Mitől maradnak a repülőgépek a levegőben?

Sokan még mindig félnek a repüléstől, pedig kimutatások szerint a legbiztonságosabb közlekedési ág. Talán azért tartanak tőle, mert nem tudják elképzelni, hogy képesek azok a több száz tonnás szerkezetek a levegőben maradni. Segítünk megérteni!

hirdetés

A repüléstől máig nagyon sokan tartanak, annak ellenére, hogy statisztikák szerint a legbiztonságosabb közlekedési eszköz. Ennek talán az lehet az egyik legfőbb oka, hogy sok – köztük felnőtt és tanult – ember nem tudja elképzelni, hogyan képesek azok a hatalmas, gyakran több mint száztonnás, épületnagyságú szerkezetek egyáltalán a levegőbe emelkedni és több órán, akár fél napon át ott is maradni, több száz emberrel és csomaggal a fedélzetükön. Az ember ugyanis fél attól, amit nem ismer, vagy a működési elvével nincs kellőképpen tisztában. Pedig a válasz viszonylag egyszerű, csupán arányokban kell gondolkodni.

Nézzük meg először is, hogy a repülőgépet mi emeli a levegőbe! Nyilván elintézhetnénk azzal, hogy „hát mi, szárnya van!”, azonban ez azért ennél kicsit bonyolultabb. Ahhoz, hogy a repülőgép felemelkedjen a levegőbe (és ott is maradjon), – a megfelelő aerodinamikai kialakításon és méretezésen kívül – ún. felhajtóerőre van szükség. Ez az erő a gravitációval ellentétes, és a légellenállás hozza létre. A felhajtóerő keletkezésének az egyik feltétele tehát, hogy a légellenállás minél nagyobb legyen, ami pedig úgy alakulhat ki, ha a levegő minél nagyobb felületen érintkezik egy testtel: erre szolgálnak a speciális keresztmetszetű és fomájú, hatalmas felületű szárnyak. A felhajtóerő keletkezését az alábbi animáció szemlélteti:

De ez még mindig nem elég: a szerkezetnek ugyanis viszonylagosan könnyűnek is kell lennie, vagyis az anyagsűrűsége nem lehet sokkal nagyobb a levegőénél. Nos, lehet, hogy hihetetlenül hangzik elsőre, de a repülőgépek a méretükhöz képest rendkívül könnyűek, és szerkezeteik többsége belül üres (üreges) – úgy is mondhatnánk, hogy „leginkább csak levegőből állnak”. (Összehasonlításképpen, egy közepes utasszállító repülőgép tömege üresen 100 tonna körül van, ami nagyjából megegyezik egy mozdony tömegével – csak éppen sokszor akkora.) A modern repülőgépek anyaga ráadásul műanyag-fém ötvözet, azok az alkatrészek pedig, amelyeknek erős terhelést kell kibírniuk, titánból készülnek: a titán egy olyan fém, amely viszonylag könnyű, mégis acélszilárdságú.

De térjünk vissza a felhajtóerőre. Ahhoz, hogy ez képes legyen a gépet felemelni a levegőbe, egy bizonyos sebesség elérése is szükséges, amely fokozza a légellenállást. A repülőgépek az erő-ellenerő (reakcióerő) elvén haladnak előre, vagyis a hátrafelé nagy erővel kifújt levegőáramlás (szakzsargonban: „gázsugár”) hajtja őket. Ezt a mai repülőgépeken gázturbina által működtetett sugárhajtóművek vagy turbólégcsavarok biztosítják. A gázturbina működési elve alapvetően megegyezik a belső égésű motorok (benzin- és dízelmotorok) működésének elvével, vagyis a fizikai tanulmányainkból jól ismert általános gáztörvényt használja ki: az üzemanyag – egy könnyen éghető folyadék – levegővel keverve történő elégetésével annak hőmérséklete és nyomása megnő, amelyet mozgási energiává alakítanak. A különbség csak az, hogy míg a benzin- és dízelmotoroknál ez a nyomásnövekedés egy dugattyúrendszert mozgat, addig a gázturbinánál „ventilátor”-lapátokat fújnak meg vele. A repülőgépet tehát a levegőáram viszi előre. (Az alábbi videón a Manchesteri repülőtérről felszálló gépekben gyönyörködhetünk!)

A nekifutás során, illetve a levegőbe emelkedésnél többféle sebességet különböztetnek meg, amelyeket a pilótáknak ismerniük kell. Az egyik az ún. „elhatározási sebesség”, a V1: ez az a maximális sebesség, amely alatt még le lehet fékezni a repülőgépet a pálya végéig – vagyis még meg lehet szakítani a felszállást (pl. ha a pilóta észreveszi, hogy akadály van a pályán, vagy valamilyen meghibásodás lép fel) –, felette viszont már nem. E sebességfokozat elérésekor a fedélzeti számítógép emberi hangon bemondja angolul, hogy „V1”. A gép ezután tovább gyorsul, amíg eléri az ún. „rotálási sebességet”: azt a minimális sebességet, amelynél a magassági kormány meghúzásával a gép orra elemelkedik (vagyis törzse a vízszinteshez képest „elforog” – innen kapta a nevét – és megbillen felfelé). Közben a sebesség tovább emelkedik, minek során a légellenállás és a szárnyakon keletkező felhajtóerő eléri azt a szintet, hogy az egész gépet a levegőbe tudja emelni. Egy modern sugárhajtású repülőgép felszállásához szükséges legkisebb sebesség 230–260 km/h, de felszállás után nagyon hamar felgyorsulnak 300–400 km/h-s sebességre. Az utazósebességük 800 km/h körül van. Amit még érdemes tudni, hogy miért emelkednek olyan magasra, vagyis 10–12 km magasságba. Ennek nagyon egyszerű magyarázata van: ilyen magasságban már nagyon ritka a levegő, így sokkal kevesebb energia és üzemanyag szükséges a nagy sebességű repüléshez.

A mai repülőgépeket úgy tervezték, hogy egy hajtómű meghibásodása vagy lekapcsolása esetén is biztonságosan le lehessen szállni velük a legközelebbi repülőtéren. A modern sugárhajtóművek ugyanis nagyon jó hatásfokúak és sokkal gazdaságosabbak, mint a 60–70-es években gyártott repülőgépeken lévő elődeik. Ráadásul jóval nagyobb teljesítményűek is, mint amire a repülőgép meghajtásához szükség lenne, így nem kell őket maximális teljesítményen üzemeltetni. A hajtóművek teljesítményét az ún. tolóerővel jellemzik, amelynek mértékegysége a kN (kilonewton). Például a budapesti Liszt Ferenc Nemzetközi Repülőtérre jelenleg járó legnagyobb utasszállító repülőgép, az Emirates légitársaság két hajtóműves Boeing 777-300ER – becenevén a „Triplahetes” – hajtóművei egyenként 513 kN tolóerővel rendelkeznek (ez több mint 50.000 kg tömegnek felelne meg!), lapátkerekeinek átmérője pedig 3,3 méter!

Reméljük, cikkünkkel sikerült eloszlatni a repüléstől való alaptalan félelmet, s talán lesz köztetek olyan, akinek felkeltettük az érdeklődését a repülőgépek iránt. Ha kérdésed van a témával kapcsolatban, írd meg bátran kommentben! Zárásként az alábbi videón a világ legnagyobb katonai teherszállító repülőgépe, a C-5 Galaxy indulása látható, egy 2016-os légibemutatón.

hirdetés