Luftfahrt - Aeronautics

Luftfahrt ist die Wissenschaft oder Kunst beteiligt sich mit der Erforschung, Design und Herstellung von Luft Flug -fähigen Maschinen und die Techniken der Betriebs Flugzeuge und Raketen in der Atmosphäre . Die British Royal Aeronautical Society identifiziert die Aspekte "aeronautische Kunst, Wissenschaft und Technik" und "Der Beruf der Luftfahrt (wobei der Ausdruck Astronautik einschließt)."

Während sich der Begriff ursprünglich ausschließlich auf den Betrieb des Flugzeugs bezog, wurde er inzwischen um Technologie, Wirtschaft und andere Aspekte im Zusammenhang mit Flugzeugen erweitert. Der Begriff „ Luftfahrt “ wird manchmal austauschbar mit Luftfahrt verwendet, obwohl „Luftfahrt“ leichtere als Luftfahrzeuge wie Luftschiffe umfasst und ballistische Fahrzeuge umfasst , während „Luftfahrt“ technisch nicht der Fall ist.

Ein wesentlicher Teil der Luftfahrtwissenschaft ist ein Zweig der Dynamik namens Aerodynamik , der sich mit der Bewegung der Luft und der Art und Weise befasst, wie sie mit sich bewegenden Objekten, wie einem Flugzeug, interagiert.

Geschichte

Frühe Ideen

Entwürfe für Flugmaschinen von Leonardo da Vinci, um 1490

Versuche, ohne wirkliches aeronautisches Verständnis zu fliegen, wurden seit den frühesten Zeiten unternommen, typischerweise durch den Bau von Flügeln und den Sprung von einem Turm mit lähmenden oder tödlichen Folgen.

Klügere Forscher versuchten, durch das Studium des Vogelflugs ein rationales Verständnis zu erlangen. Auch Wissenschaftler des mittelalterlichen islamischen Goldenen Zeitalters wie Abbas ibn Firnas führten solche Studien durch. Die Begründer der modernen Luftfahrt, Leonardo da Vinci in der Renaissance und Cayley 1799, begannen ihre Untersuchungen mit Studien des Vogelflugs.

Es wird angenommen, dass manntragende Drachen im alten China ausgiebig verwendet wurden. 1282 beschrieb der italienische Entdecker Marco Polo die damals gängigen chinesischen Techniken. Die Chinesen konstruierten auch kleine Heißluftballons oder Laternen und Drehflügelspielzeug.

Ein früher Europäer, der für jede wissenschaftliche Diskussion über das Fliegen sorgte, war Roger Bacon , der die Funktionsprinzipien für den Leichter-als-Luft- Ballon und den Schlagflügel- Ornithopter beschrieb , die seiner Meinung nach in Zukunft gebaut werden würden. Das Auftriebsmedium für seinen Ballon wäre ein "Äther", dessen Zusammensetzung er nicht kannte.

Im späten fünfzehnten Jahrhundert verfolgte Leonardo da Vinci sein Studium der Vögel mit Entwürfen für einige der frühesten Flugmaschinen, darunter den Schlagflügel- Ornithopter und den Drehflügel- Hubschrauber . Obwohl seine Entwürfe rational waren, basierten sie nicht auf besonders guter Wissenschaft. Viele seiner Konstruktionen, wie beispielsweise ein Vier-Personen-Schraubhubschrauber, weisen schwerwiegende Mängel auf. Er verstand zumindest, dass "ein Objekt der Luft genauso viel Widerstand entgegensetzt wie die Luft dem Objekt." ( Newton veröffentlichte das dritte Bewegungsgesetz erst 1687.) Seine Analyse führte zu der Erkenntnis, dass die Arbeitskraft allein für einen anhaltenden Flug nicht ausreichte, und seine späteren Entwürfe beinhalteten eine mechanische Kraftquelle wie eine Feder. Da Vincis Werk ging nach seinem Tod verloren und tauchte erst wieder auf, als es durch das Werk von George Cayley überholt worden war .

Ballonflug

Francesco Lana de Terzis Flugbootkonzept um 1670

Die moderne Ära des Leichter-als-Luft-Fluges begann Anfang des 17. Jahrhunderts mit Galileis Experimenten, in denen er zeigte, dass Luft Gewicht hat. Um 1650 schrieb Cyrano de Bergerac einige Fantasy-Romane, in denen er das Prinzip des Aufstiegs mit einer Substanz (Tau) beschrieb, die er für leichter als Luft hielt, und des Abstiegs, indem er eine kontrollierte Menge der Substanz freisetzte. Francesco Lana de Terzi maß den Luftdruck auf Meereshöhe und schlug 1670 das erste wissenschaftlich glaubwürdige Auftriebsmittel in Form von hohlen Metallkugeln vor, aus denen die gesamte Luft herausgepumpt wurde. Diese wären leichter als die verdrängte Luft und könnten ein Luftschiff heben . Seine vorgeschlagenen Methoden zur Kontrolle der Höhe werden noch heute verwendet; durch Mitführen von Ballast, der über Bord fallen kann, um Höhe zu gewinnen, und durch Entlüften der Hebebehälter, um Höhe zu verlieren. In der Praxis wären die Kugeln von de Terzi unter Luftdruck zusammengebrochen, und die Weiterentwicklung musste auf praktikablere Hebegase warten.

Flug der Gebrüder Montgolfier, 1784

Ab Mitte des 18. Jahrhunderts begannen die Brüder Montgolfier in Frankreich mit Ballons zu experimentieren. Ihre Ballons bestanden aus Papier, und frühe Experimente mit Dampf als Auftriebsgas waren aufgrund seiner Wirkung auf das Papier beim Kondensieren nur von kurzer Dauer. Da sie Rauch mit einer Art Dampf verwechselten, begannen sie, ihre Ballons mit heißer rauchiger Luft zu füllen, die sie "elektrischen Rauch" nannten, und machten, obwohl sie die Arbeitsprinzipien nicht vollständig verstanden, einige erfolgreiche Starts und wurden 1783 zu einer Demonstration eingeladen Französische Académie des Sciences .

Inzwischen hat die Entdeckung von Wasserstoff führte Joseph Black in c. 1780, um seine Verwendung als Hebegas vorzuschlagen, obwohl eine praktische Demonstration eines gasdichten Ballonmaterials erwartet wurde. Als er von der Einladung der Montgolfier Brothers hörte, bot Jacques Charles, Mitglied der französischen Akademie, eine ähnliche Demonstration eines Wasserstoffballons an. Charles und zwei Handwerker, die Robert-Brüder, entwickelten ein gasdichtes Material aus gummierter Seide für den Umschlag. Das Wasserstoffgas sollte durch eine chemische Reaktion während des Füllvorgangs erzeugt werden.

Die Konstruktionen von Montgolfier hatten mehrere Mängel, nicht zuletzt die Notwendigkeit von trockenem Wetter und die Tendenz, dass Funken aus dem Feuer den Papierballon entzünden. Das bemannte Design hatte eine Galerie um die Basis des Ballons und nicht den hängenden Korb des ersten, unbemannten Designs, was das Papier näher an das Feuer brachte. Auf ihrem freien Flug nahmen De Rozier und d'Arlandes Eimer mit Wasser und Schwämme mit, um diese Feuer zu löschen, sobald sie aufkamen. Andererseits war das bemannte Design von Charles im Wesentlichen modern. Als Ergebnis dieser Heldentaten wurde der Heißluftballon als Montgolfière- Typ und der Wasserstoffballon als Charlière bekannt .

Der nächste Ballon der Gebrüder Charles und Robert, La Caroline , war ein Charlière, der den Vorschlägen von Jean Baptiste Meusnier für einen länglichen lenkbaren Ballon folgte und sich durch eine äußere Hülle mit dem in einem zweiten inneren Ballonett enthaltenen Gas auszeichnete. Am 19. September 1784 absolvierte es den ersten Flug von über 100 km zwischen Paris und Beuvry , obwohl sich die mannbetriebenen Antriebsvorrichtungen als nutzlos erwiesen.

In einem Versuch, im nächsten Jahr sowohl Ausdauer als auch Kontrollierbarkeit zu bieten, entwickelte de Rozier einen Ballon mit Heißluft- und Wasserstoffgasbeuteln, ein Design, das bald nach ihm als Rozière benannt wurde. Das Prinzip bestand darin, den Wasserstoffabschnitt für einen konstanten Auftrieb zu nutzen und durch Erhitzen und Kühlen des Heißluftabschnitts vertikal zu navigieren, um den günstigsten Wind in jeder Höhe einzufangen, in der er weht. Die Ballonhülle wurde aus Goldschlägerhaut gefertigt . Der Erstflug endete in einer Katastrophe und der Anflug wurde seitdem nur noch selten genutzt.

Cayley und die Grundlage der modernen Luftfahrt

Sir George Cayley (1773–1857) gilt als Begründer der modernen Luftfahrt. Er wurde erstmals 1846 als "Vater des Flugzeugs" bezeichnet und Henson nannte ihn den "Vater der Flugnavigation". Er war der erste echte wissenschaftliche Ermittler aus der Luft, der seine Arbeit veröffentlichte, die zum ersten Mal die zugrunde liegenden Prinzipien und Kräfte des Fluges enthielt.

1809 begann er mit der Veröffentlichung einer wegweisenden dreiteiligen Abhandlung mit dem Titel "Über die Luftschifffahrt" (1809-1810). Darin schrieb er die erste wissenschaftliche Feststellung des Problems: "Das ganze Problem ist auf diese Grenzen beschränkt, nämlich eine Oberfläche durch Anwendung von Kraft auf den Luftwiderstand auf ein bestimmtes Gewicht zu bringen." Er identifizierte die vier Vektorkräfte, die ein Flugzeug beeinflussen: Schub , Auftrieb , Widerstand und Gewicht und zeichnete in seinen Entwürfen Stabilität und Kontrolle aus.

Er entwickelte die moderne konventionelle Form des Starrflügelflugzeugs mit einem stabilisierenden Heck mit horizontalen und vertikalen Flächen, das unbemannte und bemannte Segelflugzeuge flog.

Er führte die Verwendung des wirbelnden Arm Prüfstands die Aerodynamik des Fluges zu untersuchen, ist es mit den Vorteilen des gekrümmte oder entdecken bombiert Tragflügel über den flachen Flügel er für sein erstes Segelflugzeug benutzt hatte. Er identifizierte und beschrieb auch die Bedeutung von Dieder- , Diagonalverstrebungen und Widerstandsreduzierung und trug zum Verständnis und Design von Ornithoptern und Fallschirmen bei .

Eine weitere bedeutende Erfindung war das Spannspeichenrad, das er erfand, um ein leichtes, starkes Rad für Flugzeugfahrwerke zu schaffen.

Das 19. Jahrhundert

Im 19. Jahrhundert wurden Cayleys Ideen verfeinert, erprobt und erweitert. Wichtige Ermittler waren Otto Lilienthal und Horatio Phillips .

Geäst

Antonov An-225 Mriya , das größte jemals gebaute Flugzeug.

Die Luftfahrt kann in drei Hauptzweige unterteilt werden, die Luftfahrt , Luftfahrtwissenschaft und Luftfahrttechnik umfassen .

Luftfahrt

Luftfahrt ist die Kunst oder Praxis der Luftfahrt. Historisch bedeutete Luftfahrt nur Schwerer-als-Luft-Flug, heute umfasst sie das Fliegen in Ballons und Luftschiffen.

Luftfahrttechnik

Die Luftfahrttechnik umfasst die Konstruktion und den Bau von Flugzeugen, einschließlich deren Antrieb, Verwendung und Steuerung für einen sicheren Betrieb.

Ein wesentlicher Teil der Luftfahrttechnik ist die Aerodynamik , die Wissenschaft des Fluges durch die Luft.

Mit der zunehmenden Aktivität in der Raumfahrt werden Luft- und Raumfahrt heute oft als Luft- und Raumfahrttechnik kombiniert .

Aerodynamik

Die Wissenschaft der Aerodynamik beschäftigt sich mit der Bewegung der Luft und der Art und Weise, wie sie mit sich bewegenden Objekten wie einem Flugzeug interagiert.

Das Studium der Aerodynamik gliedert sich grob in drei Bereiche:

Inkompressible Strömung tritt auf, wenn sich die Luft einfach bewegt, um Objekten auszuweichen, typischerweise bei Unterschallgeschwindigkeiten unterhalb der Schallgeschwindigkeit (Mach 1).

Komprimierbare Strömung tritt dort auf, wo Stoßwellen an Punkten auftreten, an denen die Luft komprimiert wird, typischerweise bei Geschwindigkeiten über Mach 1.

Transsonische Strömung tritt im mittleren Geschwindigkeitsbereich um Mach 1 auf, wo die Luftströmung über einem Objekt an einem Punkt lokal Unterschall und an einem anderen lokal Überschall sein kann.

Raketentechnik

Start der Apollo 15 Saturn V- Rakete: T – 30 s bis T + 40 s.

Eine Rakete oder ein Raketenfahrzeug ist eine Rakete , ein Raumfahrzeug, ein Flugzeug oder ein anderes Fahrzeug, das Schub von einem Raketentriebwerk erhält . Bei allen Raketen wird der Auspuff vollständig aus Treibmitteln gebildet , die vor der Verwendung in der Rakete mitgeführt werden. Raketentriebwerke funktionieren durch Aktion und Reaktion . Raketentriebwerke schieben Raketen nach vorne, indem sie einfach ihren Auspuff extrem schnell nach hinten werfen.

Raketen für Militär- und Freizeitzwecke stammen mindestens aus dem 13. Jahrhundert in China . Bedeutende wissenschaftliche, interplanetare und Industrie erst im 20. Jahrhundert auftrat, wenn rocketry die Enabling - Technologie der war Space Age , einschließlich Fuß auf dem Mond Einstellung .

Raketen werden für Feuerwerkskörper , Waffen, Schleudersitze , Trägerraketen für künstliche Satelliten , bemannte Raumfahrt und die Erforschung anderer Planeten verwendet. Während sie für den Einsatz bei niedrigen Geschwindigkeiten vergleichsweise ineffizient sind, sind sie sehr leicht und leistungsstark, in der Lage, große Beschleunigungen zu erzeugen und extrem hohe Geschwindigkeiten mit angemessener Effizienz zu erreichen.

Chemische Raketen sind die gebräuchlichste Art von Raketen und sie erzeugen ihre Abgase typischerweise durch die Verbrennung von Raketentreibstoff . Chemische Raketen speichern eine große Energiemenge in leicht freigesetzter Form und können sehr gefährlich sein. Durch sorgfältige Planung, Prüfung, Konstruktion und Verwendung werden jedoch Risiken minimiert.

Siehe auch

Verweise

Zitate

Quellen

  • Ege, L. (1973). Ballons und Luftschiffe . Blandford.
  • Fairlie, Gerard; Cayley, Elizabeth (1965). Das Leben eines Genies . Hodder und Stoughton.
  • Wragg, DW (1974). Flug vor dem Fliegen . Fischadler. ISBN 978-0850451658.

Externe Links

Medien im Zusammenhang mit Luftfahrt bei Wikimedia Commons

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