Dlaczego samolot lata?

Prędzej czy później, każdego ogarnia zdumienie na myśl, że ważący wiele ton samolot unosi się w powietrzu wraz ze wszystkimi pasażerami i bagażem. Co więcej, przeszywa on przestworza z niesamowitą prędkością i całkowicie bezpiecznie przenosi nas do celu podróży.

Kiedy napięcie spowodowane startem samolotu opada i odprężeni wygodnie rozsiadamy się w fotelu z perspektywą spędzenia kilku godzin na wysokości przekraczającej często 10 km, przychodzi czas na analizę nurtujących nas zagadnień...

Odpowiedzialność za ową „magię” ponosi oczywiście fizyka, a ściślej - kilka podstawowych właściwości i sił, czyli: masa, energia mechaniczna, siła wyporu i opór powietrza. Kluczowe dla każdego rejsu powietrznego są dwa momenty – start i lądowanie. Jednocześnie są one obarczone największym ryzykiem, bo wtedy na samolot oddziałują ogromne przeciążenia.

Aby samolot pokonał siłę grawitacji, konieczne jest osiągnięcie dużej prędkości na pasie startowym. Większość samolotów pasażerskich jest wyposażonych w silniki odrzutowe. Powietrze, które dostaje się do turbiny silnika miesza się z paliwem, a wyrzucane z dużą prędkością gazy będące produktem spalania, wywołują powstanie siły ciągu. Tutaj nie do przecenienia jest profil skrzydła. Jest ono tak zaprojektowane, że strugi powietrza opływające skrzydło od góry mają do pokonania dłuższą drogę niż strugi, które opływają je od dołu.

Kiedy samolot przyśpiesza na pasie startowym, cząsteczki powietrza powyżej wyprofilowanego płata przemieszczają się co raz szybciej, co powoduje spadek ciśnienia oddziałującego na górną część skrzydła. Cząsteczki poniżej płata poruszają się znacznie wolniej, a zatem ciśnienie oddziałujące na dolną część skrzydła jest większe. Wraz z osiągnięciem prędkości ok. 260km/h różnica ciśnień (tzw. siła nośna) jest tak duża, że samolot pokonuje przyciąganie ziemskie i zaczyna się wznosić.

Budowa skrzydła samolotu wygląda następująco:

1. Winglet,

2. Lotki małych prędkości,

3. Lotki dużych prędkości,

4. Siłowniki klap,

5. Klapa noskowa Krügera,

6. Skrzela (sloty),

7. Klapy wewnętrzne trójszczelinowe,

8. Klapy zewnętrzne trójszczelinowe,

9. Spojler,

10. Hamulce aerodynamiczne

Fot. Wikipedia

Oprócz należytego wyprofilowania, ważna jest obecność tzw. ruchomych powierzchni nośnych, czyli różnego rodzaju klap i slotów, z których składa się skrzydło. Klapy – złożone elementy, umiejscowione na zakończeniu płata, używane są przy starcie i lądowaniu do zwiększenia siły nośnej. Zewnętrzne klapy odgrywają rolę hamulca aerodynamicznego. Pomiędzy złożonymi klapami dostrzec można pojedyncze lotki – dzięki nim możliwe jest przechylanie samolotu. Elementy umieszczone wzdłuż krawędzi natarcia maszyny to sloty. Mają one za zadanie poprawienie właściwości aerodynamicznych przy locie z małą prędkością i na dużych kątach natarcia.

Na zakończeniu płata znajduje się winglet – skrzydełko aerodynamiczne ustawione pod kątem w stosunku do płaszczyzny skrzydła. Jego zadaniem jest zmniejszenie oporu indukowanego, co znacząco wpływa na zużycie paliwa. Winglety mają również duży wpływ na wydłużenie efektywne skrzydeł. Dzięki nim lot jest bardziej komfortowy, ponieważ pomagają tłumić wibracje. Do sterowania samolotem jest zaś wykorzystywany umieszczony na ogonie ster kierunku oraz ster wysokości.

Jak się okazuje, nawet tak wielka maszyna jak samolot, bez problemu może wznieść się w przestworza, wystarczy tylko umiejętne wykorzystanie sił natury.