10 luftfartsinnovationer ons være fast på jorden uden

Den 1. juni, 2009, Air France Flight 447 faldt uventet ned, hundredvis af fod i sekundet, før den slog maven ned i Atlanterhavet, skære flyet fra hinanden og dræbe alle 228 passagerer og besætningsmedlemmer. Over tid, ulykkesundersøgere var i stand til at samle det, der gik galt den skæbnesvangre nat:En kombination af hårdt vejr, udstyrsfejl og besætningsforvirring fik flyet til at gå i stå og falde ned fra himlen.

Flight 447 sendte en chokbølge gennem luftfartsindustrien. Flyet - en Airbus A330 - var et af verdens mest pålidelige fly, uden registrerede dødsfald, der flyver kommercielt indtil den dødsdømte Air France -flyvning. Derefter afslørede ulykken den skræmmende sandhed:Tungere køretøjer end luft kører under meget snævre tolerancer. Når alt er fem for fem, et fly gør, hvad det skal gøre - flyver - med næsten ingen tilsyneladende indsats. I virkeligheden, dets evne til at forblive højt afhænger af et komplekst samspil mellem teknologier og kræfter, alle arbejder sammen i en delikat balance. Forstyrre den balance på nogen måde, og et fly vil ikke kunne komme af jorden. Eller, hvis det allerede er i luften, den vender tilbage til jorden, ofte med katastrofale resultater.

Denne artikel vil undersøge den fine grænse mellem at flyve højt og at falde hurtigt. Vi betragter 10 innovationer som kritiske for et moderne flys struktur og funktion. Lad os begynde med den ene struktur - vinger - alle flyvende objekter besidder.

1. Airfoil
2. Propel
3. Flymotor
4. Jet Fuel
5. Flyvekontroller (fly-by-wire)
6. Aluminium og aluminiumlegeringer
7. Autopilot
8. Pitot -rør
9. Luft trafik kontrol
10. Landingsstel

10:Airfoil

Fugle har dem. Det samme gør flagermus og sommerfugle. Daedalus og Icarus donned dem for at undslippe Minos, konge af Kreta. Vi taler om vinger, selvfølgelig, eller flyveplader , hvilken funktion til at give et fly lift. Airfoils har typisk en let dråbeform, med en buet overflade og en fladere underflade. Som resultat, luft, der strømmer over en vinge, skaber et område med højere tryk under vingen, fører til den opadgående kraft, der får et fly fra jorden.

Interessant nok, nogle videnskabelige bøger påberåber Bernoullis princip om at forklare den opløftende historie om flyveplader. Ifølge denne logik, luft, der bevæger sig over en vings øvre overflade, skal rejse længere - og derfor skal rejse hurtigere - for at nå frem til bagkanten på samme tid som luft, der bevæger sig langs vingens nedre overflade. Forskellen i hastighed skaber en trykforskel, fører til lift. Andre bøger afviser dette som svineri, foretrækker i stedet at stole på Newtons gennemprøvede love om bevægelse:Vingen skubber luften ned, så luften skubber vingen op.

9:Propeller

Tungere end luftflyvning begyndte med svævefly - lette fly, der kunne flyve i lange perioder uden brug af motor. Svævefly var luftfartens flyvende egern, men pionerer som Wilbur og Orville Wright ønskede en maskine, der kunne efterligne falke, med stærk, drevet flyvning. Det krævede et fremdrivningssystem for at give tryk. Brødrene designede og byggede de første flypropeller, samt dedikeret firecylindret, vandkølede motorer for at dreje dem.

I dag, propeldesign og -teori er nået langt. I det væsentlige, en propel fungerer som en snurrende vinge, giver lift, men i en fremadrettet retning. De findes i en række forskellige konfigurationer, fra to blade, faste skruer til fire- og otte-bladede modeller med variabel stigning, men de gør alle det samme. Når knivene roterer, de afleder luften bagud, og denne luft, takket være Newtons handlingsreaktionslov, skubber frem på knivene. Den kraft er kendt som tryk og arbejder på at modsætte sig træk , den kraft, der bremser et flys bevægelse fremad.

8:Jetmotor

I 1937, luftfarten tog et kæmpe spring fremad, da den britiske opfinder og ingeniør Frank Whittle testede verdens første jetmotor. Det fungerede ikke som datidens stempelmotorstøttefly. I stedet, Whittles motor sugede luft gennem fremadvendte kompressorblade. Denne luft kom ind i et forbrændingskammer, hvor det blandede sig med brændstof og brændte. En overophedet strøm af gasser skyndte sig derefter ud af udstødningsrøret, skubber motoren og flyet frem.

Hans Pabst van Ohain fra Tyskland tog Whittles grundlæggende design og drev den første jetflyfly i 1939. To år senere, den britiske regering fik endelig et fly - Gloster E.28/39 - fra jorden ved hjælp af Whittles innovative motordesign. Ved afslutningen af ​​Anden Verdenskrig, Gloster Meteor jetfly, som var successive modeller fløjet af piloter fra Royal Air Force, jagtede ned tyske V-1 raketter og skød dem fra himlen.

I dag, turbojet -motorer er primært forbeholdt militære fly. Kommercielle passagerfly bruger turbofanmotorer, som stadig indtager luft gennem en fremadrettet kompressor. I stedet for at brænde al den indkommende luft, turbofanmotorer tillader noget luft at strømme rundt om forbrændingskammeret og blandes med strålen af ​​overophedede gasser, der forlader udstødningsrøret. Som resultat, turbofanmotorer er mere effektive og producerer langt mindre støj.

7:Jet Fuel

Tidlige stempeldrevne fly brugte de samme brændstoffer som din bil-benzin og diesel. Men udviklingen af ​​jetmotorer nødvendiggjorde en anden slags brændstof. Selvom et par skøre vingemænd talte for brug af jordnøddesmør eller whisky, luftfartsindustrien hurtigt afgjort på petroleum som det bedste brændstof til kraftige jetfly. Petroleum er en bestanddel af råolie, opnået, når råolie destilleres, eller adskilt, i dets bestanddele.

Hvis du har en petroleumsvarmer eller lampe, så kender du måske det halmfarvede brændstof. Kommercielle fly, imidlertid, kræve en højere kvalitet af petroleum end brændstof, der bruges til husholdningsformål. Jetbrændstoffer skal brænde rent, alligevel skal de have et højere flammepunkt end bilbrændstoffer for at reducere brandrisikoen. Jetbrændstoffer skal også forblive flydende i den kolde luft i den øvre atmosfære. Raffineringsprocessen eliminerer alt suspenderet vand, som kan blive til ispartikler og blokere brændstofledninger. Og frysepunktet i selve petroleum kontrolleres omhyggeligt. De fleste jetbrændstoffer fryser ikke, før termometeret når minus 58 grader Fahrenheit (minus 50 grader Celsius).

6:Flyvekontroller (fly-by-wire)

Det er en ting at få et fly op i luften. Det er en anden ting at kontrollere det effektivt uden at styrte tilbage til jorden. I et simpelt let fly, piloten sender styrekommandoer via mekaniske forbindelser til styreflader på vingerne, finne og hale. Disse overflader er, henholdsvis, ailerons, elevatorer og roret. En pilot bruger ailerons til at rulle fra side til side, elevatorer til at stige opad eller nedad, og roret til at gabe babord eller styrbord. Drejning og bank, for eksempel, kræver samtidig handling på både ailerons og roret, hvilket får vingen til at dyppe ned i svinget.

Moderne militære og kommercielle passagerfly har de samme kontrolflader og drager fordel af de samme principper, men de gør op med mekaniske forbindelser. Tidlige innovationer omfattede hydraulisk-mekaniske flyvekontrolsystemer, men disse var sårbare over for kampskader og fyldte meget. I dag, næsten alle store fly er afhængige af digitalt fly-by-wire systemer, som foretager justeringer af kontrolflader baseret på en indbygget computers beregninger. Sådan sofistikeret teknologi gør det muligt at flyve et komplekst kommercielt passagerfly af kun to piloter.

5:Aluminium og aluminiumlegeringer

I 1902, Wright-brødrene fløj datidens mest sofistikerede fly-et enkeltpersoners svævefly med muslin "hud" strakt over en granramme. Over tid, træ og stof gav plads til lamineret træ monokoque , en flykonstruktion, hvor flyets hud bærer nogle eller alle belastningerne. Monocoque skrog tilladt stærkere, mere strømlinede fly, hvilket førte til en række hastighedsrekorder i begyndelsen af ​​1900'erne. Desværre, træet, der blev brugt i disse fly, krævede konstant vedligeholdelse og forringedes, når det blev udsat for elementerne.

I 1930'erne, næsten alle luftfartsdesignere foretrak konstruktion af metal frem for lamineret træ. Stål var en oplagt kandidat, men det var for tungt til at lave et praktisk fly. Aluminium, på den anden side, var let, stærk og let at forme til forskellige komponenter. Fuselages med børstede aluminiumspaneler, holdt sammen af ​​nitter, blev et symbol på den moderne luftfartstid. Men materialet kom med sine egne problemer, den mest alvorlige er metaltræthed. Som resultat, producenter udtænkte nye teknikker til at opdage problemområder i et flys metaldele. Vedligeholdelsespersonale bruger ultralydsscanning i dag til at opdage revner og belastningsbrud, selv små fejl, der muligvis ikke er synlige på overfladen.

4:Autopilot

I de tidlige dage af luftfarten, flyvninger var korte, og en pilots største bekymring var ikke at styrte til jorden efter et par spændende øjeblikke i luften. Efterhånden som teknologien blev forbedret, imidlertid, stadig længere flyvninger var mulige - først på tværs af kontinenter, derefter på tværs af oceaner, derefter rundt om i verden. Pilot træthed blev en alvorlig bekymring på disse episke rejser. Hvordan kunne en enlig pilot eller et lille besætning holde sig vågen og opmærksom i timevis, især under ensformige sessioner med cruising i højder?

Indtast den automatiske pilot. Opfundet af Lawrence Burst Sperry, søn af Elmer A. Sperry, det autopilot , eller automatisk flyvekontrolsystem knyttet tre gyroskoper til et flys overflader, der kontrollerer tonehøjde, rulle og gabe. Enheden foretog korrektioner baseret på afvigelsesvinklen mellem flyveretningen og de originale gyroskopiske indstillinger. Sperrys revolutionerende opfindelse var i stand til at stabilisere normal cruisingflyvning, men det kunne også udføre uden hjælp og start.

Det moderne flykontrolsystem til moderne fly adskiller sig lidt fra de første gyroskopiske autopiloter. Bevægelsessensorer - gyroskoper og accelerometre - indsamler oplysninger om flyets holdning og bevægelse og leverer disse data til autopilotcomputere, som udsender signaler til kontroloverflader på vingerne og halen for at opretholde en ønsket kurs.

3:Pitot -rør

Piloter skal holde styr på en masse data, når de er i cockpittet på et fly. Lufthastighed - et flys hastighed i forhold til luftmassen, det flyver igennem- er en af ​​de vigtigste ting, de overvåger. For en bestemt flyvekonfiguration, det være sig landing eller økonomikrydstogt, et flys hastighed skal forblive inden for et ret snævert værdiområde. Hvis den flyver for langsomt, det kan lide en aerodynamisk bod, når der ikke er tilstrækkelig løft til at overvinde den nedadgående tyngdekraft. Hvis den flyver for hurtigt, det kan lide strukturelle skader, såsom tab af klapper.

På kommercielle fly, pitotrør bære byrden ved at måle lufthastighed. Enhederne får deres navn fra Henri Pitot, en franskmand, der havde brug for et værktøj til at måle hastigheden af ​​vand, der strømmer i floder og kanaler. Hans løsning var et slankt rør med to huller - et foran og et på siden. Pitot orienterede sin enhed, så det forreste hul vendte opstrøms, tillader vand at strømme gennem røret. Ved at måle trykforskellen i for- og sidehullerne, han kunne beregne vandets hastighed.

Flyingeniører indså, at de kunne opnå det samme ved at montere pitotrør på kanten af ​​vingerne eller stikke op fra skroget. I den position, den bevægelige luftstrøm flyder gennem rørene og muliggør en nøjagtig måling af flyets hastighed.

2:Lufttrafikkontrol

Indtil nu, denne liste har fokuseret på flykonstruktioner, men en af ​​de vigtigste luftfartsinnovationer - faktisk en samling innovationer - er luft trafik kontrol , systemet, der sikrer, at fly kan starte fra en lufthavn, rejse hundredvis eller tusinder af miles og lande sikkert i en destinationslufthavn. I USA, mere end 20 lufttrafikkontrolcentre overvåger flyvemaskiners bevægelse over hele landet. Hvert center er ansvarligt for et defineret geografisk område, så som et fly flyver langs sin rute, den overdrages fra det ene kontrolcenter til det næste. Når flyet ankommer til sin destination, kontrollere overførsler til lufthavnens trafiktårn, som giver alle retninger for at få flyet på jorden.

Overvågningsradar spiller en central rolle i lufttrafikkontrollen. Faste jordstationer, placeret i lufthavne og på kontrolcentre, udsender radiobølger med kort bølgelængde, der rejser til fly, slå dem og hoppe tilbage. Disse signaler gør det muligt for flyveledere at overvåge flypositioner og kurser inden for en given mængde luftrum. På samme tid, de fleste kommercielle fly bære transpondere , enheder, der overfører flyets identitet, højde, kurs og hastighed ved "afhøring" af radar.

1:Landingsudstyr

At lande et kommercielt passagerfly virker som en af ​​teknologiens mest usandsynlige bedrifter. Et fly skal ned fra 35, 000 fod (10, 668 meter) til jorden og langsom fra 650 miles (1, 046 kilometer) til 0 miles i timen. Åh, ja, og den skal placere hele sin vægt - omkring 170 tons - på bare et par hjul og stivere, der skal være stærke, alligevel helt indtrækkelig. Er det underligt, at landingsudstyr indtager nr. 1 på vores liste?

Frem til slutningen af ​​1980'erne, flertallet af civile og militære fly brugte tre grundlæggende konfigurationer for landingsudstyr:et hjul pr. to hjul side om side på en stiver eller to side-by-side hjul ved siden af ​​to ekstra side-by-side hjul. Efterhånden som fly blev større og tungere, landingssystemer blev mere komplekse, både for at reducere belastningen på hjulet og fjederbenene, men også for at reducere kræfter, der anvendes på landingsbaner. Landingsudstyret til et Airbus A380 superjumbo passagerfly, for eksempel, har fire undervogne - to med fire hjul hver og to med seks hjul hver. Uanset konfiguration, styrke er langt vigtigere end vægt, så du finder stål og titanium, ikke aluminium, i metalkomponenterne i et landingsstel.

Masser mere information

Forfatterens note

Orville Wright sagde engang:"Flyet holder op, fordi det ikke har tid til at falde." Efter at have skrevet dette, Jeg vil kalde det en underdrivelse af episke proportioner.

relaterede artikler

• 10 innovationer, der førte til den moderne kugle
• 10 Innovationer inden for vandkraft
• Sådan fungerer fly
• Sådan fungerer helikoptere
• Quiz:Flymyter og fakta

Kilder

• "fly". Encyclopædia Britannica Online. Encyclopædia Britannica Inc. (25. marts, kl. 2013) http://www.britannica.com/EBchecked/topic/11014/airplane/64170/Additional-Reading
• Air BP. "Jet Fuel's historie." (25. marts, 2013) http://www.bp.com/sectiongenericarticle.do?categoryId=4503664&contentId=57733
• Anderson, John. "VINGER:Fra Wright -brødrene til nutiden." AirSpace Blog, National Air and Space Museum. 17. december kl. 2011. (25. marts, 2013) http://blog.nasm.si.edu/aviation/wings-from-the-wright-brothers-to-the-present/
• Armstrong, Paul. "Er mysteriet i Air France Flight 447 endelig blevet løst?" CNN. 5. juli, 2012. (25. marts, 2013) http://www.cnn.com/2012/07/04/world/europe/air-france-flight-447-explainer
• Borrell, Brendan. "Hvad er et pitotrør?" Videnskabelig amerikansk. 9. juni kl. 2009. (25. marts, kl. 2013) http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=what-is-a-pitot-tube
• Låner, David. A. "Lufthastighed." AOPA flyvetræning. (25. marts, 2013) http://flighttraining.aopa.org/students/maneuvers/topics/airspeed.html
• CNN Travel. "Boeing 747-8 vs. Airbus A380-flyselskabets giganter vender ud." 17. december kl. 2011. (25. marts, 2013) http://travel.cnn.com/explorations/life/boeing-747-8-and-airbus-a380-death-match-152563
• Goodrich landingsudstyr. "Landingsstel." (25. marts, 2013) http://www.goodrich.com/Goodrich/Businesses/Landing-Gear/Products/Large-Commercial-Aircraft/Large-Commercial-Aircraft
• Nationalmuseet for det amerikanske luftvåben. "Tungere end luftflyvning." 1. april kl. 2009. (25. marts, kl. 2013) http://www.nationalmuseum.af.mil/factsheets/factsheet.asp?id=14189
• Scheck, William. "Lawrence Sperry:Autopilot Inventor og Aviation Innovator." HistoryNet.com. 12. juni kl. 2006. (25. marts, 2013) http://www.historynet.com/lawrence-sperry-autopilot-inventor-and-aviation-innovator.htm
• Smithsonian National Air and Space Museum. "Svæveflyet fra 1902." (25. marts, 2013) http://airandspace.si.edu/wrightbrothers/fly/1902/glider.cfm
• Smithsonian National Air and Space Museum. "Hvordan tingene flyver." (25. marts, 2013) http://howthingsfly.si.edu/
• Svane, Nacressa, producent. "Crash of Flight 447." NOVA. 16. februar kl. 2011. (25. marts, 2013) http://www.pbs.org/wgbh/nova/space/crash-flight-447.html
• Wright, Michael og Mukul Patel. "Sådan fungerer tingene i dag." Crown Forlag. 2000.