Tartalom
Az ember alkotta repülőgép ugyanazokkal a fizikai elvekkel repül, mint egy madár: a felvonulás és a repülés eléréséhez a gravitációs erőket le kell győznie. A repülőgépek szárnyai generálják a felvonót, és ezt úgy érik el, hogy a körülötte lévő levegő áramlását meghajlik. Szárnyak nélkül a repülőgép puszta autó.
Repülőgép erők
A repülőgépek - és a madarak - képesek repülni, mert kiegyensúlyozzák négy erőt: emelő, súly, húzás és tolóerő. Egy repülőgép akkor száll fel a levegőbe, amikor a felvonó - a szárnyak alsó felületén felfelé nyomó erő - meghaladja a sík súlyát a gravitációs erő miatt. Az emelést a sík, különösen a szárnyak körül a légáram hozza létre. A húzás a sík mozgásával szembeni ellenállás erő. Ez az erő növekszik a repülőgép megnövekedett sebességével, de csökken, ha a repülőgép sima vagy aerodinamikai alakú. A repülőgép motorja vagy meghajtórendszere, akár sugárhajtómű, akár légcsavar, tolóerőt generál a húzás legyőzéséhez.
Newton és Bernoulli
Két európai tudós magyarázta a repülőgépek repülésének alapelveit. Isaac Newton (1642–1727) az angol fizikus három mozgási törvényt felsorolt, amelyek minden mozgó tárgyra alkalmazandók. Az első az, hogy a tárgyak nyugalomban vagy egyenletes mozgásban maradnak, kivéve, ha külső erő hatására kényszerítik őket. A második kijelenti, hogy egy tárgyra irányított erő gyorsítja az erő irányába. A harmadik kijelenti, hogy minden erőnek létezik egyenlő és ellentétes erő. Daniel Bernoulli (1700–1782) a svájci matematikus úttörője volt a folyadékdinamika matematikai magyarázatának kidolgozásában, a folyadékok és a gázok áramlásának mechanikájában. Legfontosabb megállapítása, a Bernoulli-elv néven kijelenti, hogy a légáramlás sebességének növekedésével annak nyomása csökken.
Állásszög
A repülőgép szárnyait úgy tervezték, hogy kissé döntsenek a vízszintről, más néven a repülési út. Ezt a dőlésszöget támadási szögnek hívják, és ez a legfontosabb változó a felvonó generálásában. A repülőgép elindul, amikor a pilóta a motorból tolóerőt hajt végre, hogy a repülőgép előrehaladjon a földön. A pilóta az orrát felemelve felfelé fordítja a repülőgépet, hogy növelje a támadási szöget és elérje a felszállást. Túl nagy támadási szög azonban megállítja a repülőgépet.
Áramlás görbülete
A felvonót a repülőgép szárnyai körül levegő görbülése generálja. Amint a légáram eléri a szárny elülső oldalát, ketté oslik, némelyik a felső felület mentén áramlik, mások pedig az alatta lévő felület mentén. A szárny alakja kissé aszimmetrikus, nagyobb felülettel rendelkezik a felső oldalon. A légáram a felső felülethez tapad, miközben a szárny elülső és hátsó éle között mozog, és a nyomást a Bernoulli-elv szerint görbíti és csökkenti. Ahogy a repülőgép felgyorsítja a sebességet, a felvonó Newton második mozgási törvényének megfelelően növekszik. Ez viszont növeli a levegő görbületét a felső felületen, több levegőt kényszerítve le a szárnyak hátsó élétől. Ahogy a sík a levegőn mozog, az alsó szárnyak, amelyek a támadási szögben a légáram felé néznek, szintén lefelé irányítják a légáramot. Ez a lefelé irányuló légáram egyenlő és ellentétes reakciót generál a magas nyomású levegő felfelé történő áramlásában (Newton harmadik törvénye), növelve a felvonót és tartva a síkot levegőben.