Avionul
Avionul este unul din marile realizari stiintifice ale secolului XX. Inginerii s-au inspirat din studierea zburatorilor naturii-pasarile. Din totdeauna oamenii au visat sa cucereasca cerul cu abilitatea si gratia pasarilor. Icar din legendele grecesti a zburat cu aripi de ceara spre cer. Cand insa a ajuns prea aproape de soare, ceara s-a topit, iar el s-a prabusit in gol.Leonardo da Vinci, marele artist si inventator renascentist a fost obsedat de ideea de a zbura. A lasat in urma sa mai multe proiecte ale unor masinarii zburatoare imaginate de el. Au trecut insa 400 de ani pana cand s-a aflat secretul zborului. Primele tentative de zbor au avut de cele mai multe ori un sfarsit tragic. Unii dintre pilotii cu spirit de aventura si-au legat aripi de brate, dand din ele cu indarjire, pentru a se inalta in aer. Nici una din aceste incercari nu a dat rezultat, fiindca ,, pilotii '' nu si-au dat seama ca atat forma, cat si miscarea aripii unei pasari are un rol important in zbor.
Descoperire importanta
In 1738 un matematician si medic elvetian, Daniel Bernoulli, a facut primul pas important in cucerirea cerului. Si-a dat seama ca daca un lichid sau un gaz se scurge cu viteza mare, are presiune mai scazuta decat la o scurgere lenta. Avand in vedere ca aerul este un amestec de gaze, observatia este valabila si in cazul aerului. Daca aerul se intalneste cu aripile unei pasari in miscare, va patrunde partial pe deasupra, partial dedesuptul lor. Datorita faptului ca fata superioara a aripii este arcuita, deci mai lunga decat fata interioara, aerul va parcurge o distanta mai mare deasupra aripii. Aceasta va creste viteza curentului de aer deasupra aripii, astfel aerul va excita o presiune mai mica pe fata superioara a aripii decat pe cea inferioara. Diferenta de presiune va impinge aripa in sus. Aceasta diferenta de presiune se numeste forta de ascensiune aero dinamica. In secolul al nouasprezecelea multi dintre pionierii aviatiei s-au folosit de aceste principii pentru priectarea planoarelor primitive. Sir George Gayley, numit tatal aviatiei, a construit primul planor in 1853, cu care a si zburat. Mai tarziu, prin anii 90 ai secolului trecut, fratii americani Wright au construit aripi, cu care avioanele puteau fi ghidate in anumite directii. Sectiunea transversala a aripii separate de fuselaj aminteste de imaginea unei picaturi de apa care se scurge pe o suprafata plana. In fata, aripa este mai groasa si rotunjita, in spate insa se subtireaza complet. Aceasta forma se numeste profil. Curentii de aer orientati deasupra si dedesubtul aripii sugereaza foarte bine principiul Bernoulli.
Pe langa forta de ascensiune, la ridicarea aripii avionului contribuie si turbulenta aerului. Aerul care trece deasupra aripii la parasirea bordului de scurgere se intoarce si se produce turbionarea aerului, la fel ca in cazul apei care se scurge intr-o gaura. Fenomenul se numeste turbulenta initiala, care la randul ei produce o alta turbulenta: contra - turbulenta. Aceasta este la fel de puternica ca turbulenta initiala, dar se roteste in directie opusa, astfel ca atunci cand va trece pe sub aripa, in directie opusa, se va intalni cu curentul de aer principal, pe care il va incetini.
Contraturbulenta se va deplasa mai departe, iar bordul de atac al aripii se va deplasa in sus, alaturandu-se curentului principal. Din acest motiv, curentul de aer inferior incetineste, iar cel superior, deasupra aripii, accelereaza. Astfel, presiunea va scadea in partea de sus, si va creste in partea de jos, ceea ce urmareste forta de ascensiune.
Ridica-te!
Mai tarziu, primii aviatori au descoperit cum pot face sa zboare aparatele mai grele decat aerul. Pentru aceasta a fost nevoie sa-si dea seama, cum se poate produce forta ascensionala necesara. In cazul plutirii in aer lucrurile au fost mai simple, lasand totul pe seama aerului, dar pentru a se ridica, a trebuit sa gaseasca o modalitate de a atinge viteza necesara pentru a obtine forta ascensionala. Wilbur si Orville Wright au rezolvat problema, folosind un motor cat mai mic si mai usor. Pe motor au montat o elice formata din piese de profil de aripa: aceasta se rotea pe plan vertical in fata motorului. Miscarea aerului determinata de rotatie, sau mai bine zis forta determinata de aceasta miscare, se numeste forta de tractiune. Aerul va fi impins inapoi, iar aparatul de zbor va inainta. La 27 decembrie 1903 in Kitty Harok, Carolina de Nord, fratii Wright au efectuat primul zbor pe avionul lor cu motor. Aparatul a putut sa parcurga doar 36 de metri in 22 de secunde, dar a reusit sa puna in practica principiul utilizat si de proiectantii de avioane care I-au urmat.
In anii cercetatorii care se ocupau de zbor au dezvoltat aparatele cu reactie. Forta de tractiune este obtinuta in acest caz prin comprimarea aerului intr-o camera de adere, unde se amesteca un combustibil special numit kerosen, dupa care amestecul va fi aprins. Explozia produce un curent (jet) puternic de aer, care va propulsa avionul in momentul in care va parasi camera de ardere prin spatele motorului. Avioanele cu reactie zboara cu viteze mai mare decat cele cu elice, dar folosesc o cantitate foarte mare de combustibil, mai ales la viteze mici. Din acest motiv, au dezvoltat un alt de aparat de zbor cu elice actionata de motor cu reactie. In zilele noastre se utilizeaza cel mai des aparatele de zbor cu reactie cu jet de aer dublu. Acestea au o elice formata dintr-o multitudine de palete, care impinge aerul in camera de explozie, dar produce curenti de aer si in jurul motorului, la fel ca o elice normala, marind forta de tractiune. Jetul de gaze poate fi directionat in asa fel, incat sa se reduca forta de propulsie, incetinand aparatul de zbor. In momentul in care avionul are o viteza corespunzatoare, pentru ca forta dinamica de ascensiune sa fie suficient de mare, acesta va trebui ghidat corespunzator. Zborul are sase etape principale: decolarea, ascensiunea, zborul orizontal, intoarcerea, coborarea si aterizarea. Aceste miscari vor fi obtinute cu ajutorul placilor de ghidare situate pe aripi si pe asa numitele ampenaje. Si acestea au forma profilului de aripa pe sectiune transversala, produc deci o forta dinamica de ascenscensiune.
La decolare se ridica flapsurile de pe bordul de scurgere a aripii, care maresc suprafata si in acest fel intensitatea fortei de ascensiune. Stabilizatoarele orizontale (profundoarele) aflate pe ampenajul orizontal sunt ridicate. In acest timp botul avionului este orientat in sus, coada este coborata, iar avionul se inalta in aer. Este foarte important ca inainte de inceperea acestei manevre avionul sa aiba viteza corespunzatoare. Flapsurile si profundoarele trebuie ridicate exact in clipa in care forta dinamica de ascensiune egaleaza greutatea avionului, altfel aparatul pierde din viteza si nu reuseste sa decoleze. Trebuie avuta in vedere si problema fortei de rezistenta a aerului. Deplasarea avionului produce o rezistenta din partea aerului, ceea ce furnizeaza aparatul. Forta respectiva actioneaza asupra oricarui corp aflat in miscare, dar despre forta de rezistenta indusa nu putem vorbi decat in cazul avioanelor. Este vorba despre faptul ca o parte din energia curentului de aer care trece deasupra aripii se va intoarce in directie opusa, impiedicand deplasarea avionului. Fenomenul este cauzat pe de-o parte de pozitia aripilor, de pe alta parte de turbulentele de aer. La decolare pilotul contracareaza rezistenta opusa de aer prin coborarea flapsurilor. Avionul va zbura la un nivel determinat, viteza lui fiind suficient de mare pentru ca forta de propulsie sa depaseasca forta de rezistenta a aerului. Stabilizatoarele orizontale vor fi ridicate din nou, aparatul inaltandu-se la nivelul final. Avionul poate efectua un zbor orizontal in cazul in care greutatea proprie este egala cu forta de ascensiune.
Avionul poate zbura spre destinatie, dar pe parcurs va fi nevoit sa vireze pentru a avansa in directia potrivita. Virajele se pot efectua cu ajutorul altor stabilizatoare si anume: cu eleroanele situate pe aripi si cu deriva (sau carma), componenta a ampenajului vertical. Eleroanele se afla pe bordul de scurgere a aripilor. Daca pilotul vrea sa intoarca avionul la stanga, atunci va cobori eleronul de pe aripa dreapta, crescand pe partea respectiva forta de ascensiune. In acelasi timp va ridica eleronul stang, pe acea parte reducand forta de ascensiune. Cand avionul este inclinat spre stanga, o data cu eleroanele va trage carma spre stanga, manevra fiind astfel completa. Apoi, daca avionul este orientat spre directia dorita, pilotul retrage eleroanele si deriva in pozitie normala. Cand avionul se apropie de destinatie, pilotul trebuie sa se pregateasca pentru aterizarea in conditii de siguranta. Este un proces complex si trebuie efectuat cu o precizie extraordinara, pentru ca nu cumva aparatul sa piarda brusc din inaltime. In conditii ideale, pilotul va zbura in directia opusa vantului, curentii de aer facilitand directionarea. Vantul lateral poate cauza probleme, deoarece poate dezechilibra avionul, si ingreuneaza efectuarea manevrelor de aterizare.
Aterizare lina
Pentru aterizare pilotul reduce viteza si coboara flapsurile si profundoarele pentru ca botul sa fie orientat in jos; va scade forta dinamica de ascensiune, creste forta de rezistenta a aerului, avionul incepe sa coboare. Cand ajunge in apropierea pistei de aterizare, sunt ridicate stabilizatoarele orizontale, si intra in functiune aripile adjuvante frontale, situate la bordul de atac al aripilor. Acestea maresc suprafata aripilor si accentueaza forta de ascensiune. Rezultatul va fi inclinarea avionului pe plan orizontal, botul fiind orientat mai sus decat coada. Aceasta compenseaza scaderea fortei de ascensiune care rezulta din reducerea vitezei. Viteza avionului va fi atat de redusa, incat pentru cateva clipe pare ca pluteste deasupra pistei de aterizare. Pentru reducerea vitezei se pun in functiune cateva flapsuri suplimentare. Acestea se afla pe bordul de atac al aripilor si se numesc spoliere. Acestea produc turbinarea aerului, care la randul lor vor mari forta de rezistenta a aerului si depasesc forta de ascensiune.
Oprirea avionului
In aceasta etapa vor fi coborate rotile, ceea ce mareste in continuare forta de frecare. La inceput avionul va atinge solul cu rotile trenului de aterizare principale. Profundoarele vor fi coborate, pentru ca botul sa coboare si rotile trenului frontal sa atinga solul. Aparatul a aterizat complet. Fapsurile sunt coborate complet, pentru a mari cat mai mult forta de frecare.
