Wer sagt, dass Sie Ihr eigenes Flugzeug nicht bauen können? Serie #1: Den Mechanismus hinter Flugzeugen und die falschen Vorstellungen verstehen

I originally wrote this post in English. Find it here.

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Willkommen auf dieser Seite. Sie mögen einer der Typen sein, die es hassen, mit größter Leidenschaft zu lesen, aber vertrauen Sie mir, Sie haben nicht die Kontrolle, sich davon abzuhalten, diesen Artikel zu lesen. Tatsächlich werden Sie bald mehr Spaß am Lesen haben als beim Spielen von Videospielen. Ich will nicht prahlen .., okay, ich will, aber jetzt nicht.

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Wenn wir uns diese Flugmaschinen ansehen, die Passagiere über große Entfernungen mit einer Geschwindigkeit befördern, die schneller ist als die von Geräuschen, lieben wir es, das Geheimnis hinter ihnen zu verstehen und vielleicht eine von Grund auf neu zu erschaffen. Geld zu haben, um eines zu kaufen, ist eine Sache, die Wissenschaft dahinter zu verstehen, ist eine unbestreitbare Freude, etwas, das Geld nicht kaufen kann.

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Sie glauben, dass Sie nicht das Potenzial haben, etwas zu schaffen, das so herausragend ist, dass ich mir dessen bewusst bin. Aber vieles davon wurde von den Gebrüdern Wright gedacht, bevor sie ihre Namen auf die Liste der "größten aller Zeiten" druckten. Oder denken Sie darüber nach, kein akademisches Zertifikat für Aero-Engineering zu haben? Ich werde Sie bitten, meinen Beitrag zu lesen, in dem ich die Beziehung zwischen Intelligenz und Kreativität erläuterte und warum Studienabbrecher später im Leben als große Erfinder bekannt wurden während ich eine Tasse Kaffee nehme. Kaffeezeit!

Den Mechanismus hinter dem Flug verstehen

Oh ich bin wieder da Ich nehme an, kein Kaffee mehr zu nippen. Es gab eine Zeit als Kind, in der ich glaubte, dass das Fliegen etwas Spirituelles ist. Dann dachte ich, hinter den Schwermetallen sollte eine Art Hexenjuju stecken, der viele Kilo befördert und über weite Strecken mit dieser großen Geschwindigkeit fliegt. Vielleicht lag es daran, dass ich ein schwarzer Mann bin. "Schwarze Mentalität"? Damit darfst du scherzen. Aber ein durchschnittlicher Nigerianer würde verstehen, was ich meine, weil die meisten von uns diesen Gedanken als Kind hatten.

Aber jetzt habe ich verstanden, dass der witchige Juju hinter Flugzeugen und anderen Fluggeräten Wissenschaft ist. Nicht weniger, nicht mehr. Für jedes technologische Gerät gibt es einen bestimmten Mechanismus, der es steuert. Wenn wir in ein Flugzeug schauen, gibt es einen bestimmten Mechanismus, der für dessen Betrieb verantwortlich ist. Sie könnten denken, dass Flugzeuge wegen des Motors fliegen könnten, vertrauen Sie mir, dass Sie falsch liegen würden. Dinge, die keine Motoren haben, fliegen. Drachen- und Papierflugzeuge haben keinen Motor und fliegen dennoch. Der Motor in Flugzeugen ist dazu da, ihn vorwärts zu treiben, dh sich in einer horizontalen Position zu bewegen. Etwas anderes ist für die Fähigkeit eines Flugzeugs verantwortlich, sich selbst anzuheben und das schwerere Objekt so aussehen zu lassen, als ob es überhaupt kein Gewicht hat, und in der Luft zu fliegen.

Wie fliegen Flugzeuge?

Ich werde das nicht langweilig machen. Also werde ich dieses Konzept erklären, als würde ich Sie wirklich unterrichten. Pass nur auf und wir werden das alle ziemlich gut und ziemlich schnell hinbekommen.

Wie Sie in mehreren Büchern lesen konnten, richten sich die Prinzipien der Flucht nach Isaac Newtons Bewegungsgesetzen. Insbesondere das dritte Bewegungsgesetz, das einfach besagt:

Für jede Handlung gibt es eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion.

So einfach das aussieht, ist es für die Bewegung der Flugzeuge verantwortlich. Wenn der Antriebsmotor eine massive Luft nach hinten drückt, wird das Flugzeug mit der gleichen Kraft nach vorne bewegt. Dies nennt man Schub. Es gibt vier Fluchtkräfte. Wir haben bereits Schub erwähnt. Andere sind Drag, Lift und Gewicht. Schub und Widerstand sind entgegengesetzte Kräfte, wie Heben und Gewicht. So kommt das dritte Newtonsche Bewegungsgesetz ins Spiel.

Von den vier Fluchtkräften ist die komplizierteste, bei der die Leute etwas falsch machen, das Heben. Okay, die Tragflächen sind für den Auftrieb verantwortlich. Dies ist das Grundkonzept des Flugs, nicht der zuvor erwähnte Motor, aber was das Flugzeug wirklich vom Boden abhebt, ist die Drehung des Luftstroms. Sie werden das bald verstehen. Bleib einfach bei mir, Kumpel.

Missverständnisse rund um Flügel und Auftrieb

Eine der häufigsten, aber inkorrektesten Theorien, die gelehrt wird, ist die Longer Path oder Equal Transit Time, die auf der Theorie von Bernoulli basiert. Diese Theorie besagt einfach:

Mit zunehmender Geschwindigkeit einer sich bewegenden Flüssigkeit (kann Flüssigkeit oder Gas sein) nimmt der Druck in der Flüssigkeit ab.

Die Erklärung, die diese Theorie in Bezug auf den Flug gibt, ist, dass der Luftstrom; Die Luft, die auf die Flügel trifft, teilt sich, wenn sie auf die Vorderseite des Flügels trifft. Die Luft strömt über und unter die Tragfläche und trifft gleichzeitig auf der Rückseite der Tragfläche wieder auf. Damit dies geschieht, muss die Luft, die über den Flügel strömt, eine größere Strecke zurücklegen, um die gekrümmte Oberfläche zu bedecken. Daher wird die Geschwindigkeit erhöht. Wenn die Luft schneller wird, entsteht ein Bereich mit niedrigem Luftdruck über dem Flügel. Die Luft, die unter dem Flügel durchströmt, verlangsamt sich, weil sie eine kürzere Reichweite hat und dies einen hohen Luftdruck unter dem Flügel verursacht. Das Endergebnis, das diese Theorie besagt, ist, dass es die Druckdifferenz über und unter dem Flügel ist, die bewirkt, dass sich die Flügel nach oben bewegen. Und diese aufwärts gerichtete Kraft nennen wir heben.

Es gibt wenige Aspekte dieser Theorie, die wahr sind, aber nicht die ganze Geschichte erzählen. Also werde ich Ihnen zuerst die richtige Antwort geben und versuchen zu erklären, was danach vor sich geht. Verzeihung, ich nehme einen Schluck aus meiner Kaffeetasse. Sei sanft mit mir, okay?

Oh .. Okay, ich bin zurück.

Die richtige Antwort ist, dass ein Auftrieb erzeugt wird, weil ein Flügel den Luftstrom dreht und ihn nach unten lenkt. Es ist nicht der Druckunterschied, der den Auftrieb erzeugt. Hier kommt mein Versuch, dies noch einmal zu erklären. Der Luftstrom trifft also auf die Vorderseite des Flügels und teilt sich wie zuvor. Auch Bernoulli hatte Recht, als er über den Luftdruckunterschied über und unter der Tragfläche sprach. Und er hat auch zu Recht gesagt, dass die Luft, die über die Flügeloberseite strömt, schneller wird, dass die Luft, die über die Flügeloberseite strömt, an der Flügeloberseite haftet und der Krümmung der Flügeloberseite folgt . Dieses Haftphänomen ist als Coander-Effekt bekannt. Wenn der Luftstrom den Flügel im hinteren Bereich verlässt, verlässt er aufgrund dieser Kurve einen leichten Abwärtswinkel. Diese Abwärtsablenkung drückt auch die Luft nach, die unter dem Flügel vorbeigeht, und dreht ihn auch nach unten. Es ist diese Drehung des Luftstroms, die den Auftrieb verursacht.

Sie können auf zwei Arten mehr Auftrieb erzeugen. Die erste besteht darin, die Geschwindigkeit zu erhöhen, mit der die Luft um den Flügel herum strömt. Dies wird im Allgemeinen erreicht, indem einfach schneller geschossen wird, wie beispielsweise die Geschwindigkeit des Flugzeugs zu erhöhen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den so genannten "Anstellwinkel" zu erhöhen.

Dies ist der Winkel des Flügels relativ zum Luftstrom. Dies schafft mehr Auftrieb, da der Luftstrom in seinem oberen Winkel nach unten gedreht wird. Jetzt besteht die Gefahr, den Anstellwinkel zu vergrößern. Wenn Sie diesen Winkel zu stark erhöhen, kann sich der Luftstrom an einem Punkt nicht mehr drehen und der Oberseite des Flügels folgen. In diesem Fall wird der Luftstrom von der Oberseite des Flügels getrennt. Dies ist, was passiert, wenn ein Flugzeug abstürzt. Es gibt keine ständige Luftströmung an der Oberseite des Flügels. Daher hören die Flügel auf, Auftrieb zu erzeugen, und das Flugzeug fällt schließlich vom Himmel.

Es gibt einige Geräte, die in einem Flugzeug zum Einsatz kommen und dazu beitragen, den Auftrieb zu erhöhen, den der Flügel erzeugen kann. Das wichtigste, wir haben Klappen. Die Klappen an Flugzeugen sollen den Auftrieb erhöhen, den ein Flügel durch Vergrößerung der Fläche des Flügels erzeugen kann. Auf diese Weise kann das Flugzeug langsamer starten und landen und dennoch genügend Auftrieb für einen sicheren Flug erzeugen. Der Nachteil von Klappen ist, dass sie im Flug einen erhöhten Luftwiderstand verursachen. Normalerweise werden Klappen konstruiert und in die Gesamtform des Flügels integriert. Dann erstrecken sie sich hinten am Flügel nach hinten. Dies erhöht die Ouvertüre für den Luftstrom um den Flügel.

Auf den meisten Flugzeugen sehen Sie eine sogenannte Schlitzklappe. In ausgefahrenem Zustand hat dies einen kleinen Spalt zwischen dem Flügel und der Klappe selbst, in dem Luft von unterhalb des Hauptflügels durch einen kleinen Schlitz über die Klappe strömen kann. Dies hilft, den Luftstrom des Hauptflügels in einem höheren Anstellwinkel zu halten. Wenn Sie Ihr Verständnis von Klappen wirklich festigen möchten, empfehle ich Ihnen, sich einige Bilder von Flugzeugklappen online anzusehen. Sie werden feststellen, dass es sich bei den Klappen tatsächlich um Mini-Flügel handelt. Sie haben eine ähnliche Form und Struktur wie der Hauptflügel.

Another device which is the most commonly found on commercial jets is the leading-edge slat. This device stays at the leading edge of the front of the wing and can extend forward to increase the surface area of the wing. Again, closing the wing to produce more lift at a slower speed. This can also have a slot where air passes underneath the leading-edge slat and then flow over the main wing. As with flaps, this can be retracted to reduce the amount of drag or wind resistance allowing your plane to fly faster.

Jetzt gibt es noch eine weitere Vorrichtung, die normalerweise in den Flügel integriert ist. Ihr Zweck ist es jedoch, den Auftrieb zu verringern, den der Flügel erzeugt. Das sind ** die Spoiler **. Dies sind normalerweise flache Paneele, die sich von der Oberseite des Flügels nach oben erstrecken. Sie werden als Spoiler bezeichnet, weil sie die über die Tragfläche strömende Luft zerstören und den Auftrieb verringern, den sie erzeugt. Diese werden meist auf der Landung eingesetzt, um sicherzustellen, dass das Flugzeug den Boden sicher berührt und nicht wieder abhebt.

Sie haben auch einen sekundären Effekt, nämlich dass sie viel Widerstand gegen Luftwiderstand oder Wind erzeugen und der Ebene der Verlangsamung widerstehen, um eine sichere Geschwindigkeit am Boden zu erreichen. Sie können auch im Flug eingesetzt werden, um ein Flugzeug schneller abfliegen zu lassen, sie würden jedoch nur teilweise ausgefahren. Das Hauptproblem bei diesen ist, dass sie eine Menge Turbulenzen erzeugen, die die Flügel des Flugzeugs zum Schwingen bringen. Es führt auch zu super rauschenden Windgeräuschen. Diese beiden können für Passagiere unangenehm sein.

Schlussfolgerung

Ich hoffe, das erklärt die Grundlagen, wie Flügel Auftrieb erzeugen. Natürlich steckt noch viel mehr dahinter. Eine davon ist zu verstehen, wie der atmosphärische Druck dazu beiträgt, dass der Luftstrom mit der Oberfläche des Tragflügels in Verbindung bleibt, den Auftriebskoeffizienten zu verstehen und ehrlich gesagt, die Physik, die dahinter steckt, kann Ihnen Kopfschmerzen bereiten. Und ich möchte nicht, dass Sie verwirrt werden. Daher ein Bedürfnis nach einer Pause fürs Erste. Aber keine Sorge, wir kommen allmählich dorthin.

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References

• Airplane
• Aircraft
• Bernoulli's Principle
• Flap

Bis wir uns in meinem nächsten Beitrag wiedersehen, ändere ich meinen Namen nicht. Ich bin @teekingtv und schreibe STEM!

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