Высовывали ли вы когда-нибудь руку из окна мчащегося автомобиля, позволяя потокам ветра поднимать ее? Если да, то вы уже чуть лучше представляете, как крыло помогает самолету летать. Когда рука поднимается и опускается в стремительных потоках воздуха, вы чувствуете силу воздуха, струями обтекающего вашу руку.
Но свободный полет руки показывает, что из нее получится не очень хорошее крыло. У руки совсем неправильные очертания, и ветер не может плавно ее обтекать. Так что сколько руками не маши, ты не взлетишь и птицей не станешь.
А вот тонкая изогнутая пластинка в форме птичьего крыла может поднять даже тяжелый самолет (с пассажирами внутри) высоко в воздух. Все крылья пассажирских реактивных самолетов имеют одинаковую форму: передняя часть крыла, на которую налетает поток ветра, закругленная, а затем крыло постепенно сужается. Такие формы мы называем обтекаемыми. Когда воздух встречается с закругленной частью, он плавно скользит по склону крыла, обтекает его и уносится прочь. Одновременно воздух течет и по нижней кромке крыла.
Под крылом потоки воздуха стремятся вверх, поднимая крыло. Но, как ни странно, большая часть этой подъемной силы берется от потоков воздуха с более круто изогнутого верха крыла.
Почему? Потому что по крутому склону верха крыла воздух летит быстрее и создает меньшее давление на верхнюю кромку крыла (этот принцип был открыт швейцарским математиком Даниилом Бернулли в XVIII веке, задолго до того, как первый самолет поднялся в небо). Более высокое давление под крылом толкает крыло вверх, в область более низкого давления. Это и есть та подъемная сила, которая позволяет самолету летать.
Насколько высоко может подняться самолет, обычно зависит от формы крыла, угла, под которым крыло встречает поток воздуха, и скорости самолета. Вес самолета также очень важен, поскольку гравитация (сила тяжести) постоянно тянет самолет вниз. Конструкторы самолетов пытаются максимально уменьшить вес машин. Пилоты же должны быть уверены, что общий вес пассажиров, топлива и багажа не будет превышать допустимый (рассчитанный для этого самолета) вес.
Очевидно, что обтекаемая форма крыла — основная составляющая способности самолета летать. Но иногда погода может вызывать катастрофические изменения формы крыла. Каким образом? На земле зимой или высоко в облаках, где погода часто холодная и влажная, на крыльях могут образовываться снег и лед. Даже тонкий слой льда или небольшое количество снега изменяет форму крыла, делая его более грубым.
Вместо того чтобы мягко обтекать крыло, как вода по водостоку, воздух будет завихряться, образуя непредсказуемые потоки, бесполезные для подъема самолета. Самолет с ледяной коркой может не взлететь или потерять при взлете подъемную силу. Если же обледенение началось уже в воздухе, то он может упасть.
Вот почему крылья зимой очищаются ото льда, а в полете горячий воздух от двигателей самолета или специальных нагревателей прогоняется по внутренней части крыльев, препятствуя их замерзанию.
Самолет взлетает, используя мощные двигатели для набора скорости на взлетной полосе. Воздух заходит в двигатели, имеющие открытую переднюю часть. Часть этого воздуха сжимается и смешивается с высокоэнергетичным реактивным топливом. Топливо сгорает, температура возрастает до 760—1037 С, создавая очень горячие газы. Далее эти горячие газы вырываются из сопла двигателя, толкая самолет вперед.
Как ни странно, но подъемная сила, воздействующая на самолет, зависит в большей степени от воздуха, обтекающего верхнюю часть крыла, а не нижнюю.
Когда самолет набирает скорость, ветер с огромной скоростью проносится над его крыльями и под ними, и постепенно самолет отрывается от земли. Самолет может летать, потому что поднимающая его сила, воздействующая на крылья, больше или равна его весу. Поскольку вес — это сила гравитации (тяготения), тянущая самолет к земле, полет возможен тогда, когда эти две силы сбалансированы.
Трудно поверить в то, что воздух, который вроде бы кажется невесомым, в состоянии поднимать 260-тонный гигантский авиалайнер. Но не нужно недооценивать воздух. Пока вы читаете это, около килограмма воздуха давит на каждый квадратный сантиметр вашего тела. Воздух — это огромный невидимый океан. Как вода может удерживать плывущего ребенка, так и воздух поддерживает парящую в небе птицу или самолет.
