Avioanele

Categoria: Referat Mecanica

Descriere:

Avionul este unul din marile realizari stiintifice ale secolului XX. Inginerii s-au inspirat din studierea zburatorilor naturii-pasarile. Din totdeauna oamenii au visat sa cucereasca cerul cu abilitatea si gratia pasarilor. Icar din legendele grecesti a zburat cu aripi de ceara spre cer...

Avionul

        Avionul este unul din marile realizari stiintifice ale secolului XX. Inginerii s-au inspirat din studierea zburatorilor naturii-pasarile. Din totdeauna oamenii au visat sa cucereasca cerul cu abilitatea si gratia pasarilor. Icar din legendele grecesti a zburat cu aripi de ceara spre cer. Cand insa a ajuns prea aproape de soare, ceara s-a topit, iar el s-a prabusit in gol.Leonardo da Vinci, marele artist si inventator renascentist a fost obsedat de ideea de a zbura. A lasat in urma sa mai multe proiecte ale unor masinarii zburatoare imaginate de el. Au trecut insa 400 de ani pana cand s-a aflat secretul zborului. Primele tentative de zbor au avut de cele mai multe ori un sfarsit tragic. Unii dintre pilotii cu spirit de aventura si-au legat aripi de brate, dand din ele cu indarjire, pentru a se inalta in aer. Nici una din aceste incercari nu a dat rezultat, fiindca  ,, pilotii ’’ nu si-au dat seama ca atat forma, cat si miscarea aripii unei pasari are un rol important  in zbor.

                               Descoperire importanta
In 1738 un matematician si medic elvetian, Daniel Bernoulli, a facut primul pas important in cucerirea cerului. Si-a dat seama ca daca un lichid sau un gaz se scurge cu viteza mare, are presiune mai scazuta decat la o scurgere lenta. Avand in vedere ca aerul este un amestec de gaze, observatia este valabila si in cazul aerului. Daca  aerul se intalneste cu aripile unei pasari in miscare, va patrunde partial pe deasupra, partial dedesuptul lor. Datorita faptului ca fata superioara a aripii este arcuita,  deci mai lunga decat fata interioara, aerul va parcurge o distanta mai mare deasupra aripii. Aceasta va creste viteza curentului de aer deasupra aripii, astfel aerul va excita o presiune mai mica pe fata superioara a aripii decat pe cea inferioara. Diferenta de presiune va impinge aripa in sus. Aceasta diferenta de presiune se numeste forta de ascensiune aero dinamica. In secolul al nouasprezecelea multi dintre pionierii aviatiei s-au folosit de aceste principii pentru priectarea planoarelor primitive. Sir George Gayley, numit tatal aviatiei, a construit primul planor in 1853, cu care a si zburat. Mai tarziu, prin anii 90 ai secolului trecut, fratii americani Wright au construit aripi, cu care avioanele puteau fi ghidate in anumite directii. Sectiunea transversala a aripii separate de fuselaj aminteste de imaginea unei picaturi de apa care se scurge pe o suprafata plană. In fata, aripa este mai groasa si rotunjita, in spate insa se subţirează complet. Această formă se numeşte profil. Curenţii de aer orientaţi deasupra şi dedesubtul aripii sugerează foarte bine principiul Bernoulli.

Producerea turbulenţelor de aer

Pe lângă forţa de ascensiune, la ridicarea aripii avionului contribuie şi turbulenţa aerului. Aerul care trece deasupra aripii la părăsirea bordului de scurgere se întoarce şi se produce turbionarea aerului, la fel ca în cazul apei care se scurge într-o gaură. Fenomenul se numeşte turbulenţă iniţială, care la rândul ei produce o altă turbulenţă: contra – turbulenţa. Aceasta este la fel de puternică ca turbulenţa iniţială, dar se roteşte în direcţie opusă, astfel că atunci când va trece pe sub aripă, în direcţie opusă, se va întâlni cu curentul de aer principal, pe care îl va încetini.
Contraturbulenţa se va deplasa mai departe, iar bordul de atac al aripii se va deplasa în sus, alăturându-se curentului principal. Din acest motiv, curentul de aer inferior încetineşte, iar cel superior, deasupra aripii, accelerează. Astfel, presiunea va scădea în partea de sus, şi va creşte în partea de jos, ceea ce urmăreşte forţa de ascensiune.
Ridică-te!
Mai târziu, primii aviatori au descoperit cum pot face să zboare aparatele mai grele decât aerul. Pentru aceasta a fost nevoie să-şi dea seama, cum se poate produce forţa ascensională necesară. În cazul plutirii în aer lucrurile au fost mai simple, lăsând totul pe seama aerului, dar pentru a se ridica, a trebuit să găsească o modalitate de a atinge viteza necesară pentru a obţine forţa ascensională. Wilbur şi Orville Wright au rezolvat problema, folosind un motor cât mai mic şi mai uşor. Pe motor au montat o elice formată din piese de profil de aripă: aceasta se rotea pe plan vertical în faţa motorului. Mişcarea aerului determinată de rotaţie, sau mai bine zis forţa determinată de această mişcare, se numeşte forţă de tracţiune. Aerul va fi împins înapoi, iar aparatul de zbor va înainta. La 27 decembrie 1903 în Kitty Harok, Carolina de Nord, fraţii Wright au efectuat primul zbor pe avionul lor cu motor. Aparatul a putut să parcurgă doar 36 de metri în 22 de secunde, dar a reuşit să pună în practică principiul utilizat şi de proiectanţii de avioane care I-au urmat.

Aparate moderne cu reacţie

În anii “40 cercetătorii care se ocupau de zbor au dezvoltat aparatele cu reacţie. Forţa de tracţiune este obţinută în acest caz prin comprimarea aerului într-o cameră de adere, unde se amestecă un combustibil special numit kerosen, după care amestecul va fi aprins. Explozia produce un curent (jet) puternic de aer, care va propulsa avionul în momentul în care va părăsi camera de ardere prin spatele motorului. Avioanele cu reacţie zboară cu viteze mai mare decât cele cu elice, dar folosesc o cantitate foarte mare de combustibil, mai ales la viteze mici. Din acest motiv, au dezvoltat un alt de aparat de zbor cu elice acţionată de motor cu reacţie. În zilele noastre se utilizează cel mai des aparatele de zbor cu reacţie cu jet de aer dublu. Acestea au o elice  formată dintr-o multitudine de palete, care împinge aerul în camera de explozie, dar produce curenţi de aer şi în jurul motorului, la fel ca o elice normală, mărind forţa de tracţiune. Jetul de gaze poate fi direcţionat în aşa fel, încât să se reducă forţa de propulsie, încetinând aparatul de zbor. În momentul în care avionul are o viteză corespunzătoare, pentru ca forţa dinamică de ascensiune să fie suficient de mare, acesta va trebui ghidat corespunzător. Zborul are şase etape principale: decolarea, ascensiunea, zborul orizontal, întoarcerea, coborârea şi aterizarea. Aceste mişcări vor fi obţinute cu ajutorul plăcilor de ghidare situate pe aripi şi pe aşa numitele ampenaje. Şi acestea au forma profilului de aripă pe secţiune transversală, produc deci o forţă dinamică de ascenscensiune.
La decolare se ridică flapsurile de pe bordul de scurgere   a aripii, care măresc suprafaţa şi în acest fel intensitatea forţei de ascensiune. Stabilizatoarele orizontale (profundoarele) aflate pe ampenajul orizontal sunt ridicate. În acest timp botul avionului este orientat în sus, coada este coborâtă, iar avionul se înalţă în aer. Este foarte important ca înainte de începerea acestei manevre avionul să aibă viteză corespunzătoare. Flapsurile şi profundoarele trebuie ridicate exact în clipa în care forţa dinamică de ascensiune egalează greutatea avionului, altfel aparatul pierde din viteză şi nu reuşeşte să decoleze. Trebuie avută în vedere şi problema forţei de rezistenţă a aerului. Deplasarea avionului produce o rezistenţă din partea aerului, ceea ce furnizează aparatul. Forţa respectivă acţionează asupra oricărui corp aflat în mişcare, dar despre forţa de rezistenţă indusă nu putem vorbi decât în cazul avioanelor. Este vorba despre faptul că o parte din energia curentului de aer care trece deasupra aripii se va întoarce în direcţie opusă, împiedicând deplasarea avionului. Fenomenul este cauzat pe de-o parte de poziţia aripilor, de pe altă parte de turbulenţele de aer. La decolare pilotul contracarează rezistenţa opusă de aer prin coborârea flapsurilor. Avionul va zbura la un nivel determinat, viteza lui fiind suficient de mare pentru ca forţa de propulsie să depăşească forţa de rezistenţă a aerului. Stabilizatoarele orizontale vor fi ridicate din nou, aparatul înălţându-se la nivelul final. Avionul poate efectua un zbor orizontal în cazul în care greutatea proprie este egală cu forţa de ascensiune.

Schimbarea direcţiei

Avionul poate zbura spre destinaţie, dar pe parcurs va fi nevoit să vireze pentru a avansa în direcţia potrivită. Virajele se pot efectua cu ajutorul altor stabilizatoare şi anume: cu eleroanele situate pe aripi şi cu deriva (sau cârma), componentă a ampenajului vertical. Eleroanele se află pe bordul de scurgere a aripilor. Dacă pilotul vrea să întoarcă avionul la stânga, atunci va coborî eleronul de pe aripa dreaptă, crescând pe partea respectivă forţa de ascensiune. În acelaşi timp va ridica eleronul stâng, pe acea parte reducând forţa de ascensiune. Când avionul este înclinat spre stânga, o dată cu eleroanele va trage cârma spre stânga, manevra fiind astfel completă. Apoi, dacă avionul este orientat spre direcţia dorită, pilotul retrage eleroanele şi deriva în poziţie normală. Când avionul se apropie de destinaţie, pilotul trebuie să se pregătească pentru aterizarea în condiţii de siguranţă. Este un proces complex şi trebuie efectuat cu o precizie extraordinară, pentru ca nu cumva aparatul să piardă brusc din înălţime. În condiţii ideale, pilotul va zbura în direcţia opusă vântului, curenţii de aer facilitând direcţionarea. Vântul lateral poate cauza probleme, deoarece poate dezechilibra avionul, şi îngreunează efectuarea manevrelor de aterizare.
Aterizare lină
Pentru aterizare pilotul reduce viteza şi coboară flapsurile şi profundoarele pentru ca botul să fie orientat în jos; va scade forţa dinamică de ascensiune, creşte forţa de rezistenţă a aerului, avionul începe să coboare. Când ajunge în apropierea pistei de aterizare, sunt ridicate stabilizatoarele orizontale, şi intră în funcţiune aripile adjuvante frontale, situate la bordul de atac al aripilor. Acestea măresc suprafaţa aripilor şi accentuează forţa de ascensiune. Rezultatul va fi înclinarea avionului pe plan orizontal, botul fiind orientat mai sus decât coada. Aceasta compensează scăderea forţei de ascensiune care rezultă din reducerea vitezei. Viteza avionului va fi atât de redusă, încât pentru câteva clipe pare că pluteşte deasupra pistei de aterizare. Pentru reducerea vitezei se pun în funcţiune câteva flapsuri suplimentare. Acestea se află pe bordul de atac al aripilor şi se numesc spoliere. Acestea produc turbinarea aerului, care la rândul lor vor mări forţa de rezistenţă a aerului şi depăşesc forţa de ascensiune.
Oprirea avionului
În această etapă vor fi coborâte roţile, ceea ce măreşte în continuare forţa de frecare. La început avionul va atinge solul cu roţile trenului de aterizare principale. Profundoarele vor fi coborâte, pentru ca botul să coboare şi roţile trenului frontal să atingă solul. Aparatul a aterizat complet. Fapsurile sunt coborâte complet, pentru a mări cât mai mult forţa de frecare.