Загрязнение воздуха
<<  Воздух, вода и техника Загрязнение воздуха  >>
Летательные аппараты тяжелее воздуха
Летательные аппараты тяжелее воздуха
Оглавление:
Оглавление:
Почему летает самолёт
Почему летает самолёт
<
<
<
<
<
<
<
<
<
<
<
<
<
<
Как летает вертолёт
Как летает вертолёт
<
<
<
<
<
<
<
<
<
<
<
<
<
<
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея
Фотогалерея

Презентация на тему: «Летательные аппараты тяжелее воздуха». Автор: Гена. Файл: «Летательные аппараты тяжелее воздуха.ppt». Размер zip-архива: 372 КБ.

Летательные аппараты тяжелее воздуха

содержание презентации «Летательные аппараты тяжелее воздуха.ppt»
СлайдТекст
1 Летательные аппараты тяжелее воздуха

Летательные аппараты тяжелее воздуха

7f256

...известный американский астроном С.Ньюком (1835-1909) математически доказал невозможность создания летательных аппаратов тяжелее воздуха. А.И. Осипов. Путь разума в поисках истины.

2 Оглавление:

Оглавление:

-Почему летает самолёт?

-Как летает вертолет?

-Фотогалерея

3 Почему летает самолёт

Почему летает самолёт

>

Если спросить прохожего, почему летает самолет, он остроумно ответит: по небу (по чему). И будет неправ – как мы увидим, самолет летает… по земле! Для начала вспомним известную задачу. На чашках весов стоят две непрозрачные коробки. В одной из них сидит муха, в другой – такая же муха летает. Что покажут весы? Ответ: нуль. Потому что летающая муха, для того чтобы держаться в воздухе, создает поток импульса, в точности равный её весу. Этот поток импульса (вес мухи), направленный вниз, передается на дно коробки, уравновешивая муху, сидящую в другой коробке.

Может быть, не всем понятно, что такое поток импульса? Тогда рассмотрим другой пример. На муху очень похож вертолет, неподвижно висящий в воздухе. Что позволяет ему не падать? Винт "засасывает" воздух, который вдали ("на бесконечности") покоится , и отбрасывает его вниз со скоростью v. Конечно, этот воздух рано или поздно возвращается на свое место, так что вертолет создает тороидальный вихрь, перемешивая всю атмосферу, как показано (качественно) на рис.1.

Щёлкните по рисунку мышью для увеличения

4 <

<

5 <

<

>

Если обозначить плотность воздуха через ? кг/м3(а при дозвуковых скоростях потока плотность можно считать постоянной), то масса воздуха, перетекающего в единицу через сечение S со скоростью v, равна ? = ?vS[кг/м3м/см2 = кг/с]. Напомним вывод этой формулы. Расход Q [м3/c] - это объем жидкости или газа, протекающий через поперечное сечение потока или трубы в единицу времени: Q=?V/?t .

Пусть S – площадь поперечного сечения потока, v – его скорость. Тогда за промежуток времени ?t через поперечное сечение s пройдет объем ?V=s?v??t (Рис.2). Тогда Q=?V/?t=s?v и µ=p?Q=p?s?v. Эту величину естественно назвать потоком массы. А если разделить ее на площадь сечения потока, получим плотность потока массы µ/s=p?v [кг/(м2с]

Но чему равен импульс этого потока массы? Импульс тела массой m, движущегося со скоростью v, равен p = mv. Разделив обе части этого равенства на массу, получим удельный импульс (т.е. импульс единицы массы) p/m=v. Значит, каждый килограмм массы несет импульс, равный скорости движения этого килограмма. А если поток массы равен ? [кг/с], то, умножив его на v, мы и получим поток импульса ?v,[кг/см/с = H], т.е. силу. И эта сила должна равняться весу вертолета, если мы хотим, чтобы он висел в воздухе: ?v = ?v2S = G (1) Теперь наклоним плоскость винта вертолета "вперед" (рис.3) .

Щёлкните по рисунку мышью для увеличения

6 <

<

7 <

<

>

Разложим силу его тяги на вертикальную компоненту Y и горизонтальную X. Вертолет полетит в направлении силы X, компонента Y, конечно, должна остаться равной весу, а X уравновесится силой сопротивления воздуха. У самолета роли в создании этих двух сил разделены: крыло создает вертикальную (подъемную) силу, а мотор – силу тяги. Причем крыло обладает замечательным свойством: оно способно создавать подъемную силу намного большую, чем сила сопротивления воздуха его движению. Физик сказал бы – на порядок большую. Это, конечно, не означает "ровно в 10 раз большую", – это может быть и 8, и 20. Отношение этих двух сил называется качеством крыла Y/X=K. Следовательно, в отличие от вертолета, крылатый летательный аппарат нуждается в силе тяги, на порядок меньшей веса аппарата (а ведь вертолет даже для неподвижного висения должен обладать подъемной силой, не меньшей веса, – а тем более для горизонтального перемещения). Не случайно крылатый летательный аппарат поднялся в воздух раньше вертолета. В частности, недавно (2003 г.) праздновали столетие со дня первого полета братьев Райт. Их отец, священник, предостерегал сыновей: летать могут только ангелы, а не люди. Не послушали. Примерно полсотни лет самолеты использовали тягу винта-пропеллера. Современные самолеты используют реактивные двигатели. Но физический принцип одинаков: любой двигатель должен создавать поток импульса.

8 <

<

>

Оценим, с какой скоростью двигатель самолета должен отбрасывать массу газа назад. Если вес самолета равен G, качества крыла К, а мы собираемся использовать N двигателей, то каждый из них должен создать силу тяги G/KN. Далее, если на выходе из двигателя площадью сечения S плотность газов равна ?s скорость истечения v, то поток массы в системе координат, связанной с самолетом, µ=psvs [кг/с]. Будем считать приближенно, что он равен потоку массы на входе в двигатель. Это значит, что мы пренебрегаем добавочной массой сгоревшего топлива – роль последнего, таким образом, сводится к нагреванию воздуха, а не к увеличению расхода массы – и чем меньше расход топлива, тем экономичнее авиадвигатель. Тогда, в результате нагревания воздуха, проходящего через двигатель, его скорость

(А это ведь, как мы помним, удельный импульс) увеличивается на v – u, где u – скорость полета (рис.4).

9 <

<

>

Таким образом, изменение импульса (а это и есть тяга одного двигателя) равно F1 = ?(v ? u) = ?suS(v ? u) = G / KN. Предположим, что давление газов на выходе из двигателя в точности равно давлению окружающем воздухе (индекс ), а их температура равна Ts. Тогда плотность найдем из закона Менделеева–Клапейрона: ps=p?/RTs где R = R0 / M – газовая постоянная, R0 = 8,31 Дж/Кмоль, M=29?10-3 кг/моль – молярная масса воздуха. Кстати, обращаем внимание, что плотность выхлопных газов ?s вообще не должна равняться плотности атмосферы, что и подчеркивает индекс s. Сделаем численные оценки. Рассмотрим современный авиалайнер весом G=400T=4?106H имеющий N=4 двигателя радиусом r выходного сечения один метр, летящий с дозвуковой скоростью u = 250 м/с на высоте более 10 км, давление атмосферы в пять раз меньше давления на уровне моря, p?=105/5=2?104,Па. Чему равна Ts ? Подставим эти числа в уравнение F1=p?/RTsv?r2(v-u)=G/KN=4?106/40=105H. Решая это квадратное уравнение (относительно v) , найдем v?500м/с. Конечно, такой двигатель (у которого радиус выходного сечения порядка метра) может принадлежать только очень большому трансатлантическому лайнеру. Но почему выгодно строить большие самолеты? На это отвечает теория подобия, которую знали еще во времена Джонатана Свифта. Вот что пишет по этому поводу очевидец Гулливер: “Математики его величества, определив высоту моего роста при помощи квадранта и найдя, что высота эта находится в таком отношении к высоте лилипута, как двенадцать к единице, заключили на основании сходства наших тел, что объем моего тела равен, по крайней мере, объему 1728 тел лилипутов, а следовательно, оно требует во столько же раз больше пищи”. Другими словами, если лилипуту полагается один бутерброд, то Гулливеру – 123 бутербродов. Ясно, что тут заложено предположение об одинаковости массовой плотности тел лилипута и Гулливера.

10 <

<

Другое дело – летательный аппарат. Как видно из выражения (1), подъемная сила пропорциональна не объему, а площади поверхности. Значит если увеличить характерный размер самолета в N раз, его объем увеличится в N3 раз, а площадь крыла и, следовательно, вес – в N2 раз. Это потому что самолет – оболочка, а не сплошное тело. (Понятно, что в этих рассуждениях ?v2 – так называемый скоростной напор – считаем фиксированным). Да, но! – воскликнет внимательный читатель – ведь формула (1) получена для вертолета, а мы говорим уже о самолетах? Тут надо успокоить внимательного читателя такими словами: Вы правы, но если признать, что аэродинамическая сила, действующая на летательный аппарат, зависит от плотности среды ? [кг/м3], скорости движения v [м/c], и его размера L [м], то единственной комбинацией этих величин, имеющей размерность силы, будет ?v2L2[кг/м3 м2/ с2 м2 = кг м/с2]. Конечно, для определения численного значения этой силы надо бы учесть еще неизвестный безразмерный множитель, – но ведь нас интересовали только отношения сил, а не их величина. Итак, на какой высоте ни летел бы самолет, он просто обязан создавать равный по весу поток импульса, направленный вниз и, в конце концов, опираться на землю.

К оглавлению

11 Как летает вертолёт

Как летает вертолёт

>

ПОЧЕМУ ВЕРТОЛЕТ – ПОЛЕЗНАЯ МАШИНА? Где только ни применяются вертолеты! Они возят пассажиров и грузы и тушат лесные пожары, работают на стройках и распыляют сельскохозяйственные удобрения, участвуют в спасательных операциях и эвакуируют пострадавших из зон бедствий. Есть среди них настоящие гиганты, которые называют летающими подъемными кранами. А боевые вертолеты! Эти красивые, стремительные летательные аппараты несут на себе самое современное вооружение, и роль их на поле боя в наши дни многократно возрастает. Чем же так хорош вертолет? Тем, что, уступая по скорости и высоте полета большинству самолетов, он обладает несколькими совершенно уникальными способностями. Во-первых вертолет может взлетать с места. Есть, конечно, модели военных самолетов, которые тоже умеют взлетать вертикально, например, с палубы авианосца. Но для того, чтобы добиться такого эффекта, конструкцию самолета приходится серьезно усложнять. А для вертолета вертикальный взлет – норма. Но есть и такие вещи, которые не сможет сделать ни один самолет. А именно – зависать в воздухе, вращаться во время

полета вокруг вертикальной оси, летать не только вперед, но и назад, в бок, в общем, в любом направлении. Вертолет же все это умеет. Именно поэтому он является летательным аппаратом с огромными возможностями и очень широким спектром применения. А все это благодаря его удивительной конструкции.

12 <

<

>

ПОЧЕМУ ВЕРТОЛЕТ ВЗЛЕТАЕТ? Ответим сначала на вопрос – почему летает самолет? Двигатели самолета (любые – винтовые и реактивные) создают тягу, то есть толкают самолет вперед относительно воздуха. Набегающий поток воздуха обтекает крылья и за счет их особой формы образуется подъемная сила. При обтекании воздух под крыльями оказывается плотнее, чем воздух над крыльями, и этот плотный воздух как бы выталкивает

самолет вверх, туда, где воздух разреженней. Из всего этого следует, что, не разбежавшись, не набрав достаточной скорости, самолет взлететь не может. Нет набегающего потока воздуха – нет и подъемной силы.

В вертолете подъемную силу создает главный винт, или ротор. Лопасти ротора – это не что иное, как крылья. Они действительно имеют форму крыла, только гораздо уже. Вращаясь, лопасти рассекают воздух (то есть как раз имеют дело со встречным потоком воздух и возникает подъемная сила. То есть, если для взлета самолета требуется движение всего аппарата, то вертолету ничего такого не нужно. "За него" работают лопасти.

13 <

<

>

Почему вертолет летит вперед (а так же назад и в бок)?

Летательный аппарат мало поднять в воздух, надо добиться, чтобы он мог лететь в заданном направлении, в нужный момент поворачивал, набирал высоту и снижался. С самолетом все ясно. Вперед его толкают двигатели, а совершать маневры помогают подвижные части крыльев и хвостового оперения. У вертолета всем этим занимается... тот же самый главный ротор. Как это происходит? Тут-то начинается самое интересное.

Подъемная сила ротора зависит от угла атаки лопастей. Что значит угол атаки? Дело в том, что каждая лопасть главного ротора может поворачиваться вокруг своей продольной оси. Углом атаки называется угол, под которым передняя кромка лопасти "задирается" навстречу воздушному потоку. Пока вертолет стоит на земле, нижняя плоскость лопасти параллельна земле. Винт может вращаться, но при этом подъемная сила невелика. Она не достаточна для того, чтобы оторвать вертолет от земли. Но вот с помощью рычагов управления пилот заставляет все лопасти одновременно повернуться вокруг своей оси, и угол атаки увеличивается. Лопасти как бы "задираются" и при вращении сильнее "загребают" воздух. Подъемная сила начинает расти. Когда подъемная сила превышает вес вертолета, он отрывается от земли и взлетает.

14 <

<

>

Взлетев, вертолет зависает над землей. Как теперь заставить его двигаться в нужном направлении. Для этого нужно... наклонить вертолет. Вот как это делается. Когда пилот с помощью рычагов управления изменяет угол атаки одновременно у всех лопастей, вертолет просто поднимается (если угол атаки вырос) или снижается (если угол атаки уменьшился). Но если угол атаки каждой из лопастей изменять лишь тогда, когда та проходит определенный участок круга, тогда

происходит вот что. Представим себе, что когда лопасти проходят над передней частью вертолета, угол атаки у них меньше, но стоит им оказаться над кормовой частью машины угол атаки возрастает. Тогда... правильно! Подъемная сила, которая будет толкать вверх заднюю часть вертолета, окажется больше той, что станет воздействовать на переднюю. Вертолет накренится вперед, или, попросту говоря, "клюнет носом". Вместе с вертолетом накренится и сам винт. Теперь по законам физики он будет толкать машину не только вверх, но и вперед.

Теперь нетрудно ответить на вопрос, что будет, если угол атаки лопасти вырастет при ее прохождении над носовой частью вертолета, а над кормой наоборот уменьшится. Вертолет полетит назад! А еще он полетит вправо, если угол атаки лопастей вырастет при прохождении над левым бортом машины. Ну и наоборот, конечно.

15 <

<

>

ПОЛЕЗНЫЙ ПЕРЕКОС "Но как такое может быть?" – возможно спросите вы. – Ведь лопасти вращаются с бешеной скоростью. Как успевает пилот менять угол атаки лопасти на те ничтожные доли секунды, за которые она проходит часть круга, а потом вновь возвращать ее в исходное положение. Неужели у вертолетчиков такая фантастическая реакция? Нет, конечно. Угол атаки за время прохождения участка круга меняет очень хитрый механизм, который называется "автоматом перекоса". Это устройство было изобретено еще в 1911 году русским инженером, профессором Борисом Николаевичем Юрьевым. Автомат перекоса состоит из двух "тарелок". Одна из них – неподвижная. Именно к ней идут тяги, которыми управляют из кабины пилота. Через подшипник неподвижная тарелка связана с другой, подвижной, которая вращается вместе с лопастями. Каждая из лопастей соединена с подвижной тарелкой тягой с шарнирным соединением. Если тягу толкнуть вверх или потянуть вниз, она повернет лопасть вокруг оси и угол атаки изменится. Летчик из кабины задает нужный перекос неподвижной тарелке. "Катящаяся" по ней на подшипнике подвижная тарелка тоже наклоняется, и один из ее краев приближается к лопастям, а другой от них отдаляется. При этом тяги то поднимаются, то опускаются вниз. А значит и лопасть, связанная с тягой, проходя разные участки круга, будет поворачиваться вокруг своей оси то в одну, то в другую сторону. Поэтому, в то время как на одной лопасти угол атаки будет увеличиваться, на противоположной, он наоборот уменьшится. Вертолетчику не надо думать "о судьбе" каждой лопасти в данную долю секунды. Главное наклонить тарелку автомата перекоса в нужную сторону. А это уже куда как проще.

16 <

<

ЗАЧЕМ НУЖЕН ВИНТ НА ХВОСТЕ? Итак, главный винт, или ротор вертолета делает все – и поднимает машину вверх, и заставляет ее опускаться вниз, и задает направление полета, и тянет машину вперед. Однако, если ты когда-нибудь видел вертолет (а ты не мог его не видеть), у тебя наверняка созрел вопрос: "Зачем же тогда нужен второй, маленький винт на хвосте?" О, у этого малыша есть очень важная задача. Не будь его, главный винт вертолета вращался бы в одну сторону, а сам вертолет – в другую. Таковы законы физики. Когда-то на заре вертолетостроения конструкторы и не думали оснащать хвост летательного аппарата каким-то там винтом. Считалось, что достаточно будет поставить на ось главного ротора два винта, которые вращались бы с одинаковыми скоростями, но в противоположных направлениях. Однако, время показало, что такая конструкция слишком громоздка и создает проблемы в управлении вертолетом. Решение оказалось простым и оригинальным. Хвостовой ротор подобно самолетному пропеллеру создает тягу, которая уравновешивает так называемый "крутящий момент" от главного винта. При равновесии этих сил корпус вертолета по отношению к вращающимся лопастям остается неподвижным. Однако если тягу винта несколько уменьшить или увеличить, то вертолет начнет крутиться вокруг своей оси. Только на этот раз таким вращением может управлять пилот (также меняя угол атаки лопастей). Вращаясь в зависшем над одной точкой вертолете, летчик может внимательно рассмотреть окрестности – например, в ходе поисково-спасательных работ. Хвостовой ротор помогает пилоту разворачивать машину в узких местах, например в горных ущельях или среди высоких зданий. Короче говоря, маленький винт не только помогает держать летательный аппарат прямо по курсу, но и дает дополнительные удобства и возможности в управлении машиной. Не случайно первый пригодный для массового производства вертолет VS-300, созданный в 1939 году в США замечательным русско-американским авиаконструктором Игорем Сикорским, был оснащен одним главным винтом и хвостовым ротором. Сегодня такую конструкцию имеет большинство вертолетов.

К оглавлению

Щёлкните по рисунку мышью для увеличения

17 <

<

18 <

<

19 Фотогалерея

Фотогалерея

>

20 Фотогалерея

Фотогалерея

<

>

21 Фотогалерея

Фотогалерея

<

>

22 Фотогалерея

Фотогалерея

<

>

23 Фотогалерея

Фотогалерея

<

>

24 Фотогалерея

Фотогалерея

<

>

25 Фотогалерея

Фотогалерея

<

>

26 Фотогалерея

Фотогалерея

<

>

27 Фотогалерея

Фотогалерея

<

>

28 Фотогалерея

Фотогалерея

<

>

29 Фотогалерея

Фотогалерея

<

>

30 Фотогалерея

Фотогалерея

<

>

31 Фотогалерея

Фотогалерея

<

>

32 Фотогалерея

Фотогалерея

<

>

33 Фотогалерея

Фотогалерея

<

>

34 Фотогалерея

Фотогалерея

<

>

35 Фотогалерея

Фотогалерея

<

>

36 Фотогалерея

Фотогалерея

<

>

37 Фотогалерея

Фотогалерея

<

>

38 Фотогалерея

Фотогалерея

<

>

39 Фотогалерея

Фотогалерея

<

>

40 Фотогалерея

Фотогалерея

<

>

41 Фотогалерея

Фотогалерея

<

>

42 Фотогалерея

Фотогалерея

<

К оглавлению

«Летательные аппараты тяжелее воздуха»
http://900igr.net/prezentacija/ekologija/letatelnye-apparaty-tjazhelee-vozdukha-218512.html
cсылка на страницу

Загрязнение воздуха

13 презентаций о загрязнении воздуха
Урок

Экология

30 тем
Слайды
900igr.net > Презентации по экологии > Загрязнение воздуха > Летательные аппараты тяжелее воздуха