Mis on lennuki aerodünaamika?

Lennuki aerodünaamika käsitleb õhu ja lennumasina vahelisi koostoimeid, mis vastutavad lennu loomise ja säilitamise eest. Sellised tegurid nagu rõhk, kiirus ja kaal on olulised aerodünaamiliste põhimõtete üldiselt ja eriti lennuki aerodünaamika mõistmisel. Lennuki tiiva ja ümbritseva õhu koosmõjul tekkivad tõstetingimused on üliolulised. Tõmbejõud ehk takistus ja edasiliikumine – hõlmavad muid lennuki aerodünaamika põhimõisteid.

Aerodünaamika üldiselt puudutab seda, kuidas teatud jõud mõjutavad objektide liikumist õhus. Sellisena võib aerodünaamika mõjutada kõike alates mänguasjast nagu tuulelohe või pall kuni suure transpordimasinani nagu lennuk. Liikuv objekt mõjutab maa atmosfääri moodustavat gaasilist õhku. See õhk omakorda mõjutab objekti.

Õhu koostise mõistmine võib lennuki aerodünaamikat rohkem valgustada. Õhku peetakse füüsiliseks kehaks, kuna sellel on kaal ja mass. Erinevalt tahketest kehadest on õhus leiduvad molekulid aga lõdvalt ühendatud. Õhukeha võib seetõttu kergesti muuta kuju ja suunda, kui sellele avaldatakse survet. Kõrguse kasvades gravitatsioonijõudude poolt õhule avaldatav rõhk langeb, mis toob kaasa kaalukaotuse, mida kõrgemale õhk tõuseb. Nii niiskuse tõus kui ka temperatuuri tõus võivad samuti mõjutada kaalu või tihedust.

Õhu kaal tekitab survet läbi õhu liikuvate esemete vastu. Seda rõhku mõõdetakse ja see toimib erinevatele lennuki instrumentidele, sealhulgas manomeetrile ja kiiruse näidikule. Rõhumuutused võivad mootori õhupuuduse tõttu vähendada lennuki võimsust, vähendada propelleri efektiivsust ja mõjutada lennuki aerodünaamika alust: tõstejõudu.

Üks tegur, mis võib rõhu suurust mõjutada, on kiirus. Bernoulli printsiibina tuntud populaarse seletuse kohaselt mõjutaks kiirendav kiirus survet vastupidiselt. Sellist mõju avaldab lennukitiib õhurõhule, kui see liigub. Madal rõhk tekitab Magnuse efekti, mis koosneb ülespoole liikuvast jõust ehk tõstest.

Tiiva ehk tiiva konstruktsioon aitab luua tõstuki tekitamiseks vajalikud rõhutingimused. Enamikul lennukitel on tiiva ülemine osa rohkem kumer, nagu ka esiosa. See toob kaasa pinnakiiruse erinevuse, kuna molekulid peavad kumerates piirkondades liikuma kaugemale ja kiiremini, hõlbustades sellest tulenevalt madalamat survet tiiva ülaosale. Õhk tiiva all võib seejärel säilitada ülespoole liikumist.

Mõned teadlased aga usuvad, et Bernoulli põhimõte ei suuda selgitada lennukite või muude ebatraditsioonilise tiivastruktuuriga masinate lennuvõimet. Pigem saab lennuki aerodünaamikat seletada Isaac Newtoni füüsikateooriate lihtsate rakendustega. Üldiselt paneb lennuki jõuallikas ehk mootor tiiva suure kiirusega või kiirusega vastu õhku suruma. See sunnib tohutul hulgal õhku tiiva alla. Õhu allapoole suunatud liikumine tekitab seega tiiva ümber tõstmise.

Lennukid loovad tõukejõu, mis võimaldab neil propellerite ja reaktiivmootorite kaudu edasi liikuda. Endine jõuallikas töötab nagu hiiglaslik ventilaator, mis surub tõukejõu saamiseks vastu õhku. Reaktiivmootorid kasutavad tõukejõu tekitamiseks ja säilitamiseks kütust ja muid energiaallikaid. Lendamiseks peavad õhusõidukid ületama loomuliku takistuse, millega nad õhus liikudes kokku puutuvad, mida nimetatakse ka takistuseks.