?כיצד המטוס טס

כיצד המטוס טס? כיצד זה יתכן, שמטוס, גוף הכבד מהאוויר, יכול להתרומם מהקרקע, לרחף, ולטוס למרות כוח-המשיכה, שמופעל עליו? לא אין זה קסם, מאחורי "פלא זה" עומד הסבר מדעי, והנה הוא לפניך:
הדינמיקה של טיסת המטוס.
האוויר. כמו כל חומר גם האוויר הוא חומר בעל מסה ומולקולות שנעות. תנועת המולקולות גורמת ליצירת לחץ. תנועת האוויר היא הכוח, הגורם לעפיפונים ובלונים לעלות. יש לו כוח לדחוף, ולהרים ציפורים לשמים וגם מטוסים. האוויר מורכב ממספר גזים: חמצן, מימן, פחמן דו-חמצני וחנקן. בשנת 1964, הוכיח המדען, אוונגליסטה טוריסלי (Evangelista Torricelli), שלאוויר יש מסה, ותנועת המולקולות יוצרות לחץ.
לקראת סוף המאה ה-17, נעזר פרנצ'סקו לאנה (Francesco Lana) בתגלית מדעית זו בתכנון ספינת אוויר. בסרטוטי הספינה הוא השתמש ברעיון, שלאוויר יש מסה. הספינה בנויה מכדור חלול מלא אוויר. כאשר האוויר ייצא מהכדור, הכדור יאבד ממשקלו, וכך יוכל לרחף באוויר. לכל ספינה יחוברו ארבעה כדורים, וכך, כשהכדורים יתרוממו באוויר הספינה, המחוברת אליהם, תרחף באוויר. התוכנית מעולם לא יצאה לפועל, ונשארה רק בסרטוטים.
ארבעת הכוחות, הפועלים על המטוס בשעת טיסהארבעת הכוחות, הפועלים על המטוס בשעת טיסה. ארבעה כוחות פועלים על המטוס בשעת טיסה: משקל המטוס (כוח המשיכה), העילוי, הדחף והגרר (ראה איור).
משקל המטוס מושך את המטוס כלפי הקרקע עקב כוח המשיכה. כדי להתנגד למשיכה זו יש צורך בכוח נגדי, כוח העילוי, הפועל על הכנפיים, אך הכנפיים מספקות את כוח העילוי, רק כשהן בתנועה. כדי להניע את המטוס קדימה, יש להפעיל כוח דחף. כוח זה מושג באמצעות מדחף (מנוע בוכנה), או באמצעות מנוע סילון, הפולט סילון גזים חזק מפתח בחלקו האחורי. כנגד הדחף פועל על המטוס כוח הגרר. כוח הגרר הוא תוצאת התנגדות האוויר להתקדמות המטוס (ראה חוקי התנועה של אייזיק ניוטון).
אומנות הטייס מתבטאת בכך, שהטייס יצליח לאזן את כל הכוחות האלה, באופן שמטוסו יטוס כרצונו.
כיצד הכנפיים גורמות לעילוי המטוס?כיצד הכנפיים גורמות לעילוי המטוס? קימור החלק העליון של כנפי המטוס גורם לאוויר לנוע מהר יותר מעל אזור זה לעומת מהירות אוויר, הנע מתחת לכנף. האוויר האיטי, הזורם מתחת לכנף, דוחף אותה מעלה, לעומתו האוויר המהיר יותר , הנע מעל הכנף, דוחף אותה מטה (ראה איור). כוחות אלה גורמים לעילוי הכנף.
להמחשה לחץ כאן
חוקי התנועה של אייזיק ניוטון. בשנת 1965 נוסחו על-ידי סר איזייק ניוטון שלושה חוקי תנועה. חוקים אלו עוזרים להבין מדוע מטוסים טסים.

  1. אם חפץ לא נע הוא לא יתחיל לנוע בעצמו. ואם חפץ נע הוא לא ייעצר, או ישנה כיוון, אלא אם משהו יגרום לכך.
  2. ככל שחפצים נדחפים חזק יותר, הם ינוע מהר יותר ורחוק יותר.
  3. כשחפץ נדחף לכיוון אחד, יהיה תמיד כוח מתנגד, השווה בעוצמתו לכוח הדחיפה של החפץ, אך מהכיוון הנגדי.

מידע נוסף
שלושת חוקי התנועה של אייזיק ניוטון
השליטה בטיסת המטוס. השליטה בתנועת המטוס במרחב מתבצעת בעזרת חלקים נעים, הממוקמים בכנפי המטוס ובזנבו. השליטה בתנועת חלקים אלו מתבצעת באמצעות הגאים, הממוקמים בתא-הטייס. באמצעות הגאים אלו, מתבצעות ארבעת התנועות של המטוס במרחב:

  1. גלגול (Roll). גלגול המטוס ימינה או שמאלה מתבצע באמצעות מאזנות (מדף הקבוע לכנף עם צירים). שתי המאזנות מחוברות בניהן באופן כזה, שכאשר מזיזים אחת כלפי מטה השניה תעלה. זו המוטה כלפי מטה תיצור כוח עילוי רב יותר, וצד זה של המטוס יטה כלפי מעלה, בעוד שהצד השני יטה כלפי מטה. ניתן לומר, שהמאזנות יכולות להטות את המטוס סביב ציר דמיוני, הנמשך מחרטומו ועד זנבו.
    השליטה במאזנות מתבצעת באמצעות סטיק, הממוקם לפני מושב הטייס, ובטיסה נמצא בין רגלי הטייס. הזזת הסטיק ימינה או שמאלה תגרום לתזוזת המאזנות, המחוברות לסטיק באמצעות מטות היגוי וכבלים. הזזת הסטיק ימינה תגרום לירידת הכנף הימנית, והזזת הסטיק שמאלה תגרום לירידת הכנף השמאלית. במטוסים חדישים יותר השליטה במאזנות מתבצעת על-ידי אות חשמלי, המגיע מהסטיק בתא-הטייס, וגורם לשינוי הזווית, בה המאזנות נמצאות.


  2. עילרוד (Pitch) עילרוד המטוס מעלה או מטה גורם למטוס לנסוק או לצלול. תנועת העילרוד מתבצעת באמצעות מדפים (הגאי רום), הממוקמים בכנפיים האחוריות של המטוס (משטח הזנב). מדפי המטוס מחוברים בניהם בצורה כזו, ששניהם נעים באותו כיוון. כלומר, כאשר מעלים או מורידים אחד מהם, גם השני עולה או יורד בהתאם. השליטה במדפים מתבצעת באמצעות אותו הסטיק, השולט במאזנות, רק הפעם הזזת הסטיק קדימה או אחורה תגרום לתזוזת המדפים בהתאם. משיכת הסטיק על-ידי הטייס לכיוונו גורמת להטיית המדפים כלפי מעלה. הטיה זו גורמת לאוויר ללחוץ בכוח רב יותר על החלק העליון של הכנפיים האחוריות, ומאלצו לרדת. כתוצאה מכך, מתרומם חרטום המטוס והמטוס נוסק. כאשר המדפים מוטים כלפי מטה כתוצאה מהזזת הסטיק קדימה, האוויר דוחף את משטח הזנב כלפי מטה, והמטוס צולל. ניתן לומר, שמדפי המטוס יכולים להטות את המטוס סביב ציר דמיוני, הנמשך מגחונו ועד גגו. במטוסים חדישים יותר השליטה במדפים מתבצעת על-ידי אות חשמלי, המגיע מהסטיק בתא-הטייס, וגורם לשינוי הזווית, בה המדפים נמצאים.
    במסוקים העילרוד מתבטא בהרמה והורדה של אף המסוק בלבד. כדי שהמסוק יעלה בגובה, או ירד בגובה טייס המסוק משתמש במוט היגוי נוסף, הקרוי קולקטיב. מוט זה נמצא לצד הטייס.


  3. סבסוב (Yaw). סבסוב הינו פניית המטוס ימינה או שמאלה לאורך ציר הרוחב. השליטה בתנועת הסבסוב מתבצעת באמצעות משטח אנכי, שמחובר באמצעות צירים לחלקו האחורי של זנב המטוס. זהו הגבה הצד, המחובר באמצעות כבלי פלדה דקים ומוטות היגוי אל זוג דוושות, המצויות מתחת לסטיק. כאשר לוחץ הטייס ברגלו על הדוושה השמאלית, נמשך הגה הצד שמאלה. כתוצאה מכך, לוחץ האוויר בכוח רב יותר על המשטח השמאלי של הגה זה, והזנב נע ימינה, ואילו המטוס כולו מסתובב שמאלה. לחיצה על הדוושה הימינית תגרום לתוצאה הפוכה.
    בסבסוב המטוס משתמש הטייס גם במאזנות בנוסף להגה הצד.

בדרך-כלל יש במטוס גלגל איזון, שאותו יכול הטייס לסובב לצדדים כדי לשנות את זווית משטחי הכנפיים האחוריות. הוא משתמש בו כדי לאזן את המטוס מבחינת הכובד של חלקו הקדמי והאחורי. באופן זה אין הטייס חייב לדחוף ולמשוך כל הזמן במוט ההיגוי, אלא להשתמש בגלגל האיזון.
ברוב המטוסים החדישים יש מדפים נוספים בכנפיים, הממוקמים סמוך לגוף המטוס. שלא כמאזנות המדפים יכולים לנוע רק מטה (רק מתחת לגובה הכנף) ובמקביל, כלומר כשאחד המדפים יורד גם השני יורד. השליטה במדפים מתבצעת באמצעות ידית בתא-טייס. ירידת המדפים מגבירה את כוח העילוי. השימוש בהם נועד כדי להפחית את מהירות המטוס בשעת הנחיתה. כך למעשה, יש בכנפיים שתי מערכות של משטחים נעים: המאזנות, המחוברות סמוך לקצוות הכנפיים, והמדפים, המחוברים סמוך לגוף המטוס.
מערכת הבלמים. לאחר הנחיתה יש צורך לבלום את המטוס. בלימת המטוס מתבצעות באמצעות מערכת בלמים, המופעלים באמצעות מנוף יד, או בדוושות רגליים. מערכת הבלמים מסייעת להיגוי המטוס על הקרקע.
שליטה ובקרה על המנועים. הבקרה והשליטה על המנועים מתבצעת באמצעות מצערת (מנוף המשנק), הפועלת כמו דוושת הדלק במכונית: ככול שהטייס דוחף את המצערת קדימה, נפתח מעבר גדול יותר לדלק, המוזרם למנוע. כאשר כמות הדלק למנוע עולה, גוברת פעולת המנוע, נוצר דחף חזק יותר, והמטוס נע באוויר במהירות גבוהה יותר. בנוסף, לכל מנוע יש מתג התנעה (סטרטר), מתג הצתה וברז דלק.

  1. מתג ההתנעה (סטרטר).
  2. תפקידו של מתג ההתנעה הוא גרימת הסיבוב ראשוני של המנוע, כאשר הגז, שאמור לסובב את רכיבי המנוע עדיין לא נוצר. כאשר הגז ייווצר יהיה מספיק כוח למנוע לסובב את רכיביו, ואז הטייס ינתק את הסטרטר. יש עדיין מטוסים, שמנועיהם מותנעים על-ידי סיבוב המדחף בכוח ידי, אולם ברוב המטוסים בימנו יש מתנעים חשמליים, כמו במכוניות.
  3. מתג הצתה.
  4. תפקידו של מתג ההצתה הוא לגרום לניצוץ חשמלי בתא השריפה של המנוע. אותו ניצוץ יבעיר את תערובת האוויר-דלק, המגיעה לתא השריפה. כך, יווצר הגז, שייצור דחף, ויסובב את חלקי המנוע.
  5. ברז הדלק.
  6. תפקידו של ברז דלק הוא פתיחת מעבר דלק בין מיכל הדלק למנוע.

לוח המחוונים ומכשירי הטיסה. בנוסף לדוושות מוטות ההיגוי, המנופים והמתגים, זקוק הטייס גם למחוונים (שעונים) ונוריות הודעה ואזהרה, המספקים לו את המידע הדרוש לטיסה בטוחה ומדויקת.
בנוסף לנוריות ולמחוונים בסיסיים אלו, הקיימים בכל מטוס. במטוסים חדישים ומשוכללים קיימות מערכות נוספות, כמו מערכות היגוי אוטומטיות, מכ"ם מתקדם, מכשירי קשר ועוד... מטוסי קרב מצוידים גם במערכות לחימה שונות.
ששת מכשירי הטיסה הבסיסיים.

ששת מחווני הטיסה הבסיסיים
להגדלת התמונה לחץ כאן
  1. מד מהירות נסיקה (מד מהירות אנכית).
  2. בעזרת מד זה יכול לדעת הטייס את שיעור ההנמכה או הנסיקה של המטוס לדקה (ראה איור).
  3. מד "אופק מלכותי".
  4. מד זה משמש בעיקר את הטייס בטיסה בלילה, בערפל או במזג-אוויר סוער. בעזרתו יכול הטייס לשמור על איזון המטוס, גם כשאינו יכול לראות את האופק האמיתי. חציו התחתון של מד האופק בצבע חום (אדמה), וחציו העליון בצבע כחול (שמים). בנוסף, באמצעות מד זה יכול הטייס לדעת את שיעור זוויות הפניה, שביצע, ואם הוא נוסק או צולל (ראה איור).
  5. מד מהירות האוויר. מכשיר למדידת מהירות המטוס באוויר. המהירות נמדדת על-ידי האוויר, הפוגע במטוס, הנע קדימה (לחץ האוויר מתורגם למיילים לשעה) (ראה איור).
  6. מחוון שיעור הפניה.
  7. מד זה מראה את מידת איזון המטוס. המחוג יראה את סיבוב אף המטוס ופניה ימינה או שמאלה (ראה איור).
  8. מצפן. המצפן מורה את הכיוון, בו המטוס נמצא (ראה איור).
  9. מד רום (מד גובה). מד הרום מציין את גובה המטוס מעל פני-הים (באלפי רגל). במטוסים חדישים קיימים שני מדי רום. הראשון ברומטרי, המציין את גובה המטוס יחסית לפני-הים, והשני אלקטרוני, המציין את גובה המטוס יחסית לפני השטח, מעליו הוא טס (ראה איור).

מחוונים נוספים. במטוס קיימים מחוונים נוספים, המראים את מהירות סיבוב המנועים, טמפרטורת המנועים, לחץ השמן בהם ועוד... בנוסף לאלה, קיימים גם מחוונים, המראים את הלחץ וטמפרטורת השמן במערכות ההידראוליות של המטוס.
במסוקים קיימים מחוונים המראים את מהירות סיבוב הרוטור, לחץ השמן והטמפרטורה בממסרי המסוק ועוד...
נוריות. בנוסף למחוונים קיימות נוריות, המתריעות על בעיה חמורה במטוס, כמו אש, קריסה של מערכת חיונית במטוס ועוד... כאשר נדלקת נורית אזהרה כזו, נדלקת גם נורית אזהרה ראשית (Master Caution). קיימות גם נוריות, המודיעות על מצב מערכת מסוימת במטוס, כמו דלתות העמסה פתוחות, מעצור חניה מופעל ועוד...
מכשירים נוספים במטוסים מתקדמים ומודרנים.

  1. טייס אוטומטי.
  2. מערכת הכוללת מחשב, מערכת חיישנים ומודדי נתונים. המערכת מקבלת נתונים, מעבדת אותם, ושומרת את המטוס במצב, שהטייס מתבקש להטיסו. הוראות הטיסה מועברות אל הגאי המטוס על-ידי זרמים חשמליים, ומפעילות אותם חשמלית או באמצעות שמן הידראולי.
  3. מחשב ניווט.
  4. מסוגל לחשב את הכיוון והזמן מנקודה לנקודה על-פי נתונים, שהטייס הכניס למחשב. נתוני נקודת היציאה נמסרים למחשב לפני ההמראה. לאחר ההמראה מקבל המחשב נתוני גובה, מהירות, כיוון וטמפרטורה חיצונית ממכשירי המטוס. המחשב מעבד את הנתונים, ומציג פתרון, כלומר את המיקום המדויק של המטוס בכל רגע. מחשב הניווט יכול למסור את הנתונים לטייס האוטומטי להמשך הטיסה בכיוון ובנתיב רצוי.
  5. Global Positioning System) GPS-ניווט בעזרת לווין ומפה נעה).
  6. באמצעות מכשור זה הטייס רואה את מפת השטח, מעליו הוא טס, במסך בתא-טייס, וממנה הוא מקבל נתונים על מרחקו, מיקומו ומשך זמן ההגעה ליעד. נוסף לנתונים אלו מופיעים במפה שדות-תעופה, ישובים, גבולות מדיניים אגמים, ימים ועוד...
    מידע נוסף
    אוניברסיטת קולורדו מערכת ה-GPS-האתר באנגלית.
  7. מכשירים מוצאי כיוון. Very High Frequency Omni-directional Range) VOR-ניווט בעזרת גלי רדיו).
  8. מכשירים שונים, הפועלים על גלי רדיו, שמשודרים מתחנות קרקע. המכשירים קולטים את שידורי התחנות, מנתחים את הכיוונים, שמהם באו השידורים, ומוצאים את מיקום המטוס על-פי חיתוך גלי רדיו.
    מידע נוסף
    נאס"א-Virtual Skies-Aviation Navigation-VOR-האתר באנגלית.
  9. מכשירים לנחיתה עיוורת. Instrument Landing System) ILS).
  10. מכשירים שונים מקבלים את הנתונים מקרן, המשודרת מנקודה שבתחילת מסלול הנחיתה. הקרן מכוונת אל המטוס, העומד לנחות, מוסרת לו את הכיוון וגם את הזווית הנכונה לגישה לנחיתה. המכשיר שבמטוס קולט את הקרן, ומציג לטייס על-גבי מכשיר מיוחד את מצב המטוס ביחס לקרן, והטייס מטיס את מטוסו כך "שירכב" על-גבי הקרן.
    מידע נוסף
    Encyclopedia.com-Instrument-Landing System-האתר באנגלית.

תא-טייס של מטוס קל תא-טייס של מטוס נוסעים תא-טייס של מטוס קרב תא-טייס של מסוק
תא-טייס של מטוס קל תא-טייס של מטוס נוסעים תא-טייס של מטוס קרב תא-טייס של מטוס מסוק
מושגים בסיסיים בטיס.

  1. מאך.
  2. יחידת מהירות, השווה למהירות הקול באוויר (330 מטר בשנייה).
  3. עילוי.
  4. הכוח, הפועל על הכנף וכיוונו כלפי מעלה. העילוי נוצר כתוצאה מפגיעת זרם האוויר בכנף. כוח העילוי הוא הכוח, הנושא את המטוס בעת הטיסה.
  5. רגל.
  6. מידת מרחק, המשמשת בעיקר לתעופה (רגל-33 סנטימטר).
  7. כוח G. כוח התאוצה הפועל על עצם בהשפעת כוח המשיכה של כדור-הארץ, או על-ידי התגובה לתאוצה או בלימה. 1=G שווה לתאוצה, שמוענקת לעצם על-ידי כדור-הארץ, וגודלו 9.81 מטרים בשניה בריבוע.
  8. טייס אוטומטי.
  9. מנגנון לפיקוח טיסה על-פי נתוני גובה וכיוון, שנקבעו מראש.
  10. ג'ירו (ג'ירוסקופי).
  11. מתקן ייצוב למכשירי הטיסה. תפקידו לשמור על מצפן הג'ירו, האופק המלכותי ומכשירים נוספים ביחס למרחב, גם אם ישנה המטוס את כיוונו ומצבו.
  12. טיסת מכשירים.
  13. דורשת פענוח תמונת מצב על-פי כל אחד מששת המכשירים, הבנת התמונה הכללית, והפעלת הגאי המטוס בהתאם לרצון הטייס.

מידע נוסף
First Flight-הדרכה וירטואלית ללימוד טיסה-האתר באנגלית.


חזור להתחלת המאמר