Въведение
Тази част разглежда фундаменталните физични закони действащи на силите в полет на въздухоплавателното средство. Също така ще разберете какви ефекти имат силите и законите на физиката върху работата и характеристиките на ВС. За да управлява самолета, хеликоптера, безмоторното летателно средство или балона, пилотът трябва да разбира и да знае да използва физичните принципи действащи на ВС в полет.
Структура на атмосферата
Атмосферата е въздушна обвивка, която обгражда Земята и лежи на повърхността ѝ. Тя е част от Земята, както моретата и сушата, но се различава по това, че е смес от газове. Атмосферата има маса, тегло и неопределена форма.
Съдържанието на атмосферата е 78% азот, 21% кислород и 1 % други газове(аргон, хелий и др.). Някои от тези елементи са по-тежки от други. По-тежките елементи като кислорода се утаяват на повърхността на Земята, докато по-леките елементи се издигат до региони с по-голяма височина. По-голямата част от кислорода в атмосферата се съдържа под 10 километра надморска височина(35 000 фута).
Можем да разделим атмосферата на няколко слоя според височината им – Тропосфера, Стратосфера, Мезосфера, Термосфера, Екзосфера. Между слоевете има преходни слоеве наречени паузи (Тропопауза , Стратопауза , Мезопауза, Термопауза). Най-ниския слой от атмосферата е тропосферата. Тя се простира от земната повърхност до около 10-15 км. във височина. Самолетите летят основно в тропосферата и в ниската част на стратосферата.
Въздуха като флуид
Когато повечето хора чуят думата „флуид“ първото, което им идва на ум е някаква течност. Газовете обаче също са флуиди. Флуидите приемат формата на съда в който са поставени. Обикновено флуидите не се съпротивляват на деформация, когато им е приложена някаква сила или се съпротивляват минимално. Това минимално съпротивление към деформация се нарича вискозитет. Флуидите имат и способността да текат. Както течността в съд се разнася, така и газовете се разтичат за да запълнят обема на празен съд. Течностите и газовете притежават тези свойства на флуидите, въпреки, че са с различна плътност. Разбирането на тези свойства е важно за осмислянето на принципите на летенето.
Вискозитет
Вискозитет е свойството на флуид, което го кара да се съпротивлява да тече. Начинът, по който отделните молекули на флуида са склонни да се „държат“ едни за други, определя колко флуида се съпротивлява на това да тече. Флуидите с висок вискозитет са гъсти и се съпротивляват да текат повече. Флуидите с нисък вискозитет са редки и текат лесно. Въздуха има нисък вискозитет и тече лесно.
За да се разбере по-лесно вискозитета ще използваме пример с две течности. Еднакво количество олио и вода са пуснати по две рампи. Те ще текат с различна скорост заради своите вискозитети. Водата ще тече по-лесно, защото нейния вискозитет е по-малък, докато олиото ще тече по-бавно и трудно заради високия си вискозитет.
Всички флуиди са вискозитетни и имат съпротивление към това да текат, независимо дали ние наблюдаваме това съпротивление или не. Трудно можем да видим вискозитета на въздуха. Въпреки това, той е флуид и има свойства на такъв, като се съпротивлява да тече около обектите до известна степен.
Триене
Друг фактор, който действа, когато флуида тече над или около обект е триенето. Това е съпротивлението, което се среща при контакта на флуида с повърхност. Съществува триене между всеки два материала, които контактуват едни с други.
Ефекта на триенето може да се представи с предишния пример с две рампи, но този път си представяме, че пускаме две еднакви течности по различни рампи. Едната рампа е гладка, а другата грапава. Течността или флуида по гладката рампа ще тече с по-голяма скорост, докато флуида по грапавата рампа ще тече с по-малка скорост. Това е така точно заради триенето на течността с грапавата рампа. Важно е да се запомни, че всички повърхности колкото и гладки да изглеждат, погледнати под микроскоп имат неравности и грапави части, които създават триене.
Повърхността на крилото, както всички повърхности има неравности погледнато през микроскоп. Полученото триене на въздушната струя с неравностите на крилото намаля скоростта на тази струя.
Въздушните молекули, които минават над крилото се задържат (залепват) за повърхността заради триенето. Въздушните молекули, които се задържат се съпротивляват на движението и имат относителна скорост близка до 0. Полученият слой от въздушни молекули, които се задържат за повърхността на крилото се нарича Граничен слой.
Щом граничния слой се задържи за повърхността, допълнително забавяне на въздушния поток се причинява от вискозитета на въздуха. Тези два ефекта действащи заедно се наричат съпротивление.
Налягане
Налягане е силата, приложена в перпендикулярна посока на даден обект. Често налягането се измерва в сила паундове упражнявана на квадратен инч (паунд/кв. инч; или PSI). Предмет потопен в течност ще изпитва равномерно налягане от течността около цялата си повърхност. Ако налягането от една от страните стане по-ниско от налягането от другите страни на обекта, той ще се движи в посоката на по-ниското налягане.