fly

Moderne fly er monoplan, det vil si at de har ett vingepar. Avhengig av vingeformen snakker man om rettvingede fly, pilvingede fly og deltavingede fly. Enkelte militærfly kan dessuten forandre vingeformen i flukt. Flygende vinger forekommer.

På vanlige fly kan vingene være montert høyt på skroget (høyvinget fly), midt på (midtvinget fly) eller lavt nede (lavvinget fly). Bak i halepartiet kan de horisontale stabilisatorflatene være montert på skroget, lavt nede på stabilisatorflaten eller på toppen av vertikalstabilisatoren. Hurtige fly har ofte helbevegelige horisontalstabilisatorer i stedet for høyderor. På enkelte deltavingede fly har en kombinasjon av balanseror og høyderor i vingenes bakkant erstattet de egentlige høyderorene, idet horisontale stabiliseringsflater ikke er benyttet.

Alle større og de fleste mindre fly med hjulunderstell er nå utstyrt med nesehjul (styrbart på større fly) istedenfor halehjul, og understellet er som regel opptrekkbart. Spesielt på mindre fly kan hjulunderstell skiftes ut eller brukes i kombinasjon med ski eller flottører.

Motorene kan være av stempel-, gassturbin- eller turbojettypen, se flymotor. Stempel- og gassturbinmotorene bruker propell; gassturbindrevne fly, omtalt som turboprop- eller propjetfly, skaffer seg ekstra reaksjonsfremdrift ved bakoverrettet utslipp av forbrenningsgassene. Bladene på propeller for især større fly er vridbare, slik at stigningen kan reguleres automatisk eller av flygeren for å oppnå optimal virkningsgrad under forskjellige forhold. Vridbare propeller vil også kunne gi bremseeffekt ved landing, og bladene kan kantstilles (på engelsk feathering) for minst mulig luftmotstand ved motorstopp.

Turbojetmotorer benyttes i de fleste større fly og er som regel montert under vingene, i halepartiet eller på sidene av skroget bak. I såkalte turbofanmotorer presses luft av ett eller flere sett vifteblader ved fremre ende av kompressoren gjennom en slags kappe eller sirkulær passasje utenfor kompressor, forbrenningskammer og turbin. Denne luften legger seg utenpå de varme eksosgassene ved utløpet av motoren, og gir økt fremdriftskraft, samtidig som den har en støydempende effekt.

Ramjetmotorer, også i kombinasjon med turbojetmotorer, var i midten av 1990-årene i søkelyset som mulig drivkilde for en ny generasjon supersoniske passasjerfly. Rakettmotorer har fortrinnsvis vært benyttet på forskningsfly, men mindre rakettmotorer blir av og til anvendt for å øke skyvkraften på tungt lastede fly når kun korte startbaner er tilgjengelig.

Mens de første flyene var bygd opp hovedsakelig av treverk og duk, har sterke og lette metaller, spesielt aluminiumslegeringer, etter hvert overtatt som konstruksjonsmateriale. I den senere tid har også komposittmaterialer vært benyttet, for eksempel i stabilisatorflatene. I selve konstruksjonsarbeidet har datamaskinene for lengst gjort sitt inntog. Det store amerikanske tomotors passasjerflyet Boeing 777 var det første som utelukkende ble konstruert med datamaskiner. Datamaskinene har også, gjennom simuleringer og numeriske analyser, redusert behovet for vindtunnelprøving.

I tillegg har datateknologien ført til store endringer i cockpiten, spesielt på større fly. Instrumentene er i stor grad digitale, og mange flere målepunkter for opplysninger som kan presenteres på dataskjermer eller til og med skrives ut, gir langt bedre muligheter for overvåking av systemene under flygning og etterpå i forbindelse med vedlikehold.

Når et motordrevet fly beveger seg gjennom luften, vil vingene ved tilstrekkelig stor horisontal hastighet gi et løft (en oppoverrettet løftekraft) lik eller større enn flyets totalvekt. Dermed vil flyet holde seg svevende i horisontal flukt eller stige.

Det grunnleggende aerodynamiske prinsippet kan illustreres ved en papplate beveget slik at den danner en liten, positiv vinkel oppad i forhold til bevegelsesretningen. Luftkreftene (de aerodynamiske kreftene) vil da presse platen oppover, og innenfor visse grenser vil kraften være proporsjonal med innfallsvinkelen. En plan plate er imidlertid ikke brukbar som ving. Hvis platen derimot formes slik at profilet (tverrsnittet) blir mest mulig strømlinjeformet og får en viss krumning, oppnås en begrenset kontroll over resultantkreftenes vandring langs profilet, samtidig som løftet blir større og motstanden mindre. Når en ving med et slikt profil beveger seg gjennom luften, vil forkanten fordele den på over- og undersiden. Oversiden på profilet er sterkere buet enn undersiden. Luften som passerer på oversiden, må følgelig tilbakelegge en lengre vei, og får dermed en høyere hastighet og et lavere statisk trykk enn luften som passerer på undersiden.

En annen side av samme sak er at luften, når den forlater vingen, er avbøyd nedover slik at løft kan betraktes som en reaksjonskraft til den kraften som sørger for avbøyningen. Med økning av innfallsvinkelen (den vinkelen vingene møter den uforstyrrede luften med) og reduksjon av hastigheten, kommer man til et punkt der luftstrømmen på store deler av vingens overside går over fra å være laminær (jevne, kontinuerlige strømningslinjer) til turbulent (meget ujevne strømningslinjer med ukontrollerte virvler). Dermed forsvinner løftet, og vingen har «steilet». Hastigheten omtales som steilehastighet, og er en meget kritisk nedre hastighetsgrense for fly. Under landing blir steilehastigheten senket ved hjelp av flaps, men ved vanlig flygning opprettholdes laminære forhold lenger ved å gjøre vingeoverflaten så jevn og glatt som mulig. (Se også aerodynamikk.)

I de senere år har det vært drevet forsøk med å suge inn (for eksempel gjennom smale spalteåpninger i vingenes overside) den såkalte grenselagsluften der turbulensen gjerne oppstår. En positiv effekt er dokumentert, men selve systemet og tilvirkningen av spalteåpningene vil gi vekt- og kostnadsøkning.

I flukt virker en rekke krefter på flyet, og fordi kreftene har ulike angrepspunkter, må det sørges for likevekt mellom kraftmomentene slik at flyet blir stabilt. Kreftene kan sammenfattes i de fire resultantkreftene: tyngdekraft, løft, fremdriftskraft og luftmotstand. Tyngdekraften, som bestemmes av flyets samlede masse, motvirkes av løftet fra vingene (ved lave hastigheter hjulpet av flaps), i mindre grad fra haleflaten, pluss eventuelle canardflater (små horisontale flater ved flyets neseparti). Fremdriftskraften fra propell(er) eller jetmotor(er) virker tilnærmet horisontalt og er ved jevn, horisontal flygning lik og motsatt rettet flyets samlede motstand. Denne motstanden er sammensatt av flere enkeltkomponenter, ved flygning i lydhastighet eller høyere også bølgemotstand. Under horisontal flukt med jevn hastighet holder samtlige krefter hverandre i likevekt, samtidig som flyets egenstabilitet delvis motvirker de luftkrefter som prøver å bevege det ut av likevekt.

Da jetjagerfly i begynnelsen av 1950-årene gjorde forsøk på å fly hurtigere enn lyden i horisontal flukt, oppdaget man at vanlig motorkraft ikke var tilstrekkelig til å overvinne den såkalte transoniske luftmotstanden, det vil si at opphopet luft blir ikke skjøvet til side fort nok. I 1953 formulerte imidlertid den amerikanske NACA-forskeren Richard Travis Whitcomb arealregelen, som for å redusere transonisk motstand foreskriver et nesten konstant tverrsnittareal langs flyets lengdeakse. Ved vingene kreves altså et redusert tverrsnittareal for skroget, noe som i en periode slo ut i en vepsetaljelignende skrogform. Senere militærfly som opererer i hastighetsområder over lydens, har fått motorkraft nok til å overvinne den transoniske motstanden.

Vanlige vinger har som regel ingen stabilitet i fluktretningen fordi resultanten av reaksjonskreftene beveger seg frem og tilbake langs vingeprofilet, avhengig av innfallsvinkelen. Økes vinkelen, for eksempel når flyet stiger, flytter resultanten av reaksjonskreftene seg fremover mot vingeforkanten. Derved oppstår et moment med tendens til å øke innfallsvinkelen ytterligere. For å motvirke dette er flyet forsynt med en haleflate. Resultanten av reaksjonskreftene på haleflaten fremskaffer et motsatt rettet moment, og ved passende valg av størrelse og innfallsvinkel i forhold til vingene vil haleflaten alltid søke å bringe flyet tilbake til normalstilling, det vil si skaffe flyet lengdestabilitet. Tverrstabilitet oppnås normalt ved at de to vingene monteres til skroget i en svak V-stilling. Hvis flyet ved en ytre påvirkning krenger over til én side, vil horisontalprojeksjonen på denne siden bli større enn for den motsatte vingen. Løftet, som er proporsjonalt med flatearealet, vil derved sørge for oppretting til likevektsstilling. Såkalt retningsstabilitet, stabilitet rundt flyets vertikale tverrakse, oppnås ved hjelp av den vertikale stabilisatorflaten.

I de senere år har avanserte militærfly, spesielt jager- og attakkfly, fått en utforming som gjør dem aerodynamisk ustabile, og derfor må de overvåkes kontinuerlig av datamaskiner.

Flygeren kan regulere flyhastigheten innenfor visse grenser ved variasjon av motorkraften, ved stigning/reduksjon av flyhøyden eller ved å benytte luftbremser (vanligvis hydraulisk opererte flater i bakkant av vingenes overside). Nedre hastighetsgrense bestemmes av flyets steilehastighet, der løftet blir mindre enn flyets vekt.

Manøvrering i luften for vanlige fly skjer ved hjelp av sideror, balanseror og høyderor (eller helbevegelige horisontalstabilisatorer). Rorene er gjerne forsynt med små trimror som brukes for fininnstilling av stabiliteten hvis flyet skulle trekke til siden, ligge skjevt i luften eller være for- eller baktungt. Sideroret kan beveges ved hjelp av siderorpedalene, som også betjener hjulbremsene. Flyet kan imidlertid ikke svinges bare ved hjelp av sideroret; det ville i tilfelle skjære ut sidelengs. Det må derfor gis en tilpasset krengning ved hjelp av balanserorene, som normalt er hengslet ytterst ved vingenes bakkant. Manøvreringen skjer ved at flygeren beveger et slags ratt, eller en stikke på mindre militærfly.

På mindre og langsomme fly er høyderoret hengslet i bakkant av de horisontale stabilisatorflatene. På større og hurtige fly er det, som nevnt, selve stabilisatorflatene som beveges. På de mindre og langsomme flyene er det brukt direkte overføring via kabler eller stag fra pedaler og ratt, eller stikke til de forskjellige rorflatene. På større og hurtige fly behøves imidlertid stor kraft for å oppnå utslag, noe som har ført til bruk av hydraulisk drevne rorflater.

Flere nyere militærfly og enkelte større passasjerfly har et styresystem der en liten bevegelse på et kort stikkehåndtak plassert på en sidekonsoll registreres av en datamaskin som først kontrollerer at ønsket rorutslag ikke vil overbelaste flykonstruksjonen, og deretter sørger for det signalet som får et elektrohydraulisk eller elektromekanisk system til å bevege rorflatene (et såkalt «fly-by-wire»-system).

I midten av 1990-årene ble det arbeidet aktivt for å øke manøvrerbarheten på enkelte typer militærfly (jagerfly) ved retningsdirigering av eksosgass-strømmen fra jetmotoren(e).

Av militærfly finnes blant annet jagerfly, jagerbombere, angrepsfly (fellesbetegnelse kampfly), bombefly, varslingsfly, maritime patruljeringsfly og transportfly. Spesielle jagerflyversjoner kan dessuten utrustes for fotorekognosering, mens transportfly kan utstyres for tankflyoppdrag. Det er bygd jagerfly som kan ta av og lande vertikalt, transportfly med kortbaneegenskaper og jagerfly/bombefly med såkalte «stealth-egenskaper», det vil si med en form og med utvendige materialer som gjør dem vanskelige å oppdage med radar, dessuten med eksosgassutslipp som reduserer den infrarøde signaturen. Av ubemannede militærfly finnes cruisemissiler og droner, eller UAVer (av engelsk Unmanned Aerial Vehicles). Cruisemissiler kan være langtrekkende. De flyr ofte lavt for å unngå radardeteksjon og har avanserte navigasjonssystemer som gjør det mulig å levere sprengladninger med stor nøyaktighet i et utpekt målområde. UAVer er ofte høytflygende, og brukes i økende grad til en rekke oppgaver fra målflygning til rekognosering.

De viktigste undergrupper av sivilfly er passasjer- og/eller rutefly, forretningsfly, privat- eller sportsfly inklusive mikrofly og skole- eller treningsfly. Også her finnes versjoner særskilt konstruert eller utrustet for spesialformål, for eksempel fraktfly, fly for gjødsling eller sprøyting av insektdrepende midler innen landbruket, bekjempelse av skogbrann, ambulanseflygning, aerobatikk og deltagelse i flyrace.

Passasjer- eller rutefly kan ha fra én til fire motorer. To motorer er i de senere årene blitt ganske vanlig selv for store fly som trafikkerer lange havstrekninger. Setekapasiteten kan gå opp i 853, som gjelder en høykapasitetsutgave av Airbus A380. Enkelte fly bygges som rene fraktfly, eller kan brukes som kombinerte passasjer- og fraktfly ved at deler av kabinen ominnredes til fraktformål. Widebody-fly kan ha en rekkevidde på opptil 15 400 kilometer (Airbus A380) og en største hastighet på 1030 kilometer i timen som er 86 prosent av lydhastigheten eller Mach 0,86 (Boeing 747-400). Denne hastigheten ble overskredet av det fransk/britiske supersoniske passasjerflyet Concorde, som beveget seg omkring to ganger lydhastigheten, Mach 2.

For øvrig har en god del forskning vært drevet for å utvikle mer miljøvennlige fly, og meget gode resultater er oppnådd både når det gjelder støynivå og utslipp av karbondioksid og nitrogenoksider.