Pasarea mecanica

Avionul este unul din marile realizări ştiinţifice ale secolului XX. Inginerii s-au inspirat din studierea zburătorilor naturii - păsările.

Dîntotdeauna oamenii au visat să cucerească cerul cu abilitatea şi graţia păsărilor. Icar din legendele greceşti a zburat cu aripi de ceară spre cer. Când însă a ajuns prea aproape de soare, ceara s-a topit, iar el s-a prăbuşit în gol.
Leonardo da Vinci, marele artist şi inventator renascentist a fost obsedat de ideea de a zbura. A lăsat în urma sa mai multe proiecte ale unor maşinării zburătoare imaginate de el. Au trecut însă 400 de ani până când s-a aflat secretul zborului.
Primele tentative de zbor au avut de cele mai multe ori un sfârÅŸit tragic. Unii dintre piloÅ£ii cu spirit de aventură ÅŸi-au legat aripi de braÅ£e, dând din ele cu îndârjire, pentru a se înălÅ£a în aer. Nici una din aceste încercări nu a dat rezultat, fiindcă “piloÅ£ii” nu ÅŸi-au dat seama că atât forma, cât ÅŸi miÅŸcarea aripii unei păsări are un rol important în zbor.

Descoperire importanta

In 1738 un matematician si medic elvetian, Daniel Bernoulli, a făcut primul pas important în cucerirea cerului. Şi-a dat seama că dacă un lichid sau un gaz se scurge cu viteză mare, are presiune mai scăzută decât la o scurgere lentă. Având în vedere că aerul este un amestec de gaze, observaţia este valabilă şi în cazul aerului. Dacă aerul se întâlneşte cu aripile unei păsări în mişcare, va pătrunde parţial pe deasupra, parţial dedesubtul lor. Datorită faptului că faţa superioară a aripii este arcuită, deci mai lungă, decât faţa inferioară, aerul va parcurge o distanţă mai mare deasupra aripii. Aceasta va creşte viteza curentului de aer deasupra aripii, astfel aerul va exercita o presiune mai mică pe faţa superioară a aripii, decât pe cea inferioară. Diferenţa de presiune va împinge aripa în sus. Această diferenţă de presiune se numeşte forţa de ascensiune (aero) dinamică.
In secolul al XlX-lea mulÅ£i dintre pionierii zborului s-au folosit de aceste principii pentru proiectarea planoarelor primitive. Sir George Gayley, numit tatăl aviaÅ£iei, a construit primul planor în 1853, cu care a ÅŸi zburat. Mai târziu, prin anii ‘90 ai secolului trecut, fraÅ£ii americani Wright au construit aripi, cu care avioanele puteau fi ghidate în anumite direcÅ£ii.
SecÅ£iunea transversală a aripii separate de fuselaj aminteÅŸte de imaginea unei picături de apă care se scurge pe o suprafaţă plană. în faţă, la “bordul de atac” aripa este mai groasă ÅŸi rotunjită, în spate însă, la “bordul de scurgere” se subÅ£iază complet. Această formă se numeÅŸte profil. CurenÅ£ii de aer orientaÅ£i deasupra ÅŸi dedesubtul aripii sugerează foarte bine principiul Bernoulli.

Producerea turbulenţelor de aer

Pe lângă forţa de ascensiune, la ridicarea aripii avionului contribuie şi turbulenţa aerului. Aerul care trece deasupra aripii la părăsirea bordului de scurgere se întoarce şi se produce turbionarea aerului, la fel ca în cazul apei care se scurge într-o gaură. Fenomenul se numeşte turbulenţă iniţială, care la rândul ei produce o altă turbulenţă: contraturbulenţâ. Aceasta este la fel de puternică, ca şi turbulenţa iniţială, dar se roteşte în direcţie opusă, astfel că atunci când va trece pe sub aripă, în direcţie opusă, se va întâlni cu curentul de aer principal, pe care îl va încetini.
Contraturbulenţâ se va deplasa mai departe, iar la bordul de atac al aripii se va deplasa în sus, alăturându-se curentului principal. Din acest motiv curentul de aer inferior încetineşte, iar cel superior, deasupra aripii, accelerează. Astfel, presiunea va scădea în partea de sus, şi va creşte în partea de jos, ceea ce urmăreşte forţa de ascensiune.

Ridică-te!

Mai târziu, primii aviatori au descoperit cum pot face să zboare aparatele mai grele decât aerul. Pentru aceasta a fost nevoie să-şi dea seama, cum se poate produce forţa ascensională necesară. în cazul plutirii în aer lucrurile au fost mai simple, lăsând totul pe seama aerului, dar pentru a se ridica, a trebuit să se găsească o modalitate de a atinge viteza necesară pentru a obţine forţa ascensionala.
Wilbur şi Orville Wright au rezolvat problema, folosind un motor cât mai mic şi mai uşor. Pe motor au montat o alice formată din piese de profil de aripă: aceasta se rotea pe plan vertical în faţa motorului. Mişcarea aerului determinată de rotaţie, sau mai bine zis forţa determinată de această mişcare, se numeşte forţă de tracţiune. Aerul va fi împins înapoi, iar aparatul de zbor va înainta. La 27 decembrie 1903 în Kitty Harok, Carolina de Nord, fraţii Wright au efectuat primul zbor pe avionul lor cu motor. Aparatul a putut să parcurgă doar 36 de metri în 22 secunde, dar a reuşit să pună în practică principiul utilizat şi de proiectanţii de avioane care i-au urmat.

Aparate moderne cu reacţie

în anii ‘40 cercetătorii care se ocupau de zbor au dezvoltat aparatele de zbor cu reacÅ£ie. ForÅ£a de tracÅ£iune este obÅ£inută în acest caz prin comprimarea aerului într-o cameră de ardere, unde se amestecă cu un combustibil special - kerosen, după care amestecul va fi aprins. Explozia produce un curent (jet) puternic de aer, care va propulsa avionul în momentul în care va părăsi camera de ardere prin spatele motorului.
Avioanele cu reacţie zboară cu viteză mai mare decât cele cu alice, dar folosesc o cantitate foarte mare de combustibil, mai ales la viteze mici. Din acest motiv, au dezvoltat un alt tip de aparat de zbor cu alice acţionată de motor cu reacţie. în zilele noastre se utilizează cel mai des aparatele de zbor cu reacţie cu jet de aer dublu. Acestea au o alice formată dintr-o multitudine de palete, care împinge aerul în camera de explozie, dar produce curenţi de aer şi în jurul motorului, la fel ca o alice normală, mărind forţa de tracţiune. Jetul de gaze poate fi direcţionat în aşa fel, încât să se reducă forţa de propulsie, încetinând aparatul de zbor.

DECOLARE Åžl ATERIZARE CU DEMARAJ SCURT
La decolare în general este nevoie de o pistă lungă, pentru ca avionul să poată accelera la o viteză corespunzătoare şi să fie ridicat de forţa dinamică de ascensiune. Uneori spaţiul este insuficient pentru această manevră.

Una din metodele utilizate pentru decolarea de pe pistele unor insule sau aeroporturile din centrul oraşelor mari a devenit cunoscută sub denumirea STOL (Short Take off and Landing). Principiul acestei realizări este obţinerea unui surplus de forţă de ascensiune la viteză redusă.
Avioanele BOEING C14 au flapsurile în aşa fel concepute încât să poată fi orientate dincolo de bordul de scurgere a aripii. Gazele din motorul cu reacţie se vor întinde deasupra aripilor, urmărind curbura flapsurilor. Acest surplus de curent de aer fiind apoi orientat în jos, va produce o forţă de ascensiune puternică. Aceasta se numeşte efectul Coandă.

O altă variantă a modelului STOL este cea a elicelor rabatabile, ca de exemplu în cazul aparatului american Bell V-22 Osprey. Pe ambele aripi ale avionului este montat câte un motor cu elice. Motoarele pot fi rabatate peste aripă, la decolare producând o forţă de ascensiune verticală, apoi vor reveni la poziţia normală, producând o forţă de propulsie suficient de mare pentru zborul orizontal.

In momentul în care avionul are o viteză corespunzătoare, pentru ca forţa dinamică de ascensiune să fie suficient de mare, acesta va trebui ghidat corespunzător. Zborul are 6 etape principale: decolarea, ascensiunea, zborul orizontal, întoarcerea, coborârea şi aterizarea. Aceste mişcări vor fi obţinute cu ajutorul plăcilor de ghidare situate pe aripi şi pe aşa numitele ampenaje. Şi acestea au forma profilului de aripă pe secţiune transversală, produc deci o forţă dinamică de ascensiune.
La decolare se ridică flapsurile de pe bordul de scurgere a aripii, care măresc suprafaţa şi în acest fel intensitatea forţei de ascensiune. Stabilizatoarele orizontale (profundoarele) aflate pe ampenajul orizontal sunt ridicate. în acest timp botul avionului este orientat în sus, coada este coborâtă, iar avionul se înalţă în aer. Este foarte important ca înainte de începerea aceste manevre avionul să aibă viteză corespunzătoare. Flapsurile şi profundoarele trebuie ridicate exact în clipa în care forţa dinamică de ascensiune egalează greutatea avionului, altfel aparatul pierde din viteză şi nu reuşeşte să decoleze.

Trebuie avută în vedere şi problema forţei de rezistenţă a aerului. Deplasarea avionului produce o rezistenţă din partea aerului, ceea ce furnizează aparatul. Forţa respectivă acţionează asupra oricărui corp aflat în mişcare, dar despre forţa de rezistenţă indusă nu putem vorbi decât în cazul avioanelor. Este vorba despre faptul că o parte din energia curentului de aer care trece deasupra aripii se va întoarce în direcţie opusă, împiedicând deplasarea avionului. Fenomenul este cauzat pe de-o parte de poziţia aripilor, pe de altă parte de turbulenţele de aer.
La decolare pilotul contracarează rezistenţa opusă de aer prin coborârea flapsurilor. Avionul va zbura la un nivel determinat, viteza lui fiind suficient de mare pentru ca forţa de propulsie să depăşească forţa de rezistenţă a aerului. Stabilizatoarele orizontale vor fi ridicate din nou, aparatul înâlţându-se la nivelul final. Avionul poate efectua un zbor orizontal în cazul în care greutatea proprie este egală cu forţa de ascensiune.

Schimbarea direcţiei

Avionul poate zbura spre destinaţie, dar pe parcurs va fi nevoit să vireze pentru a avansa în direcţia potrivită. Virajele se pot efectua cu ajutorul altor stabilizatoare, şi anume: cu eleroanele situate pe aripi şi cu deriva (sau cârma), componentă a ampenajului vertical.
Eleroanele se află pe bordul de scurgere a aripilor. Dacă pilotul vrea să întoarcă avionul la stânga, atunci va coborî eleronul de pe aripa dreaptă, crescând pe partea respectivă forţa de ascensiune. în acelaşi timp va ridica eleronul stâng, pe acea parte reducând forţa de ascensiune. Când avionul este înclinat spre stânga, odată cu eleroanele va trage cârma spre stânga, manevra fiind astfel completă. Apoi, dacă avionul este orientat spre direcţia dorită, pilotul retrage eleroanele şi derivă în poziţia normală.
Când avionul se apropie de destinaţie, pilotul trebuie să se pregătească pentru aterizarea în condiţii de siguranţă. Este un proces complex şi trebuie efectuat cu o precizie extraordinară, pentru ca nu cumva aparatul să piardă brusc din înălţime. în condiţii ideale pilotul va zbura în direcţia opusă vântului, curenţii de aer facilitând direcţionarea. Vântul lateral poate cauza probleme, deoarece poate dezechilibra avionul, şi îngreunează efectuarea manevrelor de aterizare.
Aterizare lină
Pentru aterizare pilotul reduce viteza şi coboară flapsurile şi profundoarele pentru ca botul să fie orientat în jos; va scade forţa dinamică de ascensiune, creşte forţa de rezistenţă a aerului, avionul începe să coboare. Când ajunge în apropierea pistei de aterizare, sunt ridicate stabilizatoarele orizontale, şi intră în funcţiune aripile adjuvante frontale, situate la bordul de atac al aripilor. Acestea măresc suprafaţa aripilor şi accentuează forţa de ascensiune. Rezultatul va fi înclinarea avionului pe plan orizontal, botul fiind orientat mai sus decât coada. Aceasta compensează scăderea forţei de ascensiune care rezultă din reducerea vitezei. Viteza avionului va fi atât de redusă, încât pentru câteva clipe pare că pluteşte deasupra pistei de aterizare.
Pentru reducerea vitezei se pun în funcţiune câteva flapsuri suplimentare. Acestea se află pe bordul de atac al aripilor şi se numesc spoilere. Acestea produc turbina-rea aerului, care la rândul lor vor mări forţa de rezistenţă a aerului şi depăşesc forţa de ascensiune.

Oprirea avionului

In această etapă vor fi coborâte roţile ceea ce măreşte în continuare forţa de frecare. 1 La început avionul va atinge solul cu roţile trenului de aterizare principale. Profundoarele vor fi coborâte, pentru ca botul să coboare şi roţile trenului frontal să atingă solul. Aparatul a aterizat complet. Flapsurile sunt coborâte complet, pentru a mări cât mai mult forţa de frecare. Sunt acţionate frânele de roată, iar aparatul se opreşte în final.