Kas ir lidmašīnas aerodinamika?

Lidmašīnas aerodinamika ņem vērā mijiedarbību starp gaisu un lidojuma iekārtu, kas ir atbildīga par lidojuma izveidi un uzturēšanu. Tādi faktori kā spiediens, ātrums un svars ir svarīgi, lai izprastu aerodinamiskos principus kopumā un jo īpaši lidmašīnas aerodinamiku. Lidmašīnas spārna un apkārtējā gaisa mijiedarbības radītie pacelšanas apstākļi ir ļoti svarīgi. Vilce un vilce jeb pretestība un kustība uz priekšu ietver citus galvenos lidmašīnas aerodinamikas jēdzienus.

Aerodinamika kopumā attiecas uz to, kā daži spēki ietekmē veidu, kā objekti pārvietojas pa gaisu. Tādējādi aerodinamika var ietekmēt jebko, sākot no rotaļlietas, piemēram, pūķa vai bumbiņas, līdz lielai transporta iekārtai, piemēram, lidmašīnai. Kustībā esošs objekts ietekmēs gāzveida gaisu, kas veido zemes atmosfēru. Šis gaiss savukārt ietekmēs objektu.

Gaisa sastāva izpratne var sniegt vairāk informācijas par lidmašīnas aerodinamiku. Gaiss tiek uzskatīts par fizisku ķermeni, jo tam ir svars un masa. Tomēr atšķirībā no cietajiem ķermeņiem gaisā atrodamās molekulas ir brīvi saistītas. Tāpēc gaisa ķermenis var viegli mainīt formu un virzienu, kad uz to tiek izdarīts spiediens. Palielinoties augstumam, spiediens, ko uz gaisu rada gravitācijas spēki, samazinās, izraisot svara zudumu, jo augstāk gaiss paceļas. Gan mitruma, gan temperatūras paaugstināšanās var ietekmēt arī svaru vai blīvumu.

Gaisa svars rada spiedienu pret objektiem, kas pārvietojas caur to. Šo spiedienu mēra un iedarbojas uz dažādiem lidmašīnas instrumentiem, tostarp manometru un gaisa ātruma indikatoru. Spiediena izmaiņas var samazināt lidmašīnas jaudu gaisa trūkuma dēļ dzinējā, samazināt dzenskrūves efektivitāti un ietekmēt lidmašīnas aerodinamikas pamatu: pacēlumu.

Viens no faktoriem, kas var ietekmēt spiediena lielumu, ir ātrums. Saskaņā ar populāru skaidrojumu, kas pazīstams kā Bernulli princips, paātrinājumam būtu pretēja ietekme uz spiedienu. Tāda ir lidmašīnas spārna ietekme uz gaisa spiedienu, kad tā kustas. Zems spiediens rada Magnusa efektu, kas sastāv no augšup virzoša spēka jeb pacēluma.

Spārna jeb gaisa spārna dizains palīdz radīt spiediena apstākļus, kas nepieciešami, lai izveidotu pacēlāju. Lielākajā daļā lidmašīnu spārna augšdaļa ir vairāk izliekta, tāpat kā priekšpuse. Tas izraisa virsmas ātruma atšķirību, jo molekulām ir jāpārvietojas tālāk un ātrāk izliektajos apgabalos, tādējādi veicinot zemāku spiedienu uz spārna augšdaļu. Gaiss zem spārna tad var uzturēt kustību uz augšu.

Tomēr daži zinātnieki uzskata, ka Bernulli princips nespēj izskaidrot lidojumu iespējas lidmašīnām vai citām mašīnām ar netradicionālām spārnu konstrukcijām. Lidmašīnas pamata aerodinamiku drīzāk var izskaidrot ar vienkāršiem Īzaka Ņūtona fizikas teoriju pielietojumiem. Vispārīgi runājot, lidmašīnas enerģijas avots jeb dzinējs liek spārnam ar lielu ātrumu vai ātrumu spiesties pret gaisu. Tas piespiež milzīgu gaisa daudzumu zem spārna. Tādējādi gaisa kustība uz leju rada pacelšanas darbību ap spārnu.

Lidmašīnas rada vilci, kas ļauj tām virzīties uz priekšu, izmantojot dzenskrūves un reaktīvos dzinējus. Iepriekšējais enerģijas avots darbojas kā milzīgs ventilators, kas spiež pret gaisu, lai radītu vilci. Reaktīvie dzinēji izmanto degvielu un citus enerģijas avotus, lai radītu un uzturētu vilci. Lai lidotu, gaisa kuģiem ir jāpārvar dabiskā pretestība, ar kuru tie saskaras, pārvietojoties pa gaisu, ko sauc arī par pretestību.