تاريخچه
برادران رايت توانستند با استفاده از نبوغ و خلاقيت خود در دهم دسامبر 1903 كه آرزوی ديرينه بشر را كه پرواز بود تحقيق بخشند و از زمانی كه اسحاق نيوتن فيزيكدان انگليسی ، نيروی جاذبه را كشف كرد ، فكر پرواز و غلبه بر نيروی جاذبه در انسان شدت بيشتری يافت.
برادران رايت كه يك مغازه تعميرات دوچرخه داشتند ، هميشه در فكر پرواز بودند. آنها بر اساس اطلاعات و مطالعات كه در مورد پرواز داشتند به ساخت بالها و طراحی هواپيما پرداختند. سپس يك تونل باد كوچك ساخته و اجزای آيروديناميكی هواپيمای خود را كه از طراحی كاملا نوين و پيشرفته برخوردار بود ، آزمايش كردند و اولين پرواز قابل كنترل هواپيما را انجام دادند. زمانی كه هواپيما به پرواز در مي‌آيد تحت تاثير نيروهای آيروديناميكی قرار مي‌گيرد .
نيروی آيروديناميكی
نيروی آيروديناميك در اثر وزش باد بر روی يك جسم توليد میشود. اين جسم می‌تواند تير چراغ برق ، يك آسمان خراش ، پل ، هواپيما و يا كابل برق فشار قوی باشد. اما بازتاب نيروی آيروديناميكی كه ايجاد میشود ، به شكل اين جسم خاص كه در معرض وزش باد قرار گرفته است بستگی دارد. اگر پهن و دارای زاويه تند باشد در برابر باد مقاومت مي‌كند و در جهت وزش باد خم میشود. اما اگر دارای زوايای خميده و يا نيم‌دايره باشد ، مقاومت كمتری نسبت به ساير اجسام خواهند داشت. نيروهای آيروديناميكی شامل چهار نيرو میشود ، كه اين نيروها عبارتند از :
نيروی برا (LIFT)
نيروی برا ، نيرويی است كه باعث بالا رفتن هواپيما يا هليكوپتر و اجسام برنده میشود. برای اينكه اين نيرو ايجاد شود بايد جسم مورد نظر شكل خاصی داشته باشد ، مطلوبترين شكل می‌تواند به صورت يك قطره آب بصورت افقی و يا يك جسم كه يك طرفش نيم‌دايره و طرف مقابل آن زاويه تند داشته است ، باشد که در علم پرواز به این شکل مهم (ایرفول) می گویند. اگر اين جسم در گوشه‌ای در جريان هوا قرار گيرد كه باد از سمت جسم كه حالت نيم‌دايره دارد بوزد و از طرف مقابل كه زاويه تندی دارد جسم را ترك كند ، نيروی برا ايجاد خواهد شد. بال یک هواپیمای مسافری را در نظر بگیرید ، وقتی كه هواپیما به حرکت در می آید و بال هواپیما با هوا برخورد می کند و هوا را می شکافتد ، مولكولهای هوا با لبه جلوی بال برخورد می‌كنند ، تعدادی به سمت بالا و تعدادی به سمت پايين بال متمايل می‌شوند. هر دو گروه مولكولها می بايستی در انتهای بال همزمان به يكديگر برسند. چون بالای بال هواپيما انحنای بيشتری دارد و مسافت آن نسبت به زير بال بيشتر است ، در نتيجه مولكولهایی كه از سطح بالایی عبور می‌كنند می بايستی با سرعت بيشتری حركت كنند تا با مولكولهای سطح پايين همزمان به انتهای بال هواپيما برسند. اين عمل باعث كاهش فشار هوا در سطح بالای بال نسبت به سطح پايين بال خواهد شد. اشاره به اصل برنولی وقتی كه سرعت هوا در سطح بالای بال بيشتر از سطح پايينی آن باشد ، فشار در سطح بالایی كم می شود. حال كه فشار هوا در قسمت زیرین بال هواپیما افزایش می یابد و در بالای بال كاهش می يابد و يك خلا نسبی در بالای بال ايجاد میشود كه بال هواپیما را به طرف خود می‌كشد. اين خلا نسبی همان نيروی برا می باشد كه باعث به بالا کشیده شدن هواپيما میشود. هر چقدر سرعت هواپيما بيشتر باشد مقدار خلا نسبی نيز بيشتر میشود و هواپیما بالاتر می رود .
نيروی وزن (WEIGHT)
زمانی كه ما روی زمين قرار گرفته‌ايم وزن ما بطور عمود بر مركز زمين وارد میشود. وزن ما باعث قرار گرفتن روی زمين و نيز جاذبه‌ای كه برما وارد میشود با وزن ما برابر خواهد بود. طبق قانون نيوتن ، نيروی جاذبه‌ای كه بر جسم ما وارد میشود برابر با يك خواهد بود. برای اينكه هواپيما به پرواز درآيند بايد بر نيروی جاذبه غلبه كند. وزن هميشه در جهت مخالف نيروی برا است .
نيروی رانش (THRUST)
وقتی جسمی از زمين بلند شده و در فضا قرار می‌گيرد ، بايد نيروی رانش كافی داشته باشد. به عبارت ديگر نيروی رانش باعث میشود تا هواپيما به طرف جلو حركت كرده و جريان لازم را ايجاد كند. جريان ايجاد شده توليد نيروی برا ، اين كار را خواهد كرد. در هواپيما نيروی رانش بوسيله موتور فراهم میشود .
نيروی پسا (DRAG)
طبق قانون نيوتن هر عملی يك عكس‌العمل در جهت مخالف خواهد داشت به دليل اينكه نيروی رانش باعث جلو رفتن هواپيما میشود. افزايش اين نيرو باعث افزايش نيروی پسا خواهد شد. وجود نيروی پسا يك امر اجتناب ناپذير است ولی كارشناسان ، طراحان و سازندگان هواپيما سعی می‌كنند درحين پرواز از مقدار نيروی پسا كاسته شود .
در شكل هواپيما ، هر قدر بالها نازكتر يا محل اتصال اجزا خارجی با بدنه زاويه‌هایی تند نداشته باشد ، بخشی از نيروی پسا كاهش می يابد. به شكل خاص اجزایی كه در توليد نيروی برا نقش دارند بستگی دارد. مانند بالها و بخشی از بدنه . برای اينكه هواپيما بتواند سرعت‌های كم به اندازه كافی نيروی برا و در سرعت‌های زياد از توليد نيروی پسا كاسته شود بالهای آن را به گونه‌ای مناسب طراحی می‌كنند .
پس متوجه می‌شويم كه با افزايش نيروی رانش بر سرعت هواپيما افزوده میشود. با افزوده شدن سرعت هواپيما ، جريان هوا نيز افزايش يافته و نيروی برا افزايش می يابد تا بر وزن هواپيما غلبه كند. با افزايش نيروی برا و رانش بر ميدان نيروی پسا نيز افزوده خواهد شد. اما زمانی كه هواپيما در مسير پرواز قرار می‌گيرد كليه نيروها به حالت تعادل در آمده و هواپيما با سرعت ثابتی به پرواز خود ادامه می‌دهد .