How do airplanes actually fly? - Raymond Adkins

Переводчик: Rostislav Golod Редактор: Natalia Savvidi

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

К 1917 году​ Альберт Эйнштейн​

уже объяснил связь между пространством и временем,

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

но в тот год он придумал​ неудачную конструкцию крыла самолёта.

His attempt was based on an incomplete theory of flight.

Он сделал это в отсутствие полноты знаний о теории полёта.

Indeed, insufficient and inaccurate explanations still circulate today.

На самом деле неполные и неточные объяснения полёта в ходу до сих пор.

So, where did Einstein go wrong?

Так в чём же именно ошибся Эйнштейн?

And how do planes fly?

И как именно летают самолёты?

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

Хоть мы и не всегда думаем о воздухе как о жидкости,

он является жидкой средой —

it’s just less dense than liquids like water.

просто его плотность гораздо меньше, чем у такой жидкости, как вода.

Things that are lighter than air are buoyant within it,

Тела, более лёгкие, чем воздух, плавают в нём,

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

а объектам тяжелее него для удержания требуется подъёмная сила.

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

У самолётов эта сила в основном создаётся крыльями.

One especially pervasive false description of lift

Одно из особо распространённых ложных объяснений подъёмной силы —

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

это теория более длинного пути или равного времени прохождения.

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

Она утверждает, что молекулы воздуха,

движущиеся вдоль верхней части изогнутого крыла,

cover a longer distance than those traveling underneath.

проделывают большее расстояние, чем те, что движутся под крылом.

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

Чтобы молекулы воздуха в верхней части достигли задней кромки крыла

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

одновременно с теми, которые отделились и двигались внизу,

air must travel faster above,

воздух над крылом должен двигаться быстрее,

creating a pocket of lower pressure that lifts the plane.

создавая карман пониженного давления, поднимающий самолёт вверх.

This explanation has been thoroughly debunked.

Это объяснение было полностью опровергнуто.

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

Молекулам воздуха, движущимся над и под крылом,

необязательно встречаться.

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

В действительности воздух, движущийся над крылом,

достигает его задней кромки гораздо быстрее воздуха под крылом.

much faster than the air beneath.

To get a sense of how lift is actually generated,

Чтобы получить представление о том,

как на самом деле создаётся подъёмная сила,

let's simulate an airplane wing in motion.

давайте создадим движущуюся модель крыла самолёта.

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

Двигаясь вперёд, крыло влияет на движение воздуха вокруг него.

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

Сталкиваясь с твёрдой поверхностью крыла, тонкий слой воздуха «прилипает» к крылу.

This layer pulls the surrounding air with it.

Этот слой как бы притягивает к себе окружающий воздух.

The air splits into pathways above and below the wing,

Воздух разделяется на потоки над и под крылом,

following the wing’s contour.

огибающие контур крыла.

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

Когда воздух, направляющийся вверх, огибает носовую часть крыла,

it experiences centripetal acceleration,

он приобретает центростремительное ускорение.

the force you also feel in a sharply turning car.

Такую же силу вы ощущаете и при резком повороте автомобиля.

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

То есть воздух вверху набирает бо́льшую скорость,

чем воздух, движущийся внизу крыла.

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

Это увеличение скорости сопровождается уменьшением давления над крылом,

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

в результате чего увлекается ещё большее количество воздуха

вдоль верхней поверхности крыла.

The air flowing across the lower surface, meanwhile,

А воздух, проходящий вдоль нижней поверхности крыла,

experiences less of a change in direction and speed.

в гораздо меньшей степени меняет своё направление и скорость.

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

Таким образом, давление на нижнюю поверхность крыла выше,

than that above the upper surface.

чем на верхнюю поверхность.

This pressure difference results in the upwards force of lift.

Эта разность в давлениях

и приводит к возникновению направленной вверх подъёмной силы.

The faster the plane travels,

Чем быстрее движется самолёт,

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

тем больше разница давлений и тем больше подъёмная сила.

Once it overcomes the downward force of gravity,

Как только она превзойдёт направленную вниз силу гравитации,

the plane takes off.

самолёт взлетит.

Air flows smoothly around curved wings.

Воздух плавно обтекает изогнутые крылья.

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

Но кривизна крыла не является причиной возникновения подъёмной силы.

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

На самом деле плоское крыло, наклонённое вверх, также создаёт подъёмную силу,

as long as the air bends around it,

но при условии, что воздух огибает его,

contributing to and reinforcing the pressure difference.

способствуя возникновению и усилению разности давлений.

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

В то же время слишком изогнутое или крыло с крутым углом

can be disastrous:

может привести к катастрофе:

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

поток воздуха над крылом «оторвётся» от крыла и станет турбулентным.

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

Вероятно, именно это и произошло

с конструкцией крыла, созданной Эйнштейном,

nicknamed “the cat’s back.”

которое назвали «кошачьей спиной».

By increasing the wing’s curvature,

Увеличив кривизну крыла,

Эйнштейн рассчитывал получить бо́льшую подъёмную силу.

Einstein thought it would generate more lift.

But one test pilot reported that the plane wobbled

Но один из лётчиков-испытателей сообщил, что самолёт в полёте раскачивался,

like “a pregnant duck” in flight.

как «беременная утка».

Our explanation is still a simplified description

Наше объяснение описывает этот тонкий и сложный процесс упрощённо.

of this nuanced, complex process.

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

Другие факторы, такие как воздух в паре метрах под поверхностью крыла,

being swept up, then down—

поднимающийся вверх, а затем опускающийся вниз,

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

а также завихрения, образующиеся на краях крыла, —

всё это оказывает влияние на подъёмную силу.

all influence lift.

И хотя специалисты согласны,

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

что подъёмная сила создаётся из-за разности давлений,

their explanations for how can vary.

объяснения, как это происходит, могут быть самыми разными.

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

Некоторые подчёркивают важность поведения воздуха у поверхности крыла,

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

другие говорят о подъёмной силе, возникающей при отклонении воздуха вниз.

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

Однако нет никаких разногласий, когда дело касается математики.

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

Инженеры пользуются системой формул, так называемых уравнений Навье-Стокса,

to precisely model air’s flow around a wing

для точного моделирования воздушного потока вокруг крыла

and detail how lift is generated.

и подробного описания процесса создания подъёмной силы.

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

Более чем через столетие

после попытки Эйнштейна оставить свой след в воздухоплавании,

lift retains its reputation as a confounding concept.

подъёмная сила по-прежнему остаётся весьма противоречивым понятием.

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

Но даже когда кажется, что всё вот-вот рухнет,

it’s just the physics of fluid in motion.

вспомните о том, что это просто физика жидкостей в движении.

This video was made possible with support from Marriott Hotels.

Это видео подготовлено при поддержке сети Marriott Hotels.

With over 590 hotels and resorts across the globe,

Располагая более чем 590 отелями и курортами по всему миру,

Marriott Hotels celebrates the curiosity that propels us to travel.

Marriott Hotels ценит любознательность, побуждающую нас путешествовать.

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

Ознакомьтесь с совместными инициативами TED-Ed и Marriott,

and book your next journey at Marriott Hotels.

а когда отправитесь в путешествие, забронируйте номер в Marriott Hotels.