Принципи польоту літальних апаратів
З незапам'ятних часів люди мріяли літати. Ці мрії знайшли відлуння в багаточисленних міфах, легендах, казках. Одним з самих відомих міфів, мабуть є міф про Дедала і Ікара (рис. 1.1).
 |  |
Від мрії про політ до польоту “Мрії” (Ан-225)
Але мрії так і залишалися мріями до тих пір, доки ці намагання не були поставлені на наукову основу, і доки розвиток техніки і суспільного виробництва не досяг достатнього рівня.
Що ж таке політ? Чим він принципово відрізняється від інших типів руху – переміщенню по земній або по водній поверхні? Що треба зробити, щоб його здійснити? На всі ці питання будемо намагатися отримати (хоча і не вичерпні) відповіді.
ПРИНЦИПИ ПОЛЬОТУ ЛІТАЛЬНИХ АПАРАТІВ
Для здійснення польоту на будь-якому літальному апараті (ЛА) в межах атмосфери Землі необхідно перш за все подолати силу земного тяжіння, тобто створити під'йомну силу. Крім того, треба також подолати опір навколишнього середовища.
В польоті на ЛА діють два види сил – сили дії навколишнього середовища (аеродинамічні, аеростатичні) та масові (сили земного тяжіння).
Сила, яка переборює силу земного тяжіння, і має назву під'йомної сили. Вектор під'йомної сили співпадає з вектором сили тяжіння, тобто з вертикаллю, і спрямований у протилежний бік. Якщо на тіло діє сила, спрямована під кутом до вертикалі, то під'йомною буде проекція цієї сили на вертикаль. Політ буде можливим за умови, коли під'йомна сила є більшою або принаймі дорівнює силі земного тяжіння.
Принцип польоту визначає, яким чином і за рахунок чого створюється під'йомна сила,. В теперішній час загальновизнаними є чотири технічно здійснені принципи польоту, які базуються на основі трьох об'єктивних законів природи.
Аеростатичний принцип польоту.
Аеростатичний принцип (для рідини це буде гідростатичний, але основний наголос на слові статичний), що базується на законі Архімеда. Згідно до нього, на тіло, що знаходиться в рідині (газовому середовищі) діє підэйомна сила, яка дорівнює вазі витиснутої цим тілом рідини (газу) (рис. 1.1,а). ЛА, які використовують аеростатичний принцип польоту, мають назву ЛА легше повітря, а спосіб польоту на них – повітреплававнням. Його використовують повітряна куля, аеростат, стратостат, дирижабль і ін.
Схема реалізації аеростатичного принципу польоту
Аеродинамічний принцип польоту.
Аеродинамічний принцип польоту (дещо умовна назва, можна було позначити як газо- або гідродинамічний, але головний наголос – на слові динамічний ) базується на основі другого закону Ньютона про збереження кількості руху. Наприклад, якщо пластинку рухати з деякою швидкістю в повітрі (рідині) під певним кутом, або навпаки, якщо на нерухому пластинку буде набігати під кутом a (що має назву кута атаки) потік повітря (рідини), в результаті їх взаємодії виникне силова дія потоку на пластинку, а пластинки на потік. Пластинка буде відкидати потік донизу з деякою силою, а потік, згідно з третім законом Ньютона, буде з тією ж силою штовхати пластинку догори. В нашому прикладі ця сила буде спрямована перпендикулярно до поверхні пластинки. І якщо взяти вертикальну складову частину цієї сили Y, то вона і буде долати силу ваги G, тобто буде під'йомною силою.
Схема реалізації аеродинамічного принципу польоту
Реактивний принцип польоту.
Реактивний (від лат. actio – дія; відповідно reactio – протидія) має ще назви - ракетний, ракетодинамічний. Цей принцип польоту також базується на другому законі Ньютона. Але на відміну від попереднього, у цьому випадку ЛА відкидає не навколишнє середовище, а частину маси. Маса може бути взятою з навколишнього середовища, а може міститися в самому тілі, яке рухається. Таким чином, реактивний принцип – це рух під дією сили віддачі, тобто реакції потоку частинок, які відкидаються від тіла. У конкретному випадку сутність цього принципу полягає у відкиданні газів, які мають велику енергію, в напрямі, що співпадає з напрямом дії сили земного тяжіння, тобто вертикально донизу.
Реалізація реактивного принципу польоту
Балістичний принцип польоту.
Балістичний принцип заснований на використанні сили інерції (перший закон Ньютона). Тому його іноді називають інерційним. Під'йомна сила у цьому випадку визначається силою інерції тіла, що летить. Вона отримується за рахунок вихідного запасу швидкості. Цей принцип використовують усі космічні апарати (рис. 1. ) і балістичні ракети (при непрацюючих двигунах на пасивній дільниці траєкторії). Такі ЛА умовно можна віднести до космонавтики (за винятком бойових балістичних ракет).
Літальний апарат, що використовує балістичний принцип польоту.
Звичайно, кожний принцип застосовується у відповідності до призначення ЛА і умов його застосування. При наявності певної густини середовища, у якому відбувається рух, можуть бути використані всі чотири наведені принципи польоту. Якщо густина середовища незначна, можуть бути використані тільки два принципи – реактивний та балістичний, оскільки для їх здійснення наявність густини середовища не має значення (і навіть навпаки – у цьому випадку вони будуть самими ефективними).
Таким чином, літальний апарат – це пристрій, який може здійснювати переміщення у просторі без контакту з земною (водною) поверхнею на протязі достатньо довготривалого часу. (Тому кулі, снаряди і т.п. не відносяться до класу ЛА).
