Lietadlá

Prírodné vedy » Fyzika

Autor: Dievča ivana123
Typ práce: Referát
Dátum: 22.01.2014
Jazyk: Slovenčina
Rozsah: 1 848 slov
Počet zobrazení: 3 704
Tlačení: 286
Uložení: 305
Lietadlá

Úvod
Tému „Lietadlá“ som si vybral preto, lebo lietadlá ma od malička fascinovali. Často som chodieval na letecké dni na Sliač a pozoroval, aké manévre a rôzne akrobatické kúsky dokážu piloti urobiť na svojich lietadlách.
 
Keď som bol ešte malý, vôbec som si neuvedomoval, koľko vedcov a fyzikov muselo spolupracovať, aké dlhoročné výskumy museli prebiehať, aby dostali niečo také veľké ako je lietadlo do vzduchu. Teraz keď je možnosť dozvedieť sa niečo bližšie o princípoch a fyzikálnych zákonoch, vďaka ktorým lietadlo dokáže letieť, som sa jej chopil. Pokúsim sa Vám a aj sebe priblížiť, ako to všetko funguje.
  
1 Charakteristika a časti lietadla
„Lietadlo je lietajúce zariadenie, ktoré je schopné pohybu v atmosfére nezávisle od zemského povrchu, prekonávaním tiaže interakciou s atmosférou, ktoré je aspoň čiastočne riaditeľné, schopné vzletu zo zemského povrchu v letovej konfigurácii a opakovane použiteľné  po pristátí“.
Vzhľadom k veľkému počtu druhov lietadiel je možné vymenovať iba najčastejšie sa vyskytujúce časti (systémy) lietadiel. Sú to hlavne:
- drak – tvorí základnú konštrukciu obsahujúcu:
- riadiaci systém
- pristávacie zariadenie (podvozok)
- energetické systémy - hydraulika, vzduchový systém

- pohonná (hnacia) jednotka - motor s propulzorom (napr. piestový motor s vrtuľou, turbínový motor s výstupnou dýzou)
- avionika - letecké senzory, prístroje a palubné počítače (vrátane zbraňových)
 
2 Rozdelenie lietadiel
2.1 Všeobecné rozdelenie lietadiel
 
bezmotorové
- ľahšie ako vzduch (aerostaty)
o  balóny
- ťažšie ako vzduch (aerodyny)
· s rotujúcimi nosnými plochami
o  bezmotorové autogíry (vírniky)
· s nepohyblivými nosnými plochami - klzáky
o  vetrone, závesné klzáky, padákové klzáky
 
motorové
- ľahšie ako vzduch
· vzducholode
- ťažšie ako vzduch
· s nepohyblivými nosnými plochami - letúne
· s rotujúcimi nosnými plochami
o  helikoptéry
o  autogíry (vírniky)
· s mávajúcimi nosnými plochami ornitoptéry (krídelníky)
· bez nosných plôch - s reaktívnym vztlakom
o  prúdové
o  raketové („raketový opasok“, „reaktívny plecniak“)
· zmiešané
o  s kombinovanými nosnými plochami (konvertoplány)

- s preklopnými rotormi 
- s preklopným krídlom
- s X-krídlom

o  zvislo štartujúce vrtuľové lietadlo(z kategórie VTOL)
o  s kombináciou nosných plôch a reaktívneho vztlaku

- prúdové z kategórie (z kategórie VTOL)

2.2 Iné delenia
- Delenie lietadiel s pevným krídlom podľa dĺžky vzletu a pristátia (nepatria sem vrtuľníky apod., ale nemusia to byť ani čisté letúne)
- CTOL - s konvenčným vzletom a pristátím (Conventional Take Off and Landing)
- STOL - s krátkym vzletom a pristátím (Short Take Off and Landing)
- ZTOL - so strmým vzletom a pristátím (Zoom Take Off and Landing)
- VTOL - so zvislým vzletom a pristátím (Vertical Take Off and Landing)
 
- Podľa rýchlosti letu
- podzvukové (subsonické): M<1.0
- okolozvukové (transsonické): 0.8<M<1.2
- nadzvukové (supersonické): M>1.0
- vysoko nadzvukové (hypersonické): M>3-6 (začínajúce chemické zmeny vzduchu - ionizácia ...)

- Podľa používanej prevádzkovej plochy
- pozemné (s kolesovým alebo lyžovým podvozkom)
- vodné (hydroplány)
- obojživelné (amfíbie)

- Podľa prítomnosti ľudskej obsluhy
- pilotované
- bezpilotné (bezpilotné lietajúce zariadenia alebo prostriedky)
- diaľkovo riadené
- autonómne

- Delenie dopravných lietadiel podľa doletovej vzdialenosti
- na krátke trate (do 930 km)
- na stredné trate (930 - 2780 km)
- na dlhé trate (nad 2780 km)

- Podľa druhu pohonnej jednotky
- piestové (vrtuľové)
- kompresorové
- bezkompresorové
- turbovrtuľové (vrtuľové)
- propfanové
- prúdové
- jednoprúdové
- dvojprúdové (turboventilátorové, turbodúchadlové)

3 Princípy a zákony, vďaka ktorým lietadlo môže letieť
3.1 Profil krídla
Prvoradý účel krídla lietadla je vytvoriť pri pohybe lietadla smerom dopredu (dopredný pohyb) aerodynamickú silu, ktorá bude pôsobiť kolmo na smer pohybu, teda proti príťažlivosti Zeme. Táto sila prekonaním gravitácie umožní lietadlu jeho let. Aby krídlo svoju funkciu správne plnilo, musí mať v smere obtekajúceho prúdu tvar krídlového profilu.

Profil je uzavretá krivka, ktorú dostaneme prerezaním krídla v smere obtekajúceho prúdu (obrázok 1 ukazuje profily koreňa krídla a jeho konca). Geometrický tvar profilu má rozhodujúci vplyv na rozloženie aerodynamických síl na krídle a tým tiež na výkony a letové vlastnosti lietadla.
 
Na obrázku 2 je vykreslený profil, jeho tetiva a stredná krivka profilu. Do profilu môže byť vykreslený ľubovolný počet vpísaných kružníc. Množina stredov všetkých vpísaných kružníc vyplňuje strednú krivku profilu. Priemer najväčšej vpísanej kružnice označujeme ako hrúbku profilu. Polomeru oskulačnej kružnice v nábežnej hrane hovoríme polomer nábežnej hrany. Strednú krivku v nábežnej hrane predĺžime  zo stredu poslednej vpísanej kružnice až do spoločného bodu obrysu profilu a jeho oskulačnej kružnice. Tento bod pomenujeme nábežný bod profilu.
 
3.2 Základné zákony mechaniky tekutín
Z fyzikálneho hľadiska ide o špecificky aplikované „zákony zachovania energie“.
 
Zákon zachovania energie – Bernoulliho rovnica, ktorá získala názov podľa svojho objaviteľa, švajčiarskeho matematika Daniela Bernoulliho, tu uvediem v jednoduchej podobe platiacej pre nestlačiteľné prúdenia,  t. j. pri vzduchu prúdiacom s rýchlosťami do M=0,3.

Prvý člen rovnice p je statický tlak vzduchu, zodpovedajúci potenciálnej energii, a druhý člen rovnice je tlak dynamický q spojený s pohybom vzduchu, zodpovedajúci energii kinetickej. Celková energia vzduchu je konštantná, pokiaľ do systému nedodávame energiu a je možná jedine jej výmena medzi energiou potenciálnou a kinetickou.
 
Zákon zachovania hmoty – rovnica kontinuity. Pre pochopenie základného princípu si predstavme trubicu s dvomi rozdielnymi prierezmi , ktorou preteká vzduch (obrázok 3).

Rovnica kontinuity hovorí, že hmota do prúdovej trubice vtekajúca sa rovná hmote z trubice vytekajúcej v prípade, že do systému hmotu nepridávame, ani z nej neodoberáme. Matematicky je táto rovnica vyjadrená ako a pre nestlačiteľné prúdenie, t.j. kedy platí, že

Dôsledky týchto vzťahov môžeme jednoducho popísať nasledovne:
 - ak sa zmení rýchlosť prúdenia zmení sa aj tlak
-  v zúženom priestore je prúdenie rýchlejšie ale tlak je menší
 
3.3 Vznik vztlakovej sily
Vztlaková sila vzniká pôsobením prúdiaceho vzduchu na telesá, resp. pohybom telesa vo vzduchovej hmote.
 
Na obrázku 4 môžeme popísať vznik vztlakovej sily. Obrázok znázorňuje rez profilom krídla obtekaného vzduchom. Pri pohybe telesa proti prúdniciam vzduchu rýchlosťou vt dochádza vplyvom rozdielneho tvaru telesa na hornej strane k väčšiemu stlačeniu prúdnic ako na spodnej strane. Takže aj rýchlosť prúdenia na hornej strane bude väčšia ako na spodnej strane. Dráha prúdnic vzduchu na hornej strane profilu je dlhšia ako dráha na spodnej strane profilu. V dôsledku platnosti Bernoulliho rovnice bude na hornej strane profilu pri rýchlejšom prúdení nižší tlak ako na spodnej strane. Výsledná sila bude teda pôsobiť zdola nahor. Pri dostatočnej rýchlosti (sile motorov) a ploche, na ktorú bude pôsobiť (veľkosť krídla)  je táto sila schopná zdvihnúť do vzduchu teleso ťažšie ako vzduch - lietadlo.
 
3.4 Hnacia jednotka
3.4.1 Pohon
Pohon lietadla vychádza zo zmeny chemickej energie viazanej v palive a dodávanej do pohonnej jednotky (motora) na mechanickú energiu dopredného pohybu lietadla. V princípe poznáme dva základné spôsoby pohonu - vrtuľou, kedy dochádza k zmene tlaku vzduchu pred a za vrtuľou. Rozdiel tlaku vyvolá dopredný pohyb. Druhým spôsobom je reaktívny pohon založený na princípe akcie a reakcie. Dopredný pohyb vzniká reakciou na výstupný prúd spalín z pohonnej jednotky. Existuje aj kombinovaný spôsob. Hlavným typom zmeny energie je spaľovanie, čiže chemická reakcia (oxidácia) paliva prebiehajúca v spaľovacom motore, alebo premena naakumulovanej elektrickej energie na mechanickú pomocou elektromotora. Možné sú aj iné vhodné premeny energie (iné chemické reakcie, mechanické akumulátory a pod.).
 
Spaľovacie motory môžu byť:
- piestový spaľovací motor
- turbínový motor
- reaktívny motor

Pre pohon vrtuľových lietadiel sú prevažne využívané piestové a turbínové motory.
Pre všetky spaľovacie motory používané v lietadlách platia nasledujúce požiadavky:
- váha - motor musí byť konštruovaný tak, aby jeho váha bola minimálna (redukcia hmotnosti pomocou materiálov, alebo redukovaním (optimalizáciou a odľahčením) každej súčiastky),
- rozmery - motor musí zaberať čo najmenej miesta,
- modernosť - musí byť úsporný a vysoko účinný,
- maximálny výkon - s ohľadom na predchádzajúce dva body,
- odolný - letecký motor pracuje pri extrémnych zmenách tlaku   a teplôt, za každého počasia, pri vibráciách a preťaženiach,
- opraviteľný - musí byť jednoducho opravovateľný a udržiavateľný, resp. vymeniteľný.

3.4.2 Piestové motory
Piestové motory pracujú v uzatvorenom cykle, kde dochádza k zmiešaniu paliva so vzduchom alebo okysličovadlom, zapáleniu zmesi a následnej expanzii, ktorá vykonáva prácu. Väčšinou dochádza k všetkým činnostiam v uzatvorenej spaľovacej komore s jednou pohyblivou stenou - piestom ktorý vykonáva väčšinou posuvný vratný pohyb.(vznetový motor, zážihový motor). Niekedy môže ísť aj o pohyb rotačný (Wankelov motor). Podľa usporiadania piestov delíme piestové motory na radové (valce sú umiestnené v rade - ako v automobilovom motore), usporiadané do V (valce sklonené o 30° - 60°), protismerné (valce umiestnené proti sebe) a radiálne (valce usporiadané v kruhu okolo kľukového hriadeľa).
 
3.4.3 Turbínový motor
Turbínový motor je motor, ktorý obsahuje spaľovaciu turbínu. Pracuje  s otvoreným teplotným cyklom. Mechanický výkon turbíny sa využíva na pohon kompresorov a mechanizmov prúdových motorov, alebo   na pohon vrtúľ a dúchadiel.
 
3.4.4 Reaktívny motor
Reaktívny motor sa využíva na pohon dopravných prostriedkov (lietadiel) pomocou prúdu plynu vytekajúceho z dýzy motora. Pre pohon je využívaný zákon akcie a reakcie. V praxi to znamená, že hmota a rýchlosť vytekajúcich plynov sú priamo úmerné hmote a rýchlosti stroja, na ktorom je prúdový motor umiestnený. Z hľadiska princípu práce reaktívnych motorov ich môžeme rozdeliť na reaktívne motory kompresorové a bezkompresorové.
 
Bezkompresorový reaktívny motor
Ide o reaktívny motor, kde dochádza k stláčaniu vzduchu v motore náporom vzduchu na vstupe motora. Zvláštnym druhom bezkompresorového reaktívneho motora je raketový motor. V súčasnosti sú používané dva základné druhy bezkompresorových reaktívnych motorov. Je to pulzačný motor a náporový motor. V súčasnosti je vyvíjaný v USA náporový motor pre hypersonické rýchlosti - Scramjet.
 
- Pulzačný motor
Pulzačný motor je bezkompresorový reaktívny motor využívajúci k svojej činnosti rezonančné frekvencie plynu vo výstupnej dýze. Vplyvom rezonancie vznikajú vo výstupnej tryske tlakové a podtlakové impulzy (z toho názov pulzačný), ktoré pri vzniku podtlaku zabezpečia nasatie vzduchu do spaľovacej komory. Pri pretlaku dochádza  k zapáleniu zmesi a následnému výtoku plynov do dýzy motora. Prvýkrát bol takýto druh motora sériovo použitý na nemeckých raketách V-1 počas druhej svetovej vojny.
 
Náporový motor
Náporový motor je zjednodušená verzia pulzačného motora. Na stlačenie vzduchu v spaľovacej komore je používaný nápor vzduchu pri doprednej rýchlosti lietadla. Špeciálnym prípadom náporového motora v angličtine ramjet je hypersonický náporový motor tzv. scramjet (supersonic combustion ramjet). Jedná sa o náporový motor s nadzvukovým spaľovacím procesom, čo znamená, že nedochádza k spomaleniu prúdu vzduchu na podzvukové rýchlosti, ale spaľovanie prebieha bez spomalenia prúdu vzduchu. V súčasnosti prebieha viacero výskumných programov pre využitie týchto motorov pre urýchlenie telies v atmosfére pre dosiahnutie nízkej orbity. Známe sú projekty USA (X-43), Ruska (MiG - 2000), Indie a iných.

Záver
Cieľom môjho projektu bolo objasniť si a dozvedieť sa niečo o lietadlách a fyzikálnych javoch, na základe ktorých lietajú. Som rád, že som sa mohol dozvedieť toľko nových informácii a niektoré si upresniť.
Zistil som napríklad, prečo má krídlo lietadla taký tvar, aký má alebo aké aerodynamické sily pôsobia na trup a krídla pri lete. Uvedomil som si, že všetko závisí od prírody a príroda je vzorom pre všetko, čo funguje. Môj projekt je o lietadlách, tak uvediem príklad vtáka, pretože lietadlo aj vták sa pohybujú vo vzduchu. Ľudia už dávno obdivovali vtákov, pretože dokážu lietať. Príroda ich stvorila tak, aby ich telo malo aerodynamický tvar a mohli letieť. Narástli im krídla, aby sa mohli vo vzduchu udržať a pohybovať sa. Tak si človek zobral príklad z vtáka a zostrojil lietadlo, ktoré má takisto ako vták aerodynamicky tvarovaný trup a má aj krídla, ktoré mu pomáhajú pohybovať sa  smerom hore alebo dole, vpravo alebo vľavo. Lenže človek je múdry tvor a pridal lietadlu určité prvky, ktoré mu pomáhajú pohybovať sa vo vzduchu do istej miery lepšie a dlhšie. Či už je to motor, vrtuľa alebo pri helikoptére rotor.
Aj v tomto prípade sa potvrdilo, že slovo fyzika je odvodené z latinského slova fysis, čo znamená príroda. Príroda je všetko okolo nás, čiže aj zákony fyziky pôsobia všade okolo nás. 
Oboduj prácu: 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 (10-najlepšie, priemer: 0)


Založiť nové konto Pridať nový referát

Odporúčame

Prírodné vedy » Fyzika

:: KATEGÓRIE - Referáty, ťaháky, maturita:

0.018