Ενα αεροπλανο ειναι ενα εκπληκτικο μηχανημα ικανο να πεταει σε καθε κατευθυνση στον τρισδιάστατο χωρο.
Η οδήγηση ενός αεροπλάνου είναι μια μάλλον διαισθητική διαδικασία, όπως ακριβώς και αυτη του αυτοκινήτου.
Ο πιλότος έχει στη διάθεσή του τα εξης χειριστήρια: ένα τιμόνι (yoke) ή ένα stick ανάλογα με τον τύπο του αεροπλάνου καθώς και 2 πεντάλ.
ΟΔΗΓΗΣΗ ΣΤΟΝ ΑΕΡΑ
Για την οδήγηση στον αέρα, στριβοντας το τιμόνι η το stick αριστερά το αεροπλάνο στρίβει αριστερά, και αντίστοιχα στριβοντας το τιμόνι η το stick δεξιά, το αεροπλάνο στρίβει δεξιά.
Αντίστοιχα, μετακινώντας το τιμόνι η το stick μπροστά, το αεροπλάνο κατεβάζει τη μύτη του και τραβωντας το τιμόνι ή το stick πίσω, το αεροπλάνο ανεβαζει τη μύτη του.
Τα πενταλ χρησιμοποιούνται κατά τη διάρκεια της πτήσης για την περιστροφή του αεροπλάνου γύρω από τον κατακόρυφο άξονα του, όπως θα δουμε καλυτερα στη συνεχεια.
ΟΔΗΓΗΣΗ ΣΤΟ ΕΔΑΦΟΣ
Σχετικά με την οδήγηση στο εδαφος, πατώντας το αριστερο πεντάλ το αεροπλάνο στρίβει αριστερά, ενω πατώντας το δεξι πενταλ το αεροπλάνο στρίβει δεξιά.
Πατώντας τα πενταλ ταυτοχρονα το αεροπλανο φρεναρει.
Ανάλογα με τον τυπο του αεροπλανου, για την οδήγηση στο εδαφος μπορεί να υπάρχει ενα επιπλεον τιμονάκι.
Πώς όμως συμβαίνουν όλα αυτά;
Ας υποθεσουμε αρχικά ότι το σύνολο της μάζας του αεροπλάνου, όπως αλλωστε και οποιουδήποτε στερεού σώματος, μπορει να θεωρηθει οτι ειναι συγκεντρωμενο σε ενα μονο σημειο, το Κέντρο Βάρους (ΚΒ). Το Κέντρο Βάρους ειναι δηλαδη το σημειο, απο το οποιο αν κρεμουσαμε το αεροπλανο, αυτο θα ισορροπούσε.
Ας υποθέσουμε ακόμη οτι το αεροπλανο εχει το δικο του συστημα συντεταγμενων, δηλαδη 3 άξονες κάθετους μεταξύ τους που διέρχονται από το Κέντρο Βάρους, ενας καθετα στο αεροπλανο, ο καθετος αξονας (normal or vertical axis), ενας κατα μήκος του αεροπλάνου, ο διαμήκης (Longitudinal axis), και ενας εγκαρσια στο αεροπλάνο, ο εγκαρσιος αξονας (Lateral axis).
Το αεροπλάνο όπως και οποιοδήποτε στερεό σώμα στον τρισδιάστατο χώρο, έχει 3 διαφορετικες δυνατότητες περιστροφής:
- Περιστροφή γύρω από τον κατακόρυφο άξονα του, που ονομάζεται εκτροπή ή yaw.
- Περιστροφή γύρω από τον διαμήκη άξονα του, που ονομάζεται περιστροφή ή roll. Κατά την κίνηση αυτή το ένα φτερό του αεροπλάνου κατεβαίνει ενώ το άλλο ανεβαίνει.
- Περιστροφή γύρω από τον εγκάρσιο άξονα του που ονομάζεται πρόνευση ή pitch. Η κίνηση αυτή ανεβαζει η κατεβάζει τη μύτη του αεροπλάνου.
Ωραία όλα αυτά, πώς όμως στρίβει το αεροπλάνο;
Ας πάρουμε για παράδειγμα το αυτοκίνητο. Εκει, η ρόδα είναι σε επαφή με το έδαφος και όταν αυτή στρίψει προς μια κατεύθυνση, η δύναμη της τριβής απο το εδαφος βοηθάει το αυτοκίνητο να στρίψει.
Το αεροπλάνο όμως δεν είναι σε επαφή με το έδαφος, πώς αναπτύσσονται οι δυνάμεις που επιτρέπουν το αεροπλάνο να περιστρεφεται γύρω από τους άξονες του;
Αυτό γίνεται μέσω κάποιων επιφανειών που ονομάζονται επιφανειες ελέγχου και βρίσκονται σε διαφορετικά μέρη του αεροπλάνου.
Οταν αυτές οι επιφανειες καμπυλωνονται αναγκάζουν το κινούμενο ρεύμα του αέρα να χτυπαει με τέτοιο τρόπο πάνω τους ώστε να αναπτύσσεται μια πίεση αντίθετης φοράς προς την κατεύθυνση που καμπυλωνονται.
Η πίεση αυτή είναι ανάλογη της ταχύτητας του αεροπλάνου σε σχεση με τον αερα και της πυκνότητας του αερα. Το ίδιο ακριβώς συμβαίνει στο χέρι μας αν το βγάλουμε έξω από το παράθυρο σε ένα αμάξι που κινείται με μεγάλη ταχύτητα.
Ας δουμε λοιπον ποιες ειναι αυτες οι επιφανειες:
Η επιφάνεια ή Πηδάλιο ανόδου-καθόδου (elevator) είναι ένα πτερύγιο τοποθετημένο κατά μήκος του οριζόντιου ουραίου σταθερού πτερυγίου (horizontal stabilizer) με σκοπό τον έλεγχο της πρόνευσης (pitch).
Όταν αυτό καμπυλώνει προς τα κάτω, από το ρεύμα του αέρα, ασκείται σε αυτό, μια δύναμη προς τα πάνω που αναγκάζει την ουρά του αεροπλάνου να ανέβει, δηλαδή τη μύτη του αεροπλάνου να κατέβει.
Οι επιφάνειες ή Πηδάλια περιστροφής (ailerons), βρίσκονται στα φτερά και βοηθούν στο roll. Αυτά είναι συγχρονισμένα ώστε να κινούνται αντίθετα.
Όταν τα ailerons του ενός φτερού καμπυλωνονται προς τα πάνω, τα ailerons του άλλου φτερού καμπυλωνονται προς τα κάτω. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα στα πρώτα να ασκείται μια δύναμη προς τα κάτω και στα δεύτερα μια δύναμη προς τα πάνω, έτσι συνολικά αυτό το ζεύγος δυνάμεων, δημιουργεί μια τάση, μια ροπή για περιστροφή του αεροπλάνου γύρω από τον διαμήκη άξονα.
Τέλος, η επιφάνεια η Πηδάλιο εκτροπής (rudder) είναι ένα πτερύγιο τοποθετημένο κατά μήκος του κάθετου ουραίου σταθερού πτερυγίου (fin/vertical stabilizer) με σκοπό τον έλεγχο της εκτροπής (yaw).
Λειτουργεί με βάση την ίδια αρχή.
Όταν αυτή καμπυλωνεται προς τα αριστερά, αναπτύσσεται μια δύναμη που έχει την τάση να μετακινήσει την ουρά του αεροπλάνου προς τα δεξιά, άρα τη μύτη προς τα αριστερά.
Το αντίθετο συμβαίνει όταν όταν το πτερύγιο καμπυλώνει προς τα δεξιά.
Οι επιφάνειες ελέγχου συνήθως στα ελαφρά αεροπλάνα συνδέονται με τα χειριστήρια μέσω καλωδίων ενώ στα μεγαλύτερα αεροσκάφη όπου οι δυνάμεις στα πηδάλια είναι αρκετά μεγάλες και ξεπερνούν τη μυϊκή δύναμη του πιλότου, μπορεί να υπάρχουν επιπλέον και βοηθητικά υδραυλικά συστήματα. Όπως και στο αμάξι!
Ας ανακεφαλαιωσουμε:
Ο πιλοτος κάθεται στη θεση του και αποφασίζει οτι θελει να αλλαξει την κατευθυνση του αεροπλανου.
Για αυτό το σκοπό έχει τα χειριστήρια, το τιμόνι και τα πεντάλ.
Με το τιμόνι ελέγχει τα ailerons κι το elevator δηλαδή ελέγχει την περιστροφή καθώς και την ανόδο η κάθοδο του αεροπλάνου, ενώ με τα πεντάλ ελέγχει το rudder δηλαδή την εκτροπή του αεροπλάνου.
Ενεργοντας στα χειριστήρια, η ενεργεια αυτη μεταφερεται στις επιφανειες ελεγχου.
Οι επιφανειες ελεγχου καμπυλωνουν με τετοιο τροπο ωστε να ασκηθει μια πιεση απο το ρευμα του αερα σε αυτες και ετσι….. να αλλαξει κατευθυνση το αεροπλανο.
