Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

A repülés fizikája

No description
by

Peter Tarjan

on 31 October 2013

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of A repülés fizikája

A repülés fizikája
Repülés: a Föld légkörén belüli, önálló 3 dimenziós helyváltoztatás
Tarján Péter
Tehát:
gravitációs erő
hajtóerő (tolóerő/húzóerő)
felhajtóerő
légellenállási
erő

Milyen erők hatnak egy egyenletes sebességgel vízszintesen repülő járműre?
A gravitációs erőt mindenki ismeri: mindig lefelé (a Föld középpontja felé) mutat és a test tömegével arányos nagyságú.
Minden testre hat. (A repülő szerkezetekre is.) Minden pillanatban működik. (Hétvégén is.)
A használatban levő légi járműveknél
általában az alábbi két lehetőség közül az egyik:
aerosztatikai felhajtóerő
aerodinamikai felhajtóerő
Felhajtóerő
...de lényegében működhet minden módszer, ami olyan erőt eredményez, aminek van függőlegesen felfelé mutató komponense!

Pl. mágneses vagy elektrosztatikus lebegtetés
SCMaglev , Japán:
581 km/h
Sztatikus felhajtóerő
A levegőbe mártott járművekre is vonatkozik Arkhimédész törvénye!
A testekre ható felhajtóerő nagysága akkora, mint az általuk kiszorított levegő súlya.
Következménye: ha a jármű átlagos sűrűsége
nagyobb, mint a levegőé, a felhajtóerő nagyobb,
mint a járműre ható gravitációs erő, és a jármű felfelé gyorsul.
„Levegőnél könnyebb” repülés
„Levegőnél nehezebb” repülés *
* persze csak ha tényleg repül...
A legtöbb szilárd anyag nagyobb sűrűségű, mint a levegő. Ezt ellensúlyozni a levegőnél sokkal kisebb sűrűséggel lehet, hogy az átlagos sűrűség a levegőénél kisebb legyen.
...vagy meleg levegő!
Montgolfier-fivérek (Joseph-Michel és
Jacques-Étienne): az első ember által készített
repülő jármű: hőlégballon.
1783
A hőlégballon mai változata
Felfújható, rugalmas gázzsák
Előnye:
Használaton kívül összehajtogatható,
kis helyen elfér, könnyű
Hátránya:
A kifeszítve tartáshoz
a külső levegőénél kicsit
nagyobb nyomás kell,
emiatt a gáz kicsivel
nagyobb sűrűségű!
Megoldás: merev falú léghajó
Persze a merev fal nehezebb is, tehát nagyobb felhajtóerő szükséges, ami nagyobb gáztérfogatot igényel...
Schwarz Dávid léghajója (1896)
(technikailag problémás)
A technikailag kiforrott,
használható merev falú
léghajó megalkotója
Ferdinand von Zeppelin gróf
(1900)
Probléma: a használt hidrogéngáz ugyan nagyon kicsi sűrűségű, de
gyúlékony.
Hindenburg léghajó, 1937
36 halálos áldozat
A léghajók töltésére egyre inkább héliumot kezdtek használni. A hélium ugyan kicsit kevesebb felhajtóerőt termel, mint a hidrogén, de legalább nem gyúlékony. Hátránya: drága előállítás.
Vajon van-e más töltőanyag, amely
sok felhajtóerőt termel *
olcsó előállítani
nem mérgező
nem gyúlékony?
* azaz nagyon kicsi sűrűségű
Nem jut eszünkbe semmi?
Illetve...
nem jut eszünkbe
a semmi
?
Ha egy merev falú léghajó „vákuummal lenne töltve”, azaz kiszivattyúznánk belőle a levegőt, még a hidrogénnél is több felhajtóerőt termelne, a hidrogén hátrányai nélkül.
Azaz...
Számoljunk csak!
Kívül légköri nyomás, belül 0.
A léghajó külső borításának
egy négyzetméterére
ható erő:
Ez 8-10 személyautó súlya.
Minden négyzetméteren.
Amit nyerünk a réven, elvesztjük a vámon: a ma ismert anyagokból vastag réteg kellene, de az újra az emelendő tömeget növeli...
A Hindenburg katasztrófája lényegében véget
vetett a nagy, lassú, nehézkes léghajók korszakának., és végleg beköszöntött
a repülőgépek
kora...
Dinamikus felhajtóerő
Dinamikus felhajtóerő akkor keletkezhet, ha egy felület a levegőhöz képest mozog.
A felhajtóerő a felület alakjától és a levegőhöz képesti sebességétől függ.
szárnyprofil
A szárny fölött (a nagyobb íveltség miatt) a levegő gyorsabban áramlik, ezért nyomása lecsökken. Az alsó, nagyobb nyomású levegő felfelé tolja a szárnyat.
a mozgás iránya
Dinamikus felhajtóerő kelthető
merev szárnyon (repülőgép)
forgó szárnyon (helikopter)
csapkodó szárnyon (ornithopter)
Repülőgépek
A repülőgép merev szárnyú, azaz
a szárnyak a repülőgép törzséhez képest
nem mozognak.
Felhajtóerőt a repülőgép haladásakor a
szárny alatt és fölött eláramló levegő kelt.
Nagy sebesség = nagy felhajtóerő
Kis sebesség = kis felhajtóerő

A repülőgépek tehát túl alacsony
sebességen nem tudnak a levegőben
maradni.
Ha a szárny túl nagy szöget zár be az légáramlás irányával, a szárny fölötti
addigi réteges áramlás leszakad, örvények keletkeznek. Ettől drámaian lecsökken a felhajtóerő, és a szárny „átesik”.
Átesés
A felhajtóerő nincs „ingyen”:
a szárnyak jelentősen megnövelik
a repülőgép légellenállását, tehát
erősebb hajtóműre van szükség.
A szárnyak tehát a hajtómű erejének
egy részét alakítják át felhajtóerővé!
Orville és Wilbur Wright repülőgépe (1903)
Az első valóban jól működő, saját meghajtású, levegőnél nehezebb repülő szerkezet
Helikopterek
A helikopter főrotorján 2 vagy több
rotorlapát tölti be a forgó szárny
szerepét.
Felhajtóerő a forgó rotorlapátokon
keletkezik, a helikopter haladó mozgása nélkül is.
A rotorlapátok keresztmetszete a repülőgépszárnyéhoz hasonló.
Paul Cornu helikoptere (1907)
Első repülésén:
Elért magasság: 0,3 m
Repülés időtartama: 20 s
Mivel a felhajtóerő nem a haladási
sebességtől függ, a helikopter lebegni és
hátrafelé vagy oldalirányban repülni
is képes.
A rotorlapátokon ébredő felhajtóerőt
a pilóta szabályozni tudja, azáltal, hogy
a rotorlapátok vízszintessel bezárt szögét
együttesen, „kollektíven” állítja.
Ha a helikopter rotorja egyik
irányba forog, a helikopter
törzsének a másik irányba kell
forognia a perdületmegmaradás
miatt.
Hogyan akadályozzák ezt meg?
Fenestron
Farokrotor
Tandem rotorok
Két rotor másképp
vs
nagyobb elérhető sebesség
gazdaságosabb üzem
nincs szüksége kifutópályára
rugalmasabb (lebegés!)
Hogy lehetne az előnyöket kombinálni?
Néhány öszvérmegoldás
A helikopter érdekes tulajdonsága, hogy hajtóműprobléma esetén a légáramlás által forgatott rotor a zuhanást fékezi. Ez a jelenség az
autorotáció
.
Az autorotáció miatt a kényszerleszállás kisebb függőleges sebességgel történik, és túlélhető.
autogiro
V22 Osprey
Harrier
Hőlégballon
Meghajtás általában nincs!
Megy, amerre viszi a szél...
Legfeljebb a szelet lehet megválasztani.
Magasság szabályozása: a gáz melegítésével és homokzsákok (ballaszt kidobálásával)
Léghajó
Meghajtás általában több belső égésű motorral,
amelyek légcsavarokat forgatnak. A légcsavarok a magassági kormányzásba is besegítenek.
Repülőgép
Meghajtás:
robbanómotor és toló vagy húzólégcsavar
sugárhajtómű
ezek kombinációja (turboprop, turbofan)...
Érdekességek
Az egymotoros gépeken a légcsavar vagy hajtómű forgásából adódóan fellép egy, ellentétes irányú, a gépet hossztengelye körül forgató nyomaték. Ezt a pilótának kompenzálnia kell.
Ez a hatás még erőteljesebben jelentkezett a 20. század elején használatban levő forgómotoros gépeknél.
Páros számú motor esetén a légcsavarok ellentétes irányban forognak, és egymás forgatónyomatékát kiegyenlítik.
A húzó-/tolóerő egyszerű változtatását teszi lehetővé a légcsavar állásszögének állíthatósága. Motorleállás esetén a légcsavarlapátok „vitorlába” (a menetiránnyal párhuzamosra) állítása jelentős légellenállást iktat ki.

Az első világháborús vadászgépeken az előre tüzelő gépfegyvereket a pilóta közvetlenül működtette (és lőszer-elakadás esetén javította). A géppuskák tehát általában a gép törzsén, a pilótaülés előtt helyezkedtek el, ami azt jelentette, hogy a légcsavarkörön keresztül kellett tüzelniük! Ez egy légcsavar-gépfegyver szinkronizáló mechanizmus által volt lehetséges, ami azonban nem mindig működött jól, így volt pilóta, aki a saját légcsavarját lőtte szét...
Helikopter
Meghajtás:
Többnyire gázturbina; a főrotor nem csak
a felhajtóerőt, hanem a hajtóerőt is biztosítja.
A rotorlapátok állásszöge pozíciótól függően, ciklikusan is változtatható. Ha például az éppen hátul levő lapát állásszöge nagyobb, mint az elöl levőké, a rotor előrebillen, és a termelt felhajtóerőnek keletkezik előre mutató vízszintes komponense is - a helikopter megindul előre.
A rotor bármilyen irányba dönthető, így a helikopter haladhat hátrafelé és oldalirányba is.
Teljes légellenállás
Profil
Indukált
Alaki
Felületi
A test alakjától és nagyságától függ.
A felület érdességétől függ.
A véges méretű szárnyról és egyéb felülelekről
leváló örvények okozzák. Okos tervezéssel csökkenthető.
A légellenállás minden komponense sebességfüggő!
A teljes légellenállásnak egy bizonyos
sebességnél minimuma van.
Jó-jó, de hogy lehet kormányozni?
legyezés
bólintás
orsózás
szárny
függőleges vezérsík
vízszintes
vezérsík
oldalkormány
magassági
kormány
csűrőkormány
Full transcript