Transport Aerian

1. Istoric

Apărute la începutul secolului XX, primele avioane cereau mult curaj şi îndemânare pentru a le pilota. În acea vreme, ele nu erau nici rapide, nici încăpătoare. Primul zbor cu aeroplanul a fost realizat în 1903, de către fraţii Orville şi Wilbur Wright. Louis Bleriot a fost primul pilot care a traversat Canalul Mânecii, în 1909. Charles Lindbergh a realizat prima traversare a Atlanticului, singur şi fără escală, în 1927. În 1933, Wiley Post a fost primul pilot de avion care a făcut singur turul lumii. A parcurs 25 000 km în 7 zile, 18 ore şi 49 de minute.

Avionul este o aerodină , prevăzută cu o suprafaţă portantă fixă ce asigură sustentaţia datorită vitezei de deplasare. Viteza de deplasare poate fi asigurată fie de acţiunea unor grupuri motopropulsoare, fie de acţiunea unei componente a greutăţii (în cazul zborului de coborâre sau al zborului fără motor).

2. Aerodinamica avionului

Asupra unei aeronave aflate în zbor acţionează patru forţe care trebuie să se afle în echilibru. O forţă în general poate fi interpretată ca o tragere sau o împingere asupra unui obiect într-o anumită direcţie.

2.1 Greutatea

Greutatea este o forţă orientată întotdeauna spre centrul pământului. Ea este direct proporţională cu masa avionului şi depinde de încărcarea sa. Deşi este distribuită asupra întregului aparat, ne putem imagina că ea este colectată şi acţionează asupra unui singur punct, numit centrul de greutate. În zbor, deşi aeronava se roteşte în jurul centrului de greutate, orientarea greutăţii rămâne tot spre centrul pământului. În timpul zborului greutatea scade constant datorită consumării combustibilului din rezervoare. Distribuţia greutăţii şi centrul de greutate se pot şi ele schimba, de aceea pilotul trebuie să ajusteze constant comenzile pentru a ţine avionul în echilibru.

2.2 Tracţiunea

Tracţiunea este asigurată de sistemul de propulsie. Valoarea tracţiunii depinde de mai mulţi factori asociaţi sistemului de propulsie: tipul motorului, numărul de motoare, comanda motorului, viteza şi înălţimea de zbor. În figura alăturată, cele două motoare ale avionului sunt dispuse sub aripi şi orientate paralel cu fuzelajul, deci tracţiunea va acţiona pe linia central longitudinală a fuzelajului. La unele avioane (de exemplu Hawker-Siddeley Harrier|Harrier direcţia tracţiunii poate varia în funcţie de evoluţia pe care o execută. De exemplu la decolare ea este orientată la un anumit unghi faţă de axa longitudinală a avionului, pentru a "ajuta" avionul să decoleze .Însă, la avioanele turboreactoare, deşi gazele de ardere sunt evacuate în direcţie opusă direcţiei de zbor, acest lucru face ca avionul să fie "împins" înainte, pe principiul acţiune <-> reacţiune descris de Newton: oricărei forţe de acţiune i se opune o forţă egală şi de sens contrar, numită reacţiune.

2.3 Rezistenţa la înaintare

Rezistenţa la înaintare (la mişcare) este forţa aerodinamică care se opune oricărui corp ce se deplasează într-un fluid. Mărimea acestei forţe este influenţată de mai mulţi factori: forma aeronavei, densitatea şi compoziţia aerului, viteza. Direcţia acestei forţe este întotdeauna opusă direcţiei de zbor şi putem considera că ea "se concentrează" într-un singur punct numit centru de presiune.

2.4 Portanţa

Portanţă este forţa care ţine avionul în aer şi trebuie înţeleasă în raport cu celelalte trei. Ea poate fi generată de orice parte a aeronavei, dar la un avion obişnuit portanţa este datorată în special aripii şi în particular formei specifice în secţiune a aripii. Portanţa este o forţă aerodinamică datorată "trecerii" unui obiect printr-un fluid. Ea acţionează asupra centrului de presiune şi este definită ca fiind perpendiculară pe direcţia de curgere a fluidului.

Teoriile despre generarea forţei portante au devenit surse de controverse şi subiect de discuţii aprinse. Deşi explicaţia exactă şi completă este destul de dificil de înţeles fără aparatul matematic adecvat, acest articol încearcă să expună principiile ei.

Schimbarea direcţiei sau vitezei unei curgeri de fluid generează o forţă. Mai exact, portanţa apare atunci când curgerea unui fluid este "întoarsă" de către un obiect solid. Când curgerea este deviată într-o anumită direcţie, portanţa apare în direcţia opusă, în concordanţă cu principiul acţiunii şi reacţiunii al lui Newton. Dat fiind că aerul este un fluid, moleculele sunt libere în mişcare şi orice suprafaţă solidă poate devia curgerea. Pentru o secţiune de aripă – numită profil aerodinamic – ambele sale suprafeţe, de sus – extrados şi respectiv de jos – intrados contribuie la întoarcerea curgerii. Luând în considerare doar una dintre suprafeţe, ajungem la o teorie incorectă a portanţei, de aceea ele se abordează împreună.

Când două obiecte solide interacţionează într-un proces mecanic, forţele sunt transmise sau aplicate într-un „punct de contact”. Dar când un corp solid interacţionează cu un fluid, lucrurile sunt mult mai greu de descris, datorită faptului că fluidul îşi schimbă forma. Pentru un solid care este imersat într-un fluid, punctul de contact este orice punct de pe suprafaţa solidului. Deci avem de a face cu o forţă distribuită, adică cu o presiune.

Valoarea unei forţei care acţionează asupra unei suprafeţe este egală cu presiunea înmulţită cu aria suprafeţei respective. Presiunea este o unitate scalară legată de distribuţia de presiunii din fluid. O forţă este o unitate vectorială, care are valoare şi direcţie, trebuie deci determinată direcţia forţei. Presiunea acţionează perpendicular sau normal pe suprafaţa unui corp solid, deci direcţia forţei pe o suprafaţă foarte mică a obiectului este normală la suprafaţă. Direcţia normală se schimbă de-a lungul profilului deoarece acesta are o suprafaţă curbată. Pentru a obţine forţa mecanică netă peste întregul profil trebuie adunate contribuţiile componentelor tuturor suprafeţelor mici ale obiectului. Este important de ştiut faptul că dacă presiunea pe o suprafaţă închisă este constantă, atunci nu există nici o forţă rezultantă, deoarece suma tuturor forţelor mici pe direcţiile normale dă valoarea zero. (Pentru fiecare mică suprafaţă, există o altă mică suprafaţă a cărei normală este orientată în exact direcţia opusă normalei primei suprafeţe.)