Elmélet

A külső erők vagyis a terhelések hatására az anyagban, szerkezetben belső erők keletkeznek. Ennek hatására feszültség ébred az anyagban, és a test mérete és alakja anyagi tulajdonságától függően megváltozik, alakváltozás jön létre.

A belső erők az adott szerkezetben igénybevételeket okoznak. Az igénybevételek az erőhatásoktól függően a következők lehetnek: húzás, nyomás, hajlítás, nyírás, csavarás, és kihajlás.

Az erő fogalmát úgy határozzuk meg, hogy mozgást vagy alakváltozást okoz. A repülőgép szerkezeti kialakítása szempontjából vizsgálat tárgyává tesszük az alakváltozás lényegét és lefolyását.

Az erők hatására a szilárd testek alakjukat, méretüket változtatják, eltörhetnek szétszakadhatnak. A szerkezetek anyagát és méreteit úgy kell megválasztani, hogy a repülőgép alakja, mérete ne vagy a kívánt módon változzon, illetve törés ne fordulhasson elő.

Az áramlási jelenségek között igen gyakori az örvény, amelynek létrejötében fontos szerepet játszik a közeg belső súrlódása. Az áramlási képeket vizssgálva gyakran látjuk az áramvonalakat egy pont körül körívben visszafordulni vagy forgatagot alkotni. A folyadékrészek ilyenkor egy pont - az örvény magja - körül koncentrikus körökben forognak, és sebességük a körmozgás törvényeivel ellentétben annál kisebb, minél távolabb vannak a magtól, míg a nyomás a magban a legkisebb.

Amikor egy szilárd test egy másikon elmozdul, súrlódás jön létre. A fellépő súrlódó erőt külső surlódásnak nevezzük. Bár a levegő és a folyadékok részecskéi a legnagyobb könyedséggel és látszólag ellenállás nélkül mozognak egymás mellett, itt is beszélhetünk surlódásról.

Az áramlás szerkezete szerint két féle áramlási formát különböztetünk meg.

A lamináris áramlásban a folyadékrészecskék rendezetten haladnak az áramvonal mentén, egymás mellett annélkül, hogy egymással összekeverednének. Egynes csőben például az áramvonalak árhuzamosak a cső középvonalával. Ilyen lamináris csak viszonylagos kis sebességek esetén lép fel és alklmanként a természetben is megfigyelhető. Ha például egy vízcsap csak kissé van megnyitva, akkor a kifolyó vízsugár sima, egyenletes, lamináris áramlásban van.

Bernulli törvényével a dinamikus repülés lehetőségének egyik legfontosabb jelensége magyarázható. Változó keresztmetszetű cső falába nyitottvágű különleges U csöveket erűsítünk. Megfigyelhetjük, hogy amíg a csőben nincs áramlás, a folyadékszint a nyomásmérű U csövek mindkét szárában egyforma magasságban áll. Ha a csőben az áramlás megindul, azt látjuk, hogy a nyomásmérők nyitott szárában a víz szintje emelkedik.

Az energia megmaradás elve fizika egyik legfontosab törvénye. Vizsgáljuk meg a mozgás különböző állapotaiban egy függőlegessen felfelé dobott m tömegű test energi állapotát. amíg a test felfelé repül sebsségénél fogva Em=m*v2/2 mozgási energiája van, de ez a sebesság csökkenése folytán egyre kisebb lesz, ezzel szemben helyzeti energiája fokozatosan nő. Ez utóbbi a pálya legmagasabb pontján a legnagyobb: Eh=m*g*h0.

Ha a repülőgép állandó sebességgel, egyenesvonalú, egyenletes mozgást végez, akkor nem csupán a reá ható erők, hanem nyomatékaik is egyensúlyban vannak. Tegyük fel azonban, hogy a pilóta valamelyik kormány felületet az előző helyzeténél kissé nagyobb szögben térítette ki, és ennek során a kormányra ható légerő nagyságát, ele a tömegközéppontra vonatkoztatott nyomatékát is megváltoztatta. Nyílvánvaló, hogy az egyensúlyi helyzet megbomlik, és a repülőgép a nagyobb nyomaték irányába elfordulni igyekszik.

A szárnyon keletkező légerők Fr eredője különböző állásszögeknél más és más helyen támad, sőt iránya is változó. A repülőgépek tehát csak egyetlen olyan szárny-állásszöggel repülhetnek, amikor Fr hatásvonala a tömeggközéponton át halad és arra nem fejt ki forgatónyomatékot, minden más állászögnél a törzsorr, vagy a törzsvég felé forgatónyomatékot ébreszt. Ez azt jelenti, hogy a repülőgép csak ezzel az egyetlen állászöggel repüőképes és minden más állászögnél forgásba jönne a kerszttengelye körül.

Egy test egyensúlyi állapota 3 féle lehet:

Stabil: Az egyensúlyi állapot akkor stabil, ha a testet kissé kimozdítva, a ráható erők hatására eredeti helyzetébe igyekszik visszatérni.

Bizonytalan: Ha az egyensúlyi helyzetből való kimozdítás után a kimozdulást az erők még tovább növelik.

Közömbös: Ha test a kimozdítás után új helyzetében is egyensúlyban marad.