Nyt kun Qantas on lentänyt historiankirjoihin suoritettuaan ennätyksellisen 19 tunnin lennon New Yorkista Sydneyyn, ilmailuinsinööri Byron Wilson vastaa kaikkien huulilla olevaan kysymykseen.
Suurin osa lentokoneen matkustajista on katsonut ulos ikkunasta lennon aikana ja ihmetellyt, kuinka ihmeessä tämä iso kömpelö pysyy täällä?
Lyhyt vastaus on tekninen taika, jossa käytetään ilmanpaineen eroja ja Newtonin kolmatta lakia, jotta saadaan aikaan tarpeeksi nostovoimaa ylittääkseen painovoiman.
Pitkä vastaus: Kun ilma virtaa minkä tahansa litteän levyn yli vinossa, kuten kun pidät kättäsi ulos auton ikkunasta moottoritiellä, ilma ohjautuu alaspäin.
Newtonin kolmannen lain mukaan ilma työntää kättäsi takaisin ylös ja onnittelut, sinulla on nosto! Mitä suurempi kulma, jota kutsutaan iskukulmaksi, sitä suurempi on nosto (nostokerroin, C l ) ‘pysähdykseksi’ kutsuttuun vikapisteeseen asti, mutta puhumme siitä, kuinka lentokoneet pysyvät pystyssä, jotta voimme jättää sen huomiotta.
Voit lentää nopeammin (Velocity, V) saadaksesi lisää nostoa. Ja niille, jotka haluavat sukeltaa syvemmälle tieteeseen… Kuinka paljon? Juuri näin paljon.
Jos pidit kättäsi ulos ikkunasta, huomaat nopeasti, kuinka paljon ilma myös painaa kättäsi takaisin, tätä kutsutaan vedoksi.
Temppu (ja se auttaa myös ilmailutekniikan tutkinnon hankkimisessa) on tuottaa eniten nostovoimaa pienimmällä vastuksella (Lift/Drag-suhde), muuten tarvitset paljon polttoainetta päästäksesi minne tahansa, mikä tarkoittaa enemmän painoa, mikä tarkoittaa, että täytyy lentää nopeammin, mikä polttaa polttoainetta nopeammin… voit alkaa nähdä tämän ongelman pyöreän luonteen.
Tässä tulee esiin kaareva profiili, jota kutsutaan kantosiipiksi. Näitä profiileja käytetään kaikissa siiveissä ja ne ohjaavat ilmaa tasaisesti ylä- ja alapinnallaan nostovoiman aikaansaamiseksi.
Lift off: Virtauksen vertailu tasaisen levyn (yläkuva) ja kantosiipin (alakuva) yli. Kuten näette, sininen kierrätysvirtaus – joka luo vastuksen – on paljon pienempi kantosiipiprofiilissa .
Kun pinnan lähellä oleva ilma virtaa yläosan yli, se kiihtyy (Venturi-ilmiö) ja paine laskee (Bernoulli-ilmiö). Siiven yläpuolella oleva vapaavirtausilma haluaa sitten tasata painetta lähellä siiven pintaa, joten se painaa virtauksen alas ja “kiinnittää” virtauksen (Coanda Effect). Jos kulma nousee liian suureksi, paine ei riitä pitämään sitä kiinni ja saamme jumissa siiven.
- Video: Kuinka ilma virtaa siiven poikki
Lentokoneen siipi voi tuottaa vaakalennolla noin 7 kilopascalia. Se ei ole paljon (renkaissasi on noin 220 kilopascalia), mutta se laskee koko siiven pinnan. Boeing 747:n siipien pinta-ala on noin 510 neliömetriä ja ne voivat tuottaa noin 385 tonnia nostoa.
- Voitko koskaan voittaa jet lagin?
- Ensimmäinen tarkka Linnunradan 3D-kartta paljastaa vääntyneen galaksin
Verrattaessa viimeisimmän 787:n edistysaskeleita 747:ään, joka esiteltiin Pam Americanin kanssa vuonna 1970, ratkaiseva nosto-vastussuhde on parantunut 18:sta 21:een, mikä on valtava 15 %:n vähennys vastusta. Yhdessä materiaalitieteen ja moottorin suorituskyvyn kanssa se riittää pitämään konetta taivaalla jopa 15 tuntia. Tai kuten viime viikonlopun historiallisella Qantas-lennolla New Yorkista Sydneyyn – 19 tuntia ja 16 minuuttia.