Flugzeuge fliegen dank einer Kombination physikalischer Prinzipien, die auf sie einwirken und es ihnen ermöglichen, die nötige Kraft zu erzeugen, um in der Luft zu bleiben und sich fortzubewegen.
Die wichtigsten sind Aerodynamik, Auftrieb, Antrieb und Flugkontrolle. Anschließend werden diese Konzepte sowie die Geschichte und Entwicklung des Fliegens bis hin zu modernen Flugzeugen ausführlich erläutert.
Physikalische Prinzipien des Fliegens
1. Ernährung
Der Auftrieb ist der Schlüssel zum Flug eines Flugzeugs und wird hauptsächlich durch die Flügel erzeugt.
Um zu verstehen, wie es auftritt, ist es notwendig, einige Grundprinzipien der Aerodynamik zu verstehen, wie zum Beispiel das Bernoulli-Prinzip und das dritte Newtonsche Gesetz.
Bernoulli-Prinzip
Dieses Prinzip besagt, dass der Druck einer Flüssigkeit umso geringer ist, je höher die Geschwindigkeit ist.
Bei einem Flugzeug ist die „Flüssigkeit“ Luft. Die Tragflächen eines Flugzeugs haben eine besondere Form, die sogenannte Tragfläche, die oben gekrümmt und unten flacher ist. Wenn sich das Flugzeug vorwärts bewegt, strömt Luft über und unter die Flügel. Aufgrund der Form des Flügelprofils muss die Luft, die über die Oberseite des Flügels strömt, in derselben Zeit eine größere Strecke zurücklegen wie die Luft, die über die Unterseite strömt, wodurch sich die Luft über der Oberseite schneller bewegt.
Nach dem Bernoulli-Prinzip ist bei schneller Bewegung der Druck auf die Oberseite des Flügels geringer als auf die Unterseite. Dieser Druckunterschied erzeugt eine nach oben gerichtete Kraft, den sogenannten Auftrieb, der das Flugzeug anhebt.
Newtons Gesetz
Además del principio de Bernoulli, la tercera ley de Newton, que establece que "para cada acción hay una reacción de igual magnitud y en sentido contrario", también juega un papel importante en la generación de sustentación.
Der Luftstrom, der beim Überstreichen des Flügels nach unten abgelenkt wird, erzeugt eine nach oben gerichtete Reaktionskraft, die auch zum Auftrieb des Flugzeugs beiträgt.
2. Antrieb
Die nächste Schlüsselkomponente beim Flugzeugflug ist der Antrieb, also die Kraft, die das Flugzeug vorwärts treibt. Diese Kraft wird von den Triebwerken des Flugzeugs erzeugt, bei denen es sich um Strahltriebwerke (bei den meisten Verkehrsflugzeugen) oder Propeller (bei kleineren oder älteren Flugzeugen) handeln kann.
Für den Antrieb ist es erforderlich, dass das Flugzeug eine ausreichende Geschwindigkeit erreicht, damit es leider keinen Unterhalt erhält.
Bei Strahltriebwerken stoßen sie Gase mit hoher Geschwindigkeit nach hinten aus.
Nach dem dritten Newtonschen Gesetz ist die Reaktion auf diesen Auswurf eine Kraft, die das Flugzeug vorwärts schiebt. Im Fall von Propellern drehen sie sich schnell und drücken Luft nach hinten, wodurch eine Vorwärtskraft erzeugt wird, die das Flugzeug vorwärts bewegt.
3. Widerstand und Gewicht
Es gibt noch weitere zusätzliche Dinge, die im Widerspruch dazu stehen müssen, dass ein Flugzeug fliegen kann: die Widerstandsfähigkeit und der Peso.
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Widerstand: Es ist die Kraft, die der Bewegung des Flugzeugs durch die Luft entgegenwirkt. Es entsteht durch die Reibung des Flugzeugs mit Luftmolekülen, die eine Reibung erzeugt, die das Flugzeug tendenziell verlangsamt. Flugzeugkonstrukteure arbeiten daran, den Luftwiderstand zu reduzieren und ihnen glatte, optimierte Formen zu verleihen.
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Gewicht: Dem Gewicht des Flugzeugs, also der durch die Schwerkraft nach unten wirkenden Kraft, muss die Auftriebskraft entgegenwirken, damit das Flugzeug nicht abstürzt. Der Auftrieb muss größer als das Gewicht sein, damit das Flugzeug steigen kann, und muss gleich groß sein, damit es einen stabilen Flug aufrechterhält.
4. Flugkontrolle
Um die Richtung und Stabilität des Flugzeugs in der Luft zu steuern, werden verschiedene Steuerflächen verwendet, die sich hauptsächlich an den Flügeln und am Heck des Flugzeugs befinden. Diese Oberflächen sind:
- Querruder: Sie befinden sich an den Tragflächen und ermöglichen es dem Flugzeug, sich um seine Längsachse zu drehen und sich zur einen oder anderen Seite zu neigen (dies wird als „Rollen“ bezeichnet).
- Richtungshinweis: Befindet sich auf der vertikalen Seite der Cola und ermöglicht die Steuerung des Flugzeuggiros über seiner vertikalen Position (beim Bewegen wie „guiñada“).
- Höhenruder: Sie befinden sich im horizontalen Teil des Hecks und ermöglichen die Steuerung der Neigung des Flugzeugs um seine Querachse, das heißt, sie bewirken, dass das Flugzeug nach oben oder unten geht (eine Bewegung, die „Nick“ genannt wird).
5. Geschwindigkeit und Höhe
Die Geschwindigkeit des Flugzeugs ist entscheidend für den Auftrieb. Bei niedrigen Geschwindigkeiten reicht die über die Flügel strömende Luftmenge nicht aus, um den erforderlichen Auftrieb zu erzeugen, und das Flugzeug kann an Höhe verlieren oder sogar in einen Strömungsabriss geraten (wenn sich der Luftstrom über den Flügel von seiner Oberfläche löst). Auftrieb erzeugen).
Aus diesem Grund müssen Flugzeuge eine Mindestgeschwindigkeit erreichen, um starten und in der Luft bleiben zu können. Im Flug müssen sie je nach Höhe und Flugbedingungen eine angemessene Geschwindigkeit einhalten.
In der Höhe, in der Zeit, in der sich das Flugzeug befand, verringerte sich die Luftdichte, und es konnte wie bei der Motoreffizienz auf die Erhaltung eingewirkt werden. Die Flugzeuge sind für Flughöhen konzipiert, in denen die Luft nicht so hoch ist, dass sie den Widerstand gegen die Luft verringern und einen effizienteren Flug ermöglichen. Ohne Embargo müssen sich die Piloten in der Nähe der Atmosphäre befinden und die Geschwindigkeit und den Angriffswinkel (die Neigung gegenüber dem Luftstrom) regulieren, um ein stabiles Fluggefühl zu gewährleisten.
Vergleich mit Helikopterflug
Flugzeuge und Hubschrauber fliegen nach ähnlichen aerodynamischen Prinzipien, es gibt jedoch wesentliche Unterschiede in der Art und Weise, wie sie Auftrieb erzeugen und in der Luft gesteuert werden.
Aufzugserzeugung
- Flugzeuge : Sie erzeugen Auftrieb durch ihre festen Flügel. Um zu fliegen, müssen sie sich vorwärts bewegen, wodurch Luft über die Flügel strömen und ein Druckunterschied entstehen kann, der sie in der Luft hält.
- Hubschrauber : Sie erzeugen Auftrieb durch ihre Rotoren , die als rotierende Flügel fungieren. Der Hauptrotor des Hubschraubers dreht sich schnell und bewegt die Luft nach unten, wodurch eine nach oben gerichtete Reaktionskraft entsteht, die den Start und Vertikalflug ermöglicht, ohne dass eine Vorwärtsbewegung erforderlich ist.
Antrieb
- Aviones: Utilizan motores a reacción o hélices para generar una fuerza de empuje hacia adelante, necesaria para que el aire fluya sobre las alas y se produzca la sustentación.
- Hubschrauber : Sie müssen sich zum Fliegen nicht vorwärts bewegen. Der Hauptrotor sorgt nicht nur für Auftrieb, sondern auch für Schub, sodass sich der Hubschrauber in jede Richtung (vorwärts, rückwärts und seitlich) bewegen kann.
Kontrolle
- Flugzeuge : Zur Steuerung des Fluges werden Fluggeräte, Fahrgestelle und Aufzüge verwendet. Es ist nicht gestattet, die Stadt zu betreten und zu verlassen, aber sie muss avanzar werden.
- Hubschrauber : Sie steuern den Flug, indem sie den Winkel der Rotoren (zyklisch und kollektiv) einstellen und den Heckrotor zur Steuerung des Gierens verwenden, sodass sie vertikal starten und landen und an einem festen Punkt in der Luft bleiben können (schweben). .
Vergleich mit dem Flug eines Heißluftballons
Das Flugzeug und der Luftballon basieren auf völlig unterschiedlichen Prinzipien, je nachdem, wie sie sich um die Erhaltung, den Antrieb und die Kontrolle drehen.
Aufzugserzeugung
- Flugzeuge : Sie erzeugen Auftrieb durch ihre festen Flügel. Damit das Flugzeug fliegen kann, muss es sich vorwärts bewegen, sodass Luft über die Flügel strömen und einen Druckunterschied erzeugen kann, der es in der Luft hält.
- Luftballons : Keine allgemeine Unterstützung während der Fahrt oder leider. Zu diesem Zeitpunkt funktionierte es auf dem Prinzip der Schwimmfähigkeit oder dem Prinzip von Arquímedes , das darauf hinwies, dass ein in einem Fluid enthaltenes Objekt (in diesem Fall in der Luft) ein Experiment mit einem gleichwertigen Peso des Fluids durchführte. Die heiße Luft im Inneren des Globus war weniger als die Luft kalt war, als ich dort war, als der Globus nach Arriba flog.
Antrieb
- Flugzeuge : Verwenden Sie Motoren (als Reaktion oder Helikopter) für die allgemeine Nutzung, da diese den Transport ermöglichen und die für das Fluggerät erforderliche Wartung gewährleisten.
- Heißluftballons : Sie verfügen über kein aktives Antriebssystem. Der Ballon schwebt einfach mit den Luftströmungen und kann sich nicht absichtlich in eine bestimmte Richtung bewegen. Es steigt oder fällt nur durch Erhitzen oder Abkühlen der Luft im Inneren.
Kontrolle
- Flugzeuge : Sie nutzen Steuerflächen (Querruder, Seitenruder, Höhenruder), um in der Luft zu manövrieren. Piloten haben die Kontrolle über Richtung, Höhe und Geschwindigkeit.
- Heißluftballons : Die Kontrolle ist viel eingeschränkter. Piloten können nur die Höhe steuern, indem sie die Wärmemenge im Ballon anpassen. Die Richtung hängt jedoch von den Windströmungen ab, da der Ballon keine direkte Kontrolle über seine horizontale Verschiebung hat.
Entwicklung des menschlichen Fluges
Die Pioniere des Fliegens
Die Idee des Fliegens fasziniert die Menschheit seit der Antike. Der erste kontrollierte und nachhaltige Flug gelang jedoch erst im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert.
Die Gebrüder Wright, Orville und Wilbur, erreichten diesen Meilenstein am 17. Dezember 1903 mit ihrem Flugzeug Flyer I. Dieses Flugzeug war mit festen Flügeln und einem Motor ausgestattet, und sein Erfolg war das Ergebnis jahrelanger Forschung in den Bereichen Aerodynamik und Flugkontrolle und leichte Motoren.
Entwicklung von Verkehrsflugzeugen
Mittlerweile ist die Technik am weitesten fortgeschritten und die Flugzeuge sind leistungsstärker und leistungsfähiger. Während der Primera und Segunda Guerra Mundial hat die militärische Luftfahrt große Fortschritte im Design der Flugzeuge gemacht, die in die kommerzielle Luftfahrt überführt werden mussten.
Die Flugzeuge wurden für den Transport von Passagieren und Fracht eingesetzt, und die Zivilluftfahrt legte während des XX. Siegels exponentiell zu.
Einer der wichtigsten Meilensteine in der kommerziellen Luftfahrt war die Entwicklung der Boeing 707 in den 1950er Jahren, eines der ersten kommerziellen Düsenflugzeuge. Dieses Flugzeug revolutionierte den Luftverkehr, indem es schnellere Flüge und längere Distanzen ermöglichte, und leitete die Ära der Düsenflugzeuge ein.
moderne Flugzeuge
Heutzutage sind Flugzeuge hochentwickelte Maschinen mit fortschrittlichen Navigations-, Steuerungs- und Sicherheitssystemen. Moderne Verkehrsflugzeuge wie der Boeing 787 Dreamliner oder der Airbus A350 sind auf äußerste Treibstoffeffizienz und eine Reduzierung des CO2-Ausstoßes ausgelegt.
Darüber hinaus ermöglichen Verbesserungen bei Verbundwerkstoffen und der Aerodynamik, dass Flugzeuge leichter werden, was zu einer Reduzierung des Gewichts und damit des Treibstoffverbrauchs führt.
Durch die Einführung von Technologien wie hocheffizienten Triebwerken und der Verwendung leichter Verbundwerkstoffe sind moderne Flugzeuge leiser und sparsamer geworden.
La automatización también ha jugado un papel fundamental en el control del vuelo, con sistemas de piloto automático que permiten que los aviones vuelen trayectorias predeterminadas con mínima intervención humana.