שלום,
נראה שכבר הכרתם את אאוריקה. בטח כבר גיליתם כאן דברים מדהימים, אולי כבר שאלתם שאלות וקיבלתם תשובות טובות.
נשמח לראות משהו מכם בספר האורחים שלנו: איזו מילה טובה, חוות דעת, עצה חכמה לשיפור או כל מה שיש לכם לספר לנו על אאוריקה, כפי שאתם חווים אותה.
»
«
כיצד ייראו מטוסי הנוסעים של העתיד?
מהם ארבעת הכוחות של הטיסה?
ישנם 4 כוחות (The Four Forces) פיזיקליים, המסייעים למטוסים ולכלי טיס ואפילו לצלחות מעופפות של פריזבי לטוס אל על.
ארבעה הכוחות הללו פועלים על המטוס, כשהשילוב ביניהם הוא שמאפשר לו לטוס באוויר, על כל משקלו האדיר.
ארבעת הכוחות הללו הם כוח העילוי (lift), המשקל (weight), הדחף (thrust) והגרר (drag).
כשהכוחות הללו מאוזנים, כלי הטיס נע ישר. אם נבין את העקרונות הפיזיקליים שמאחורי הכוחות הללו, נבין היטב את נפלאות הטיס או השיוט באוויר.
אז שכשהמנועים דוחפים את המטוס קדימה ויוצרים דחף, כשצורת הכנפיים של המטוס היא שיוצרת עילוי ומחזיקה אותו למעלה, עומדים מול כל אחד משני הכוחות הללו כוחות המתנגדים להם - הגרר שבולם את הדחף והכבידה שבולמת את העילוי - כך מאוזן וטס המטוס באוויר, בגובה ובמהירות נסבלים, שרק הטייס יכול לשנותם.
#כוח העילוי
הכנפיים הן שיוצרות את מרבית כוח העילוי שבו משתמש המטוס. כוח העילוי הוא שמאפשר למטוס להידחף כלפי מעלה ולא ליפול. מבנה וצורת הכנפיים הם שגורמים לדחיפת האוויר שמתחת לכנף כלפי מעלה, בזכות לחץ האוויר הגבוה יותר שנוצר מתחת לכנף. הלחץ הגדול מלמטה יוצר את כוח העילוי, הגורם לכך שהמטוס נדחף למעלה על ידי האוויר.
#כוח הכבידה
משקלו של המטוס הוא מה שמושך אותו לקרקע. הכבידה היא הכוח המושך כל דבר וגם את המטוס לכיוון האדמה, אחרת המטוס היה עולה למעלה עוד ועוד. משקל הוא תוצאה של הכבידה.
#כוח הדחף
כוח זה מושג בזכות המנועים והוא שדוחף את המטוס קדימה. הדחף נוצר בעזרת מדחף, רקטה או מנוע סילון. מי שמכיר את מייבש השיער הביתי יודע שהוא דוחף אוויר לקדימה, לאחר שמשך אותו מאחור.
#כוח הגרר
כוח הגרר הוא הכוח שמתנגד לדחף ויוצר את ההתנגדות לתנועה קדימה. גרר הוא תוצאה של חיכוך והפרשי לחץ אוויר. מי שרוצה לחוות כוח גרר שייזכר את הדחיפה אחורה של היד, כשמוציאים אותה מחלון המכונית הנוסעת.
הנה סרטון על ארבעת הכוחות היוצרים את השיוט באוויר:
https://youtu.be/zhWDnWaI5TE
כוח העילוי שמעלה למעלה (עברית):
https://youtu.be/dYZg1AgVBUU
כוח הכבידה שמאזן את העילוי ומושך למטה לפי המשקל (מתורגם):
https://youtu.be/uhS8K4gFu4s
כוח הדחף שדוחף כלי טיס קדימה ומעיף אנשים מאחורי המטוס:
https://youtu.be/GqVjD3nBSQg
כוח הגרר שבולם את הדחף:
https://youtu.be/BnmZ94eIdNE
והתעופה של פריזבי באוויר בעזרת ארבעת הכוחות הללו:
https://youtu.be/jJtQjc32aT8
איך מניע המדחף את המטוס?
אחת התופעות המרתקות בהנדסה היא של מטוסים במשקל אדיר, שטסים באוויר, במטוסים חזקים זה בזכות הכוח שיוצר זרם הסילון שנפלט מהמנועים הסילוניים החדישים והחזקים כל כך.
במטוסים קטנים או ישנים יותר, בעיקר אלו שלפני מלחמת העולם השנייה, הייתה זו תנועת האוויר שמייצרים המַדְחֵפים שלהם, שהחזיקה אותם באוויר.
אבל מהו המַדְחֵף? איך הוא מצליח לייצר כוח כה גדול עד שמטוסים במשקל חצי טון נשארים בזכותו באוויר ולא נופלים?
המדחף, באנגלית פרופלור (Propeller) או הרוטור במסוקים, הוא מנגנון המחובר למנוע וכולל להבים או מעין כנפיים שצורתם מיוחדת. בסיבוביהם המהירים יכולים הלהבים לייצר זרם אוויר כה חזק עד כדי כך שהם דוחפים את המטוס קדימה.
אפשר לראות במדחף סוג של כנף שמסתובבת ומייצרת את מה שהציפורים מייצרות בנפנוף כנפיהן והוא "עילוי קדימה". כוח העילוי הזה הוא שדוחף את המטוס קדימה.
למעשה, תפקיד המדחף הוא להפוך את התנועה הסיבובית של המנוע לתנועת דחף של המטוס. את המדחף מרכיבים כמה להבים, שניים או יותר, כשכל להב היא כנף מסתובבת שיוצרת זרימה של אוויר בכיוון הטיסה - לפי מהירות סיבוב המדחף.
זרימת האוויר הזו יוצרת שני כוחות: כוח עילוי אופקי, שמחזיק את המטוס באוויר וכוח דחף הדוחף אותו קדימה. שני הכוחות הללו מתגברים על שני כוחות שלכאורה מונעים מהמטוס לטוס. הראשון הוא כוח הכבידה שדווקא מושך אותו לאדמה והשני - כוח הגרר, שמתנגד לתנועה שלו קדימה.
אגב, לכל להב יש פיתול בקצהו. זאת כדי למנוע את שבירתו בקצה הלהב, בשל האופן בו משתנה כוח העילוי בחלקים השונים של הלהב.
מטוסי הפרופלור כיום הם נדירים מאוד, בעיקר כי הם איטיים:
https://youtu.be/gkGEeLr7yEo
הכוחות הפועלים על המטוס, כשהמדחף אחראי לכוח שדוחף אותו קדימה:
https://youtu.be/wFTHh-6jIT8
את המדחף החליף עם השנים מנוע הסילון (עברית):
https://youtu.be/fP8892AsAiM
וכך פועל המדחף גם בצוללות:
https://youtu.be/ON_irzFAU9c
מהו כוח העילוי?
כוח העילוי (Lift) הוא כוח שמחזיק את המטוס באוויר. ידוע שצורתה של כנף המטוס תורמת לכוח העילוי, אך לגבי שיטת הפעולה של כוח העילוי יש סברות והסברים שונים.
הסבר אחד לכוח העילוי שפועל על כלי טיס הוא שחלקה הקדמי של כנף המטוס מפצל את האוויר לשניים. הבדלי לחץ-האוויר שבין האוויר שמעל לכנף וזה שמתחתיה, הם הגורמים להיווצרותו של כוח העילוי ולהחזקתו של המטוס באוויר, שכן לחץ האוויר מתחת לכנף גבוה מזה שמעליה ולכן הכנף שואפת לעלות ואיתה המטוס.
הסבר אחר נאחז בעיקרון ברנולי. לפי השערה זו המהירות הגבוהה של האוויר שמעל לכנף היא שגורמת לירידת לחץ האוויר מעל הכנף ובכך יוצרת את של כוח העילוי שבזכותו המטוס נשאר באוויר.
הסבר שלישי טוען שמה שמשאיר את המטוס באוויר, מבלי ליפול, הוא "אפקט קואנדה". לפי "אפקט קואנדה" האוויר, כמו המים, נצמד לפני השטח של כל משטח שהוא זורם על פניו. כך דוחף הקימור של כנף המטוס, את האוויר כלפי מטה ובזכות הדחיפה הנגדית של האוויר את הכנף, מחזיקות הכנפיים את המטוס באוויר, מבלי שייפול.
וזה לא רק כוח העילוי שפועל על המטוס. כוח הכבידה מושך אותו למטה וכוח העילוי - למעלה. כוח הגרר שנגרם מהחיכוך באוויר דוחף אותו כנגד כיוון הטיסה ומקטין את מהירותו של המטוס.
אבל יהיה אשר יהיה ההסבר המדויק לאופן שבו הוא פועל, כוח העילוי הוא הגורם החשוב שמאפשר למטוסים לא ליפול ולציפורים לנדוד למרחקים של אלפי קילומטרים.
הנה הסבר על כוח העילוי שמסביר איך המטוס נשאר באוויר (מתורגם):
https://youtu.be/uJKv5yfecHY
כוח העילוי בהדגמה יפה לתלמידים:
http://youtu.be/cQIvbO5MpQY
מבנה הכנף המותאם לכח העילוי מרים את המטוס למעלה ומדהים שבהרבה מטוסים הוא עובד גם הפוך (עברית):
https://youtu.be/e-zSVhCCUng
כך מחזיק כוח העילוי את המטוס באוויר:
https://youtu.be/MvFKUiW8-tY
וכך ציפורים נעזרות בכוח העילוי כדי לנדוד למרחקים:
http://youtu.be/5dk9m2zgngM
מה זו אווירודינמיות?
אווירודינמיות (Aerodynamics), או אירודינמיות, היא תכונה שמאפשרת לגוף נייד, כמו מטוס, ציפור, מכונית או אפילו דג, להתגבר על התנגדות האוויר בעת התנועה.
כללית, צורת הכנף היא שמאפשרת למטוסים מטוס ולא ליפול. צורת הכנף יוצרת כוח עילוי בזכות המשטח המקומר שלה. צורת הכנפיים היא שגורמת ללחץ האוויר שמתחת להן לגדול יותר מלחץ האוויר שמעליהן וזה מה שדוחף את הכנפיים וביחד איתן את המטוס כולו, כלפי מעלה.
אווירודינמיות מתאפשרת לרוב גם תודות לצורה מעוגלת בקצה האחד של הגוף ומחודדת בקצה האחר. תורם לה גם שטח הפנים החלק והאחיד שלו, שמזכיר צורה של טיפה.
את תכונת האווירודינמיות ניתן למצוא בטבע בצורתם של ציפורים ודגים. היא אומצה בהנדסה המודרנית לגופים נעים, כמו מטוסים, מכוניות, צוללות וכדומה.
ארבעה כוחות פועלים על המטוס. השילוב ביניהם וההתגברות על כוח הכבידה, הם שמאפשרים לו לטוס ולא ליפול.
ארבעת הכוחות הללו הם עילוי, דחף, גרר ומשקל. המשקל הוא כוח הכבידה כמובן והוא דווקא מושך אותו לאדמה. העילוי מאפשר לו להידחף כלפי מעלה, הדחף שמושג בזכות המנועים דוחף את המטוס קדימה והגרר הוא ההתנגדות המסוימת וההכרחית לתנועה קדימה.
אז ברור שהמנועים דוחפים אותו קדימה, אבל צורת הכנפיים של המטוס היא שמחזיקה אותו למעלה. מבנה הכנפיים גורם לדחיפת האוויר שמתחת לכנף כלפי מעלה, בזכות לחץ האוויר הגבוה יותר מתחת לכנף. זה יוצר את כוח העילוי, כלומר גורם לכך שהמטוס "מורם" למעלה על ידי האוויר. גאוני.
הנה הסבר על האווירודינמיות שמקנה למטוס את יכולת הטיסה (מתורגם):
https://youtu.be/Gg0TXNXgz-w
כך מטוסים טסים בזכותה:
https://youtu.be/YyeX6ArxCYI
ולא רק טסים אלא גם טסים הפוך ולא נופלים (עברית):
https://youtu.be/e-zSVhCCUng
על טייס שהצליח להטיס ולהנחית פנטום פגוע ללא חרטום ובניגוד לחוקי האווירודינאוטיקה (עברית):
https://youtu.be/daEt-KhS3xY
גם מכוניות מרוץ ובכלל מתוכננות עם אווירודינמיות:
https://youtu.be/TKH1DyV9vNU
וסרטון הסבר על הכוחות שפועלים על המטוס ומאפשרים לו לטוס במקום ליפול:
https://youtu.be/5ltjFEei3AI?long=yes
איך מטוסים טסים ולא נופלים?
עקרונות אווירודינמיים שונים עובדים כדי לאפשר למטוס להישאר באוויר. נהוג לומר שכוח העילוי הוא שמחזיק את המטוס באוויר, אבל יש ויכוחים לגבי איך הדברים עובדים בדיוק. בכל מקרה ניתן לומר שצורתה של כנף המטוס תורמת לכוח העילוי, יהיה אשר יהיה ההסבר לאופן שבו הוא פועל.
הסבר אחד של כוח העילוי הפועל על כלי טיס הוא שהחלק הקדמי של כנף המטוס מפצל את האוויר לשניים. עד שהאוויר ייפגש שוב, בחלק האחורי של הכנף, יווצרו הבדלי לחץ אוויר בין האוויר שמעל הכנף וזה שמתחתיה.
הפרשי לחץ אלו הם הגורמים להיווצרות כוח עילוי. הוא שמחזיק את המטוס באוויר.
יש הסבר שנאחז בעיקרון ברנולי כדי לומר שמהירות הגבוהה של האוויר שמעל לכנף גורמת לירידת לחץ האוויר שם ולהיווצרות של כוח עילוי המחזיק את המטוס.
חוקרים אחרים גורסים שמה שגורם למעשה למטוס להישאר באוויר ולא ליפול הוא "אפקט קואנדה". אפקט זה מצביע על הנטייה של האוויר (כמו גם מים) להיצמד לפני השטח של כל משטח שהוא זורם על פניו. כך דוחף לדבריהם הקימור של כנף המטוס, את האוויר כלפי מטה ובזכות הדחיפה הנגדית של האוויר בחזרה את הכנף, מחזיקות הכנפיים את המטוס באוויר.
יש עוד הסברים אבל נעצור כאן הפעם.
הנה כוח העילוי שמחזיק את המטוס באוויר (מתורגם):
https://youtu.be/uJKv5yfecHY
צורת הכנפיים יעילה מאוד בניצול כוח העילוי לצורך החזקת המטוס באוויר. בהרבה מטוסים היא עובדת גם כשהמטוס הפוך (עברית):
https://youtu.be/e-zSVhCCUng
הנה 4 הכוחות שפועלים על המטוס והאווירודינמיות שמקנה לו את יכולת הטיסה (מתורגם):
https://youtu.be/Gg0TXNXgz-w
וכוח העילוי שמסייע להחזיק את המטוס באוויר:
https://youtu.be/MvFKUiW8-tY
מה מאפיין את מטוסי העתיד?
ברור שמטוסי העתיד יפעלו בעתיד ומן הסתם התחזיות הן תמיד רק תחזיות. אבל נראה שלחברות התעופה ויצרניות המטוסים יש לא מעט רעיונות טובים לקראת העתיד.
לתיירות ההולכת ומתגברת מתכוננים בחברת העיצוב "ממילניום" באמצעות קונספט שנקרא Airsleeper. הם תכננו את שורות המושבים כך שייבנו בשתי קומות. הישיבה הדו-קומתית תזכיר מעט את המיטות בתאי השינה ברכבות ואכן, הנוסעים יוכלו גם להסב את המושב שלהם למיטה שטוחה.
ואולי תכנון המושבים יאפשר לנתק את המושבים מרצפת תא הנוסעים ולהתחבר דווקא לדפנות או קירות המטוס.
תכנון אחר מתוכנן לאפשר למושב חופש תנועה מסוים במרחב ואולי גם יוכל לכלול רעיונות כמו מושבים "צפים", הכוללים שינויים באמצעי האחסון.
השינויים המהפכניים כוללים גם שינויים בחלונות. כאן מתוכננים מסכי וידאו שיחליפו את החלונות ויציגו מראות דמיוניים, את הנוף שלמטה באופן משופר או גורמים שמיימים מסביב. אפילו תקרת המטוס תוחלף בתקרת מסך שתציג קווי רקיע אורבניים ואף תדמה את תא הנוסעים לצוללת בנופים תת-ימיים.
כשחברת איירבוס הציגה את מטוסי העתיד שלה היא הלכה על מטוסי נוסעים בעלי "גוף שלוב כנפיים", אותו קונספט של מטוסי החמקן שאנו מכירים, בו הכנפיים שלובות בגוף המטוס עד שנראה שהם בעלי גוף אחד.
מטוסיה העתידיים נועדו להיות בעלי פליטת הפחמן נמוכה. לכך מסייעת הצורה של הכנפיים המשולבות בגוף המטוס. הסיבה היא שכוח הגרר האווירודינאמי של כלי תעופה כאלו הוא נמוך יותר ובכך הם יעילים יותר וידידותיים יותר לסביבה, צעד חשוב בדרך המאוחרת מדי של העולם לכיוון של אמצעי תחבורה ירוקים יותר.
אגב, צורת המטוס הזו הופכת אותו לקשה יותר לשליטה, אך טכנולוגיות המחשוב המתקדמות יותר, כמו גם חומרים משופרים שנכנסו לשימוש בעולם התעופה ישפרו את השליטה בכלי הטיס הללו ויהפכו אותם לקלים יותר.
ואולם, אם מטוסי הנוסעים של העתיד יעוצבו כך, יישבו מרבית הנוסעים הרחק ממרכז המטוס. מכאן שבהשוואה לדגמי ההווה, המבוססים על "צינור וכנפיים", הם יחושו חזק יותר כל פנייה של המטוס וכל תזוזה באוויר.
קונספטים ועיצובים חדשים ומקוריים של מטוסי נוסעים עתידיים כוללים גם תקרה שקופה שתחליף את תקרת תא הנוסעים והחלונות הזעירים ותציע תצפית פנורמית מרהיבה.
עוד מוצעת הסבה של שורות המושבים המוכרות לאזורים שונים שיכללו חללים למפגשים חברתיים, חללי עבודה, אחרים שיוקדשו למנוחה וחללים חברתיים המיועדים למפגש עם שאר הנוסעים המעוניינים בכך. הרעיון הוא שבמהלך הטיסה יוכל כל נוסע המעוניין בכך לעבור ממתחם למתחם, על פי צרכיו ורצונותיו.
מן הסתם השינויים המהפכניים במטוסי העתיד יהיו פחות נועזים או הרבה יותר, בהתאם לפיתוחים הטכנולוגיים והשינויים העתידיים בעולם התעופה, אבל תמיד מעניין מה חושבים ומתכננים מהנדסי ומעצבי העתיד גם בתחום הזה. ימים יגידו מה צופן בחובו המחר היותר מאוחר.
הנה כמה מטוסים של ימינו שמרמזים על מטוסי העתיד:
https://youtu.be/hX0S2SYxqSY
עוד ממטוסי העתיד הבולטים:
https://youtu.be/gWNHql50zxk
האם פנים המטוסים ישתנה גם הוא?
https://youtu.be/7EAj2SwrcjA
ואולי כשמדובר בעתיד מדובר בכלל על תעופה אישית:
https://youtu.be/ABrjdyavqkI
ברור שמטוסי העתיד יפעלו בעתיד ומן הסתם התחזיות הן תמיד רק תחזיות. אבל נראה שלחברות התעופה ויצרניות המטוסים יש לא מעט רעיונות טובים לקראת העתיד.
לתיירות ההולכת ומתגברת מתכוננים בחברת העיצוב "ממילניום" באמצעות קונספט שנקרא Airsleeper. הם תכננו את שורות המושבים כך שייבנו בשתי קומות. הישיבה הדו-קומתית תזכיר מעט את המיטות בתאי השינה ברכבות ואכן, הנוסעים יוכלו גם להסב את המושב שלהם למיטה שטוחה.
ואולי תכנון המושבים יאפשר לנתק את המושבים מרצפת תא הנוסעים ולהתחבר דווקא לדפנות או קירות המטוס.
תכנון אחר מתוכנן לאפשר למושב חופש תנועה מסוים במרחב ואולי גם יוכל לכלול רעיונות כמו מושבים "צפים", הכוללים שינויים באמצעי האחסון.
השינויים המהפכניים כוללים גם שינויים בחלונות. כאן מתוכננים מסכי וידאו שיחליפו את החלונות ויציגו מראות דמיוניים, את הנוף שלמטה באופן משופר או גורמים שמיימים מסביב. אפילו תקרת המטוס תוחלף בתקרת מסך שתציג קווי רקיע אורבניים ואף תדמה את תא הנוסעים לצוללת בנופים תת-ימיים.
כשחברת איירבוס הציגה את מטוסי העתיד שלה היא הלכה על מטוסי נוסעים בעלי "גוף שלוב כנפיים", אותו קונספט של מטוסי החמקן שאנו מכירים, בו הכנפיים שלובות בגוף המטוס עד שנראה שהם בעלי גוף אחד.
מטוסיה העתידיים נועדו להיות בעלי פליטת הפחמן נמוכה. לכך מסייעת הצורה של הכנפיים המשולבות בגוף המטוס. הסיבה היא שכוח הגרר האווירודינאמי של כלי תעופה כאלו הוא נמוך יותר ובכך הם יעילים יותר וידידותיים יותר לסביבה, צעד חשוב בדרך המאוחרת מדי של העולם לכיוון של אמצעי תחבורה ירוקים יותר.
אגב, צורת המטוס הזו הופכת אותו לקשה יותר לשליטה, אך טכנולוגיות המחשוב המתקדמות יותר, כמו גם חומרים משופרים שנכנסו לשימוש בעולם התעופה ישפרו את השליטה בכלי הטיס הללו ויהפכו אותם לקלים יותר.
ואולם, אם מטוסי הנוסעים של העתיד יעוצבו כך, יישבו מרבית הנוסעים הרחק ממרכז המטוס. מכאן שבהשוואה לדגמי ההווה, המבוססים על "צינור וכנפיים", הם יחושו חזק יותר כל פנייה של המטוס וכל תזוזה באוויר.
קונספטים ועיצובים חדשים ומקוריים של מטוסי נוסעים עתידיים כוללים גם תקרה שקופה שתחליף את תקרת תא הנוסעים והחלונות הזעירים ותציע תצפית פנורמית מרהיבה.
עוד מוצעת הסבה של שורות המושבים המוכרות לאזורים שונים שיכללו חללים למפגשים חברתיים, חללי עבודה, אחרים שיוקדשו למנוחה וחללים חברתיים המיועדים למפגש עם שאר הנוסעים המעוניינים בכך. הרעיון הוא שבמהלך הטיסה יוכל כל נוסע המעוניין בכך לעבור ממתחם למתחם, על פי צרכיו ורצונותיו.
מן הסתם השינויים המהפכניים במטוסי העתיד יהיו פחות נועזים או הרבה יותר, בהתאם לפיתוחים הטכנולוגיים והשינויים העתידיים בעולם התעופה, אבל תמיד מעניין מה חושבים ומתכננים מהנדסי ומעצבי העתיד גם בתחום הזה. ימים יגידו מה צופן בחובו המחר היותר מאוחר.
הנה כמה מטוסים של ימינו שמרמזים על מטוסי העתיד:
https://youtu.be/hX0S2SYxqSY
עוד ממטוסי העתיד הבולטים:
https://youtu.be/gWNHql50zxk
האם פנים המטוסים ישתנה גם הוא?
https://youtu.be/7EAj2SwrcjA
ואולי כשמדובר בעתיד מדובר בכלל על תעופה אישית:
https://youtu.be/ABrjdyavqkI
ישנם 4 כוחות (The Four Forces) פיזיקליים, המסייעים למטוסים ולכלי טיס ואפילו לצלחות מעופפות של פריזבי לטוס אל על.
ארבעה הכוחות הללו פועלים על המטוס, כשהשילוב ביניהם הוא שמאפשר לו לטוס באוויר, על כל משקלו האדיר.
ארבעת הכוחות הללו הם כוח העילוי (lift), המשקל (weight), הדחף (thrust) והגרר (drag).
כשהכוחות הללו מאוזנים, כלי הטיס נע ישר. אם נבין את העקרונות הפיזיקליים שמאחורי הכוחות הללו, נבין היטב את נפלאות הטיס או השיוט באוויר.
אז שכשהמנועים דוחפים את המטוס קדימה ויוצרים דחף, כשצורת הכנפיים של המטוס היא שיוצרת עילוי ומחזיקה אותו למעלה, עומדים מול כל אחד משני הכוחות הללו כוחות המתנגדים להם - הגרר שבולם את הדחף והכבידה שבולמת את העילוי - כך מאוזן וטס המטוס באוויר, בגובה ובמהירות נסבלים, שרק הטייס יכול לשנותם.
#כוח העילוי
הכנפיים הן שיוצרות את מרבית כוח העילוי שבו משתמש המטוס. כוח העילוי הוא שמאפשר למטוס להידחף כלפי מעלה ולא ליפול. מבנה וצורת הכנפיים הם שגורמים לדחיפת האוויר שמתחת לכנף כלפי מעלה, בזכות לחץ האוויר הגבוה יותר שנוצר מתחת לכנף. הלחץ הגדול מלמטה יוצר את כוח העילוי, הגורם לכך שהמטוס נדחף למעלה על ידי האוויר.
#כוח הכבידה
משקלו של המטוס הוא מה שמושך אותו לקרקע. הכבידה היא הכוח המושך כל דבר וגם את המטוס לכיוון האדמה, אחרת המטוס היה עולה למעלה עוד ועוד. משקל הוא תוצאה של הכבידה.
#כוח הדחף
כוח זה מושג בזכות המנועים והוא שדוחף את המטוס קדימה. הדחף נוצר בעזרת מדחף, רקטה או מנוע סילון. מי שמכיר את מייבש השיער הביתי יודע שהוא דוחף אוויר לקדימה, לאחר שמשך אותו מאחור.
#כוח הגרר
כוח הגרר הוא הכוח שמתנגד לדחף ויוצר את ההתנגדות לתנועה קדימה. גרר הוא תוצאה של חיכוך והפרשי לחץ אוויר. מי שרוצה לחוות כוח גרר שייזכר את הדחיפה אחורה של היד, כשמוציאים אותה מחלון המכונית הנוסעת.
הנה סרטון על ארבעת הכוחות היוצרים את השיוט באוויר:
https://youtu.be/zhWDnWaI5TE
כוח העילוי שמעלה למעלה (עברית):
https://youtu.be/dYZg1AgVBUU
כוח הכבידה שמאזן את העילוי ומושך למטה לפי המשקל (מתורגם):
https://youtu.be/uhS8K4gFu4s
כוח הדחף שדוחף כלי טיס קדימה ומעיף אנשים מאחורי המטוס:
https://youtu.be/GqVjD3nBSQg
כוח הגרר שבולם את הדחף:
https://youtu.be/BnmZ94eIdNE
והתעופה של פריזבי באוויר בעזרת ארבעת הכוחות הללו:
https://youtu.be/jJtQjc32aT8
אחת התופעות המרתקות בהנדסה היא של מטוסים במשקל אדיר, שטסים באוויר, במטוסים חזקים זה בזכות הכוח שיוצר זרם הסילון שנפלט מהמנועים הסילוניים החדישים והחזקים כל כך.
במטוסים קטנים או ישנים יותר, בעיקר אלו שלפני מלחמת העולם השנייה, הייתה זו תנועת האוויר שמייצרים המַדְחֵפים שלהם, שהחזיקה אותם באוויר.
אבל מהו המַדְחֵף? איך הוא מצליח לייצר כוח כה גדול עד שמטוסים במשקל חצי טון נשארים בזכותו באוויר ולא נופלים?
המדחף, באנגלית פרופלור (Propeller) או הרוטור במסוקים, הוא מנגנון המחובר למנוע וכולל להבים או מעין כנפיים שצורתם מיוחדת. בסיבוביהם המהירים יכולים הלהבים לייצר זרם אוויר כה חזק עד כדי כך שהם דוחפים את המטוס קדימה.
אפשר לראות במדחף סוג של כנף שמסתובבת ומייצרת את מה שהציפורים מייצרות בנפנוף כנפיהן והוא "עילוי קדימה". כוח העילוי הזה הוא שדוחף את המטוס קדימה.
למעשה, תפקיד המדחף הוא להפוך את התנועה הסיבובית של המנוע לתנועת דחף של המטוס. את המדחף מרכיבים כמה להבים, שניים או יותר, כשכל להב היא כנף מסתובבת שיוצרת זרימה של אוויר בכיוון הטיסה - לפי מהירות סיבוב המדחף.
זרימת האוויר הזו יוצרת שני כוחות: כוח עילוי אופקי, שמחזיק את המטוס באוויר וכוח דחף הדוחף אותו קדימה. שני הכוחות הללו מתגברים על שני כוחות שלכאורה מונעים מהמטוס לטוס. הראשון הוא כוח הכבידה שדווקא מושך אותו לאדמה והשני - כוח הגרר, שמתנגד לתנועה שלו קדימה.
אגב, לכל להב יש פיתול בקצהו. זאת כדי למנוע את שבירתו בקצה הלהב, בשל האופן בו משתנה כוח העילוי בחלקים השונים של הלהב.
מטוסי הפרופלור כיום הם נדירים מאוד, בעיקר כי הם איטיים:
https://youtu.be/gkGEeLr7yEo
הכוחות הפועלים על המטוס, כשהמדחף אחראי לכוח שדוחף אותו קדימה:
https://youtu.be/wFTHh-6jIT8
את המדחף החליף עם השנים מנוע הסילון (עברית):
https://youtu.be/fP8892AsAiM
וכך פועל המדחף גם בצוללות:
https://youtu.be/ON_irzFAU9c
כוח העילוי (Lift) הוא כוח שמחזיק את המטוס באוויר. ידוע שצורתה של כנף המטוס תורמת לכוח העילוי, אך לגבי שיטת הפעולה של כוח העילוי יש סברות והסברים שונים.
הסבר אחד לכוח העילוי שפועל על כלי טיס הוא שחלקה הקדמי של כנף המטוס מפצל את האוויר לשניים. הבדלי לחץ-האוויר שבין האוויר שמעל לכנף וזה שמתחתיה, הם הגורמים להיווצרותו של כוח העילוי ולהחזקתו של המטוס באוויר, שכן לחץ האוויר מתחת לכנף גבוה מזה שמעליה ולכן הכנף שואפת לעלות ואיתה המטוס.
הסבר אחר נאחז בעיקרון ברנולי. לפי השערה זו המהירות הגבוהה של האוויר שמעל לכנף היא שגורמת לירידת לחץ האוויר מעל הכנף ובכך יוצרת את של כוח העילוי שבזכותו המטוס נשאר באוויר.
הסבר שלישי טוען שמה שמשאיר את המטוס באוויר, מבלי ליפול, הוא "אפקט קואנדה". לפי "אפקט קואנדה" האוויר, כמו המים, נצמד לפני השטח של כל משטח שהוא זורם על פניו. כך דוחף הקימור של כנף המטוס, את האוויר כלפי מטה ובזכות הדחיפה הנגדית של האוויר את הכנף, מחזיקות הכנפיים את המטוס באוויר, מבלי שייפול.
וזה לא רק כוח העילוי שפועל על המטוס. כוח הכבידה מושך אותו למטה וכוח העילוי - למעלה. כוח הגרר שנגרם מהחיכוך באוויר דוחף אותו כנגד כיוון הטיסה ומקטין את מהירותו של המטוס.
אבל יהיה אשר יהיה ההסבר המדויק לאופן שבו הוא פועל, כוח העילוי הוא הגורם החשוב שמאפשר למטוסים לא ליפול ולציפורים לנדוד למרחקים של אלפי קילומטרים.
הנה הסבר על כוח העילוי שמסביר איך המטוס נשאר באוויר (מתורגם):
https://youtu.be/uJKv5yfecHY
כוח העילוי בהדגמה יפה לתלמידים:
http://youtu.be/cQIvbO5MpQY
מבנה הכנף המותאם לכח העילוי מרים את המטוס למעלה ומדהים שבהרבה מטוסים הוא עובד גם הפוך (עברית):
https://youtu.be/e-zSVhCCUng
כך מחזיק כוח העילוי את המטוס באוויר:
https://youtu.be/MvFKUiW8-tY
וכך ציפורים נעזרות בכוח העילוי כדי לנדוד למרחקים:
http://youtu.be/5dk9m2zgngM
כוח גרר
אווירודינמיות (Aerodynamics), או אירודינמיות, היא תכונה שמאפשרת לגוף נייד, כמו מטוס, ציפור, מכונית או אפילו דג, להתגבר על התנגדות האוויר בעת התנועה.
כללית, צורת הכנף היא שמאפשרת למטוסים מטוס ולא ליפול. צורת הכנף יוצרת כוח עילוי בזכות המשטח המקומר שלה. צורת הכנפיים היא שגורמת ללחץ האוויר שמתחת להן לגדול יותר מלחץ האוויר שמעליהן וזה מה שדוחף את הכנפיים וביחד איתן את המטוס כולו, כלפי מעלה.
אווירודינמיות מתאפשרת לרוב גם תודות לצורה מעוגלת בקצה האחד של הגוף ומחודדת בקצה האחר. תורם לה גם שטח הפנים החלק והאחיד שלו, שמזכיר צורה של טיפה.
את תכונת האווירודינמיות ניתן למצוא בטבע בצורתם של ציפורים ודגים. היא אומצה בהנדסה המודרנית לגופים נעים, כמו מטוסים, מכוניות, צוללות וכדומה.
ארבעה כוחות פועלים על המטוס. השילוב ביניהם וההתגברות על כוח הכבידה, הם שמאפשרים לו לטוס ולא ליפול.
ארבעת הכוחות הללו הם עילוי, דחף, גרר ומשקל. המשקל הוא כוח הכבידה כמובן והוא דווקא מושך אותו לאדמה. העילוי מאפשר לו להידחף כלפי מעלה, הדחף שמושג בזכות המנועים דוחף את המטוס קדימה והגרר הוא ההתנגדות המסוימת וההכרחית לתנועה קדימה.
אז ברור שהמנועים דוחפים אותו קדימה, אבל צורת הכנפיים של המטוס היא שמחזיקה אותו למעלה. מבנה הכנפיים גורם לדחיפת האוויר שמתחת לכנף כלפי מעלה, בזכות לחץ האוויר הגבוה יותר מתחת לכנף. זה יוצר את כוח העילוי, כלומר גורם לכך שהמטוס "מורם" למעלה על ידי האוויר. גאוני.
הנה הסבר על האווירודינמיות שמקנה למטוס את יכולת הטיסה (מתורגם):
https://youtu.be/Gg0TXNXgz-w
כך מטוסים טסים בזכותה:
https://youtu.be/YyeX6ArxCYI
ולא רק טסים אלא גם טסים הפוך ולא נופלים (עברית):
https://youtu.be/e-zSVhCCUng
על טייס שהצליח להטיס ולהנחית פנטום פגוע ללא חרטום ובניגוד לחוקי האווירודינאוטיקה (עברית):
https://youtu.be/daEt-KhS3xY
גם מכוניות מרוץ ובכלל מתוכננות עם אווירודינמיות:
https://youtu.be/TKH1DyV9vNU
וסרטון הסבר על הכוחות שפועלים על המטוס ומאפשרים לו לטוס במקום ליפול:
https://youtu.be/5ltjFEei3AI?long=yes
עקרונות אווירודינמיים שונים עובדים כדי לאפשר למטוס להישאר באוויר. נהוג לומר שכוח העילוי הוא שמחזיק את המטוס באוויר, אבל יש ויכוחים לגבי איך הדברים עובדים בדיוק. בכל מקרה ניתן לומר שצורתה של כנף המטוס תורמת לכוח העילוי, יהיה אשר יהיה ההסבר לאופן שבו הוא פועל.
הסבר אחד של כוח העילוי הפועל על כלי טיס הוא שהחלק הקדמי של כנף המטוס מפצל את האוויר לשניים. עד שהאוויר ייפגש שוב, בחלק האחורי של הכנף, יווצרו הבדלי לחץ אוויר בין האוויר שמעל הכנף וזה שמתחתיה.
הפרשי לחץ אלו הם הגורמים להיווצרות כוח עילוי. הוא שמחזיק את המטוס באוויר.
יש הסבר שנאחז בעיקרון ברנולי כדי לומר שמהירות הגבוהה של האוויר שמעל לכנף גורמת לירידת לחץ האוויר שם ולהיווצרות של כוח עילוי המחזיק את המטוס.
חוקרים אחרים גורסים שמה שגורם למעשה למטוס להישאר באוויר ולא ליפול הוא "אפקט קואנדה". אפקט זה מצביע על הנטייה של האוויר (כמו גם מים) להיצמד לפני השטח של כל משטח שהוא זורם על פניו. כך דוחף לדבריהם הקימור של כנף המטוס, את האוויר כלפי מטה ובזכות הדחיפה הנגדית של האוויר בחזרה את הכנף, מחזיקות הכנפיים את המטוס באוויר.
יש עוד הסברים אבל נעצור כאן הפעם.
הנה כוח העילוי שמחזיק את המטוס באוויר (מתורגם):
https://youtu.be/uJKv5yfecHY
צורת הכנפיים יעילה מאוד בניצול כוח העילוי לצורך החזקת המטוס באוויר. בהרבה מטוסים היא עובדת גם כשהמטוס הפוך (עברית):
https://youtu.be/e-zSVhCCUng
הנה 4 הכוחות שפועלים על המטוס והאווירודינמיות שמקנה לו את יכולת הטיסה (מתורגם):
https://youtu.be/Gg0TXNXgz-w
וכוח העילוי שמסייע להחזיק את המטוס באוויר:
https://youtu.be/MvFKUiW8-tY
