Brasilianska marinedykare återvinner en stor del av rodret på Air France Airbus A330 ur Atlanten, cirka 745 mil (1, 200 kilometer) nordost om Recife. Kraschen inträffade åtta dagar tidigare, den 1 juni, 2009. Se fler flygbilder. © Brazilian Air Force/Handout/Xinhua Press/Corbis Den 1 juni, 2009, Air France Flight 447 sjönk oväntat, hundratals fot per sekund, innan den slog ner magen i Atlanten, skära ner planet och döda alla 228 passagerare och besättningsmedlemmar. Över tid, olycksutredare kunde sammanfoga vad som gick fel den ödesdigra natten:En kombination av hårt väder, utrustningsfel och besättningens förvirring fick flygplanet att stanna och falla från himlen.
Flight 447 skickade en chockvåg genom flygindustrin. Flygplanet - en Airbus A330 - var ett av världens mest pålitliga flygplan, utan registrerade dödsolyckor som flyger kommersiellt fram till den dömda Air France -flygningen. Sedan avslöjade kraschen den skrämmande sanningen:Tyngre än luftbilar kör under mycket snäva toleranser. När allt är fem om fem, ett flygplan gör vad det ska göra - flyger - med nästan ingen uppenbar ansträngning. I verkligheten, dess förmåga att hålla sig hög beror på ett komplext samspel mellan teknik och krafter, alla arbetar tillsammans i en känslig balans. Upprör den balansen på något sätt, och ett plan kommer inte att kunna gå av marken. Eller, om det redan finns i luften, det kommer att återgå till marken, ofta med katastrofala resultat.
Denna artikel kommer att utforska den fina gränsen mellan att flyga högt och att falla snabbt. Vi kommer att överväga 10 innovationer som är avgörande för strukturen och funktionen hos ett modernt flygplan. Låt oss börja med den enda strukturen - vingar - som alla flygande föremål har.
Innehåll
Airfoils är formade för att generera maximal lyft. iStockphoto/Thinkstock Fåglar har dem. Så gör fladdermöss och fjärilar. Daedalus och Icarus tog dem för att fly Minos, kung av Kreta. Vi pratar om vingar, självklart, eller flygplan , vilken funktion för att ge ett flygplan lyft. Airfoils har vanligtvis en liten tårform, med en böjd övre yta och en plattare nedre yta. Som ett resultat, luft som flyter över en vinge skapar ett område med högre tryck under vingen, som leder till den uppåtriktade kraften som får ett plan från marken.
Intressant, vissa vetenskapliga böcker åberopar Bernoullis princip för att förklara den upplyftande historien om flygplan. Enligt denna logik, luft som rör sig över en vings övre yta måste resa längre - och därför måste färdas snabbare - för att komma fram till bakkanten samtidigt som luft rör sig längs vingens nedre yta. Skillnaden i hastighet skapar en tryckskillnad, leder till lyft. Andra böcker avfärdar detta som svin, föredrar istället att förlita sig på Newtons beprövade lagar av rörelse:Vingen trycker ner luften, så luften skjuter upp vingen.
Är det en mustasch eller en propeller? iStockphoto/Thinkstock Tyngre än luft-flygning började med segelflygplan - lätta flygplan som kan flyga under långa perioder utan motor. Segelflygplan var flygets ekorrar, men pionjärer som Wilbur och Orville Wright önskade en maskin som kunde emulera falkar, med stark, drivande flygning. Det krävde ett framdrivningssystem för att ge dragkraft. Bröderna konstruerade och byggde de första flygplanets propellrar, samt dedikerad fyrcylindrig, vattenkylda motorer för att snurra dem.
I dag, propellerdesign och teori har kommit långt. I huvudsak, en propeller fungerar som en snurrande vinge, ger lyft men i en riktning framåt. De finns i en mängd olika konfigurationer, från tvåblad, propeller med fast stigning till fyra- och åtta-bladiga modeller med variabel stigning, men de gör alla samma sak. När knivarna roterar, de avböjer luften bakåt, och denna luft, tack vare Newtons handlingsreaktionslag, skjuter fram på bladen. Den kraften kallas sticka och arbetar mot drag , kraften som fördröjer ett luftfartygs rörelse framåt.
En modern flygmotor väntar på order på en flygplats. Vad skulle Frank Whittle göra av det! iStockphoto/Thinkstock År 1937, luftfarten tog ett stort steg framåt när den brittiska uppfinnaren och ingenjören Frank Whittle testade världens första jetmotor. Det fungerade inte som dagens kolvmotorstödplan. Istället, Whittles motor suger luft genom framåtvända kompressorblad. Denna luft kom in i en förbränningskammare, där det blandades med bränsle och brändes. En överhettad ström av gaser rusade sedan från slutröret, skjuta motorn och flygplanet framåt.
Hans Pabst van Ohain från Tyskland tog Whittles grundläggande design och drev den första jet-flygningen 1939. Två år senare, den brittiska regeringen fick äntligen ett plan - Gloster E.28/39 - från marken med Whittles innovativa motordesign. I slutet av andra världskriget, Gloster Meteor jets, som var på varandra följande modeller som flögs av Royal Air Force -piloter, jagade tyska V-1-raketer och sköt dem från himlen.
I dag, turbojetmotorer är främst reserverade för militära plan. Kommersiella flygplan använder turbofanmotorer, som fortfarande intar luft genom en framåtriktad kompressor. Istället för att bränna all inkommande luft, turbofanmotorer tillåter lite luft att flöda runt förbränningskammaren och blandas med strålen med överhettade gaser som lämnar slutröret. Som ett resultat, turbofanmotorer är mer effektiva och ger mycket mindre buller.
Fyll på snälla! Cirka 70, 000 gallon (265, 000 liter) bränsle för det Antonov AN-124-100 lastplanet borde göra susen. © Pat Vasquez-Cunningham/ZUMA Press/Corbis Tidiga kolvdrivna flygplan använde samma bränslen som din bil-bensin och diesel. Men utvecklingen av jetmotorer krävde ett annat slags bränsle. Även om några galna wingmen förespråkade användning av jordnötssmör eller whisky, flygindustrin bestämde sig snabbt för fotogen som det bästa bränslet för kraftfulla jetflygplan. Fotogen är en komponent i råolja, erhålls när petroleum destilleras, eller separerade, i dess beståndsdelar.
Om du har en fotogenvärmare eller lampa, då kanske du känner till det halmfärgade bränslet. Kommersiella flygplan, dock, kräver en högre kvalitet av fotogen än bränsle som används för hushållsändamål. Jetbränslen måste brinna rent, men de måste ha en högre flampunkt än bilbränslen för att minska brandrisken. Jetbränslen måste också förbli flytande i den kalla luften i den övre atmosfären. Förädlingsprocessen eliminerar allt suspenderat vatten, som kan förvandlas till ispartiklar och blockera bränsleledningar. Och fryspunkten för själva fotogenet kontrolleras noggrant. De flesta jetbränslen fryser inte förrän termometern når minus 58 grader Fahrenheit (minus 50 grader Celsius).
Gary Krier gjorde den första flygningen av F-8 Digital Fly-By-Wire-flygplanet. Den använde kommandomoduldatorn Apollo 15 för kontroll. Den hade ett totalt minne på 38K, varav 36K var skrivskyddad. Bild med tillstånd av NASA Det är en sak att få ett flygplan upp i luften. Det är en annan sak att styra det effektivt utan att krascha tillbaka till jorden. I ett enkelt lätt flygplan, piloten sänder styrkommandon via mekaniska länkar till kontrollytor på vingarna, fen och svans. Dessa ytor är, respektive, ailerons, hissarna och rodret. En pilot använder rullar för att rulla från sida till sida, hissar att ställa uppåt eller nedåt, och rodret till yaw -babord eller styrbord. Turning och bank, till exempel, kräver samtidig handling på både ailerons och rodret, vilket får vingen att doppa in i svängen.
Moderna militära och kommersiella flygplan har samma kontrollytor och drar nytta av samma principer, men de tar bort mekaniska länkar. Tidiga innovationer inkluderade hydrauliskt-mekaniska flygkontrollsystem, men dessa var sårbara för stridsskador och tog stor plats. I dag, nästan alla stora flygplan förlitar sig på digitalt fly by Wire system, som gör justeringar av kontrollytor baserat på en inbyggd dators beräkningar. Sådan sofistikerad teknik gör att ett komplext kommersiellt flygplan kan flyga av bara två piloter.
Reproduktion i full storlek av bröderna Wright 1902 i vila i Wright Brothers National Memorial i Kitty Hawk, N.C. © Kevin Fleming/Corbis År 1902, bröderna Wright flög dagens mest sofistikerade flygplan-en enpersonsflygplan med muslin "skinn" sträckt över en granram. Över tid, trä och tyg gav vika för laminerat trä monokock , en flygplanskonstruktion där planet på huden bär en del eller alla påfrestningar. Monokockskroppar möjliggjorde starkare, mer strömlinjeformade plan, vilket ledde till ett antal hastighetsrekord i början av 1900 -talet. Tyvärr, träet som användes i dessa flygplan krävde konstant underhåll och försämrades när det utsattes för elementen.
Vid 1930 -talet, nästan alla flygdesigners föredrog konstruktion av metall över laminerat trä. Stål var en självklar kandidat, men det var för tungt för att göra ett praktiskt flygplan. Aluminium, å andra sidan, var lätt, stark och lätt att forma till olika komponenter. Fuselages med borstade aluminiumpaneler, hålls samman av nitar, blev en symbol för den moderna flygtiden. Men materialet kom med sina egna problem, det allvarligaste är metalltrötthet. Som ett resultat, tillverkare utarbetade nya tekniker för att upptäcka problemområden i ett flygplans metalldelar. Underhållspersonal använder ultraljudsskanning idag för att upptäcka sprickor och stressfrakturer, även små defekter som kanske inte syns på ytan.
Alla moderna flygplan har inte ett autopilotsystem, men många gör, och det kan hjälpa till med allt från start till cruising och landning. iStockphoto/Thinkstock I de första dagarna av luftfarten, flygningarna var korta, och en pilots största oro kraschade inte till marken efter några spännande stunder i luften. När tekniken förbättrades, dock, allt längre flygningar var möjliga - först över kontinenter, sedan över haven, sedan runt om i världen. Pilottrötthet blev en allvarlig oro på dessa episka resor. Hur skulle en ensam pilot eller en liten besättning kunna vara vaken och vaken i timmar i sträck, särskilt under monotona sessioner med kryssning på hög höjd?
Ange den automatiska piloten. Uppfunnet av Lawrence Burst Sperry, son till Elmer A. Sperry, de autopilot , eller automatiskt flygkontrollsystem, kopplade tre gyroskop till ett flygplans ytor som kontrollerar tonhöjd, rulla och gäspa. Enheten gjorde korrigeringar baserat på avvikelsevinkeln mellan flygriktningen och de ursprungliga gyroskopiska inställningarna. Sperrys revolutionära uppfinning kunde stabilisera normal kryssningsflygning, men det kan också utföra start och landningar utan stöd.
Det moderna flygplanets automatiska flygkontrollsystem skiljer sig lite från de första gyroskopiska autopiloterna. Rörelsesensorer - gyroskop och accelerometrar - samlar in information om flygplanets inställning och rörelse och levererar dessa data till autopilotdatorer, som matar ut signaler till kontrollytor på vingarna och svansen för att bibehålla en önskad kurs.
Det böjda röret som har visat sig vara oumbärligt för modern flygning iStockphoto/Thinkstock Piloter måste hålla reda på mycket data när de är i cockpit på ett flygplan. Flyghastighet - ett flygplan hastighet i förhållande till luftmassan genom vilket det flyger- är en av de viktigaste sakerna de övervakar. För en specifik flygkonfiguration, oavsett om det är landning eller ekonomikryssning, ett flygplans hastighet måste ligga inom ett ganska snävt värdeintervall. Om det flyger för långsamt, det kan drabbas av en aerodynamisk stall, när det inte finns tillräckligt med lyft för att övervinna den nedåtgående tyngdkraften. Om det flyger för snabbt, det kan drabbas av strukturella skador, såsom förlust av klaffar.
På kommersiella flygplan, pitotrör bära bördan av att mäta lufthastighet. Enheterna får sitt namn från Henri Pitot, en fransman som behövde ett verktyg för att mäta hastigheten på vatten som rinner i floder och kanaler. Hans lösning var ett smalt rör med två hål - ett framför och ett på sidan. Pitot orienterade sin enhet så att det främre hålet vänt uppåt, så att vatten kan rinna genom röret. Genom att mäta tryckskillnaden vid de främre och sidohålen, han kunde beräkna hastigheten på det rörliga vattnet.
Flygplaningenjörer insåg att de kunde åstadkomma samma sak genom att montera pitotrör på kanten av vingarna eller sticka upp från flygkroppen. I den positionen, den rörliga luftströmmen flyter genom rören och möjliggör en noggrann mätning av flygplanets hastighet.
Utsikten från ett flygledningstorn. Det är vackert - och upptagen. © Bob Sacha/Corbis Än så länge, denna lista har fokuserat på flygplanstrukturer, men en av de viktigaste flyginnovationerna - faktiskt en samling innovationer - är flygledning , systemet som säkerställer att flygplan kan lyfta från en flygplats, resa hundratals eller tusentals miles och landa säkert på en destinationsflygplats. I USA, mer än 20 flygtrafikcentraler övervakar flygplanens rörelse över landet. Varje centrum är ansvarigt för ett definierat geografiskt område, så att när ett flygplan flyger längs sin rutt, den överlämnas från en kontrollcentral till nästa. När flygplanet anländer till sin destination, kontrollera överföringar till flygplatsens trafiktorn, som ger alla riktningar för att få planet på marken.
Övervakningsradar spelar en nyckelroll i flygtrafikkontrollen. Fasta markstationer, som ligger på flygplatser och vid kontrollcentraler, avger radiovågor med kort våglängd, som reser till flygplan, slå dem och studsa tillbaka. Dessa signaler gör det möjligt för flygledare att övervaka flygplans positioner och kurser inom en given luftrumsvolym. På samma gång, de flesta kommersiella flygplan bär transpondrar , enheter som överför flygplanets identitet, höjd över havet, kurs och hastighet vid "förhör" med radar.
Du kan tydligt se landningsstället på denna E-2C Hawkeye när det närmar sig USS John C. Stennis flygdäck. Stocktrek Images/Thinkstock Att landa ett kommersiellt flygplan verkar vara en av teknikens mest osannolika bedrifter. Ett plan måste sjunka från 35, 000 fot (10, 668 meter) till marken och långsam från 650 miles (1, 046 kilometer) till 0 miles i timmen. Åh, ja, och den måste lägga hela sin vikt - cirka 170 ton - på bara några hjul och fjäderben som måste vara starka, men helt infällbar. Är det konstigt att landningsställen tar plats 1 på vår lista?
Fram till slutet av 1980 -talet majoriteten av civila och militära flygplan använde tre grundläggande konfigurationer för landningsställ:ett hjul per fjäderben, två hjul sida vid sida på en fjäderben eller två sida vid sida-hjul bredvid ytterligare två sida-vid-sida-hjul. När flygplan blev större och tyngre, landningsväxelsystem blev mer komplexa, både för att minska belastningen på hjul- och fjäderbenenheter, men också för att minska krafterna på banbanan. Landningsstället för ett Airbus A380 superjumbo -flygplan, till exempel, har fyra underredsenheter - två med fyra hjul var och två med sex hjul vardera. Oavsett konfiguration, styrka är mycket viktigare än vikt, så hittar du stål och titan, inte aluminium, i metallkomponenterna i ett landningsställ.
Orville Wright sa en gång:"Flygplanet stannar upp för att det inte har tid att falla." Efter att ha skrivit detta, Jag skulle kalla det en underdrift av episka proportioner.
