Globo aerostático;
En 1783, los hermanos Montgomery fabricaron un globo de unos 30,5 metros de diámetro con forro de papel y lino y realizaron una actuación flotante en el Arnon. Mercado . El globo se elevó a una altitud de 1.830 metros y flotó 2.300 metros. Este éxito trajo gran inspiración e imaginación al mundo. La gente voló al cielo con gran entusiasmo y se dedicó a ello. Una locura se extendió por toda Europa.
2. El padre de la ciencia aeronáutica: George Kelly
Sin embargo, los globos aerostáticos básicamente no tienen potencia. La razón principal por la que puede volar es que se calienta debajo del globo. Aplicar los principios del calentamiento del aire para aumentar el volumen, reducir la densidad y reducir el peso para hacer volar los globos.
Así que George Kelly centró su investigación en el desarrollo de aviones propulsados.
Primero, Kelly propuso el concepto de diseño de un avión de ala fija. En su libro "On Air Flight", detalló los principios de vuelo de aviones más pesados que el aire y discutió sistemáticamente el concepto de avión moderno. Influenciados por este libro, muchas personas comenzaron a invertir en el desarrollo de aviones más pesados que el aire, por lo que Kelly fue llamado el "padre de la ciencia aeronáutica".
3. El padre del vuelo sin motor: Otto Lilienthal
El vuelo motorizado de Otto básicamente imitaba las alas de los pájaros, lo cual era bastante extraño. Su idea básica es utilizar dióxido de carbono comprimido para impulsar un motor de aproximadamente dos caballos de fuerza para mover las alas hacia arriba y hacia abajo. Sin embargo, el vuelo de prueba no transcurrió tan bien como se esperaba porque el dióxido de carbono comprimido sólo puede durar un corto tiempo. El motor dejó de girar por un período de tiempo y las alas solo tomaron algunos disparos. Además, el peso se duplica, la velocidad de aterrizaje es más rápida y el grado de peligro aumenta en consecuencia. Así, en 1896, Otto lanzó el aparato número 2 con una superficie de ala de 20 metros cuadrados y el accidente ocurrió antes del vuelo de prueba. Debido a que fue un accidente, familiares y amigos grabaron especialmente "El sacrificio es inevitable" en la lápida de Otto, que fue el mantra de Otto durante su vida.
En cuarto lugar, el primer avión (Voyager 1) fue construido por los hermanos Wright.
El 17 de diciembre de 1903, en Hawker Beach, Carolina del Norte, la "Voyager 1" se alzaba erguida como un enorme pájaro blanco y parecía muy ligera. La estructura del fuselaje y las alas están hechas de abeto ligero pero resistente, y sus hélices también están hechas de abeto. Las alas curvas están cubiertas de un algodón fino pero resistente. La longitud de este avión es
Ese día, la Voyager 1 voló cuatro veces. El primer vuelo de prueba lo realizó mi hermano Orville Wright. Los aviones se tambalearon en el aire durante 12 segundos y aterrizaron a 36 metros del suelo. Más tarde, lo que se reconoce en todo el mundo como el primer vuelo libre fue el cuarto vuelo realizado por mi hermano Wilbur Wright. El avión voló 260 metros en 59 segundos. Este vuelo está en blanco. Pero fue un gran logro: fue el primer avión más pesado que el aire, propulsado, tripulado, sostenido, estable y maniobrable, exitoso en la historia de la humanidad. Este exitoso vuelo tiene una gran importancia histórica, ya que abre una nueva página para que la humanidad conquiste el cielo y marca la llegada de la era de la aviación.
Los hermanos Wright realizaron el primer vuelo en avión de la humanidad. Desde entonces, países de todo el mundo han invertido en el desarrollo y la investigación de aeronaves. En 1952, apareció el avión británico Comet, en 1970 Estados Unidos lanzó el avión Big Mac y en 1976 Gran Bretaña y Francia cooperaron para completar el avión supersónico Concorde.
Tomemos el Concorde como ejemplo. ¡Su velocidad de vuelo es aproximadamente 40 veces mayor que la de la Voyager 1, y el peso del jumbo jet es más de 1.000 veces mayor que el de la Voyager 1!
¡Es precisamente gracias al rápido progreso de los aviones que hoy podemos viajar alrededor del mundo en avión!
Modelo Voyager 1
Según los dibujos de diseño, se copió un avión idéntico con una escala de 1/2.
Principios del vuelo:
Al volar en el aire, lo único que debemos considerar es la fuerza aérea. Para construir un avión con superioridad aérea se deben considerar cuatro elementos básicos: peso, sustentación, resistencia y empuje.
Hablando de peso, además del peso de la carrocería del vehículo, el combustible también incluye la carga de carga.
La sustentación es la fuerza ejercida por un avión en exceso de su peso.
La resistencia es la fuerza del entrelazamiento de varios flujos de aire que tira del avión hacia atrás.
El empuje es la fuerza que impulsa a un avión hacia adelante a través del aire contra resistencia.
La sustentación de pájaros y aviones es causada principalmente por el flujo de aire que fluye sobre el perfil aerodinámico.
Había un dicho en la industria de la aviación: "Mientras haya un motor potente, hasta los paneles de las puertas pueden volar". Aunque esta frase es un poco exagerada, no es descabellada, porque como tal. Siempre que a la hélice se le proporcione una potencia poderosa, cualquier ala torpe puede levantarse para volar. Pero una forma más eficaz de volar por el aire es ajustar la forma de tu cuerpo. En otras palabras, se trata de maximizar la sustentación y minimizar la resistencia.
Cuando el avión avanza, el flujo de aire sobre las alas es menor que el flujo de aire debajo de las alas, es decir, el avión en vuelo es un objeto extraño insertado por el flujo de aire en el aire, provocando el movimiento. flujo de aire para empujar el avión hacia arriba.
La sustentación está determinada por varios factores.
Uno de ellos es la zona del ala. Cuanto mayor sea el área soplada por el flujo de aire, mayor será la sustentación. El segundo factor es la velocidad. Cuanto más rápido pasa el flujo de aire sobre el ala, mayor es la diferencia de presión entre las partes superior e inferior. El tercer factor es el ángulo de ataque, es decir, el ángulo de inclinación del ala en relación con el flujo de aire está dentro de un cierto límite, lo que hace que la trayectoria del flujo de aire sobre el ala se alargue, la velocidad aumente, la diferencia entre la velocidad y el La parte inferior del ala aumenta y la sustentación también aumenta, por lo que el ángulo de ataque.
A medida que actúa la sustentación y el avión avanza, se crea lo que se llama resistencia. Hay tres tipos principales de resistencia: resistencia a la fricción, resistencia a la forma y resistencia inducida. Los dos primeros se deben a que el avión viaja por el aire y pueden reducirse mediante avances en la ciencia aeronáutica y ajustes en las aerodinámicas del fuselaje. Podemos imaginar la diferencia de resistencia entre una caja cuadrada y una pelota en el aire. La resistencia inducida es un subproducto de la sustentación generada por el ala. Se puede decir que este es un precio inevitable para los ascensores. Porque la elevación es causada por diferencias de presión, pero también ocurre purga o estela de flujo. Esto se produce principalmente en las puntas de las alas. A medida que el avión avanza, las puntas de las alas crean una cola en espiral que tira del avión hacia atrás. Esto se llama resistencia inducida.
Un ala no puede ser infinita, debe tener un fin. Ahora sabemos que las puntas de las alas son la fuente de muchos problemas. Debido a la geometría, el flujo de aire en el borde de ataque del ala no solo fluye hacia atrás, sino también hacia afuera, lo que complica el flujo de aire en el extremo del ala.
Así que hay muchas maneras de reducir la resistencia inducida, las más comunes son:
1: Haz que el extremo del ala forme un arco y hazlo lo mejor que puedas.
2. Dale forma a la superficie inferior del ala hacia arriba, esperando que el vórtice esté lo más lejos posible de la punta del ala.
3. Instale el extremo del ala con un tanque de combustible o equipo de guerra electrónica para aislar el flujo de aire y evitar que se levante.
Aletas: En la actualidad, la mayoría de las aletas se extienden hacia arriba, pero algunas también se extienden hacia abajo. Los alerones del avión real son muy evidentes y se pueden ver claramente durante el vuelo. Creo que muchas personas que han volado con los alerones del Boeing 747-400 han notado que los alerones no sólo pueden aislar el aire por encima y por debajo de las puntas de las alas y reducir la resistencia inducida, sino que también proporcionan algo de peso hacia adelante para ahorrar un poco de potencia debido a la instalación. ángulo. .
Además de estos tres tipos de resistencia, en realidad existe otro tipo de resistencia, pero esta situación sólo se dará cuando el avión esté volando a velocidades supersónicas.
Después de que el avión pueda volar hacia el cielo, el tiempo de vuelo del avión es un factor importante que debemos considerar a continuación, y la relación de aspecto es un factor importante para que el avión pueda volar durante mucho tiempo, porque si el planeador tiene una relación de aspecto muy alta, aún puede planear durante mucho tiempo sin flotar en la corriente ascendente.
La denominada relación de aspecto es la relación entre la longitud del ala y la longitud de la cuerda del ala. En términos generales, cuanto mayor sea el alargamiento, más esbelta será el ala. A través del alargamiento del ala, podemos saber hasta dónde puede volar el avión con una determinada cantidad de combustible.
Por supuesto, la parte más importante de un avión es el ala. Un avión puede volar en el aire dependiendo enteramente de la flotabilidad de sus alas, y la sección transversal de las alas se llama perfil aerodinámico. Para satisfacer diversas necesidades, los predecesores de la aviación desarrollaron diversos perfiles, desde los adecuados para aviones supersónicos hasta los adecuados para planeadores de mano. Por ejemplo, en 100 años, bastantes unidades e individuos han realizado investigaciones sistemáticas sobre los nombres de varias partes del ala. Sin embargo, hay tantos tipos de alas que en la industria aeronáutica a menudo se las llama perfiles aerodinámicos.
1. Ala totalmente simétrica: los arcos superior e inferior son convexos y simétricos.
2. Ala semisimétrica: protuberancias superior e inferior en forma de arco pero asimétricas.
3. Ala Clark Y: El arco inferior es una línea recta, pero en realidad debería llamarse ala plana-convexa. Hay muchos otros perfiles aerodinámicos plano-convexos, pero el Clark Y-wing es el más famoso, por lo que este perfil se llama Clark Y-wing, pero cabe señalar que existen varios tipos de Clark Y-wing.
4. Ala en forma de S: Ala en forma de S con un arco medio plano. Cuando cambia el ángulo de ataque, el centro de presión de este tipo de ala es relativamente constante y se utiliza a menudo en aviones sin cola.
5. Ala cóncava: El arco descendente está en la línea de la cuerda, con un gran coeficiente de sustentación. Es común en los primeros aviones y planeadores de remolque. Todas las aves excepto los colibríes son de este tipo.
6. Otros perfiles aerodinámicos especiales.
Las clasificaciones anteriores son sólo clasificaciones aproximadas. Al observar un perfil aerodinámico, lo más importante es encontrar su línea central y luego observar la distribución del espesor a ambos lados de la línea central. La forma en que se dobla la línea central determina las características del perfil aerodinámico. Cuanto más se dobla el arco, mayor es el coeficiente de sustentación. Pero en términos generales, es muy poco confiable verlo con los ojos. La línea central del Clark Y-wing es más curvada que muchas alas cóncavas.
Al evaluar el rendimiento de una aeronave, la carga alar es un indicador importante para evaluar el rendimiento de la aeronave. La carga alar es el peso compartido por el ala principal por unidad de área. La unidad utilizada para el modelo de avión es gramos por pulgada cuadrada [g/dm2], y la unidad utilizada para el avión real es Newtons por metro cuadrado [n/m2]. Cuanto mayor es la carga alar, mayor es el peso que soporta el ala de la misma área. Si va a comprar un kit de avión, la mayoría de las cargas alar están marcadas en los planos. Calcular las cargas alar es muy sencillo. Pese el avión en gramos (sin repostar combustible) y luego calcule el área del ala en pulgadas cuadradas (normalmente, para simplificar el cálculo, todavía incluye la parte combinada con el fuselaje). La carga alar se obtiene separando las dos partes. Por ejemplo, un avión de entrenamiento de nivel 30 pesa 1.700 gramos y tiene una superficie de ala principal de 30 metros cuadrados.
La sustentación del ala aumenta con el aumento del ángulo de ataque, que es el ángulo entre la línea de la cuerda y el flujo de aire (Figura 3-10). Cuando el ángulo de ataque es cero, el ala simétrica no produce sustentación en este momento, pero el ala Clark Y y el ala cóncava todavía tienen sustentación. Los dos últimos perfiles no producen sustentación hasta que el ángulo de ataque es negativo. El ángulo de ataque que no produce sustentación se llama ángulo de ataque de sustentación cero (Figura 3-11), por lo que todos saben que existe un límite superior para el aumento del ángulo de ataque. Si excede este límite superior, se detendrá. ¿Cuándo se detiene el ala? (Figura 3-12a) es el flujo de aire que pasa a través de las alas cuando la aeronave vuela normalmente, y (Figura 3-12b) es el flujo de aire cuando la aeronave está en pérdida. En este momento, se genera una fuerte turbulencia en la superficie superior del ala y el resultado directo es que la resistencia aumenta considerablemente, el flujo de aire impacta la superficie superior del ala y la fuerza de sustentación se reduce considerablemente.
Entonces queremos saber de antemano cuándo entrará en pérdida el ala, por lo que es necesario conocer el número de Reynolds. La fórmula original del número de Reynolds es:
Re=ρ V b/μ
Re=ρ V b/μ ρ es la densidad del aire, V es el caudal de aire y B es la longitud de la cuerda. μ es el coeficiente de viscosidad.
Cuanto mayor sea el número de Reynolds, más rápido la capa límite que fluye a través del perfil aerodinámico pasa de la capa límite laminar a la capa límite turbulenta. Es menos probable que la capa límite turbulenta se separe del perfil aerodinámico. es menos probable que se detenga. La capa límite del ala con un número de Reynolds pequeño se separará antes de que la capa límite laminar pase a la capa límite turbulenta. Generalmente, los datos del perfil aerodinámico indicarán en qué número de Reynolds se obtuvieron los datos y, a menos que se indique lo contrario, la relación de aspecto es infinita. Según los datos del perfil aerodinámico, la mayoría le dirá el número de Reynolds y en qué grados de ángulo de ataque. Cuanto mayor sea el número de Reynolds, menos probable será que se detenga (Figura 3-13). El ángulo de pérdida de un avión no es un valor definido. Cuanto menor sea la velocidad (cuanto menor sea el número de Reynolds), más fácil será entrar en pérdida. Cuanto mayor es la carga alar, más fácil es entrar en pérdida debido al mayor ángulo de ataque durante el vuelo. La longitud de la cuerda de un avión de ala delta es muy grande, por lo que no es fácil entrar en pérdida debido al gran número de Reynolds.
Cuando diseñamos aviones reales, intentamos agitar las alas antes de entrar en pérdida, agitar la palanca de control o instalar dispositivos de advertencia de separación del flujo de aire en las alas para advertir al piloto que el avión está a punto de entrar en pérdida.
Proceso de diseño de aeronaves:
El llamado diseño de aeronaves abarca desde la generación de ideas hasta la aeronave concreta real, pasando por la concepción, la investigación y el análisis, las pruebas preliminares, los planos detallados y fabricación de piezas, adquisición de equipos, vuelos de prueba y una serie de acciones y trabajos...
El diseño general de una aeronave se puede dividir en tres etapas:
Etapa de diseño de moldes
En esta En esta etapa, se debe estudiar y decidir adecuadamente el tamaño general, la apariencia y el diseño interno de la aeronave. El método de investigación consiste en seleccionar los datos y la disposición más apropiados mediante la comparación de parámetros, el análisis y la comparación de la carga alar, el ángulo de barrido del ala, la relación de longitud de la cuerda, la relación de espesor y la posición general del ala y la cola.
Al mismo tiempo, se analizaron y compararon diversos motores, y se seleccionó el motor que era más adecuado a la forma y estructura del avión y que podía cumplir con los requisitos de la misión. El tamaño de la superficie de control depende de la estabilidad estática y los requisitos de control.
Además, en esta etapa también es necesario un análisis preliminar de costes y fabricación futuros. Aunque el diseño completado en esta etapa generalmente satisface las necesidades de la misión, aún permite realizar revisiones apropiadas durante etapas posteriores del diseño. ¡Todo el trabajo en esta etapa está solo en papel!
Fase de diseño preliminar
Durante la fase de diseño de la moldura, se selecciona el mejor tamaño, forma y disposición en función del costo o el rendimiento. Después de la prueba en el túnel de viento, el modelo se ajustó y corrigió aún más, y la forma se fue fijando gradualmente sin corrección.
En este momento, selecciona el motor utilizado por la aeronave y estudia en detalle cuestiones como la entrada del motor y la estructura de la góndola. Si la estructura de entrada es muy compleja, es necesario realizar pruebas en el túnel de viento. Determinar el rendimiento de vuelo de un avión u otra aeronave, como velocidad, altitud, etc. , además de factores como el peso del avión y el empuje del motor, el factor más importante es la fuerza aerodinámica que actúa sobre el avión. La aerodinámica depende principalmente de la apariencia del avión. Al diseñar y desarrollar una aeronave, el primer paso es diseñar su forma de modo que se puedan establecer las fuerzas aerodinámicas que actúan sobre la aeronave y calcular el rendimiento del vuelo. Sin embargo, este trabajo sólo puede realizarse en la parte delantera, no después de que se haya construido el avión. Por lo tanto, el diseño experimental para determinar las fuerzas aerodinámicas de los aviones es principalmente un túnel de viento.
En este momento se debe realizar el análisis de carga, tensión y deflexión de la estructura principal junto con el diseño estructural. También se deberían realizar análisis aeroelásticos, de fatiga y de aleteo, y se deberían planificar y realizar ensayos estáticos de algunos componentes estructurales.
En esta etapa se requieren estimaciones de peso más precisas y un análisis de rendimiento más exhaustivo. Al mismo tiempo, se deben hacer planes y disposiciones detallados para los métodos de fabricación, herramientas, modelos y accesorios. También se debe determinar en este momento el impacto de la estabilidad dinámica y el control en la superficie de control.
Etapa de diseño detallado
En este punto, se han decidido todas las formas externas y no se deben realizar cambios. Se debe tomar la decisión final sobre si se debe producir. En esta etapa se debe completar el diseño estructural detallado. Todos los diseños de herramientas, planos de fabricación, diseños de accesorios, juntas de accesorios, etc. También debería hacerse en esta etapa. Se deben determinar los detalles internos, como la fijación de los soportes de montaje del equipo, líneas hidráulicas, conductos de ventilación, cables de control y conductos eléctricos, etc.
Para mayor comodidad, se pueden utilizar modelos sólidos para facilitar la disposición interna. Calcule aún más los costos de manera confiable en función del progreso real del trabajo. Se ha decidido todo el montaje y otras piezas.
Pregunta:
¿Qué es un túnel de viento?
En definitiva, el túnel de viento se utiliza para probar la resistencia al viento, la aerodinámica y otros coeficientes de un objeto. Este objeto puede ser un modelo de coche, un modelo de avión o un modelo de ala.
Los principios básicos de los experimentos en túnel de viento son el principio de relatividad y el principio de similitud. Según el principio de relatividad, la fuerza aerodinámica de un avión que vuela en aire en calma es la misma que si el avión estuviera parado y el aire soplara en direcciones opuestas a la misma velocidad. Sin embargo, el área de barlovento de un avión es relativamente grande. Por ejemplo, la envergadura de sus alas es de varios metros, decenas de metros o decenas de metros (el flujo de aire del Boeing 747 es de 60 metros). El área es igual a la velocidad de vuelo. El consumo de energía será asombroso. Según el principio de similitud, el avión se puede convertir en un modelo a pequeña escala con una geometría similar y la velocidad del flujo de aire puede ser menor que la velocidad de vuelo dentro de un cierto rango. Los resultados experimentales se pueden utilizar para calcular las fuerzas aerodinámicas que actúan sobre la aeronave durante el vuelo real.
Además, los experimentos en túneles de viento juegan un papel importante en el desarrollo de la tecnología aeroespacial. Los hermanos Wright probaron con éxito un avión propulsado en 1903, y el diseño del perfil aerodinámico se basó en experimentos en el túnel de viento. Hasta ahora, el desarrollo de aeronaves todavía depende en gran medida de las pruebas en túneles de viento, y los datos obtenidos son necesarios para la verificación del diseño y el rendimiento. La aplicación de las pruebas en túnel de viento también se ha expandido del campo aeroespacial a otros campos, como la difusión y prevención de la contaminación, la ingeniería eólica, el diseño arquitectónico, la planificación ambiental, etc. , por lo que la tecnología de pruebas en túneles de viento tiene una amplia gama de aplicaciones de ingeniería.
¿El avión tiene que despegar contra el viento?
Por supuesto que no. Puede despegar independientemente de si hay viento de cola o de cara. De lo contrario, cuando sople viento en contra en el aeropuerto, todas las aerolíneas dejarán de volar.
Simplemente despegar contra el viento tiene muchos beneficios:
Aumenta la velocidad indicada del avión para que el avión alcance la velocidad normal de despegue con antelación.
Acortar la longitud de la pista necesaria para el despegue de los aviones, permitiendo que los aviones despeguen antes del suelo.
En el caso de que el avión abandone el despegue en la pista por algún motivo, el viento en contra ayudará al avión a reducir la velocidad y detenerse.