Hogyan repül?

A repülés születése

Az első próbák

A repülőgép kifejlesztése a XX. század  egyik nagy tudományos eredménye. Ehhez a kiváló mérnöki teljesítményhez a természetrepülőinek, a madaraknak a megfigyelése adott inspirációt.

Az emberiségnek egyik legnagyobb álma volt, hogy a madarak ügyességével és kecsességével meghódítsa az eget. A görög legenda Ikarosza viaszból készített szárnyakkal repült az ég felé. Amikor azonban túl közel került a naphoz, megolvadt a viasz, a szerencsétlen Ikarosz lezuhant a mélybe, s halálát lelte.

Leonardo da Vinci, a nagy reneszánsz művész és feltaláló szintén megszállottja volt a repülés gondolatának. Számos rajzot hagyott hátra repülő masináinak terveivel. De még vagy 400 év kellett hozzá, amíg lassanként fény derült a repülés titkára.

Az első repülési kísérletek gyakran tragédiával végződtek. A vállalkozó szellemű reménybeli pilóták némelyike házi készítésű szárnyakat kötött karjára, de hiába csapdosott vele elszántan, nem sikerült a földtől elemelkednie. Ezek a kísérletek kivétel nélkül kudarcot vallottak, mert a vállalkozók nem ismerték fel: a madár nem csak azért tud repülni, mert szárnya, van; a szárny alakja és mozgása is ugyanolyan fontos tényező.

Leonardo da Vinci egyik tervezete

Fontos felfedezés

1738-ban végül megtört a jég, egy svájci matematikus és orvos, Daniel Bernoulli megtette az első tényleges lépést az ég meghódításában. Rájött, hogy ha egy folyadék vagy gáz gyorsan áramlik, akkor kisebb a nyomása, mint lassú áramláskor. Mivel a levegő gázok keveréke, ez a megállapítás a levegőre is érvényes. Ha a levegő találkozik egy madár mozgó szárnyaival, akkor részben felette, részben alatta áramlik el. Minthogy a szárny felső felülete ívelt, s így hosszabb, mint a laposabb alsó felület, a levegőnek a szárny fölött hosszabb utat kell megtennie. Ez megnöveli a szárny fölötti légáramlás sebességét, így a levegő a felső felületre nagyobb nyomást fejt ki, mint az alsóra; mindent összevéve a nyomáskülönbség felfelé hajtja a szárnyat. Ezt a nyomáskülönbséget (aero)dinamikai felhajtóerőnek nevezik.

Az elsők

A XIX. században a repülés sok úttörője használta fel ezt az elvet a primitív vitorlázó repülők tervezésekor. A „repülés atyjáénak” nevezett Sir George Cayley 1853-ban építette meg a világ első vitorlázó repülőjét és repült is vele. Később, a múlt század elejére a Wright fivéreknek(akik egyébként bicikliket gyártottak előtte) sikerül

t olyan szárnyat szerkeszteni, amellyel már kormányozni is lehetett a gépet. A géptörzstől elválasztott szárny keresztmetszete egy lapos felületen lefelé gördülő vízcsepp 90p-kal elforgatott képére emlékeztetett. Elől, a belépőélnél vastagabb és lekerekített, hátul viszont teljesen elvékonyodik; ezt az alakot szárnyszelvénynek nevezik. Ez a szárny fölé és alá terelt levegőáram jól példázza az említett Bernoulli-féle elvet.

Légörvénykeltés

A dinamikus felhajtóerőn kívül a levegő örvénylése is segíti a repülőgépszárnyat az emelkedésben. A szárny felett áramló levegő a kilépőél elhagyása után visszakanyarodik, örvényleni kezd, mint a lyukon át befolyó víz. Az ilyen légörvényt (turbulenciát) kezdőörvénynek hívják, s ez a kezdőörvény újabb örvényt kelt: az ellenörvényt. Ez éppoly erős, mint a kezdőörvény, de ellenkező irányba forog, s amikor a szárny alatt visszafelé áramlik, találkozik a fő légáramlattal, és lelassítja. Az ellenörvény továbbgördül, a szárny belépőélénél felkanyarodik, majd csatlakozik a fő áramlathoz. Emiatt az alsó légáramlat lelassul, a felső viszont felgyorsul. Fent tehát csökken a nyomás, a szárny alatt viszont nő, s ez növeli a dinamikai felhajtóerőt.

Emelkedj!

Aztán  mikor később az első aviátorok felfedezték, hogyan késztethetik repülésre a levegőnél nehezebb tárgyakat, azt is ki kellett találniuk, hogyan hozzák létre szükséges felhajtóerőt. A léghajózásban rábízták ezt a levegőre, de ez esetben meg kellett keresniük a módját, hogyan érjék el a dinamikai felhajtóerő fellépéséhez szükséges sebességet.

Willbu és Orville Wright egy apró, a lehető legkisebb súlyúra tervezett motorral oldotta meg ezt a problémát. Motorjukra szárnyszelvény profilú szárnyból álló légcsavart szereltek: ez függőleges síkban pörgött a gép elején. A pörgés által keltett levegőmozgást, azaz inkább a vele támadt erőt vonóerőnek nevezzük. Ez előreirányuló dinamikai felhajtóerőt kelt, s ez az erő hátrafelé tolja a levegőt, azaz előremozgatja a gépet. A Wright testvérek 1903. december 17-én, Kitty Hawkban, Észak-Karolinában repültek először motoros repülőgépükön. Ez a Flyer nevű gép csak 36 métert tett meg, mindössze 12 röpke másodperc alatt, de már sikeresen szemléltette a későbbi repülőgép-tervezők által is felhasznált elvet.

A Flyer, az első motoros gép

Modern sugárhajtóművek

A negyvenes években a repüléssel foglalkozó tudósok kifejlesztették a gázturbinás sugárhajtóműveket.

Egy modern sugárhajtómű(F100)

Ez úgy kelt vonóerőt, hogy besűríti a levegőt egy központi kamrába, azt ott speciális üzemanyaggal, kerozinnal elegyítik, majd az elegyet begyújtják. Az ebből támadt robbanás gázáramot kelt, s ez a hajtómű végén kilépő gázáram előretolja a repülőgépet. A sugárhajtóműves gépek gyorsabban repülhetnek, de több üzemanyagot is fogyasztanak, különösen kis sebességnél. Ezért fejlesztették ki kompromisszumképpen a légcsavaros gázturbinás hajtóművet. Manapság leginkább a kétáramú gázturbinás hajtóművek a használatosak. Ezeknek egy nagy, soklapátos csőlégcsavar van az elejükön, s az hátranyomja a levegőt a robbanástérbe. A hajtómű körül is mozgatja a levegőt, s ezzel olyan vonóerőt kelt, mint egy közönséges légcsavar. A hajtómű végén gázsugár-terelőlapok vannak, ezek működésbe lépve visszafogják a tolóerőt, s gyorsan lelassítják a gépet. Ha a repülő más megfelelő sebességgel mozog ahhoz, hogy elég nagy legyen a dinamikai felhajtóerő, valamilyen módon irányítani, kormányozni is kell. A repülésnek hat alapmozzanata van: a felszállás, az emelkedés, a vízszintes repülés, az elfordulás, a süllyedés és a leszállás. Ezeket a mozgásokat a szárnyakon és a vezérsíkokon kialakított kormánylapátokkal érik el; azoknak is szárnyprofil a keresztmetszetük, azaz dinamikai felhajtóerőt keltenek.

Felszálláskor felemelkednek a szárnyak kilépőélén a féklapok, hogy növeljék a felületet és így fokozzák a dinamikai felhajtóerőt. Felemelik a vízszintes vezérsíkokon levő magassági kormányokat is. Mindeközben a gép orra felfelé mutat, a farokrész süllyed, és a repülőgép égnek emelkedik. Nagyon fontos, hogy a gépnek e manőver megkezdése előtt már megfelelő sebessége legyen. A féklapokat és a magassági kormányokat pontosan abban a pillanatban kell felemelni, amikor a dinamikai felhajtóerő kiegyenlíti a repülőgép súlyát, különben a repülőszerkezet sebességet veszít, és nem száll fel.

Tekintetbe kell venni a légellenállás problémáját is. A repülőgép előre irányuló mozgása légellenállást kelt, s ez fékezi a gépet. Minden mozgó testre hat ez az erő, de indukált légellenállásról csak a repülőgépekkel kapcsolatban beszélhetünk. Arról van szó, hogy a szárny fölötti légáram energiájának egy része hátrafelé terelődik, s így akadályozza a repülőgépet az előrehaladásban; ezt a jelenséget részben a szárny állásszöge, részben a légörvény okozza.

A pilóta felszálláskor a féklapok lehajtásával ellensúlyozza a légellenállást. A repülőgép egy meghatározott szinten repül, s haladás közben elég nagy a sebessége ahhoz, hogy a tolóerő meghaladja a légellenállást. Majd a kormányokat ismét felemelik, és a gép felemelkedik a végső magasságára. A gép akkor lesz kész a vízszintes repülésre, amikor a felhajtóerő egyenlő a súllyal.

A repülőgép fordulása

A repülőgép most célállomása felé repülhet, de eközben minden valószínűség szerint fordulni is kell, hogy megfelelő irányba haladjon. A repülőgépet más mozgatható kormánylapátokkal, a szárnyakon lévő csűrőlapokkal és a függőleges vezérsík részét alkotó oldalkormánylappal késztetik elfordulásra.

A csűrőlapok a szárny kilépőélén találhatók. Ha a pilóta balra akarja fordítani a gépet, akkor az ellenkező szárnyon, azaz a jobb oldalin leengedi a csűrőlapot, így ezen az oldalon megnöveli a dinamikai felhajtóerőt. Ezzel egy időben felemeli a bal oldali csűrőlapot, tehát azon az oldalon csökkenti a felhajtóerőt. Amikor a gép balra dől, a csűrőlapokkal egyidejűleg balra fordítja az oldalkormánylapátot, s ezzel teljessé válik a manőver. Azután, ha a repülőgép már a kívánt irányban áll, a pilóta visszaállítja a kormánylapokat eredeti helyzetükbe. Amint a repülőgép végcélja felé tart, a pilótának lassan meg kell kezdeni a biztonságos leszállást. Ez nagyon összetett folyamat és nagyon pontosan kell végrehajtani, nehogy a gép váratlanul magasságot veszítsen. Ideális esetben a pilóta széllel szembe repül, mivel a levegő közvetlen áramlása segítségére van a gép kormányzásában. Az oldalszél gondot okozhat, mert oldalra térítheti a repülőgépet. Ezt sodródásnak nevezik és megnehezíti a manőverezést.

Sima leszállás

A BAe Harrier számára nem szükséges hosszú leszállópálya

A gép leszállítására a pilóta csökkenti a sebességet, és leereszti a szárnylapátokat, hogy lefelé mutasson az orr; ilyenkor csökken a dinamikai felhajtóerő, növekszik a légellenállás és a gép ereszkedni kezd. Ahogy a leszállópálya közelébe ér, felemelkednek a magassági kormányok, s működésbe lépnek a szárnyak belépőélénél az orrsegédszárnyak. Ezek megnövelik a szárny felületét és fokozzák a felhajtóerőt. Ez az összetett hatás felfelé dönti a gépet, így a farokrész alacsonyabban van, mint az orr. Ez ellensúlyozza a sebességcsökkenésből adódó felhajtóerő-csökkenést.

A repülőgép annyira lelassul, hogy egy rövid pillanatig szinte lebeg a leszállópálya felett. A sebesség csökkentésére újabb féklapokat hoznak működésbe a szárnyakon. Ezek a belépőélnél vannak és spoilereknek vagy légfékeknek nevezik őket. Légörvényt hoznak létre, s az örvények megnövelik a légellenállást, leküzdik a felhajtóerőt.

A gép megállítása

Ezen a ponton kiengedik a gép futóművét, s az tovább növeli a légellenállást. A gép fő futómű-kerekeivel ér először földet. A magassági kormánylapokat leengedik, hogy a gép orra leereszkedjék, s az orrfutó is a futópályára kerüljön. A repülőgép most teljesen földet ért. A hajtóművekkel ellentétes irányú erőt keltenek és a féklapokat teljesen leengedik, hogy a légellenállás a lehető legkisebb legyen. Behúzzák a kerékféket is, s a repülőgép végül simán megáll.

Na és a hordozók?

Gőzkatapultos indulás

A repülőgép-hordozók fedélzetén azonban nem ilyen egyszerűek a dolgok. A felszállásra nem áll rendelkezésre akkora hely, mint a repülőtereken. Éppen ezért az anyahajókon gözkatapult segítségével indítják a gépeket. Ez a szerkezet a fedélzet alatt helyezkedik el, és pillanatok alatt felszállási sebességre gyorsítja a gépet. A gép belsejében a gőz erejével nagy nyomást gerjesztenek, amit az alkalmas pillanatban kiengednek, ez „lövi” ki a repülőt. A leszállási módszer is más, a fedélzetre kifeszített 4 db kötél egyikét kell elcsípnie a pilótáknak(az USA hajóin van négy darab, a francia haditengerészet CdG repülőgép-hordozóján csak három működik). Általában a harmadikat vagy a negyediket célozzák meg. A kötelek a lehető legerősebbek, mivel a gépek maximális hajtóműteljesítménnyel érnek földet. Erre azért van szükség, mert ha a pilóta elvéti a köteleket, azonnal emelkednie kell, és újra próbálkoznia. Ezt nevezik átstartolásnak(a pilóták körében azt, aki legutóbb átstartolt, egy külön csúfnévvel illetik addig, amíg valaki újra el nem véti a futópályát). A gép a törzs végének alján elhelyezett elfogóhorog segítségével kapják el a kötelet. Leszállás után pedig amilyen gyorsan csak lehet, el kell hagyniuk a futópályát, hogy ne foglalják az amúgy is kis helyet.

Bera Bálint

oldal,ahonnan jött: www.f14.try.hu

források:

Tudás Fája,saját magam:)