Samolot jest to statek powietrzny cięższy od powietrza, z napędem silnikowym, utrzymywany w locie przez zamocowane na stałe skrzydła. Do napędu samolotu używa się ciągu wytworzonego przez silniki odrzutowe lub przez śmigło. Projektowany w sposób aerodynamiczny w celu uzyskania najlepszego opływu zapewniającego maksymalną sprawność w czasie lotu. Pierwszego lotu samolotu (dwupłatowcem), z własnym napędem spalinowym, dokonali w 1903 roku bracia Wilbur i Orville Wright w mieście Kitty Hawk w Karolinie Północnej (USA). Mówiąc o tego typu maszynach, temat ten możemy podzielić na takie oto 4 segmenty.
Dlaczego samolot lata
Sprawny opływ powietrza zapobiega tworzeniu się na powierzchni kadłuba i skrzydeł turbulencji, które mogłyby powodować utratę stabilności i mocy. Przekrój skrzydła ma kształt płatu nośnego szerszego i zaokrąglonego z przodu, płaskiego od spodu, zaokrąglonego w górnej części i zwężającego się do ostrej krawędzi z tyłu. Kształt ten pozwala na zwiększenie prędkości powietrza przepływającego nad skrzydłem; w ten sposób strumienie powietrza wywierają ciśnienie mniejsze od atmosferycznego. Zgodnie z zasadą Bernoulliego powoduje to powstanie siły działającej pionowo do góry, zwana siłą nośną, przeciwdziałającej sile ciężkości samolotu. Podczas szybkiego ruchu w powietrzu skrzydła wytwarzają siłę nośną wystarczającą do utrzymania samolotu.
Ciąg napędzający samolot powstaje na skutek odrzutu strumienia przyspieszonego powietrza w kierunku przeciwnym do kierunku lotu. Wytworzony jest przez śmigło lub wyrzut powietrza z silnika odrzutowego. W czasie lotu ciąg silnika musi pokonać opór powietrza. Opór zależy od powierzchni przekroju poprzecznego (na przykład jest duży u samolotów komunikacyjnych, znów mały u myśliwców) i kształtu (współczynnik oporu). W locie poziomym ze stałą prędkością siła ciągu jest równa oporowi powietrza. Opór zmniejsza się przez projektowanie opływowych kształtów samolotu, pozwala to na zwiększenie prędkości lotu i zmniejszenie zużycia paliwa przy tej samej mocy. Zmniejszenie ilości paliwa potrzebnego do pokonania określonej trasy pozwala na zabranie większego ładunku (towarów lub liczby pasażerów).
Kształt samolotu zależy głównie od szybkości, z jaką będzie latał. Samolot wolny, latający z prędkością znacznie poniżej prędkości dźwięku (965 km/h), nie musi mieć bardzo opływowego kształtu i może mieć skrzydła tworzące z kadłubem kąt prosty. Samoloty latające z prędkościami niewiele mniejszymi od prędkości dźwięku (przydźwiękowe) muszą mieć opływowy kształt i skrzydła odchylone do tyłu. Zapobiega to powstawaniu turbulencji na powierzchni samolotu. Samoloty naddźwiękowe (szybsze od dźwięku) muszą mieć bardzo opływowy kształt, spiczasty przód, mocno odchylone do tyłu skrzydła i kadłub przewężony w środku, aby mogły przekroczyć barierę dźwięku bez zbytnich zakłóceń. W celu dobrego dostosowania samolotu do lotu z różnymi prędkościami w niektórych samolotach naddźwiękowych tworzy się konstrukcyjną możliwość zmiany geometrii skrzydeł – skrzydła wysuwane. Przy locie z małą prędkością skrzydła są wysunięte, przy locie z dużymi prędkościami są częściowo chowane i tworzą charakterystyczny kształt trójkąta (skrzydła delta). Projektanci samolotów badają różne modele w tunelach aerodynamicznych, sprawdzając, jak zachowują się one w praktyce.
Odrzutowe samoloty myśliwskie budowane w latach 90-tych XX wieku zostały celowo zaprojektowane jako niestateczne aerodynamiczne, co zapewniło ich większą zwrotność – przykładem mogą być europejskie samoloty myśliwskie, które są budowane przez Wielką Brytanię, Niemcy, Włochy i Hiszpanię. Należy wiedzieć, że niestabilność aerodynamiczną uzyskano przez konstrukcję skrzydła umożliwiającą zmianę jego kształtu w sposób ciągły oraz kontrolę przepływu powietrza na skrzydłem przez mniejszy, umieszczony z przodu odchylający płat nośny. Nowe samoloty są coraz lżejsze i szybsze (do prędkości 3 Mach) dzięki użyciu żaroodpornych materiałów, niektóre pochłaniają również fale radiowe, co czyni że samolot na radarze jest niewidzialny.
1 Mach to w przybliżeniu prędkość 1225km/h
Budowa samolotu
Samoloty buduje się z lekkich, mocnych stopów aluminium, takich jak duraluminium (między innymi z miedzią i magnezem). W samolotach naddźwiękowych w miejscach silnie się nagrzewających stosowana jest stal nierdzewna i tytan. Konstrukcja samolotu składa się z wierzchniej warstwy (pokrycia), wykonanej z blach stopowych, rozpiętych na rozmieszczonych w pewnych odstępach rozpórkach (żebra i podłużnice). Całość łączą nity lub mocne kleje, na przykład żywica epoksydowa. W miejscach gdzie konstrukcja musi przenosić bardzo duże obciążenia (na przykład nasada skrzydła), jej elementy wykonuje się w całości przez obróbkę jednego kawałka metalu (w celu uzyskania bardzo dużej wytrzymałości).
Trzeba wiedzieć, że na ziemi samolot spoczywa na podwoziu kołowym z 3 punktami podparcia, z jednym kołem wysuniętym do przodu i 2 umieszczonymi pod każdym ze skrzydeł. W większości samolotów, z wyjątkiem małych i lekkich, w celu zmniejszenia oporu podczas lotu podwozie jest chowane. Samoloty startujące i lądujące na wodzie wyposażone są w pływaki (płaty wodne), niechowane podczas lotu.
Przykładowo sklejając modele samolotów można bliżej przyjrzeć się budowie i konstrukcji poszczególnych statków powietrznych.
Kontrola lotu
Kontrola lotu – należy wiedzieć, że skrzydła nie zapewniają stabilności w czasie lotu, a funkcję stabilizatora spełnia ogon. W ogonie znajduje się statecznik poziomy i pionowy. Z tyłu statecznika poziomego są przymocowane wychylne klapy (ster wysokości), kontrolujące wysokość lotu. Podniesienie klapy steru wysokości powoduje obniżenie statecznika i zmianę kąta natarcia skrzydła (jego odchylenie do góry). W rezultacie zwiększa się szybkość przepływu powietrza nad skrzydłem, następuje przekroczenie przez siłę nośną wartości siły ciężkości samolotu i samolot się unosi. Równocześnie zwiększa się jednak opór powietrza i dla utrzymania prędkości potrzebna jest większa moc uzyskana przez przesunięcie dźwigni przepustnicy silnika. Opuszczenie klapy steru wysokości powoduje odwrotny skutek. Kąt natarcia zmniejsza się i samolot opada. Jeżeli nie zmniejszy się mocy silnika, prędkość samolotu zaczyna gwałtownie rosnąć.
Skręt (zmianę kierunku) uzyskuje się przez wychylenie steru kierunku (wychylna klapa umieszczona z tyłu statecznika pionowego) i przechylenie samolotu.
Przechylenie z kolei, uzyskuje się przez wychylenie lotek połączonych ze sobą klap, umieszczonych z tyłu skrzydeł. Lotki wychylają się w przeciwnych kierunkach, jedna na dół, druga do góry.
W samolotach ze skrzydłami delta (na przykład Concorde) lotki i klapy steru wysokości są połączone. Inne wychylne klapy (ruchome powierzchnie sterujące) są umieszczone z tylu skrzydeł, bliżej kadłuba. Wysuwa się je w czasie startu i lądowania, zwiększając siłę nośną poprzez powiększenie szerokości skrzydła oraz krzywizny jego profilu. Do tego celu służą również sloty, umieszczone z przodu skrzydła; wysunięte, poprawiają opływ powietrza.
Aby wylądować, przód samolotu podnosi się, kąt natarcia skrzydeł zwiększa się, przekraczając wartość krytyczną i powodując i oderwanie strugi powietrza, siła nośna zanika (tzw. przeciągnięcie) i samolot opada na pas startowy.
Kilka nowoczesnych modeli samolotu (na przykład Harrier) ma możliwość pionowego startu i lądowania dzięki skierowania strugi powietrza wyrzucanego przez silnik do obracanych dysz wylotowych. Śmigłowce i zmiennopłaty używają wirujących śmigieł, aby uzyskać siłę nośną wznoszącą je pionowo.
Sterowanie samolotem
Ruchomymi klapami kontrolującymi lot samolotu kieruje pilot. Służą mu do tego drążki lub wolant i pedały (wychylanie steru kierunku). Sterowanie odbywa się poprzez system siłowników hydraulicznych. Zaawansowane technologiczne, szybkie samoloty eksperymentalne sterowane są nowoczesnym systemem komputerowym. Pilot wydaje komputerowi komendę, a komputer na podstawie danych uzyskanych z czujników (wysokości, szybkości, szybkości zmiany kursu) ustawia odpowiednio klapy i moc silnika, aby żądany manewr zrealizować.
Zobacz także: Gadżety lotnicze