How do airplanes actually fly? - Raymond Adkins

Translator: ilia kousha Reviewer: Pedram Pourasgari

By 1917, Albert Einstein had explained the relationship between space and time.

تا سال ۱۹۱۷،

آلبرت انیشتین رابطه بین فضا و زمان را توضیح داده بود.

But, that year, he designed a flawed airplane wing.

اما، همان سال، او یک بال هواپیمای معیوب را طراحی کرد.

His attempt was based on an incomplete theory of flight.

تلاش او مبتنی بر یک تئوری پرواز ناقص بود.

Indeed, insufficient and inaccurate explanations still circulate today.

درواقع، توضیحات ناکارآمد و نادرست

هنوز هم این روزها دست به دست می‌شود.

So, where did Einstein go wrong?

پس، انیشتین کجا اشتباه کرده بود؟

And how do planes fly?

و هواپیماها چگونه پرواز می‌کنند؟

Though we don’t always think of it this way, air is a fluid medium—

هرچند ما این‌گونه درباره آن فکر نمی‌کنیم،

هوا یک محیط سیال است-

it’s just less dense than liquids like water.

فقط کم‌چگال‌تر از مایعاتی همچون آب است.

Things that are lighter than air are buoyant within it,

چیزهایی که سبک‌تر از هوا هستند،

درون آن شناورند،

while heavier objects require an upward force, called lift, to stay aloft.

درحالی که اجسام سنگین‌تر

به نیرویی روبه‌بالا، به‌نام بالابری، نیازمندند،

تا روی هوا معلق باشند.

For planes, this force is mostly generated by the wings.

در هواپیماها، این نیرو غالباً توسط بال‌ها ایجاد می‌شود.

One especially pervasive false description of lift

یکی از توصیفات نادرست بسیار فراگیر درباره بالابری

is the “Longer Path” or “Equal Transit Time” explanation.

تعبیرهای «مسیر طولانی‌تر» یا «زمان عبور یکسان» هستند.

It states that air molecules traveling over the top of a curved wing

آن‌ها بیان می‌کنند که مولکول‌های هوا که از روی یک بال خمیده حرکت می‌کنند،

cover a longer distance than those traveling underneath.

مسافت طولانی‌تری را از آنهایی که از زیر آن می‌گذرند، طی می‌کنند.

For the air molecules above to reach the wing’s trailing edge

برای رسیدن مولکول‌های هوای بالا به لبه فرار

in the same instance as those that split off and went below,

به طور مشابه برای آن‌هایی که جدا شدند و پایین رفتند،

air must travel faster above,

هوای بالا باید سریع‌تر حرکت کند،

creating a pocket of lower pressure that lifts the plane.

و یک جریان هوای کم‌فشار تشکیل دهد،

که هواپیما را بالا می‌برد.

This explanation has been thoroughly debunked.

این توضیحات کاملاً رد شده‌است.

Air molecules floating above and below the wing don't need to meet back up.

مولکول‌های هوا که بالا و پایین بال در جریانند،

نباید لزوماً به هم برسند.

In reality, the air traveling above reaches the wing’s trailing edge

در حقیقت، هوایی که از بالا حرکت می‌کند،

بسیار سریع‌تر از هوای پایین به لبه فرار می‌رسد.

much faster than the air beneath.

To get a sense of how lift is actually generated,

برای درک اینکه بالابری درواقع چگونه ایجاد می‌شود،

let's simulate an airplane wing in motion.

بیایید بال یک هواپیما را در حرکت شبیه‌سازی کنیم.

As it moves forward, the wing affects the movement of the air around it.

وقتی که به جلو حرکت می‌کند،

بال بر حرکت هوای اطرافش تأثیر می‌گذارد.

As air meets the wing’s solid surface, a thin layer sticks to the wing.

وقتی که هوا به سطح محکم بال برخورد می‌کند،

لایه‌ای نازک به بال می‌چسبد.

This layer pulls the surrounding air with it.

این لایه هوای احاطه‌کننده را با آن می‌کشد.

The air splits into pathways above and below the wing,

هوا به مسیرهایی در بالا و پایین بال شکافته می‌شود،

following the wing’s contour.

با توجه به شکل بال.

As the air that’s routed above makes its way around the nose of the wing,

وقتی که هوا از مسیرهای بالا

به دماغه بال راه می‌یابد،

it experiences centripetal acceleration,

با شتاب مرکزگرا مواجه می‌شود.

the force you also feel in a sharply turning car.

نیرویی که شما نیز درون خودرویی که به سرعت می‌پیچد، احساس می‌کنید.

The air above therefore gathers more speed than the air traveling below.

از این رو، هوای بالا بیشتر از هوای پایین سرعت می‌گیرد.

This increased speed is coupled with a decrease in pressure above the wing,

سرعت افزایش‌یافته با افت فشار بالای بال همراه می‌شود،

which pulls even more air across the wing’s upper surface.

که حتی هوای بیشتری را به سطح بالایی بال می‌کشاند.

The air flowing across the lower surface, meanwhile,

در همین حال، هوایی که در سطح پایینی در جریان است،

experiences less of a change in direction and speed.

با تغییرات کم‌تری در جهت و سرعت مواجه می‌شود.

The pressure across the wing’s lower surface is thus higher

از این رو، فشار سطح پایینی بال

بیشتر از فشار سطح بالایی است.

than that above the upper surface.

This pressure difference results in the upwards force of lift.

این اختلاف فشار منجر به نیروی روبه‌بالای بالابری می‌شود.

The faster the plane travels,

هرچه هواپیما سریع‌تر حرکت کند،

the greater the pressure difference, and the greater that force.

اختلاف فشار بیشتر، و این نیرو نیز بیشتر می‌شود.

Once it overcomes the downward force of gravity,

به محض اینکه به نیروی رو‌به‌پایین جاذبه غلبه کند،

the plane takes off.

هواپیما از زمین بلند می‌شود.

Air flows smoothly around curved wings.

هوا به راحتی اطراف بال‌های خمیده جریان می‌یابد.

But a wing’s curvature is not the cause of lift.

اما انحنای یک بال علت بالابری نیست.

In fact, a flat wing that’s tilted upwards can also create lift—

در حقیقت، یک بال مسطح که رو به بالا خم شده باشد نیز

می‌تواند بالابری را تشکیل دهد-

as long as the air bends around it,

تا وقتی که هوا در اطراف آن خم شود،

contributing to and reinforcing the pressure difference.

در حالی که به سبب اختلاف فشار تشکیل و تقویت می‌شود.

Meanwhile, having a wing that’s too curved or steeply angled

درضمن، برخورداری از بالی که بسیار خمیده یا به شدت زاویه‌دار است

can be disastrous:

می‌تواند خطرناک باشد:

the airflow above may detach from the wing and become turbulent.

جریان هوای بالا ممکن است از از بال جدا شود

و متلاطم گردد.

This is probably what happened with Einstein’s wing design,

این احتمالاً همان چیزی است که برای طرح بال انیشتین اتفاق افتاد،

nicknamed “the cat’s back.”

که به «پشت گربه» معروف بود.

By increasing the wing’s curvature,

با افزایش انحنای بال،

Einstein thought it would generate more lift.

انیشتین فکر می‌کرد می‌تواند بالابری بیشتری ایجاد کند.

But one test pilot reported that the plane wobbled

اما یک خلبان آزمایشگر گزارش داد که هواپیما

مثل «یک اردک باردار» در پرواز تلو تلو می‌خورد.

like “a pregnant duck” in flight.

Our explanation is still a simplified description

تفسیر ما هنوز توصیف ساده‌‌شده‌ای

of this nuanced, complex process.

از این فرایند ظریف و پیچیده است.

Other factors, like the air that’s flowing meters beyond the wing’s surface—

عوامل دیگری، همچون هوایی که چندین متر دورتر از سطح بال در جریان است-

being swept up, then down—

که بالا و سپس پایین کشیده می‌شود-

as well as air vortices formed at the wing’s tips,

علاوه بر گرداب‌های هوایی

که در رأس‌‌های بال تشکیل می‌شود،

all influence lift.

همگی بر بالابری تأثیر دارند.

And, while experts agree that the pressure difference generates lift,

و، درحالی‌که متخصصان موافقند

که اختلاف فشار بالابری را ایجاد می‌کند،

their explanations for how can vary.

تعابیر آن‌ها برای چگونگی آن

می‌تواند متفاوت باشد.

Some might emphasize the air’s behavior at the wing’s surface,

برخی ممکن است

بر رفتار هوا در سطح بال تأکید کنند.

others the upward force created as the air is deflected downwards.

دیگران بر نیروی روبه‌بالایی

که توسط هوای منحرف شده به پایین تشکیل می‌شود.

However, there's no controversy when it comes to the math.

با این وجود، وقتی پای ریاضی در میان است

هیچ اختلاف نظری وجود ندارد.

Engineers use a set of formulas called the Navier-Stokes equations

مهندسان از گروهی از فرمول‌ها

به نام معادلات ناویه–استوکس استفاده می‌کنند

to precisely model air’s flow around a wing

تا به دقت جریان هوا را در اطراف بال مدل‌سازی کنند

and detail how lift is generated.

و چگونگی تشکیل بالابری را به تفصیل شرح دهند.

More than a century after Einstein’s foray into aeronautics,

بیش از یک قرن پس از کوشش انیشتین در هوانوردی،

lift retains its reputation as a confounding concept.

بالابری وجهه خود را به عنوان یک مفهوم گیج‌کننده حفظ کرده است.

But when it feels like it’s all going to come crashing down, remember:

اما وقتی به نظر می‌رسد که همه چیز در حال سقوط است،

به یاد داشته باش:

it’s just the physics of fluid in motion.

این تنها ویژگی‌های سیال در حرکت است.

This video was made possible with support from Marriott Hotels.

این ویدئو با حمایت هتل‌های ماریوت میسر شد.

With over 590 hotels and resorts across the globe,

با بیش از ۵۹۰ هتل و اقامتگاه

در سرتاسر جهان،

Marriott Hotels celebrates the curiosity that propels us to travel.

هتل‌های ماریوت، حس کنجکاوی که ما را به سفر کردن تشویق می‌کند، گرامی می‌دارد.

Check out some of the exciting ways TED-Ed and Marriott are working together,

چندتا از راه‌های هیجان‌انگیزی

همکاری TED-Ed و هتل‌های ماریوت را ببینید

and book your next journey at Marriott Hotels.

و سفر بعدی خود را در هتل‌های ماریوت رزرو کنید.