Un avion rămâne în aer pentru că aripile produc portanță, forța care îi susține greutatea în zbor orizontal. Pe măsură ce avionul înaintează, aripile modifică felul în care curge aerul în jurul lor și deviază curentul de aer în jos. Presiunea aerului diferă între partea de sus și cea de jos a aripilor, iar forțele de presiune, adunate pe întreaga suprafață, dau naștere portanței.
Motoarele îi dau avionului tracțiunea necesară ca să accelereze pe pistă și să își mențină viteza în croazieră. Viteza care contează pentru aripi este cea față de aerul din jur. Dacă avionul are vânt din față, de exemplu, poate atinge viteza necesară pentru decolare la o viteză mai mică față de pistă. Odată ajuns la altitudinea de croazieră, avionul poate înainta la viteză constantă atunci când tracțiunea compensează rezistența aerului.
Aripile pot produce portanță și când motoarele se opresc, atât timp cât avionul își păstrează viteza potrivită față de aer. În această situație, el poate plana, adică înaintează în timp ce pierde treptat altitudine. Același principiu se vede la un planor, care poate parcurge o distanță considerabilă coborând. Cât de departe ajunge depinde, printre altele, de înălțimea de la care pornește și de condițiile de vânt.
Cum produc aripile portanță
Două lucruri contează pentru felul în care aerul trece pe lângă aripă. Primul este profilul aripii, adică forma pe care ai vedea-o dacă ai privi o secțiune din lateral. Al doilea este unghiul de atac, care arată cum este orientată aripa față de curentul de aer care o întâlnește. Pe măsură ce acest unghi se schimbă, se modifică și distribuția presiunii în jurul aripii.
În condiții obișnuite de zbor, presiunea este, în ansamblu, mai mică deasupra aripii decât dedesubt. Curentul de aer este deviat în jos, iar asupra aripii apare o forță orientată în sus. Diferența de presiune și devierea aerului descriu același fenomen, privit dinspre aripă și dinspre aerul din jurul ei.
Pentru a înțelege ce face avionul în fiecare etapă a zborului, urmărește cele patru forțe care acționează asupra lui:
- Portanța apare în principal la aripi și acționează perpendicular pe direcția de deplasare prin aer.
- Greutatea este forța cu care gravitația atrage avionul spre sol.
- Tracțiunea este forța produsă de motoare pentru a împinge avionul înainte.
- Rezistența aerului se opune înaintării și apare când aerul curge în jurul aripilor, al fuselajului și al celorlalte părți ale avionului.
În zbor drept și orizontal, la viteză constantă, portanța echilibrează greutatea, iar tracțiunea echilibrează rezistența aerului. Dacă avionul încetinește și configurația aripilor rămâne aceeași, un unghi de atac mai mare poate compensa, până la un punct, scăderea vitezei. Dincolo de unghiul critic, curgerea aerului se desprinde de pe o parte mai mare a aripii, iar portanța scade. Fenomenul se numește angajare aerodinamică.
Ce se întâmplă la decolare, în viraj și la aterizare
La decolare, motoarele accelerează avionul pe pistă. La un motor cu reacție de tip turboventilator, întâlnit la avioanele de pasageri, ventilatorul mare din față trimite aerul spre spate. O parte din aer intră în miezul motorului, unde este comprimat și amestecat cu combustibilul. Gazele fierbinți rezultate din ardere pun în mișcare turbinele care antrenează ventilatorul și compresorul, iar evacuarea gazelor contribuie și ea la tracțiune.
La viteza stabilită pentru decolare, pilotul ridică botul avionului. Aripile întâlnesc aerul la un unghi mai mare și dezvoltă portanța necesară pentru desprinderea de la sol. Flapsurile, suprafețele mobile din spatele aripilor, schimbă profilul acestora și le permit să producă mai multă portanță la viteze mai mici. După decolare, flapsurile sunt retrase treptat, pe măsură ce avionul accelerează.
Într-un viraj, avionul se înclină. Eleroanele, aflate spre extremitățile aripilor, ajută la inițierea acestei mișcări. Când aripile se înclină, se înclină și direcția portanței. O parte din forță continuă să susțină greutatea avionului, iar componenta laterală îi curbează traiectoria.
La aterizare, flapsurile sunt extinse din nou pentru ca avionul să poată face apropierea la o viteză mai mică. Chiar înainte de contactul cu pista, pilotul ridică ușor botul pentru a reduce ritmul coborârii. După contact, pe multe avioane de pasageri se ridică panouri de pe partea superioară a aripilor, numite spoilere. Acestea reduc portanța și transferă mai mult din greutate pe roți, astfel încât frânele să lucreze mai eficient.
De ce avionul poate plana și ce simți la turbulențe
Dacă avionul pierde tracțiunea, poate continua să înainteze pe o traiectorie descendentă. În planare, o parte din energia pe care o avea datorită altitudinii îi permite să își mențină viteza prin aer, în ciuda rezistenței acestuia. Atât timp cât aripile întâlnesc curentul de aer în condițiile potrivite, ele continuă să producă portanță.
Distanța de planare diferă în funcție de tipul avionului, configurație și vânt. Dacă o aeronavă are un raport de planare de 15 la 1, de exemplu, în aer calm poate înainta aproximativ 15 kilometri pentru fiecare kilometru de altitudine pierdut. Un vânt din față scurtează distanța parcursă față de sol, iar un vânt din spate o poate mări. Înălțimea de la care începe coborârea contează și ea pentru distanța disponibilă.
La turbulențe, avionul traversează zone în care aerul își schimbă viteza sau direcția. O rafală poate modifica pentru scurt timp unghiul la care curentul întâlnește aripile și, odată cu el, portanța. De aceea, poți simți o împingere în scaun sau o senzație scurtă de ușurare. Centura ținută cuplată cât stai așezat te ajută să eviți accidentările dacă mișcarea vine pe neașteptate.
La următorul zbor, poți urmări aripa de la geam. Flapsurile ies înainte de decolare și de aterizare, aripa se înclină când avionul schimbă direcția, iar spoilerele se pot ridica după ce roțile ating pista. Fiecare dintre aceste mișcări schimbă felul în care aerul acționează asupra aripii și ajută avionul să treacă de la o etapă a zborului la alta.
