақты ауытқуға алып келуі мүмкін. Қажетті центростремителдік күштерді жақты ауытқусыз тудыру үшін иілу мен көтерудің дәл үйлесімі жасалуы керек. Тікұшақтың артқы бөлігінің көлденең тұрақтандырғышы тірекпен бекітіліп, лифт құралады. Лифт басқаруын артқа жылжыту арқылы ұшқыш лифтті жоғары көтереді (теріс қисықтық) және көлденең құйрықтағы төмен қарайғы күш артады. Қанаттардың шабуыл бұрышы артады, сондықтан мұрын жоғары көтеріледі және көтеру жалпы көбейеді. Микроұшақтар мен аспалы планерлерде питч әрекеті кері болады. Питч басқару жүйесі әлдеқайда қарапайым болғандықтан, ұшқыш лифт басқаруын артқа жылжытқанда, мұрынды төмен түсіру және қанаттың шабуыл бұрышын азайту болады. Белгілі бір құйрық беті мен қозғалмалы лифттер жүйесі дыбыс астындағы ұшақтарда стандартты болып табылады. Үшінші деңгейден жоғары ұшуға қабілетті кемелерде көбінесе стабилизатор, яғни толығымен қозғалмалы құйрық беті болады. Бұл жағдайда құйрықтың барлық көлденең бетін жылжыту арқылы өзгертіледі. Бұл сырттай қарапайым жаңалық – үстіндік дыбыстық ұшуды мүмкін ететін негізгі технологиялардың бірі. Бастапқы сынақтарда, ұшқыштар Мах санын асырғанда, ерекше құбылыс олардың басқару беттерін пайдасыз етіп, ұшақтарын басқарудан шығарды. Ұшақ дыбыс жылдамдығына жақындағанда, оған жақындаған ауа қысылады және лифттің барлық алдыңғы жиектерінде және шарнирлік сызықтарында соққы толқындары пайда бола бастайды. Бұл соққы толқындары лифттің қозғалысы лифттің алдындағы тұрақтандырғышта қысымның өзгеруіне себеп болмады. Бұл мәселе тұрақтандырғышты және шарнирлі лифтті толығымен қозғалмалы стабилизаторға ауыстыру арқылы шешілді – құйрықтың барлық көлденең беті бір бөлік басқару бетіне айналды. Сонымен қатар, үстіндік дыбыстық ұшуда қисықтықтың өзгеруі көтеруге аз әсер етеді және стабилизатор аз кедергі тудырады. Шабуыл бұрышының жоғары деңгейінде басқару қажет болатын ұшақтарға кейде канард конфигурациясы орнатылады, онда питч қозғалысы алдыңғы қанатты пайдалану арқылы жасалады (кокпитпен шамамен бір деңгейде). Мұндай жүйе питч билігін бірден арттырады, сондықтан питч басқаруына жақсы жауап береді. Бұл жүйе стабилизатор типті канард алдыңғы қанатын пайдаланатын дельта қанатты ұшақтарда (дельтаплан) жиі кездеседі. Артқы құйрыққа қарағанда канард конфигурациясының кемшілігі – қанаттың ұшу жылдамдығын арттыру үшін қақпақтарды көп пайдалана алмайды. Үш қабатты ұшақ екі конфигурацияның да артықшылықтарын алу үшін канард пен артқы құйрықты (негізгі қанатқа қосымша) пайдаланады. Құйрық жапырағының тағы бір дизайны – V құйрығы, өйткені стандартты кері T немесе T құйрығының орнына екі қанат бір-бірінен бұрышталған V пішімінде болады. Басқару беттері қажет болған жағдайда тиісті бағытта қозғалатын рульдер мен лифтер ретінде әрекет етеді. Домалауды қанаттардың артқы шетіндегі қозғалмалы бөліктермен, яғни айлеронмен басқару жүзеге асырылады. Айлерон бір-біріне қарама-қарсы қозғалады – бірі жоғары, екіншісі төмен қарай қозғалады. Қанаттың қисықтығындағы айырмашылық көтерудегі айырмашылықты тудырады, сондықтан домалау қозғалысы пайда болады. Айлеронмен қатар, кейде қанаттың жоғарғы бетінде шарнирлі тақталар болады, олар бастапқыда ұшақты баяулату үшін және төмен түсетін кезде көтергіштікті азайту үшін қолданылған. Автоматтандырылған заманауи ұшақтарда оларды айлеронмен бірге домалауды басқару үшін қолдануға болады. Райт ағайындылары жасаған алғашқы ұшақта айлерон болмаған. Бүкіл қанат сымдармен бұрылған. Қанаттың бұрылуы тиімді, өйткені қанат геометриясында үздіксіздік жоқ, бірақ жылдамдық артқанда, қасақана бұрылу проблемаға айналды, сондықтан айлерон жасалды.
Yaw is induced by a moveable rudder fin. The movement of the rudder changes the size and orientation of the force the vertical surface produces. Since the force is created at a distance behind the centre of gravity, this sideways force causes a yawing moment then a yawing motion. On a large aircraft there may be several independent rudders on the single fin for both safety and to control the inter linked yaw and roll actions. Using yaw alone is not a very efficient way of executing a level turn in an aircraft and will result in some sideslip. A precise combination of bank and lift must be generated to cause the required centripetal forces without producing a sideslip. Pitch is controlled by the rear part of the tailplane's horizontal stabilizer being hinged to create an elevator. By moving the elevator control backwards the pilot moves the elevator up (a position of negative camber) and the downwards force on the horizontal tail is increased. The angle of attack on the wings increased so the nose is pitched up and lift is generally increased. In micro lights and hang gliders the pitch action is reversed—the pitch control system is much simpler so when the pilot moves the elevator control backwards it produces a nose down pitch and the angle of attack on the wing is reduced. The system of a fixed tail surface and moveable elevators is standard in subsonic aircraft. Craft capable of supersonic flight often have a stabilator, an all moving tail surface. Pitch is changed in this case by moving the entire horizontal surface of the tail. This seemingly simple innovation was one of the key technologies that made supersonic flight possible. In early attempts, as pilots exceeded the critical Mach number, a strange phenomenon made their control surfaces useless, and their aircraft uncontrollable. It was determined that as an aircraft approaches the speed of sound, the air approaching the aircraft is compressed and shock waves begin to form at all the leading edges and around the hinge lines of the elevator. These shock waves caused movements of the elevator to cause no pressure change on the stabilizer upstream of the elevator. The problem was solved by changing the stabilizer and hinged elevator to an all moving stabilizer—the entire horizontal surface of the tail became a one piece control surface. Also, in supersonic flight the change in camber has less effect on lift and a stabilator produces less drag. Aircraft that need control at extreme angles of attack are sometimes fitted with a canard configuration, in which pitching movement is created using a forward foreplane (roughly level with the cockpit). Such a system produces an immediate increase in pitch authority, and therefore a better response to pitch controls. This system is common in delta wing aircraft (deltaplane), which use a stabilator type canard foreplane. A disadvantage to a canard configuration compared to an aft tail is that the wing cannot use as much extension of flaps to increase wing lift at slow speeds due to stall performance. A combination tri surface aircraft uses both a canard and an aft tail (in addition to the main wing) to achieve advantages of both configurations. A further design of tailplane is the V tail, so named because that instead of the standard inverted T or T tail, there are two fins angled away from each other in a V. The control surfaces then act both as rudders and elevators, moving in the appropriate direction as needed. Roll is controlled by movable sections on the trailing edge of the wings called ailerons. The ailerons move in opposition to one another—one goes up as the other goes down. The difference in camber of the wing cause a difference in lift and thus a rolling movement. As well as ailerons, there are sometimes also spoilers—small hinged plates on the upper surface of the wing, originally used to produce drag to slow the aircraft down and to reduce lift when descending. On modern aircraft, which have the benefit of automation, they can be used in combination with the ailerons to provide roll control. The earliest powered aircraft built by the Wright brothers did not have ailerons. The whole wing was warped using wires. Wing warping is efficient since there is no discontinuity in the wing geometry, but as speeds increased, unintentional warping became a problem, and so ailerons were developed.