Знаете ли вы, почему самолёты летают?

Воздушные суда позволяют человечеству преодолевать огромные расстояния за короткий промежуток времени. Без них каждое такое путешествие становилось бы нелёгким испытанием. И возможно, вы хотя бы раз задумывались: почему самолёты летают? Как вообще им это удаётся? Давайте разбираться.

Вообще, детальный ответ на этот вопрос довольно сложный, и учёные до сих пор спорят о том, как в точности работает аэродинамика и как подружить законы Ньютона, Бернулли и уравнения Навье — Стокса. Но в общих чертах описать полёт аппарата, который тяжелее воздуха, можно так.

На самолёт в воздухе действуют четыре основные силы: вес, подъёмная сила, сопротивление и тяга. Вес воздушного судна тянет его вниз, к земле. Так, обычный Boeing 747 имеет массу около 450 тонн — и это не воздушный змей, которого можно поднять просто ветром.

Тяговая сила перемещает самолёт вперёд. Создают её двигатели, которыми он оснащён. Во время полёта судно сталкивается с сопротивлением среды: воздух тормозит его движение. Но благодаря обтекаемой форме машины и мощным двигателям это воздействие нивелируется.

И наконец, подъёмная сила — это именно то, что позволяет аппарату держаться в небе. Крылья самолёта имеют специальную форму — это называется «аэродинамический профиль». Сверху они выпуклые, а внизу более плоские.

Из‑за устройства крыла набегающий на него воздух движется быстрее сверху, что создаёт пониженное давление. А под крылом он, напротив, замедляется, создавая повышенное.

Разница в этих показателях обуславливает подъёмную силу, которая удерживает самолёт в воздухе.

Чтобы обеспечивать постоянный поток набегающего воздуха, самолёту нужно удерживать достаточную скорость с помощью своих двигателей. Если их отключить, относительно лёгкая машина, конечно, сможет планировать некоторое время по инерции, но затем давление под крылом снизится, и аппарат упадёт.

Демонстрация того, как выглядят набегающие воздушные потоки, огибающие крыло самолёта сверху и снизу. Видео Cambridge University / YouTube

Помимо возможности двигаться вперёд, удерживаясь в небе, самолёту нужно также как‑то набирать высоту, снижаться и поворачивать. Для этого машина оснащена различными управляющими поверхностями: элеронами на крыльях, а также рулём высоты и рулём направления на хвосте. Они могут поворачиваться по желанию пилота — то есть менять угол атаки.

Если увеличить угол атаки элеронов и руля высоты, самолёт начинает собирать больше набегающего воздуха, давление под крыльями увеличивается, и аппарат взлетает. Если уменьшить, давление снизу тоже упадёт, и машина начнёт снижаться.

Если повернуть элероны и рули направления с одной стороны самолёта вверх, а с другой — вниз, то одно крыло самолёта начинает собирать больше набегающего воздуха, а другое меньше. Из‑за этого машина наклоняется вправо или влево и начинает разворачиваться. Углы поворота самолёта в воздухе называются «крен», «тангаж» и «рысканье».

В общем, теперь вы ознакомлены с основами аэродинамики. И в следующий раз во время полёта будете понимать, что за силы поддерживает воздушное судно в небе.