Prečo Vzniká Pretlak Vzduchu v Lietadle: Podrobný Prieskum

Tento článok sa zaoberá vysvetlením vzniku pretlaku vzduchu v lietadlách a princípmi, ktoré umožňujú lietadlám lietať. Okrem toho sa pozrieme na systémy ponárania ponoriek a ako fungujú.

Vztlakové Sily a Lietadlá

Vztlakové sily vzduchu pri lietadle vznikajú iba pri vzájomnom protipohybe média (vzduchu), ktoré pôsobí. Z toho vyplýva, že ponorka sa môže ponoriť, podobne ako lietadlo vzlietnuť, iba ak sa pohybuje určitou rýchlosťou.

Lietadlo letí na základe vztlaku, po lopate povedané, na spodku krídla je pretlak a na vrchnej strane podtlak a výsledok je vztlak, ten je závislý hlavne na rýchlosti obtekania a uhlu nábehu. Keďže na hornej strane krídla je podtlak tak automaticky vzduch sa tam musí snažiť prúdiť zo spodnej časti kde je podtlak tento jav sa volá indukovaný odpor a na týchto miestách vznikaju tzv. vortexi.

Vortex je laicky povedané vír vzduchu ktorý v strede dosahuje velmi vysoke rýchlosti vzniká na zaklade vektorovej rovnice prudenia v týchto miestach. kedže sa tuna uplatnuje bernouliho rovnica a taktisto rovnica o spojitosti prudenia tak v strede tohto prúdenia je tlak nižší omnoho ako okolitom vzduchu. V týchto miestach sa trošku mení aj teplota povrchu.

Ďalej existuje tzv. kondenzačná teplota je to teplota ked sa voda mení z plynneho na tekute skupenstvo. Kedže dochádza v prudení vortexov k zmene tlaku a teploty tak dochadza ku kondenzácii pary a čuduj sa svet lietadlo ťahá za sebou čiary. V extremných prípadoch tato voda rovno zamrza a vytvara jav ako vidno na video. V skratke takto to funguje realne je to omnoho zložitejšie a na pochopenie treba poznať aerodynamiku a to že lietadlo prečo letí.

Kabína lietadla je prispôsobená pre komfort pilota. Do výšky 2000 metrov je tlak v kabíne rovnaký ako tlak okolia. Nad touto hranicou začína kabína udržiavať mierny pretlak, ktorý sa postupne zvyšuje - vo výške 4000 metrov na úroveň 0,12 kp/cm² a vo výške 7000 metrov na približne 0,21 kp/cm².

L-29 Delfín nie je len cvičné lietadlo. Je to spojenie technickej precíznosti, surovej sily prúdového motora a elegantnej pilotáže. Každý meter výšky, každá sekunda letu je fyzicky citeľný zážitok, ktorý sa ti vryje do pamäti.

Systémy Ponárania Ponoriek

Podobne ako lietadlá využívajú vztlak, aj ponorky využívajú princípy fyziky na ponáranie a vynáranie. V momente, keď je objekt, t.j. aj keď je pod vodou, ľahšia ako voda, pláva. Ak sa chce ponorka ponoriť, musí byť ťažšia ako voda, presne tak ako u skutočných ponoriek.

Tento stav sa ako u modelu tak aj u skutočnej ponorky dosiahne tým, že do seba načerpá vodu. Keď sa chce vynoriť, túto vodu zo seba vyčerpá.

Statické Systémy Ponárania

Najjednoduchšou realizáciou statického systému ponárania je odvzdušňovaná záťažová nádrž. Tento systém spočíva v záťažovej nádrži, ktorá má v ideálnom prípade iba dva otvory. Jeden otvor slúži na odvzdušňovanie a druhý otvor je cez obojsmerné čerpadlo spojený s vodou okolo ponorky. Nádrž je teda odvzdušňovaná a odtiaľ pochádza názov tejto realizácie. Obdobne sa nádrž aj vyčerpá.

Pri tejto realizácii nie je možné ponorku úplne ponoriť. Aby sa ponorka ponorila, musíme do odvzdušňovacej rúrky privádzať vzduch. Keď sa ponorka ponorí, tak vplyvom kapilarity nebude cez tenkú odvzdušňovaciu rúrku voda vnikať do nádrže. Niekedy má nádrž ešte tretí otvor, ktorý je cez zaplavovací ventil spojený s vodou. Zaplavovací ventil sa otvorí a do nádrže začne vnikať voda. Voda sa vyčerpá pomocou čerpadla samozrejme pri zavretom zaplavovacom ventile.

Flexibilná nádrž je balónik spojený cez ventil a čerpadlo s vodou okolo ponorky. Možno použiť priesvitný vak, používaný v lekárstve, v ktorom býva napríklad tekutá výživa. Po načerpaní požadovaného množstva vody a vypnutí čerpadla sa ventil uzavrie. Ak sa používa balónik preč, nie je potrebný ventil. Pri určení množstva načerpanej vody, je potrebné v blízkosti balónika umiestniť mikrospínač tak, aby tento mikrospínač bol zväčšujúcim sa balónikom vypnutý, čím sa rozpojí prívod el. prúdu k čerpadlu. Pri tomto systéme ponárania nie je možné určiť aké množstvo vody bolo načerpané t.j. stanovené množstvo vody. Nádrž je spojená cez ventil a "vysokotlakové" čerpadlo s vodou okolo ponorky.

Vzduch v nádrži, t.j. vytvoriť tlak väčší ako 1 atm. Takýmito čerpadlami sú aj niektoré čerpadlá z ostrekovačov skiel v autách. V záťažovej nádrži nemôže uniknúť, stlačí sa. Aby sa vyprázdnila nádrž, vodné čerpadlo čerpá vodu zas von z nádrže. Vo vnútri záťažovej nádrže sa táto prakticky nikdy nemôže úplne naplniť.

Piestová Záťažová Nádrž

Piestová záťažová nádrž je v podstate obrovská injekčná striekačka. Môže byť zhotovená z trubky z PVC (vodoinštalatérske trubky), hliníka alebo mosadze. Do piestu sa vyvŕta drážka do ktorej sa umiestni gumový O-krúžok (tesnenia s prierezom v tvare O), okolo ktorého sa dá vazelínu. Vazelína sa dá taktiež zľahka aj z vonkajšej stranou plášťu, čím uľahčí pohyb piestu a zároveň zvýši odolnosť voči prenikaniu vody. Piest je poháňaný prevodovkou s motorom. Ak piestová záťažová nádrž do seba naberá vodu, t.j. ponorky, čím sa tlak vzduchu zvyšuje. Problémom je vodotesnosť, či už cez tesnenie hlavného otvoru, tiahla alebo hriadeľky. Tento systém umožňuje vznášavosť ponorky pri ponáraní a hĺbkovom ovládaní nastaviť veľmi presne.

Počas napĺňania nádrže vodou je ovplyvňované osové ťažisko ponorky. Aj keď sa ponorka snaží byť vodorovne s plnou záťažovou nádržou, pri prázdnej nádrži už uhol (sklon) naďalej nie je nulový. Preto sa používajú dve piestové nádrže umiestnených v prednej a zadnej časti ponorky, čo umožňuje nastavenie pozdĺžneho sklonu pre vodorovnosť na povrchu a pekné úrovňové ponáranie. Fotka je z výstavy, kde boli dve piestové nádrže pre názornosť umiestnené vedľa seba. V ponorke sa umiestňujú za sebou.

Komponenty piestovej nádrže:

M - motorček, ktorý cez prevody poháňa skrutkovú hriadeľ na konci ktorej je upevnený piest.
V - vypínač, ktorý preruší prúdu k motorčeku M, ak je piest či už úplne zasunutý alebo vysunutý (strážia krajné polohy piestu).
H - hadica, ktorou sa dostáva voda do/z nádrže.
A - akumulátor slúžiaci na napájanie motorčekov piestových nádrží.

Riadaca elektronika-E dá povel na vyprázdnenie piestových nádrží a tým na vynorenie.

Vodotesnosť Ponorky

S predchádzajúcimi riadkami úzko súvisí aj ďalší problém vodotesnosti ponorky. Ak ponoríte model do vody teplota vo vnútri poklesne s tým dôsledkom, že vzduch vo vnútri sa zmrští (zmenší svoj objem). Následne bude nasávať vodu zo všadiaľ kde je to možné, napr. tiahla, hriadeľky. Jedno jednoduché a odskúšané riešenie, na ktoré je potrebná injekčná striekačka, bicyklový ventil a bicyklová pumpa. Striekačka je vlepená do paluby. Na inom mieste vlepíme do paluby ventil. Bicyklovou pumpou vzduch cez ventil do vnútra trupu až kým sa piest injekcie pohne. Týmto je ponorky vodotesná.

Na tomto obrázku vidíte praktické rozmiestnenie jednotlivých súčastí vo vnútri trupu:

P1 - predná piestová nádrž
P2 - zadná piestová nádrž
K - kryt hlavného otvoru, ktorý je v tomto prípade zhotovený z plexiskla ale môže byť aj z plechu cca 3-4 mm hrubého.
T - tesnenie medzi trupom a krytom, ktoré môže byť z gumy, neoprénu ale videl som už aj toto tesnenie realizované zo silikónového tmelu.
S - skrutka, ktorou sa nadstavba pripevní na samotný trup.
H - hadica, cez ktorú sa voda dostáva do/z nádrže.

Plynom Ovládaná Záťažová Nádrž

Najrozšírenejšou realizáciou statického systému ponárania je piestová záťažová nádrž. Tento systém je tvorený zo záťažovej nádrže, dvoch ventilov a hlavne nádrže so stlačeným plynom. Pri otvorenom odvetrávacom ventile, umiestnenom v odvetrávacej rúrke, sa záťažová nádrž napĺňa vodou vnikajúcou cez otvor v dne ponorky. Keď do nádrže natečie potrebné množstvo vody, odvetrávací ventil sa uzavrie. Následne stlačený plyn cez otvorený vypúšťací ventil vytlačí vodu zo záťažovej nádrže. Ak chceme aby sa ponorka opakovane vynorila, t.j. vytlačiť vodu, je nutné aby zásoba stlačeného vzduchu bola odstatočná. Ak nie je dostatočné množstvo vzduchu na vytlačenie vody, ponorka sa nevynorí. Preto sa používa stlačený vzduch potrebný na jedno "núdzové" vynorenie pre prípad, že hlavná nádrž je už prázdna.

Jedná sa v podstate o vylepšenú a doplnenú plynom ovládaná záťažovú nádrž. V porovnaní s predchádzajúcim je tento systém doplnený o kompresor, ktorý je prívodnou rúrkou spojený so vzduchom. Spätný ventil zabraňuje vniknutiu vody do prívodnej rúrky pri ponorení ponorky. Kompresor doplní stlačený vzduch do nádrže so stlačeným vzduchom, ktorý je dostať za pár korún v hypermárketoch. To umožňuje dlhšiu plavby na hladine a nie je potrebné pri prázdnej nádrže so stlačeným vzduchom ponorku vybrať z vody a na suchu doplniť alebo vymeniť túto nádrž. Ďalšou výhodou je, že počas plavby je možné priebežne dopĺňať stlačený vzduch a nie je potrebná druhá nádrž na "núdzové" vynorenie.

Dynamické Systémy Ponárania

Pri dynamickom ponáraní sa použijú hĺbokové kormidlá v kombinácii s pohybom ponorky. Čiže väčšina ponorenia sa realizuje statickým a zvyšok dynamickým systémom.

Záver

Pretlak vzduchu v lietadlách a systémy ponorenia ponoriek sú fascinujúce príklady aplikácie fyzikálnych princípov v inžinierstve. Pochopenie týchto princípov nám umožňuje lepšie oceniť zložitosť a efektivitu týchto technológií.

tags: #pretlak #vzduchu #v #lietadle #vysvetlenie