Знаете ли вы, почему самолёты летают?

Статью можно послушать. Если вам так удобнее, включайте подкаст.

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.

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.