Как самолёты летают и держатся в воздухе

Самолёт может весить сотни тонн, но поднимается с полосы и остаётся в небе много часов. Полёт возможен благодаря четырём основным силам: подъёмной силе, весу, тяге и сопротивлению воздуха.

Вес тянет самолёт к Земле. Подъёмная сила действует вверх. Двигатели создают тягу, двигающую самолёт вперёд, а сопротивление мешает движению через воздух. В устойчивом горизонтальном полёте эти силы приблизительно уравновешены.

Как крылья создают подъёмную силу

Форма и угол крыла позволяют ему перенаправлять воздух при движении самолёта. Крыло толкает воздух вниз, а поток действует на крыло вверх. Давление вокруг крыла тоже различается: общая картина потока обычно создаёт более низкое давление сверху и более высокое снизу.

Иногда утверждают, что воздух над изогнутой поверхностью обязан встретиться у задней кромки с воздухом, прошедшим снизу. История об «одинаковом времени прохождения» неверна: потоки не обязаны соединяться. Подъёмную силу лучше понимать через полное распределение давления, угол атаки и изменение направленного вниз импульса воздуха.

Почему важна скорость

Более быстрый поток обычно позволяет крылу создавать больше подъёмной силы, поэтому перед взлётом самолёт разгоняется по полосе. Пилот также может менять угол атаки — угол между крылом и набегающим потоком.

Увеличение угла повышает подъёмную силу лишь до определённого предела. При слишком большом угле плавный поток отрывается от крыла, и подъёмная сила резко уменьшается. Это называется сваливанием. Оно не обязательно означает остановку двигателей, а прежде всего связано с аэродинамическим состоянием крыла.

Закрылки помогают на небольшой скорости

При взлёте и посадке из крыла выдвигаются подвижные поверхности — закрылки. Они меняют форму и эффективную площадь крыла, позволяя получать больше подъёмной силы при меньшей скорости. Закрылки также увеличивают сопротивление, что помогает снижаться и замедляться перед посадкой.

Двигатели и тяга

Реактивный двигатель принимает воздух, сжимает его, смешивает с топливом и выбрасывает газы с высокой скоростью. Двигатель толкает газы назад, а самолёт получает направленную вперёд реакцию. Воздушный винт тоже создаёт тягу, ускоряя воздух назад.

В обычном полёте самолёта с фиксированным крылом двигатель не держит машину в воздухе напрямую. Его основная роль — обеспечить движение, позволяющее крыльям создавать подъёмную силу.

Как пилот управляет направлением

Элероны на крыльях управляют креном, руль высоты — движением носа вверх и вниз, а руль направления — поворотом влево и вправо. Пилот координирует поверхности для набора высоты, снижения и поворотов.

Что произойдёт при отказе двигателей?

Самолёт не падает сразу вертикально. При достаточной высоте и скорости он может планировать, поскольку воздух продолжает обтекать крылья. Пилоты поддерживают безопасную скорость и выбирают место посадки. Дальность планирования зависит от типа самолёта, высоты, ветра и условий.

Полёт не отменяет гравитацию — она действует всю дорогу. Самолёт остаётся в воздухе благодаря постоянному взаимодействию крыльев с движущимся воздухом, а тяга восполняет энергию, теряемую из-за сопротивления.