1. A Repülés Fizikája

A repülés fizikájának megértéséhez először meg kell értenünk mi maga a repülés. A repülés szilárd alátámasztás vagy felfüggesztés nélküli lebegés és/vagy mozgás a levegőben.

Az ember által megvalósított repülésnek két fő fajtája van. A levegőnél könnyebb anyagot tartalmazó, s annak emelő erejét felhasználó test repülése. Ilyen a léggömb, léghajó, hőlégballon. A másik fő csoport a levegőnél nehezebb testek repülése. A levegőnél nehezebb testek repülésének két fő feltétele van: a nehézségi erő legyőzése és a levegőben lévő repülőeszköz sebességének a megteremtése. A repülésnek 4 fő szakaszát különböztetjük meg: felszállás, vízszintes repülés, manőverezés, leszállás. A merev szárnyú repülőgépeknél a vonóerőt a belső égésű motorral hajtott légcsavar vagy sugárhajtómű hozza létre, míg a felhajtóerő (emelőerő) a megfelelően kialakított profilú repülőgépszárnyakon keletkezik, úgy hogy a szárny íves formájának köszönhetően a fölötte elhaladó levegő gyorsabb, mint az alatta elhaladó levegő, ez légnyomáskülönbséget hoz létre és fölemeli a repülőt. Itt a levegőbeemelkedéshez általában a földön elért csaknem vízszintes irányú sebességre van szükség.

A függőlegesen föl és leszálló repülőgépek csak egy bizonyos magasság után térnek át vízszintes irányú pályára. A merev szárnyú repülőgépek csoportjába tartozik még a motor nélküli vitorlázó repülőgép, amely kezdeti mozgási energiáját motoros csőrlővel való indítással kapja meg vagy motoros repülőgép által vontatva éri el a szükséges kezdősebességet, majd ezt az energiát fölvéve siklórepüléssel halad, közben a légáramlások emelő hatását is hasznosítja. Ezt nevezzük vitorlázórepülésnek. A madarakat utánzó csapkodó szárnyas repülés csak elvi jelentőségű maradt. A repülés hőskorában számtalan kísérlet történt, de a gyakorlatban kivitelezhető gazdaságos mechanikai konstrukció nem született.

A nem merevszárnyú repülésnél a vonóerőt és az emelőerőt egyaránt egy belső égésű motorral hajtott, általában 3 vagy 4 lapátos forgó szárnyszerkezet állítja elő, s teszi lehetővé a tetszőleges irányú haladást, lebegést, sőt modernebb típusoknál műrepülő-figurák végrehajtását is. A hétköznapi nyelvben ezeket, a repülőszerkezeteket helikopternek nevezzük.

A magassági repülés során a levegő sűrűségének csökkenése miatt mind a személyzetre, mind pedig a repülőgép szerkezeti elemeire különféle tényezők hatnak: csökken a nyomás, a külső hőmérséklet -50 Celsius fok alá csökken, növekszik az ionizáló háttérsugárzás. A repülőgép manőverezhetősége csökken, függőleges repülési figurák nem hajthatók végre, csökken a hajtómű tolóerő fölöslege, a repülés csak égető (forszázs) üzemmódon végezhető, ami jelentős tüzelőanyag fogyasztással jár. A tüzelőanyaggal és a kenőanyagokkal szemben az alacsony hőmérséklet miatt fokozottak a következmények. 3000m fölött szükséges az oxigén használata, 4000 m fölött pedig a repülés biztonságosan csak hermetikus fülkében hajtható végre. A személyszállító repülőgépeken 2000-3000 m-es magasságtól biztosítják az utasoknak a túlnyomást, ami szükséges az utasok megfelelő közérzetéhez. A katonai repülőgépeken a pilótákat a hermetikus fülke esetleges sérülése esetén speciális magassági felszerelés védi. A sugárhajtású repülőgépek csúcsmagassága 35-40 km, az utasszállítóké általában 12-14 km. A légcsavaros repülőgépek 14-16 km-ig a vitorlázó repülőgépek 15 km-ig emelkedhetnek.

A repülőgépszárny a repülőgép szerkezeti eleme, amely a repüléshez szükséges. A szárny termeli a felhajtóerőt. A repülőgépszárny a haladási irány sebesség szerinti metszetekben aerodinamikai profilokból álló vékony, a metszetek síkjára merőleges síkban nagy kiterjedésű térbeli merev szerkezet. A szárnyat fesztáv, felület, nyilazási szög, és „V” beállítása alapján szokták jellemezni. Hasonló jellemzőket adnak meg a vezérsíkokra is. Vannak egy-két és többszárnyú repülőgépek is. Az egyszárnyú gép a monoplán, az egymás felett elhelyezett kétszárnyú a biplán, az egymás mögött elhelyezett szárnyakkal rendelkező gép a tandem. Ha a vízszintes vezérsík a szárny előtt helyezkedik el, akkor a gépet „kacsa-elrendezésű” gépnek nevezzük. A repülőgépszárny formája ellipszis, téglalap, trapéz, hátranyilazott, előrenyilazott, delta és gótikus alakú lehet. Terhelésfelvétel szempontjából a repülőgépszárny fontos jellemzője a szárnyfelület egy négyzetméterére eső felületi terhelés (kg/m²), a gép össztömegének és szárnyfelületének hányadosa. A kis repülési sebességeken (pl. fel- és leszállás) a megfelelő nagyságú felhajtóerőt a korszerű szárnymechanizáció biztosítja, amely jelentősen növeli a szárny felületét.

A repülőgép-hajtómű a repülőszerkezetet a földön és levegőben mozgató gépi berendezés, amely magában foglalja a belső égésű hőerőgépet és a toló-/vonóerőt, létrehozó elemet is. Hajtóművek fajtái: a dugattyús légcsavaros repülőgépmotor (belső égésű motor), a gázturbinás légcsavaros és gázturbinás sugárhajtómű. Ezek szerkezetileg eltérnek egymástól, de alapvető tulajdonságuk megegyezik: a toló- illetve vonóerő előállítására a tüzelőanyag elégetésekor felszabaduló energiát használják. Mindegyik propulziós hajtású, a levegőt a gép haladási irányával ellentétes irányban gyorsítják fel, a reakcióerő hajtja a járművet. A repülőgépmotorhoz csatlakozik a vonó-/tolóerőt létrehozó légcsavar, a sugárhajtóműnél a tolóerőt a hajtóműből a fúvócsövön át nagy sebességgel kiáramló gázok hozzák létre. A motoros-légcsavaros repülővel kb. 700-800 km/h sebességet és 11-12 km-es magasságot lehet elérni. A gázturbinás-sugárhajtóművekkel a hangsebesség mintegy három-három és félszerese érhető el. Nagy előnyük, hogy az időjárástól függetlenül könnyen indithatóak , kenőolaj-fogyasztásuk csekély, olcsó üzemanyaggal működnek. Teljesítményük növelésére különféle változatokat fejlesztettek ki (egy vagy kétáramú, utánégetős, lüktető sugárhajtómű). Rakétahajtóművet csak különleges, gyorsító célokból alkalmaznak repülőgépeken.