En konstgjord flygplan flyger enligt samma principer om fysik som en fågel: den måste övervinna gravitationsstyrkor för att uppnå lyft och flygning. En flygplan vingar arbetar för att generera hissen, och de åstadkommer detta genom att böja luftflödet runt dem. Utan vingar är ett flyg bara en bil.

Flygplansstyrkor

Flygplan och fåglar kan flyga eftersom de balanserar fyra krafter: lyft, vikt, drag och dragkraft. Ett flygplan tar sig ut i luften när hissen - kraften trycker uppåt på sin vings nedre yta - överstiger planetens vikt på grund av tyngdkraften. Lyft skapas av luftflödet runt planet, speciellt runt vingarna. Drag är kraften av luftmotstånd mot planetens rörelse. Denna kraft ökar med ökad flyghastighet men minskar om flygplanet har en slät eller aerodynamisk form. Flygplanets motor- och framdrivningssystem, antingen jet eller propeller, genererar en dragkraft för att övervinna dragningen.

Newton och Bernoulli

Två europeiska forskare förklarade principerna för flygplanflygning. Den engelska fysikern Isaac Newton (1642-1727) uppräknade tre lagar av rörelse som är tillämpliga på alla rörliga föremål. Det första är att föremål förblir i vila eller i enhetlig rörelse om inte de är tvungna att förändras av en yttre kraft. Den andra säger att en kraft riktade mot ett objekt gör att den accelererar i riktning mot den kraften. Den tredje säger att för varje kraft finns en lik och motsatt kraft. Den schweiziska matematiken Daniel Bernoulli (1700-1782) var en pionjär i att utveckla en matematisk förklaring till vätskedynamik, mekaniken för hur vätskor och gaser flyter. Hans stora upptäckt, som kallas Bernoulli-principen, säger att när luftflödet ökar minskar trycket.

Angle of Attack

Flygvingarna är konstruerade för att luta något från det horisontella, även känd som flygvägen. Denna lutningsvinkel kallas angreppsvinkeln och är den viktigaste variabeln för att generera lyft. Ett flygplan börjar röra sig när piloten applicerar drivkraft från motorn så att flygplanet reser framåt på marken. Piloten roterar flygplanet uppåt genom att lyfta näsan för att öka angreppsvinkeln och uppnå start. Men för stor av en angreppsvinkel kommer stall på flygplanet.

Strömkurv

Lyft genereras av luftkurv runt flygplanets vingar. När luftflödet träffar en vings framkant splittras det i två, en del strömmar längs den övre ytan och en del strömmar längs ytan nedan. Formen på en vinge är något asymmetrisk, med en större yta på toppen. Luftflödet sticks till den övre ytan när den rör sig mellan vingens främre och bakre kanter, kurvor och sänker trycket enligt Bernoulli-principen. När flygplanet samlas hastigt ökar hissen enligt Newtons andra lagarätt. Detta ökar i sin tur luftkrumningen på den övre ytan och tvingar mer luft ner från vingsens bakkant. När planet flyter genom luften, vingar undersidan som vetter mot luftflödet vid angreppsvinkeln också avböjer lite luftflöde nedåt. Detta nedåtgående luftflöde alstrar en lika och motsatt reaktion i ett uppåtriktat flöde av högtrycksluft (Newtons tredje lag), ökar hissen och håller planet luftburet.