Let - Flight

Letu nebo létání je proces, kterým je objekt pohybuje prostřednictvím prostoru bez kontaktu s jakoukoliv povrchu planety , a to buď v rámci atmosféry (tj letu vzduchu nebo letecké ), nebo pomocí vakua z vnějšího prostoru (tj spaceflight ). Toho lze dosáhnout generováním aerodynamického vztlaku spojeného s klouzáním nebo pohonem , aerostaticky pomocí vztlaku nebo balistickým pohybem.

Může létat mnoho věcí, od zvířecích letců, jako jsou ptáci , netopýři a hmyz , přes přirozené kluzáky/padáky, jako jsou patagiální zvířata, anemochorní semena a balistospory , až po lidské vynálezy, jako jsou letadla ( letadla , helikoptéry , vzducholodě , balóny atd.) A rakety které mohou pohánět kosmické lodě a kosmické letouny .

Technickými aspekty letu jsou kompetence leteckého inženýrství, které je rozděleno na letectví , studium vozidel, která cestují atmosférou, a astronautiku , studium vozidel, která cestují prostorem, a balistiku , studium letu střel.

Druhy letů

Plovoucí let

Lidem se díky jejich vztlaku ve vzduchu podařilo zkonstruovat vozidla lehčí než vzduch, která se zvedají ze země a létají .

Aerostat je systém, který je stále ve vzduchu, především pomocí vztlaku , čímž se získá v letadle stejnou celkovou hustotu jako vzduch. Aerostaty zahrnují volné balóny , vzducholodě a zakotvené balóny . Hlavním konstrukčním prvkem aerostatu je jeho obal , lehká pokožka, která uzavírá objem zvedacího plynu, aby poskytla vztlak , ke kterému jsou připojeny další součásti.

Aerostaty jsou pojmenovány tak, protože používají „aerostatický“ zdvih, vztlakovou sílu, která nevyžaduje boční pohyb skrz okolní vzduchovou hmotu k vyvolání zvedací síly. Naproti tomu aerodyny primárně používají aerodynamický vztlak , který vyžaduje boční pohyb alespoň některé části letadla okolní vzduchovou hmotou.

Aerodynamický let

Bezmotorový let versus motorový let

Některé věci, které létají, nevytvářejí hnací tah vzduchem, například létající veverka . Toto se nazývá klouzání . Některé další věci mohou využívat stoupající vzduch ke stoupání, jako jsou dravci (při klouzání) a umělé kluzáky . Toto se nazývá stoupající . Většina ostatních ptáků a všech poháněných letadel však ke stoupání potřebuje zdroj pohonu . Toto se nazývá motorový let.

Let zvířat

Jediné skupiny živých tvorů, které využívají motorový let, jsou ptáci , hmyz a netopýři , zatímco mnoho skupin vyvinulo klouzání. Vyhynulí pterosauři , řád plazů souběžně s dinosaury , byli také velmi úspěšnými létajícími zvířaty. Křídla každé z těchto skupin se vyvíjela nezávisle , přičemž hmyz byl první zvířecí skupinou, která vyvinula let. Křídla létajících skupin obratlovců vycházejí z předních končetin, ale výrazně se liší strukturou; u hmyzu se předpokládá, že jde o vysoce modifikované verze struktur, které ve většině ostatních skupin členovců tvoří žábry .

Netopýři jsou jediní savci, kteří jsou schopni udržet vodorovný let (viz let netopýrů ). Existuje však několik klouzavých savců, kteří jsou schopni klouzat ze stromu na strom pomocí masitých membrán mezi svými končetinami; někteří mohou tímto způsobem cestovat stovky metrů s velmi malou ztrátou výšky. Létající žáby používají k podobnému účelu značně zvětšené plovací blány a létají ještěři, kteří skládají svá mobilní žebra do dvojice plochých kluzných ploch. „Létající“ hadi také používají mobilní žebra, aby zploštili své tělo do aerodynamického tvaru, přičemž pohyb tam a zpět je stejný jako na zemi.

Létající ryby mohou klouzat pomocí zvětšených křídel podobných ploutví a byly pozorovány tyčící se stovky metrů. Předpokládá se, že tato schopnost byla vybrána přirozeným výběrem, protože to byl účinný způsob úniku z podvodních predátorů. Nejdelší zaznamenaný let létající ryby byl 45 sekund.

Většina ptáků létá ( viz let ptáků ), až na výjimky. Největší ptáci, pštros a emu , jsou pozemští nelétaví ptáci , stejně jako nyní vyhynulí dodos a Phorusrhacids , kteří byli v cenozoické éře dominantními predátory Jižní Ameriky . Non-létající tučňáci mají křídla upravené pro použití pod vodou a používat stejné pohyby křídel ke koupání, že většina ostatních ptáků používají k letu. Většina malých nelétavých ptáků pochází z malých ostrovů a vede životní styl, kde by let málo nabízel.

Mezi živými zvířaty, která létají, má putující albatros největší rozpětí křídel, a to až 3,5 metru (11 stop); Drop velký má největší váhu, zálivka na 21 kg (46 liber).

Většina druhů hmyzu může létat jako dospělí. K létání hmyzem je použit jeden ze dvou základních aerodynamických modelů: vytvoření víru na náběžné hraně, který se vyskytuje u většiny hmyzu, a tleskání a házení , které se vyskytuje u velmi malého hmyzu, jako jsou třásněnky .

Mechanické

Mechanický let je použití stroje k letu. Mezi tyto stroje patří letadla, jako jsou letadla , kluzáky , helikoptéry , autogyra , vzducholodě , balóny , ornitoptéry a také kosmické lodě . Kluzáky jsou schopné bezmotorového letu. Další formou mechanického letu je para-plachtění, kdy je předmět podobný padáku tažen lodí. V letadle je vztlak vytvářen křídly; tvar křídel letadla je navržen speciálně pro požadovaný typ letu. Existují různé typy křídel: temperovaná, polo temperovaná, sweptback, obdélníková a eliptická. Křídlu letadla se někdy říká profil křídla , což je zařízení, které vytváří vztlak, když přes něj proudí vzduch.

Nadzvukový

Nadzvukový let je let rychlejší než rychlost zvuku . Nadzvukový let je spojen s tvorbou rázových vln, které tvoří zvukový třesk, který je slyšet ze země, a často je překvapivý. Vytvoření této rázové vlny vyžaduje poměrně mnoho energie, a proto je nadzvukový let obecně méně účinný než podzvukový let s přibližně 85% rychlosti zvuku.

Nadzvukový

Hypersonický let je velmi vysokorychlostní let, kde teplo generované kompresí vzduchu v důsledku pohybu vzduchem způsobuje chemické změny vzduchu. Hypersonického letu je dosaženo opětovným vstupem kosmických lodí, jako je Space Shuttle a Sojuz .

Balistický

Atmosférický

Některé věci vytvářejí malý nebo žádný zdvih a pohybují se pouze nebo většinou působením hybnosti, gravitace, odporu vzduchu a v některých případech tahu. Toto se nazývá balistický let . Mezi příklady patří míče , šípy , kulky , ohňostroje atd.

Vesmírný let

Vesmírný let je v zásadě extrémní forma balistického letu a využívá vesmírné technologie k dosažení letu kosmických lodí do a skrz vesmír . Mezi příklady patří balistické rakety , orbitální lety do vesmíru atd.

Spaceflight se používá při průzkumu vesmíru a také v komerčních aktivitách, jako je vesmírná turistika a satelitní telekomunikace . Mezi další nekomerční využití vesmírných letů patří vesmírné observatoře , průzkumné satelity a další satelity pro pozorování Země .

Kosmický let obvykle začíná odpálením rakety , která poskytuje počáteční tah k překonání gravitační síly a vyhání kosmickou loď z povrchu Země. Jakmile je ve vesmíru, je pohyb kosmické lodi - jak bez pohonu, tak i pod pohonem - pokrytý studijní oblastí zvanou astrodynamika . Některé kosmické lodě zůstávají ve vesmíru na neurčito, některé se rozpadnou během atmosférického reentry a jiné dosáhnou planetárního nebo měsíčního povrchu pro přistání nebo dopad.

Polovodičový pohon

V roce 2018 se vědcům z Massachusettského technologického institutu (MIT) podařilo létat s letadlem bez pohyblivých částí poháněných „ iontovým větrem“ známým také jako elektroaerodynamický tah.

Dějiny

Mnoho lidských kultur vybudovalo zařízení, která létají, od nejranějších projektilů, jako jsou kameny a kopí, bumerang v Austrálii , horkovzdušná lampa Kongming a draci .

Letectví

George Cayley studoval let vědecky v první polovině 19. století a ve druhé polovině 19. století Otto Lilienthal uskutečnil více než 200 klouzavých letů a byl také jedním z prvních, kdo let vědecky pochopil. Jeho práci replikovali a rozšířili bratři Wrightové, kteří prováděli klouzavé lety a nakonec první řízené a rozšířené lety s pohonem s lidskou posádkou.

Vesmírný let

Vesmírné lety, zejména lidské vesmírné lety, se staly realitou ve 20. století po teoretických a praktických objevech Konstantina Tsiolkovského a Roberta H. Goddarda . První okružní kosmický let byl v roce 1957, a Yuri Gagarin se provádí na palubě první osazený orbitální vesmírný let v roce 1961.

Fyzika

K letu existují různé přístupy. Pokud má předmět nižší hustotu než vzduch, pak je plovoucí a je schopen vznášet se ve vzduchu, aniž by vydával energii. Těžší než vzduch řemesla, známý jako aerodyn obsahuje lopatkami zvířata a hmyz, s pevnými křídly letadla a rotující nosnou plochou . Protože je plavidlo těžší než vzduch, musí generovat vztlak, aby překonalo svoji váhu . Odpor větru způsobený pohybem plavidla vzduchem se nazývá odpor a je překonáván hnacím tahem s výjimkou klouzání .

Některá vozidla také používají tah k letu, například rakety a Harrier Jump Jets .

Nakonec hybnost dominuje letu balistických létajících předmětů.

Síly

Síly relevantní pro let jsou

• Pohonný tah (kromě kluzáků)
• Výtah , vytvořený reakcí na proudění vzduchu
• Drag , vytvořený aerodynamickým třením
• Hmotnost , vytvořená gravitací
• Vztlak , pro let lehčí než vzduch

Aby došlo ke stabilnímu letu, musí být tyto síly vyváženy.

Tah

Pevné křídlo letadla tvoří dopředný tlak, když je vzduch tlačen ve směru opačném k letu. Toho lze dosáhnout několika způsoby, včetně otáčejících se lopatek vrtule nebo otáčejícího se ventilátoru vytlačujícího vzduch ze zadní části proudového motoru nebo vysunutím horkých plynů z raketového motoru . Dopředný tah je úměrný hmotnosti proudu vzduchu vynásobené rozdílem v rychlosti proudu vzduchu. Reverzní tah může být generován na podporu brzdění po přistání obrácením stoupání lopatek vrtulí s proměnným stoupáním nebo použitím reverzního tahu na proudovém motoru. Letadla s rotačním křídlem a vektorováním tahu Letadla V/STOL používají tah motoru k podpoře hmotnosti letadla a vektorový součet tohoto přítlaku dopředu a dozadu k ovládání rychlosti vpřed.

Výtah

V souvislosti s proudění vzduchu vzhledem k létání těle, výtah síla je složka na aerodynamické síly , která je kolmá na směr proudění. Aerodynamický vztlak nastane, když křídlo způsobí vychýlení okolního vzduchu - vzduch pak způsobí sílu na křídlo v opačném směru, v souladu s třetím Newtonovým pohybovým zákonem .

Výtah je běžně spojena s křídlem o o letadla , i když výtah je také generován rotorů na rotorových letadel (které jsou účinně rotující křídla, vykonávající stejnou funkci, aniž by bylo nutné, aby se letadlo krok vpřed ve vzduchu). Zatímco běžné významy slova „ výtah “ naznačují, že výtah odporuje gravitaci, aerodynamický vztlak může být v libovolném směru. Když například letadlo letí , zvedání je proti gravitaci, ale při stoupání, klesání nebo převýšení se zvedá pod úhlem. U vysokorychlostních automobilů je zvedací síla směrována dolů (nazývá se „přítlačná síla“), aby byl vůz stabilní na silnici.

Táhnout

U pevného předmětu pohybujícího se tekutinou je odpor součástí čisté aerodynamické nebo hydrodynamické síly působící proti směru pohybu. Proto drag odporuje pohybu předmětu a v motorovém vozidle jej musí překonat tahem . Proces, který vytváří výtah, také způsobuje určité přetažení.

Poměr zvedání a tažení

Aerodynamický vztlak vzniká pohybem aerodynamického předmětu (křídla) vzduchem, který díky svému tvaru a úhlu vychyluje vzduch. Pro trvalý přímý a rovný let musí být vztlak stejný a opačný k hmotnosti. Obecně platí, že dlouhá úzká křídla jsou schopna vychýlit velké množství vzduchu pomalou rychlostí, zatímco menší křídla potřebují vyšší rychlost vpřed, aby odklonila ekvivalentní množství vzduchu, a tím generovala ekvivalentní vztlak. Velká nákladní letadla mají tendenci používat delší křídla s vyššími úhly náběhu, zatímco nadzvuková letadla mívají krátká křídla a při generování vztlaku se silně spoléhají na vysokou dopřednou rychlost.

Tento proces zvedání (vychýlení) však nevyhnutelně způsobuje retardační sílu nazývanou odpor. Protože vztlak a odpor jsou aerodynamické síly, je poměr vztlaku a odporu údajem o aerodynamické účinnosti letadla. Poměr zdvihu k odporu je poměr L/D, vyslovuje se „poměr L vůči D“. Letoun má vysoký poměr L/D, pokud vytváří velký vztlak nebo malý odpor. Poměr vztlak/odpor je určen vydělením součinitele zdvihu součinitelem odporu, CL/CD.

Koeficient zdvihu Cl se rovná zdvihu L dělenému (hustota r krát polovina rychlosti V na druhou krát plocha křídla A). [Cl = L / (A * .5 * r * V^2)] Koeficient zdvihu je také ovlivněn stlačitelností vzduchu, která je při vyšších rychlostech mnohem větší, takže rychlost V není lineární funkcí. Stlačitelnost je také ovlivněna tvarem povrchů letadel.

Koeficient odporu Cd se rovná odporu D dělenému (hustota r krát polovina rychlosti V na druhou krát referenční plocha A). [Cd = D / (A * .5 * r * V^2)]

Poměry zvedání a tažení se u praktických letadel pohybují od 4: 1 u vozidel a ptáků s relativně krátkými křídly, až po 60: 1 nebo více u vozidel s velmi dlouhými křídly, jako jsou kluzáky. Větší úhel náběhu vzhledem k pohybu vpřed také zvyšuje rozsah vychýlení, a tím vytváří extra vztlak. Větší úhel náběhu však také generuje zvláštní odpor.

Poměr zvedání/tažení také určuje klouzavý poměr a rozsah klouzání. Jelikož klouzavost je založena pouze na vztahu aerodynamických sil působících na letadlo, hmotnost letadla to neovlivní. Jediným efektem, který má hmotnost, je změnit dobu, po kterou bude letadlo klouzat - těžší letadlo klouzající vyšší rychlostí dosáhne stejného bodu dotyku za kratší dobu.

Vztlak

Tlak vzduchu působící proti předmětu ve vzduchu je větší než tlak nad tlakem dolů. Vztlak je v obou případech roven hmotnosti vytlačené tekutiny - Archimedův princip platí pro vzduch stejně jako pro vodu.

Kubický metr vzduchu za běžného atmosférického tlaku a pokojové teploty má hmotnost asi 1,2 kilogramu, takže jeho hmotnost je asi 12 newtonů . Jakýkoli 1 metr krychlový metr ve vzduchu je proto vztlakový silou 12 newtonů. Pokud je hmotnost předmětu 1 kubický metr větší než 1,2 kilogramu (takže jeho hmotnost je větší než 12 newtonů), spadne po uvolnění na zem. Pokud má předmět této velikosti hmotnost menší než 1,2 kilogramu, stoupá ve vzduchu. Jakýkoli předmět, který má hmotnost menší než hmotnost stejného objemu vzduchu, se ve vzduchu zvedne - jinými slovy, jakýkoli předmět méně hustý než vzduch se zvedne.

Poměr tahu k hmotnosti

Poměr tahu k hmotnosti je, jak naznačuje jeho název, poměr okamžitého tahu k hmotnosti (kde hmotnost znamená hmotnost při standardním zrychlení Země ). Jedná se o bezrozměrný parametr charakteristický pro rakety a jiné proudové motory a pro vozidla poháněná těmito motory (typicky kosmické nosné rakety a proudová letadla ). ${\ displaystyle g_ {0}}$

Pokud je poměr tahu k hmotnosti větší než lokální gravitační síla (vyjádřená v g s), pak může let proběhnout, aniž by byl vyžadován jakýkoli pohyb vpřed nebo jakýkoli aerodynamický vztlak.

Pokud je poměr tahu k hmotnosti vynásobený poměrem vztlaku a odporu větší než místní gravitace, je možný vzlet pomocí aerodynamického zdvihu.

Letová dynamika

Letová dynamika je věda o orientaci a ovládání vzdušného a vesmírného vozidla ve třech dimenzích. Tyto tři kritické letová dynamika parametry jsou úhly natočení ve třech rozměrech cca vozidla těžiště , známý jako pitch , válec a zatáčení (viz Tait-Bryan rotace pro vysvětlení).

Řízení těchto rozměrů může zahrnovat horizontální stabilizátor (tj. „Ocas“), křidélka a další pohyblivá aerodynamická zařízení, která ovládají úhlovou stabilitu, tj. Letový postoj (který zase ovlivňuje výšku , směr ). Křídla jsou často skloněna mírně vzhůru- mají „kladný dihedrální úhel “, což dává inherentní stabilizaci svitku.

Energetická účinnost

Vytvoření tahu, aby bylo možné získat výšku, a protlačení vzduchu k překonání odporu spojeného s výtahem, to vše vyžaduje energii. Různé objekty a stvoření schopná létat se liší v účinnosti jejich svalů, motorů a v tom, jak dobře se to promítá do tahu vpřed.

Propulzní účinnost určuje, kolik energie vozidla generují z jednotky paliva.

Rozsah

Dosah, kterého mohou poháněné letové články dosáhnout, je v konečném důsledku omezen jejich odporem a také tím, kolik energie mohou na palubu uložit a jak efektivně dokážou tuto energii přeměnit na pohon.

U poháněných letadel je užitečná energie určena jejich podílem paliva - jaké procento vzletové hmotnosti je palivo, stejně jako měrná energie použitého paliva.

Poměr výkonu k hmotnosti

Všechna zvířata a zařízení schopná trvalého letu potřebují relativně vysoký poměr výkonu k hmotnosti, aby byla schopna generovat dostatečný vztlak a/nebo tah k dosažení vzletu.

Vzlet a přistání

Vozidla, která mohou létat, mohou mít různé způsoby vzletu a přistání . Běžná letadla zrychlují po zemi, dokud se nevytvoří dostatečný vztlak pro vzlet , a obrátí proces přistání . Některá letadla mohou vzlétnout nízkou rychlostí; tomu se říká krátký vzlet. Některá letadla, jako jsou helikoptéry a skokové tryskové letouny Harrier, mohou vzlétnout a přistát svisle. Rakety také obvykle vzlétají a přistávají svisle, ale některé konstrukce mohou přistávat vodorovně.

Navádění, navigace a ovládání

Navigace

Navigace je systém nezbytný pro výpočet aktuální polohy (např. Kompas , GPS , LORAN , hvězdný tracker , inerciální měřicí jednotka a výškoměr ).

V letadlech úspěšná letecká navigace zahrnuje pilotování letadla z místa na místo, aniž byste se ztratili, porušování zákonů platných pro letadla nebo ohrožení bezpečnosti osob na palubě nebo na zemi .

Techniky používané pro navigaci ve vzduchu budou záviset na tom, zda letadlo létá podle pravidel vizuálního letu (VFR) nebo podle pravidel letu podle přístrojů (IFR). V druhém případě bude pilot navigovat výhradně pomocí přístrojů a radionavigačních pomůcek, jako jsou majáky, nebo podle pokynů radarového řízení řízení letového provozu . V případě VFR bude pilot do značné míry navigovat pomocí mrtvého zúčtování v kombinaci s vizuálními pozorováními (známými jako pilotáž ) s odkazem na příslušné mapy. To lze doplnit pomocí radionavigačních pomůcek.

Vedení

Naváděcí systém je zařízení nebo skupinu zařízení používaných v navigaci části lodi , letadel , raket , raketa , satelit , nebo jiného pohybujícího se objektu. Vedení je obvykle zodpovědné za výpočet vektoru (tj. Směru, rychlosti) směrem k cíli.

Řízení

Konvenční systém řízení letu letadla s pevnými křídly se skládá z ploch pro řízení letu , příslušných ovládacích prvků v kokpitu, spojovacích táhel a nezbytných operačních mechanismů pro řízení směru letadla za letu. Ovládací prvky motoru letadla jsou také považovány za ovládání letu, protože mění rychlost.

Provoz

V případě letadel je letový provoz řízen systémy řízení letového provozu .

Vyhýbání se kolizím je proces ovládání kosmických lodí, aby se pokusily zabránit kolizím.

Letová bezpečnost

Bezpečnost letectví je termín zahrnující teorii, vyšetřování a kategorizaci poruch letu a prevenci těchto poruch prostřednictvím regulace, vzdělávání a školení. Lze jej také použít v kontextu kampaní, které informují veřejnost o bezpečnosti letecké dopravy .

Viz také

• Aerodynamika
• Levitace
• Transvekce (létání)

Reference

Poznámky

Bibliografie

externí odkazy

Letový průvodce z Wikivoyage

• Pettigrew, James Bell (1911). „Let a létání“  . Encyklopedie Britannica . 10 (11. vydání). s. 502–519. Historie a fotografie raných letadel atd.
• „Ptáci v letu a v letadlech“ od evolučního biologa a vyškoleného videa Freeview inženýra Johna Maynarda-Smithe poskytnutého společností Vega Science Trust.