Un avión grande, junto con los cientos de pasajeros que transporta, pesa varios cientos de toneladas. ¿Cómo es posible que una máquina tan enorme y pesada, en primer lugar, despegue del suelo y, en segundo lugar, permanezca en el aire a lo largo de una trayectoria de miles de kilómetros de longitud? Los aviones operan basándose en una compleja mezcla de principios aerodinámicos: teorías que explican el movimiento del aire y el comportamiento de los cuerpos que se mueven a través de ese aire.

Los aviones funcionan con motores. en ningún aviones grandes Generalmente se utilizan motores de pistón. El motor de pistón gira hélices, y las hélices crean empuje, lo que hace que el avión se mueva en el aire, del mismo modo que la hélice de un barco crea empuje, lo que hace que el barco se mueva a través del agua.

Los aviones grandes utilizan motores a reacción que funcionan con combustible quemado. Estos motores expulsan enormes cantidades de aire y la fuerza de reacción los obliga a avanzar.

Los aviones pueden despegar y permanecer en el aire gracias a la forma de sus alas. El ala del avión es plana en la parte inferior y redondeada en la parte superior. Cuando el empuje generado por el motor fuerza al avión hacia adelante, el aire se divide, pasando el ala por ambos lados. El aire se mueve más rápido sobre la superficie redondeada del ala que debajo del fondo plano.

El aire que se mueve más rápido arriba se enrarece, su presión se vuelve menor que la del aire debajo del ala y gracias a esto el ala tiende a elevarse hacia arriba. Así, la presión desigual del aire resultante de la forma de las alas de un avión genera una fuerza llamada sustentación. Gracias a esta fuerza, el avión puede volar.

La fuerza del aire en movimiento también se utiliza para dirigir un avión. El avión se controla mediante los alerones (control de alabeo), ubicados en las alas y la cola del avión, el elevador (control de cabeceo, es decir, descenso o ascenso). Si se instalan en ángulo, crearán un obstáculo para el flujo de aire. , como resultado de lo cual el avión dará la vuelta o cambiará su trayectoria de vuelo.

Para permanecer en el aire, el avión debe estar en movimiento en todo momento, sus alas deben atravesar el aire para crear sustentación. También es necesario mover aire para controlar la aeronave.

En otras palabras, un avión no puede volar si no hay motores que generen empuje. Y para despegar del suelo y elevarse en el aire, el avión primero debe correr a gran velocidad por el suelo.

Es bastante extraño ver cómo un vehículo de varias toneladas se eleva fácilmente desde la pista del aeródromo y gana altura suavemente. Parecería que levantar en el aire una estructura tan pesada es una tarea imposible. Pero, como vemos, esto no es así. ¿Por qué el avión no cae y por qué vuela?

La respuesta a esta pregunta está en las leyes físicas que hacen posible elevar un avión en el aire. Esto se aplica no sólo a los planeadores y aviones deportivos ligeros, sino también a los aviones de transporte de varias toneladas que son capaces de transportar carga útil adicional. Y, en general, parece fantástico el vuelo de un helicóptero que no solo puede moverse en línea recta, sino también flotar en un lugar.

El vuelo de los aviones fue posible gracias al uso combinado de dos fuerzas: la sustentación y el empuje del motor. Y si con la fuerza de tracción todo está más o menos claro, entonces con la fuerza de elevación todo es algo más complicado. A pesar de que todos conocemos esta expresión, no todo el mundo sabe explicarla.

Entonces, ¿cuál es la naturaleza de la aparición del ascensor?

Echemos un vistazo más de cerca al ala del avión, gracias a la cual puede permanecer en el aire. Desde abajo es completamente plano y desde arriba tiene forma esférica, con una convexidad hacia afuera. Mientras el avión está en movimiento, los flujos de aire pasan tranquilamente por debajo de la parte inferior del ala sin sufrir ningún cambio. Pero para pasar sobre la superficie superior de las alas, el flujo de aire debe estar comprimido. Como resultado, obtenemos el efecto de una tubería apretada a través de la cual debe pasar el aire.

Para rodear la superficie esférica del ala, el aire tardará más que cuando pasa por debajo de la superficie plana inferior. Por esta razón, se mueve más rápido sobre el ala, lo que a su vez provoca una diferencia de presión. Es mucho más grande debajo del ala que encima del ala, que es lo que causa la sustentación. En este caso, se aplica la ley de Bernoulli, que todos conocemos desde la escuela. Lo más importante es que la diferencia de presión será mayor cuanto mayor sea la velocidad del objeto. Entonces resulta que la sustentación sólo puede ocurrir cuando el avión está en movimiento. Ella ejerce presión sobre el ala, obligándola a elevarse.

A medida que el avión acelera a lo largo de la pista, la diferencia de presión aumenta, lo que conduce a la generación de sustentación. A medida que aumenta la velocidad, aumenta gradualmente, se vuelve igual a la masa del avión y, tan pronto como la supera, despega. Después de ganar altitud, los pilotos reducen la velocidad, la fuerza de sustentación se compara con el peso del avión, lo que hace que vuele en un plano horizontal.

Para que el avión avance, está equipado con motores potentes, que impulsan el flujo de aire en dirección a las alas. Con su ayuda se puede regular la intensidad del flujo de aire y, en consecuencia, la fuerza de tracción.

La altitud de vuelo es uno de los parámetros de aviación más importantes. En particular, de ello dependen la velocidad y el consumo de combustible. A veces la seguridad del vuelo depende de la elección de la altitud. Por ejemplo, los pilotos tienen que cambiar de altitud cuando hay un cambio brusco en las condiciones meteorológicas, debido a una espesa niebla, nubes espesas, un frente de tormenta extenso o una zona turbulenta.

¿Cuál debería ser la altitud de vuelo?

A diferencia de la velocidad de un avión (donde cuanto más rápido mejor), la altitud de vuelo debe ser óptima. Además, cada tipo de avión tiene el suyo. A nadie se le ocurriría comparar las altitudes a las que vuelan, por ejemplo, aviones deportivos, de pasajeros o polivalentes. aeronave de combate. Y, sin embargo, aquí también hay poseedores de récords.


El primer récord de altitud de vuelo fue... tres metros. Fue a esta altura a la que el avión Wright Flyer de los hermanos Wilbur y Orville Wright voló por primera vez el 17 de diciembre de 1903. 74 años después, el 31 de agosto de 1977, el piloto de pruebas soviético Alexander Fedotov estableció un récord mundial de altitud de 37.650 metros en un caza MiG-25. Hasta el día de hoy, sigue siendo la altitud máxima de vuelo de un caza.

¿A qué altitud vuelan los aviones de pasajeros?

Los aviones de líneas aéreas civiles constituyen, con razón, el grupo más grande de la aviación moderna. En 2015, había 21,6 mil aviones multiplaza en el mundo, de los cuales un tercio (7,4 mil) eran grandes aviones de pasajeros de fuselaje ancho.

Al determinar la altitud de vuelo óptima (nivel de vuelo), el despachador o el comandante de la tripulación se guía por lo siguiente. Como usted sabe, cuanto mayor es la altitud, más fino es el aire y más fácil es volar el avión, por lo que tiene sentido volar más alto. Sin embargo, las alas de un avión necesitan apoyo y, en casos extremos, alta altitud(por ejemplo, en la estratosfera) claramente no es suficiente, y el automóvil comenzará a "caerse" y los motores se pararán.


La conclusión se sugiere por sí sola: el comandante (y hoy la computadora de a bordo) elige el "medio dorado": la relación ideal entre la fuerza de fricción y la fuerza de sustentación. Como resultado, cada tipo aviones de pasajeros(sujeto a las condiciones climáticas, características técnicas, duración y dirección del vuelo) su propia altitud óptima.

¿Por qué los aviones vuelan a 10.000 metros de altitud?

En general, la altitud de vuelo. Aeronave civil varía de 10 a 12 mil metros cuando se vuela hacia el oeste y de 9 a 11 mil metros cuando se vuela hacia el este. 12 mil metros son altura máxima Para avión de pasajeros, por encima del cual los motores comienzan a “asfixiarse” por falta de oxígeno. Por ello, una altitud de 10.000 metros se considera la más óptima.


¿A qué altitud vuelan los aviones de combate?

Los criterios de altitud de los cazas son algo diferentes, lo que se explica por su finalidad: dependiendo de la tarea en cuestión, las operaciones de combate deben realizarse a diferentes altitudes. El equipamiento técnico de los cazas modernos les permite operar en un rango que va desde varias decenas de metros hasta decenas de kilómetros.

Sin embargo, las alturas exorbitantes para los luchadores están "pasadas de moda" en estos días. Y hay una explicación para esto. Los modernos sistemas de defensa aérea y misiles de combate aire-aire son capaces de destruir objetivos a cualquier altitud. Por lo tanto, el principal problema para un luchador es detectar y destruir al enemigo antes, pasando desapercibido. La altitud de vuelo óptima de un caza de quinta generación (techo de servicio) es de 20.000 metros.

¿Por qué los pájaros vuelan?

El ala de un pájaro está diseñada para crear una fuerza que contrarresta la fuerza de la gravedad. Después de todo, el ala de un pájaro no es plana como una tabla, sino curvo . Esto significa que la corriente de aire que fluye alrededor del ala debe recorrer un camino más largo a lo largo del lado superior que a lo largo del lado inferior cóncavo. Para que ambos flujos de aire lleguen a la punta del ala al mismo tiempo, el flujo de aire por encima del ala debe moverse más rápido que por debajo del ala. Por tanto, la velocidad del flujo de aire sobre el ala aumenta y la presión disminuye.

La diferencia de presión debajo y encima del ala crea una fuerza de sustentación dirigida hacia arriba y que contrarresta la fuerza de gravedad.

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Los aviones son dispositivos muy complejos, que a veces asustan por su complejidad a la gente corriente, a la gente que no está familiarizada con la aerodinámica.

La masa de los aviones de pasajeros modernos puede alcanzar las 400 toneladas, pero permanecen tranquilos en el aire, se mueven rápidamente y pueden recorrer distancias enormes.

¿Por qué vuela el avión?

¡Porque él, como un pájaro, tiene un ala!

Si el motor falla, está bien, el avión volará en el segundo. Si ambos motores fallaron, la historia conoce casos en los que incluso en tales circunstancias aterrizaron. ¿Chasis? Nada impide que el avión aterrice boca abajo; si se siguen ciertas medidas de seguridad contra incendios, ni siquiera se incendiará. Pero un avión nunca puede volar sin alas. Porque es lo que crea elevación.

Los aviones "corren" continuamente en el aire con sus alas, colocadas en un ligero ángulo con respecto al vector de velocidad del flujo de aire. Este ángulo se denomina "ángulo de ataque" en aerodinámica. El "ángulo de ataque" es el ángulo de inclinación del ala con respecto al invisible y abstracto "vector de velocidad del flujo". (ver figura 1)

La ciencia dice que un avión vuela porque Se crea una zona de mayor presión en la superficie inferior del ala, por lo que aparece una fuerza aerodinámica en el ala, dirigida hacia arriba perpendicular al ala. Para facilitar la comprensión del proceso de vuelo, esta fuerza se descompone según las reglas del álgebra vectorial en dos componentes: la fuerza de resistencia aerodinámica X

(se dirige a lo largo del flujo de aire) y la fuerza de elevación Y (perpendicular al vector de velocidad del aire). (ver figura 2)

Al crear un avión, se presta gran atención al ala, porque de ello dependerá la seguridad de los vuelos. Al mirar por la ventanilla, el pasajero nota que ésta se está doblando y está a punto de romperse. No temas, puede soportar cargas enormes.

En vuelo y en tierra, el ala del avión está "limpia", tiene una resistencia mínima al aire y suficiente sustentación para mantener el avión en altitud mientras vuela a alta velocidad.

Pero cuando llega el momento de despegar o aterrizar, el avión necesita volar lo más lento posible para que por un lado la sustentación no desaparezca y por el otro las ruedas aguanten el contacto con el suelo. Para conseguirlo, se aumenta la superficie del ala: solapas(avión en la parte de atrás) y listones(en la parte delantera del ala).

Si necesita reducir aún más la velocidad, se sueltan en la parte superior del ala. spoilers, que actúan como freno de aire y reducen la sustentación.

El avión se vuelve como una bestia erizada, acercándose lentamente al suelo.

Juntos: flaps, listones y spoilers- llamado mecanización de alas. Los pilotos liberan la mecanización manualmente desde la cabina antes del despegue o aterrizaje.

Este proceso suele implicar un sistema hidráulico (con menos frecuencia, eléctrico). El mecanismo parece muy interesante y al mismo tiempo muy fiable.

En el ala hay volantes (en alerones de aviación), similares a los de un barco (no en vano un avión se llama avión), que se desvían inclinando el avión en la dirección deseada. Generalmente se desvían sincrónicamente hacia la izquierda y hacia la derecha.

También en el ala hay luces aeronáuticas , que están diseñados para garantizar que desde un lado (desde tierra u otro avión) siempre sea visible en qué dirección vuela el avión. El hecho es que el rojo siempre está encendido a la izquierda y el verde a la derecha. A veces se colocan junto a ellos “luces intermitentes” blancas, que son muy visibles por la noche.

La mayoría de las características del avión dependen directamente del ala, su calidad aerodinámica y otros parámetros. Los tanques de combustible están ubicados dentro del ala (el volumen máximo de combustible a llenar depende en gran medida del tamaño del ala), los calentadores eléctricos están instalados en el borde de ataque para que no se acumule hielo allí durante la lluvia, el tren de aterrizaje está unido a la parte raíz...

Se alcanza la velocidad del avión. usando una planta de energía o turbina. Gracias a la central eléctrica que crea la fuerza de tracción, el avión es capaz de superar la resistencia del aire.

Los aviones vuelan según las leyes de la física.

La aerodinámica como ciencia se basa en teorema de Nikolai Egorovich Zhukovsky, un destacado científico ruso, fundador de la aerodinámica, que se formuló allá por en 1904. Un año después, en noviembre de 1905, Zhukovsky describió su teoría sobre la creación de la fuerza sustentadora del ala de un avión en una reunión de la Sociedad Matemática.

¿Por qué los aviones vuelan tan alto?

Altitud de vuelo de los modernos. avion a reacción esta dentro de 5000 a 10000 metros sobre el nivel del mar. Esto se puede explicar de forma muy sencilla: a tal altitud, la densidad del aire es mucho menor y, por tanto, la resistencia del aire es menor. Los aviones vuelan a gran altura porque cuando vuela a una altitud de 10 kilómetros, el avión consume un 80% menos de combustible que cuando vuela a una altitud de un kilómetro.

Sin embargo, ¿por qué entonces no vuelan aún más alto, en las capas superiores de la atmósfera, donde la densidad del aire es aún menor?

El hecho es que para crear el empuje necesario mediante el motor de un avión. se requiere un cierto suministro mínimo de aire. Por lo tanto, cada avión tiene una altitud máxima de vuelo segura, también llamada “techo de servicio”. Por ejemplo, el techo de servicio del avión Tu-154 es de unos 12.100 metros.

Probablemente no haya persona que, viendo volar un avión, no se haya preguntado: “¿Cómo lo hace?”.

La gente siempre ha soñado con volar. Probablemente se pueda considerar a Ícaro como el primer aeronauta que intentó despegar con la ayuda de alas. Luego, a lo largo de los milenios, tuvo muchos seguidores, pero el verdadero éxito recayó en los hermanos Wright. Se les considera los inventores del avión.

Al ver enormes aviones de pasajeros en tierra, Boeing de dos pisos, por ejemplo, es completamente imposible entender cómo este coloso metálico de varias toneladas se eleva en el aire, parece tan antinatural. Además, incluso las personas que han trabajado toda su vida en industrias relacionadas con la aviación y, por supuesto, conocen la teoría de la aeronáutica, a veces admiten honestamente que no entienden cómo vuelan los aviones. Pero aún así intentaremos resolverlo.

El avión se mantiene en el aire gracias a la “fuerza de elevación” que actúa sobre él, que surge únicamente del movimiento proporcionado por los motores montados en las alas o el fuselaje.

  • Los motores a reacción devuelven una corriente de productos de combustión de queroseno u otros Combustible de aviación, empujando el avión hacia adelante.
  • Las palas del motor de hélice parecen estar enroscadas en el aire y arrastran consigo al avión.

Fuerza de elevación

La sustentación se produce cuando el aire que se aproxima fluye alrededor del ala. Debido a la forma especial de la sección del ala, parte del flujo por encima del ala tiene una velocidad mayor que el flujo por debajo del ala. Esto sucede porque la superficie superior del ala es convexa, a diferencia de la superficie inferior plana. Como resultado, el aire que fluye alrededor del ala desde arriba tiene que recorrer una distancia más larga y, en consecuencia, a mayor velocidad. Y cuanto mayor es la velocidad del flujo, menor es la presión en él y viceversa. Cuanto menor sea la velocidad, mayor será la presión.

En 1838, cuando la aerodinámica como tal aún no existía, el físico suizo Daniel Bernoulli describió este fenómeno formulando una ley que lleva su nombre. Bernoulli, sin embargo, describió el flujo de fluidos, pero con el surgimiento y desarrollo de la aviación, su descubrimiento no podría haber llegado en un momento más oportuno. La presión debajo del ala excede la presión arriba y empuja el ala, y con ella el avión, hacia arriba.

Otro componente de la sustentación es el llamado "ángulo de ataque". El ala está ubicada en un ángulo agudo con respecto al flujo de aire que se aproxima, por lo que la presión debajo del ala es mayor que arriba.

¿Qué tan rápido vuelan los aviones?

Para generar sustentación se requiere una velocidad determinada y bastante alta. Hay una velocidad mínima, que es necesaria para despegar del suelo, una velocidad máxima y una velocidad de crucero, a la que el avión recorre la mayor parte de la ruta, es aproximadamente el 80% del máximo. La velocidad de crucero de los aviones de pasajeros modernos es de 850 a 950 km por hora.

También existe el concepto de velocidad respecto al suelo, que consiste en la velocidad propia de la aeronave y la velocidad de las corrientes de aire que debe superar. Sobre esta base se calcula la duración del vuelo.

La velocidad requerida para el despegue depende del peso del avión, y en los modernos barcos de pasajeros oscila entre 180 y 280 km por hora. El aterrizaje se realiza aproximadamente a la misma velocidad.

Altura

La altitud de vuelo tampoco se elige arbitrariamente, sino que está determinada por una gran cantidad de factores, como el ahorro de combustible y consideraciones de seguridad.

El aire cerca de la superficie de la tierra es más denso y, en consecuencia, tiene mayor resistencia al movimiento, lo que provoca un mayor consumo de combustible. A medida que aumenta la altitud, el aire se vuelve más enrarecido y la resistencia disminuye. Se considera que la altitud óptima para el vuelo es de unos 10.000 metros. El consumo de combustible es mínimo.

Otra ventaja importante de volar a gran altura es la ausencia de aves, cuyas colisiones han provocado más de una vez desastres.

Subir por encima de los 12.000-13.000 metros Aeronave civil no pueden, ya que demasiado vacío impide el funcionamiento normal de los motores.

Control de avión

El avión se controla aumentando o disminuyendo el empuje del motor. En este caso, la velocidad cambia, respectivamente, la fuerza de elevación y la altitud de vuelo. Para un control más preciso de los procesos de cambio de altitud y giro, se utilizan dispositivos de mecanización de las alas y timones ubicados en la cola.

Despegue y aterrizaje

Para que la sustentación sea suficiente para levantar el avión del suelo, debe desarrollar una velocidad suficiente. Para eso se utilizan las pistas de aterrizaje. Los aviones pesados ​​de pasajeros o de transporte requieren pistas largas, de 3 a 4 kilómetros de longitud.

Se controla cuidadosamente el estado de las tiras. servicios de aeródromo, manteniéndolos en perfectas condiciones de limpieza, ya que la entrada de objetos extraños en el motor puede provocar un accidente, y la nieve y el hielo en la pista suponen un gran peligro durante el despegue y el aterrizaje.

Mientras el avión despega, llega un momento a partir del cual ya no es posible cancelar el despegue, ya que la velocidad aumenta tanto que el avión ya no podrá detenerse dentro de la pista. A esto se le llama “velocidad en la toma de decisiones”.

El aterrizaje es un momento muy crítico del vuelo; los pilotos reducen gradualmente la velocidad, como resultado de lo cual la sustentación disminuye y el avión desciende. Justo antes del suelo, la velocidad ya es tan baja que se extienden unos flaps en las alas, que aumentan ligeramente la sustentación y permiten que el avión aterrice suavemente.

Así, por extraño que nos parezca, los aviones vuelan, y en estricta conformidad con las leyes de la física.