Kako se avioni propelerima i potiskom krila održavaju u zraku

Kako se avioni održavaju u zraku: sila uzgona i potisak

Letenje je jedno od najvećih dostignuća čovječanstva, ali mnogi se pitaju kako teška metalna konstrukcija uopće može ostati u zraku. Odgovor leži u temeljnim zakonima fizike – posebno u aerodinamici i Newtonovim zakonima gibanja. Avioni se ne "drže" u zraku slučajno, već zahvaljujući preciznoj kombinaciji oblika krila, brzine i sile potiska.

Uzgon – temeljna sila koja nosi avion

Srce letenja je sila uzgona (engl. lift). Ona nastaje zbog posebnog oblika presjeka krila, koji se naziva aeroprofil. Gornja površina krila je zakrivljena i dulja od donje, ravnije strane. Kada zrak nailazi na krilo, mora se podijeliti – dio ide gore, dio dolje.

Zahvaljujući duljem putu koji struja zraka mora prijeći po gornjoj strani, taj zrak putuje brže. Prema Bernoullijevom principu, brža struja zraka stvara niži tlak. Posljedica je jasna:

Iznad krila vlada niži tlak
Ispod krila vlada viši tlak
Ta razlika tlakova gura krilo (i cijeli avion) prema gore

Osim Bernoullijevog efekta, važnu ulogu igra i Newtonov treći zakon: krilo odguruje zrak prema dolje, a zrak zauzvrat gura krilo prema gore. Oba mehanizma zajedno čine uzgon dovoljno snažnim da podigne i višetonski putnički zrakoplov.

Uloga propelera i mlaznih motora

Uzgon sam po sebi nije dovoljan – avion mora biti u gibanju da bi zrak strujao preko krila. Tu nastupa potisak. Kod manjih zrakoplova tu funkciju obavljaju propeleri, dok moderni putnički avioni koriste mlazne motore.

Kako radi propeler?

Propeler nije ništa drugo nego rotirajuće krilo. Svaka lopatica propelera ima isti aeroprofilni presjek kao i krilo aviona – samo što se ona ne kreće naprijed, nego se vrti. Tom rotacijom propeler "zagrabi" zrak i gura ga prema natrag, a prema Newtonovom trećem zakonu, zrak gura avion prema naprijed. Ta sila naprijed je potisak.

Mlazni motori – potisak na visokoj razini

Moderni mlazni motori rade po sličnom principu, ali puno intenzivnije:

Kompresori uvlače i sabijaju zrak
U komori izgaranja miješa se sabijeni zrak s kerozinom koji izgara
Vrući plinovi istječu velikom brzinom prema natrag
Reakcijska sila gura avion naprijed

Što je veći potisak, to avion može postići veću brzinu – a veća brzina znači više uzgona na krilima.

Napadni kut i kontrola leta

Piloti mogu utjecati na količinu uzgona promjenom napadnog kuta (kuta pod kojim krilo "napada" zrak). Nakošenjem krila prema gore povećava se uzgon, ali i otpor zraka. Zato postoji optimalni kut za svaku fazu leta – polijetanje, krstarenje i slijetanje zahtijevaju različite postavke.

Za povećanje uzgona pri manjim brzinama (polijetanje i slijetanje) piloti koriste zakrilca – pomične dijelove stražnjeg ruba krila koji povećavaju zakrivljenost aeroprofila i time pojačavaju uzgon čak i pri manjoj brzini.

Ravnoteža četiri sile

U stabilnom horizontalnom letu avion je u ravnoteži četiriju sila:

Uzgon – djeluje prema gore, suprotstavlja se težini
Težina – gravitacija vuče avion prema dolje
Potisak – gura avion prema naprijed
Otpor zraka – usporava avion u letu

Kada su te četiri sile uravnotežene, avion leti ravno i konstantnom brzinom. Pilot mijenjanjem snage motora i položaja kormila narušava tu ravnotežu u kontroliranom smjeru – i tako upravlja letjelicom.

Letenje je dakle elegantna igra fizikalnih sila. Svaki avion, od malog propelerskog do ogromnog Airbusa A380, koristi iste temeljne principe – samo u različitim razmjerima i s različitim tehnološkim rješenjima.