AERODINAMIKA
Pripremio: Zoran Modli
Principi letenja
Leti iako nema perje
Vazduhoplovstvo je rođeno u savezu čoveka i vazduha protiv sile Zemljine teže. Najbitnije što je čovek shvatio gledajući ptice bilo je da i telo teže od vazduha može da leti, pod uslovom da se kreće određenom brzinom. Postojala je tu i mala kvaka: za letenje su potrebna krila. Posmatrajući kretanje vazdušne mase, koja je katkad ispoljavala uragansku snagu i nosila kao od šale čitava stabla pa i kamene gromade, čovek je zaključio da je snaga te mase utoliko veća ukoliko se ona brže kreće.
Da bi se telo kretalo istom brzinom kroz vazduh koji miruje, neophodno je razviti odgovarajuću pokretačku snagu. Tako se razvila nauka zvana aerodinamika (u prevodu s grčkog „vazduh-sila“), koja izučava pojave i zakone što deluju na tela koja plove kroz vazduh. Aerodinamika ima prvorazredan značaj za određivanje najpovoljnijih oblika krila, trupa i drugih delova vazduhoplova kako bi ovaj mogao da leti što brže, više i dalje, s najmanjim mogućim utroškom snage.
Vazduh, kao i ostale materijalne tvorevine, ima fizičke osobine jasno definisane veličinama kao što su temperatura, pritisak i gustina. Pritisak vazduha je težina stuba vazduha koji naleže na određenu površinu. Kako se penjemo u atmosferu, smanjuje se visina vazdušnog stuba a time i njegova težina, odnosno pritisak. Izračunato je da površinu čovečijeg tela prosečno pritiska 20 tona vazduha.
Dvadeset tona? Čemu onda možemo da zahvalimo što ne ličimo na pljeskavicu? Činjenici da vazduh ispunjava i unutrašnjost našeg tela. Ako bi, kao u međuplanetarnom prostoru, pritisak spoljašnjeg vazduha bio eliminisan, naše telo bi se ponašalo kao prenaduvani balon, što bi uslovilo našu veoma eksplozivnu reakciju! Eto zašto avioni koji lete na većim visinama obavezno imaju hermetizovane kabine s pažljivo doziranim pritiskom.
O strujanju vazduha
Zamislimo da smo na fudbalskoj utakmici i da je nemarno obezbeđenje izgubilo ključeve svih stadionskih vrata - osim od jednih... Kao zainat, baš tada se pojavio opravdan razlog za brzu evakuaciju publike sa tribina. Hiljade navijača koji su, dolazeći na utakmicu, lagano i bez problema popunjavali tribine, sada moraju da napuste stadion kroz jednu jedinu kapiju, i to što pre. Šta će se dogoditi?
Pošto su ljudi u pitanju, nastaće neopisiva gužva. Ali, ako apstrahujemo paniku i ljude zamislimo kao disciplinovane čestice nekog fluida, spoznaćemo da će morati izuzetno brzo da se kreću kroz ovaj uzani prolaz ukoliko žele da za rekordno kratko vreme napuste arenu. Setite se i da reka u užem delu rečnog korita protiče brže nego u širem, i da je brzina vetra koji duva kroz tesnace mnogo veća nego kada duva na otvorenom. Šta to govori?
Govori da će brzina strujanja fluida koji propuštamo, primera radi, kroz cev koja se mestimično širi pa sužava, u užim delovima cevi biti veća od one u širim. Pošto ista masa fluida mora da protekne kroz svaki od ovih preseka za isto vreme, očigledno je da je vrednost brzine proticanja fluida obrnuto srazmerna veličini preseka cevi. Iz ovoga je proizašla jednačina kontinuiteta , a posledično i Bernulijeva jednačina , koja opisuje zbir statičkog i dinamičkog pritiska fluida u bilo kojem preseku cevi kao stalnu veličinu. To znači da će pritisak fluida na zidove cevi (statički pritisak) u suženim segmentima biti manji, a u proširenim veći.
Rekonstruišimo ovu pojavu u praksi: prinesite usnama list papira ovlaš ga držeći u horizontalnom položaju, a onda počnite snažno da zviždite. Pod vašim dahom papir počinje da treperi i da se uzdiže. Ne prekidajte zviždanje, već za trenutak pritisnite usne dlanom. List hartije će se opustiti, ali zato ćete osetiti kako raste pritisak na unutrašnost vaših obraza. Tako spoznajete efekte dve vrste pritiska: onaj prvi, stimulativan za hartiju, bio je dinamički , ovaj drugi je statički pritisak .
Tako smo stigli do otkrića koje je promenilo tok savremene civilizacije i ljudsku predstavu o visinama i daljinama koje je moguće doseći! Jer, ova inverzija između vazdušne brzine i vazdušnog pritiska najvažniji je princip letenja.
Krilo aviona
Kada pogledamo avionsko krilo iz profila, zapazićemo da je gornja površina krila ( gornjaka ) zakrivljena, tj. ispupčena. Donja površina krila ( donjaka ) relativno je ravna. S razlogom. Ispupčenje gornje površine krila može da se uporedi s odgovarajućim suženjem u već pomenutoj cevi.
Drama stvaranja uzgona odigrava se na sledeći način: vazduh koji juriša na prednju ( napadnu ) ivicu krila račva se na dva kraka: jedan struji preko gornjake, a drugi teče duž donjake. Na putu ka zadnjoj ( izlaznoj ) ivici krila gornja struja vazduha, zbog veće zakrivljenosti aeroprofila, mora da pređe nešto duži put od struje vazduha na donjaci. A da bi ga obe prevalile za isto vreme, struja vazduha na gornjoj površini krila prinuđena je da hita brže. Zbog toga nastaje razlika u pritiscima: statički pritisak vazduha na donjaci krila je povišen, a na gornjaci snižen, pa nastaje vertikalna komponenta uzgona. Krilo - i ceo avion sa njim - poleće!
Fenomen poletanja najbolje ilustruje promenljiv odnos između sila koje deluju na avion koji se priprema za let.
On najpre stoji nepokretan na početku piste. U toj, pasivnoj fazi tek započetog leta na njega deluje samo jedna sila: sila vlastite težine. Ali, čim pilot gurne ručicu gasa, obrtaji motora se dramatično povećavaju, elisa počinje da grabi ogromne količine vazduha i pomera avion s mrtve tačke. Dok ubrzava, vazduh počinje da pokazuje svoje pravo lice: sve više raste čeoni otpor. I tako, dok je letelica još na zemlji, prinuđena je da savladava čeoni otpor vazduha i otpore kotrljanja.
Jasno je da su sada sve sile probuđene. Prednjači vučna sila, a tako će biti sve dok avion ubrzava. Konačno, kada sila uzgona dostigne određenu vrednost, a ona mora da bude jednaka celokupnoj težini aviona, on tek ovlaš točkovima dodiruje tlo.
Na svu sreću, avionski motor ima još snage u rezervi. Vazduh sve brže struji oko avionskih krila, sila uzgona nadjačava težinu i odnosi konačnu pobedu u ovoj delikatnoj trci s poslednjim metrima piste... Letelica je u vazduhu!
Avion se penje. Šta to znači? Ništa drugo osim da vučna sila mora da bude veća nego u horizontalnom letu. Opet, ako avion treba da zadrži nepromenjenu visinu leta, vučnu silu treba smanjiti. U ustaljenom letu, kada avion održava nepromenjenu vazdušnu brzinu, vučna sila je izjednačena sa silom čeonog otpora. Ako ubrzava, vučna sila je veća od sile otpora, a ako usporava, moramo dopustiti sili čeonog otpora da nadjača vučnu silu. Kada avion krene u poniranje, vučna sila svakako mora da bude manja od one u horizontalnom letu. To su trenuci predaha za avionski motor jer je tada glavna pogonska snaga - sila Zemljine gravitacije.
Na tananoj ravnoteži ovih sila počiva neizmerna čarolija letenja.
Finesa krila. Rekosmo: da bi se avion održao u vazduhu, potrebna je sila uzgona na krilu, a da bi savladao čeoni otpor, potrebna je energija motora. Pri konstruisanju nekog aeroprofila važno je dobiti što veću silu uzgona, a istovremeno maksimalno smanjiti silu otpora. U praksi je finesa krila veoma koristan broj koji pokazuje koliko dužinskih kilometra je u stanju da preleti određeno krilo pre nego što stigne do zemlje ako ga lansiramo s visine od jednog kilometra.
Finesa aviona. Finesa krila je jedna priča, a finesa aviona sasvim druga. Avion je „okićen“ gomilom parazitskih otpora koje stvaraju: avionski trup, stajni trap, motorske gondole, spojevi krila i repnih površina s trupom... Uzgred, to je bio jedan od razloga što su ljudi eksperimentisali čak i s avionom u obliku jedinstvenog i stilizovanog letećeg krila, mada ta koncepcija nikada nije primenjena u značajnijoj meri.
Da bismo izračunali finesu kompletnog aviona, moraćemo da postojećim otporima krila dodamo i ostale pomenute otpore. Različiti tipovi aviona imaju različite vrednosti najveće finese, uglavnom između 6 i 15. Jedrilice su u tom pogledu superiornije. Pojedine, specijalno konstruisane, imaju finesu i do 55, a to je već zavidan broj kilometara bezbednog planiranja. Praktično bi dovoljno bilo takvu jedrilicu podići iznad Niša na visinu nešto veću od tri hiljade metara, da bi onda u pravoj liniji otklizila sve do Beograda!
Zoran Modli
Preuzeto i priređeno iz „Pilotske knjige“ Zorana Modlija. Izdavač: Mladinska knjiga, Beograd 2014. (drugo izdanje).
Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
|
