 |
להתגבר על שני כוחות |
כדי לבצע תנועה באוויר יש להתגבר על שני כוחות הנובעים מסיבות שונות. הכוח הראשון שעליו יש להתגבר כדי לאפשר המראה וניתוק מן הקרקע, הוא כוח הכבידה המתבטא במשקל כלי הטיס. הכוח השני נובע מן הצמיגות של האוויר, כלומר מההתנגדות של האוויר לתנועה דרכו. כדי להבין איך כוחות אלה פועלים ומה יש לעשות כדי להתגבר עליהם, נתבונן במטוס שטס בטיסה אופקית וישרה, כלומר בגובה ובמהירות קבועים וללא השפעת רוחות. מכיון שהמטוס שלנו קטן בהרבה מעקמומיות כדור הארץ, ניתן לומר שמסלול הטיסה הוא קו ישר במרחב. במקרה כזה, לפי חוקי ניוטון, כל הכוחות הפועלים על המטוס מאפסים זה את זה. כוח העילוי L מתנגד ושווה בדיוק למשקל המטוס W, וכוח הדחף של המנועים T שווה ומתנגד להתנגדות האוויר D.
|
איך מייצרים עילוי? |
ניתן לייצר עילוי בדרכים שונות. לדוגמה, בלון אוויר חם מייצר כוח עילוי (הנקרא סטטי, כי הוא אינו זקוק למהירות יחסית לאוויר) על ידי הפרש צפיפויות. אופן אחר של השגת הפרש כזה הוא על ידי ציפה, כמו שקורה כאשר ממלאים את הבלון בגז קל מן האוויר (מימן או הליום) כדי ליצור את הכוח כלפי מעלה. לעומת זאת, כאשר רוצים להטיס גוף שהוא כבד מן האוויר כגון מטוס, יש להשיג עילוי על ידי יצירת מהירות יחסית בין חלקי הגוף לבין האוויר.
כבר במאה ה-17 גילו, שאוויר, כתוצאה מחוק שימור האנרגיה, יימצא בלחץ נמוך יותר ככל שמהירותו גדלה ( חוק BERNOULLI). מכאן, שאם מתכננים משטחים בהם ניתן לייצר הפרש מהירויות, ייווצר לחץ נמוך יותר במקומות בהם המהירות גבוהה יותר. אנו נדאג לכן לייצר משטחים שיביאו למהירות גבוהה יותר בצדם העליון, כך שייוצר הפרש לחצים. הפרש לחצים כזה, הפועל על שטח גדול כגון כנף, מביא לקבלת כוח לכיוון הלחץ הנמוך יותר, כלומר בכיוון מעלה. זה יהיה עילוי דינמי, התלוי במהירות הטיסה (בריבוע) ולכן מטוס חייב להגיע למהירות גבוהה יחסית כדי שיוכל להמריא.
|
ומה קורה במהירות גבוהה? |
כאשר מגיעים למהירויות טיסה גבוהות במיוחד, קרוב למהירות הקול (כ- 1200 קמ"ש בגובה פני הים) ישנן תופעות נוספות המשפיעות על העילוי, כגון גלי הלם - המתחזקים מאד כאשר המטוס נע במהירות גדולה ממהירות הקול (מספר מאך גדול מאחד). בתחום זה יש לעשות תכנון שונה של הכנפיים.
|
התגברות על הגרר |
כדי לייצר עילוי דינמי, כאמור, יש לנוע במהירות ביחס לאוויר שבסביבה. עובדה זו גורמת לתופעת לוואי בלתי נמנעת - התנגדות האוויר, הנקראת גם - גרר. אם לא יפעילו על המטוס כוח מניע, הוא לא יוכל להתמיד בטיסתו, מהירותו תואט והוא ייאלץ לנחות. לכן דרוש מנוע שיספק את הכוח המתנגד לגרר ויאפשר טיסה במהירות קבועה. אולם, כדי לטוס בצורה יעילה יש למזער את הגרר. את זאת משיגים על ידי הקטנת שטח המגע של המטוס עם האוויר ככל שאפשר. למשל, על ידי תכנון צורות "אווירודינמיות" המסיטות מעט ככל האפשר את האוויר ודואגים לחלקות של המשטחים. כך מקטינים את הגרר וכך גם חוסכים בדלק למטוס. החיסכון בדלק מביא להקטנת המשקל הכולל ולכן גם להקטנת העילוי הדרוש.
