すべての航空愛好家が興味を持っている必要がある基本的な質問:翼はどのようにして揚力を生成するのですか?

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回答

その根底にあるものを見つけるには、見てみるとよいでしょう。分子レベルでの揚力時:

すべての空気分子は、慣性、圧力、および粘性効果の間で動的平衡状態にあります:

  • 慣性とは、粒子の質量が以前と同じように移動し、そうでない場合は力を納得させる必要があります。
  • 圧力とは、空気粒子が常に振動し、他の空気粒子に跳ね返ることを意味します。跳ね返るほど、周囲にかかる力が大きくなります。
  • 粘度とは、この振動のために、空気分子が隣接する分子の速度と方向を引き継ぐ傾向があることを意味します。

翼の上側を流れる

空気の流れ:翼が亜音速で近づくと、その上面の低圧領域がその前の空気を吸い込みます。このように見てください。空気のパケットの上方と下流では、分子の跳ね返りが少なくなり(=圧力が低くなります)、そのパケットの上下で空気の跳ね返りが減少しないと、空気分子が上向きにその翼に向かって押し出されます。空気のパケットは上昇して翼に向かって加速し、その低圧領域に吸い込まれます。加速により、パケットは縦方向に引き伸ばされ、速度を上げるのと同期して圧力が低下します。拡散は流れの方向に発生します。パケットは縦方向に歪んで伸びますが、流れに直交する方向に収縮します。この収縮は、その翼のためのスペースを作るために必要です。超音速流では、同じ目的で減速します。そこに着くと、” “を参照して、その下の翼が移動経路から離れて湾曲していること、およびその経路が変更されないままであるかどうかを確認します。 、翼と空気のパケットの間に真空が形成されます。しぶしぶ、パケットはコースを変更し、翼の輪郭に従います。これには、分子の方向を変えるためにさらに低い圧力が必要です。この高速で流れる低圧の空気は、その前後の新しい空気を吸い込みます。は、減速して翼の後半部分で古い圧力を取り戻し、新しい流れの方向で流れ出します。

揚力は、翼の上部輪郭が発生する場合にのみ発生することに注意してください。下向きに傾斜し、翼の前縁の周りを流れる空気の最初の経路から離れます。これはキャンバーまたは迎え角のいずれかである可能性があります-どちらも同じ効果があります。キャンバーは輪郭を徐々に変化させることができるため、迎え角よりも効率的です。

翼の下側を流れる

下に到達する空気のパケット翼は隆起と加速が少なく、高度に反った翼の凸部では圧縮が発生します。また、反った翼や傾斜した翼はその下の空気を下向きに押し、翼の下のパケットに対してより多くの圧力と上からの跳ね返りを生み出すため、流路を変更する必要があります。両方のパケットが後縁に到着すると、下向きの速度になります。

風洞内の翼型。煙の跡が流れを示しています

翼の後ろでは、両方のパケットが慣性のためにしばらく下向きの経路に沿って進み、他の空気を下に横に押し出します。それらの上に、前に横に押されていたこの空気が、2つのパケットの上のスペースを満たします。巨視的には、これは2つの大きな渦のように見えます。しかし、これらの渦の中の空気はもはや翼に作用することができないので、抗力や揚力に影響を与えることはありません。きれいな写真など、その効果の詳細については、こちらをご覧ください

揚力はいくつかの同等の方法で説明できます

上で概説した圧力場の写真に続いて、揚力は翼の上面と下面の間の圧力差です。分子は上側よりも下側の方が翼の皮膚に当たって跳ね返り、違いは揚力です。

または巨視的な画像を見ると、特定の量の空気が下向きに加速されています。翼、そしてこれはその空気に作用する力を必要としました。この力は、航空機を空中に維持するものです:リフト。

翼をブラックボックスとして見て、流入する空気と流出する空気の衝撃だけに注意を払うと、翼は下向きの成分を追加することによって衝撃を変更します。この衝撃変化の反力は揚力です。

どちらの方法でも、同じ結果が得られます。ちなみに、方向の変化のほとんどは、後縁ではなく、翼の前部で発生します!

翼の周りの流線とインパルスの方向

揚力は定義の問題です

揚力と誘導抗力は両方とも、翼に作用する圧力の一部です。翼に作用するすべての圧力を合計すると、結果のベクトルはわずかに後方を向きます。流れ方向の成分は抗力であり、移動方向に直交する成分は揚力です。これは単純化のために作られた単なる定義です。

コメント

  • これは素晴らしいです。特に分子に関するミニ講義に感謝しています。本当にそう思います。私が理解するのを助けました。ところで、これを読んでいる他の人は、DanHumesの回答も確認してください。揚力がどのように生成されるかについての一般的な神話のいくつかを説明しています。 ‘も非常に便利です。
  • これはすばらしい答えでした!
  • すばらしい答えです。この youtube.com/watch?v=zp1KzGQdouI は、ベルヌーイなしでモーション/リフトが可能であることを示しています。
  • フローオーバーについて質問があります。翼の下側:圧力は周囲よりも高いですか、それとも翼の上側よりも”減少”ですか?そして、どこかで翼の下側の空気が遅くなってから速くなると読んだのですが、これは本当ですか?または、空気は”加速されません。翼の上面よりも加速されませんか?
  • @Konrad詳細は翼の厚さによって異なります。迎え角が大きい薄い翼型では、下側の流れが遅くなり、圧力が周囲よりも高くなります。ほとんどの場合、圧力と速度は周囲に近いです。迎え角が小さい厚い翼型では、最後の文は正しいです。下側では空気の加速が少なくなります。実行が終了すると、空気は再び周囲の速度と圧力を帯びるので、以前の状態に応じて速度が速くなったり遅くなったりします。

回答

短い答え:周囲の空気に下向きの力を加えることによって。

長い答え:NASAのグレンリサーチセンターの一部のアウトリーチの人々は次のように書いています。非常に優れた複数ページの説明を作成し、それぞれの貢献効果を個別に扱い、学校で聞いたかもしれない説明が機能しない理由についての議論も行います。ナビゲーションが少しファンキーなので、各ページを個別に短い要約でリンクします。

圧力領域からのリフト

流体が物体上を移動するとき(またはその逆)、圧力はさまざまなポイントで異なります。この圧力差のために、全体的な力が発生します。ベルヌーイの式を使用してこの力を計算できますが、開始するには(翼の各ポイントでの)流体の速度を知る必要があります。ベルヌーイ効果は空中を移動するものすべてに同じように適用されるため、「ベルヌーイ効果」で説明することはできません。

流れの回転

翼の両面が空気の流れを回転させます。底面はそれを偏向させ(空気は翼に当たって跳ね返ります)、湾曲した上面はそれを曲げます(空気はくっつきます)。流れの回転は、単に抗力するのではなく、揚力を与えるものです。回転は、ベルヌーイ効果の圧力差の原因と見なすことができます。または、単純に等しいと考えることができます。反対の力。

流れの回転をモデル化する別の方法がありますが、これはNASAサイトでは説明されていません。Kutta-Joukowskiの定理について聞いたことがある場合は、これが関係しています。空気が翼(または任意の物体)の周りで曲がるとき、2つの特別なポイントがあります。翼の前部では、空気の一部が上を通過し、一部が下を通過しますが、2つの間にポイントがあります。逆の状況は翼の後ろで発生し、上からの空気が発生します。表面は下向きの空気と出会う(ただし、「同じ」空気ではない。以下の間違った理論#1を参照)。これらの2つの点はよどみ点と呼ばれます。通常のオブジェクトでは、これらは「垂直方向は同じレベルですが、翼の後ろが鋭いため、翼が十分に速く動くと、後ろのよどみ点が後ろに形成されます。これは、前部のよどみ点よりも低く、空気の正味の動きが下向きであることを意味します。これが流れの方向転換の原因であり、定理により、得られる揚力を計算できます。

間違った理論#1:等しい通過時間

私が言ったように、ベルヌーイ効果を呼び出すには、上面の空気が速く動いている理由を説明します。教師は、上面の空気が下面の空気と出会う必要があるためだとよく言います。それは単に間違っているので、それを実証するための優れたシミュレータがあります。

間違った理論#2:石を飛ばす

このページでは、空気が翼の底面で「跳ね返る」ことに気付いたが、上面を無視した場合について説明します。

間違った理論#3:ベンチュリ

翼の上面を半分と想像する人もいますベンチュリノズル(流体の流れを収縮させることで速度を上げるノズル)の場合。この速度差により圧力差が生じますが(ベルヌーイ効果)、翼はノズルのようには機能しません。

ベルヌーイとニュートン

この最後のページは、間違った理論がよく知られた物理学(ニュートン)から始まることを要約しています。 「の法則またはベルヌーイ効果)が、状況に合うようにすべてを単純化しすぎてみてください。そのため、誤った予測をする説明になってしまいます。

コメント

  • 私の意見では、最も理解しやすいのは流れを変える説明です。つまり、ほとんどそれを感じることができます;]
  • -1は、クッタ・ジュコーフスキーの定理と流れの方向転換の誤った説明です。流れの回転は、揚力の原因ではなく、揚力の影響(圧力差によって作成されたもの)であることを覚えておく必要があります。
  • @VictorJuliet:どちらも原因と結果ではありません。これらは両方とも流体の流れの特性です。ただし、説明のために、この回答の方向は正しいです。これは主に、反対方向が不可能であるためです。クッタ・ジュコーフスキーの定理から揚力を導き出すことはできますが、’揚力からクッタ・ジュコーフスキーの定理を導き出すことはできません。
  • クッタの説明に関する唯一の間違ったこと-ジュコーフスキーの定理は、後部よどみ点が移動する理由、つまり空気の慣性については言及していないというものです。
  • @VictorJuliet:わかりません’クッタ・ジュコーフスキー’の定理を使用して、後部よどみ点が移動することを証明しようとするテキスト(移動することと、そこから揚力を導出する方法を示しているだけです)。それはそれを説明していません。後縁に移動する理由(流れの慣性)も、前端の下に移動する理由(迎え角+後縁にあることがすでにわかっている)も説明していません。

回答

飛行機がリフトを生成する方法

飛行機が飛ぶ理由の背後には、通常2つの一般的な考え方があります(非難された等時間理論を除く)。ニュートンの第3法則の適用によるものだと考える人もいれば、翼の上下の圧力差によるものだと考える人もいます。基本的には「ニュートン」の説明と「高圧/低圧」の両方の説明です。 NASAは記事でこれを認めていますが(以下の2番目の参照を参照)、最終的な説明は物理的な説明ではなく、数学的な応用にはるかに焦点を当てています。

ニュートンの第3法則

ここに画像の説明を入力

ニュートンの第3法則側では、正味の空力は相対的な風の下方への方向転換によって引き起こされます(既知「ダウンウォッシュ」として)。空中の翼による力を説明するベクトル図を見ると、この方向転換は、翼が下向きに、多かれ少なかれ垂直に向けている風の力によって引き起こされていることがわかります。翼の弦線(前縁と後縁の間の直接の線)。ニュートンの第3法則により、これは反対方向(上向きおよび多かれ少なかれ弦線に垂直)の翼への風による力をもたらします。この上向きの正味の空気力は揚力と誘導抗力を説明します(抗力が発生します)翼の揚力プロセスによって、飛行機の表面によって引き起こされる抗力である寄生抗力と混同しないでください。飛行機の後ろに続くパラシュートは寄生抗力に寄与し、すべての翼はそれらが生成するときにある程度の誘導抗力を生成します揚力)。

翼の下部では、この空気の方向転換は簡単に説明できます。相対的な風が下部に当たり、翼の通常の力によって翼から離れるように強制されます。

翼の上部では、コアンダ効果と呼ばれる現象によって空気の方向が変わり、層状の流れが発生します(相対的な風が翼に追従し、翼によって下向きになります)。圧力に関係する2番目の主要な揚力発生現象を説明するときに、風がこの層流に従う理由を詳しく説明します(Coanda効果を理解するには、そのセクションの情報が必要になるため)

高圧/低圧

ここに画像の説明を入力してください

Patm(大気圧)に比べて翼の下部の空気圧が高くなっています)。これは、気流が翼によって遮断されて方向が変えられると、気流が集中するためです。空気の濃度が高いほど圧力が高くなります。

同様に、翼の上部では、気流が翼の上面に直接到達するのを防ぎ、空気粒子の濃度が低い場所にボイドを作成します。より低い圧力。流体は自然に高圧から低圧に流れるため、翼のかなり上のPatmの空気は下向きに「吸い込まれ」、翼の表面を抱き締めます。ただし、この層流でも(上記で説明したように)、翼の上部にはまだ低圧ゾーンが存在します。層流からの空気はまだその領域をPatmに戻すのに十分ではありません。これは、翼の圧力マップを見るとわかります。翼の上部に低圧領域があることがわかります。層流が存在します。このセクションでは、層流が存在する理由についても回答する必要があります(上記のニュートンの第3法則の部分の最後の部分を参照)。

最後に、圧力が高いためです(単位あたりの力領域)翼の上部よりも翼の下部では、翼にかかる力は不均衡であり、ニュートンの第3法則(上記で詳述)によって引き起こされる正味の空気力と同様の方向に上向きになります。これは正味の空気力に寄与します。

翼の下部に比べて上部の圧力が低いため、ベルヌーイによれば、翼の上部の気流は下部よりも速く移動します。」 s方程式(基本的に気流では、圧力が低下すると速度が上昇し、その逆も同様です)-を参照してください。この投稿の上部にあるフロー図。これが、「等時間」理論(翼の上部の気流は移動距離が長いため、より速く移動する必要がある)が広く受け入れられている理由かもしれません。上部の気流は速く移動しますが、「距離が長い」ためではありません。

これは、「翼端渦」、つまり(特定の条件下で)後ろに続く空気の渦巻き渦も説明します。飛行機の翼。これは、翼の下部からの高圧空気が翼の端を渦巻いて上部の低圧領域を中和しようとするためです(流体は高圧から低圧に移動する傾向があるため)。翼の上部の圧力をいくらか増加させ(その結果、下部の圧力を減少させ)、圧力差を減らしますが、飛行機は移動しているため、エアフォイルが移動しても、下部から上部に移動するすべての空気が目的地に到達するわけではありません。邪魔にならないように、その空気を円形の渦の中で渦巻かせます。この高圧空気の流れは、揚力を減少させます(圧力差を減少させるため)。これが、翼端が発明された理由です(翼の端にある垂直翼延長)- -このfの一部をブロックする揚力を低くして増加させます(したがって、燃料効率を高めます)。 「地面効果」、つまり飛行機が地面に近づくと揚力が増加する現象は、地面が渦を巻いて翼上部の低圧を中和しようとする空気の邪魔になるためです。

最終コメント

もう1つの空力現象この説明に関連するのは「ストール」です。翼が失速すると、大きな揚力が失われ、重力に対抗できなくなり、飛行機が地面に急降下します。パイロットとして私は何度も失速を練習してきましたが、失速に至るまでに2つの注目すべきことが起こります。 1つは、迎え角を大きくし始めると、飛行機の対気速度が大幅に低下することです。この場合、起こっているのは、翼にかかる総力が後方に傾斜しているため、揚力ではなく誘導抗力がほとんどです(ある点まで迎え角を大きくすると、翼にかかる総力が増えるため、揚力が大きくなります。角度が極端に上がると、揚力が減少し始め、抗力が増加し続けます)。最後に、飛行機が失速すると、飛行機を支えているコードがちょうど切断されたかのように、飛行機のそばで突然下向きのジャークを感じます。この場合、翼は臨界迎え角に達し、翼の上部の層流(上記で詳述)が分離しました(翼の上部のより低い圧力が風を引き下げて適合させることができないため)その大きな角度で風の速度ベクトルを変更するために必要な力としてのその表面は、その圧力差によって発揮することはできません。飛行機が失速したら、層流を気流に再接続して、失速から「回復」する必要があります。飛行機はヨークでピッチダウンすることでこれを行います。


将来的には、特定のエアフォイルの揚力を計算する方法や他の翼を探索する方法について、より数学的な説明を加えてこの投稿を拡張したいと思います。揚力係数、レイノルズ数、臨界迎え角の計算方法、関連する主題などの関連事項このフィールドは一般に経験的データによって支配されており、複雑な計算でその一部に侵入するのは難しいですが、行うのは楽しいです(未来の道に言及する特に、コンピューターがこれらの数学モデルを処理できるようになり、実験よりもはるかに高速に処理できるようになりました。


役立つ情報源:

  1. allstar.fiu.edu/aero/airflylvl3.htm

  2. grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/bernnew.html

  3. grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/wrong1.html

  4. grc.nasa.gov/www/k-12/飛行機/wrong2.html

  5. grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/wrong3.html

  6. www.youtube.com/watch?v=YyeX6ArxCYI

コメント

  • アニメーションgifの場合は+1、非常にかっこいい。
  • この youtube.com/watch?v=zp1KzGQdouI は、ベルヌーイなしでモーション/リフトが可能であることを示しています。

回答

私が知っている最も簡単な答えは、それでも正確であるということは、オブジェクトが空中を移動することです。力はその前の空気を邪魔にならないように押す必要があります(重力、エンジン、運動量などはマットではありません) er)。より多くの空気が下向きに押し上げられてから上向きに押し上げられる場合(たとえば、翼によって)、その差はリフトと呼ばれます。

コメント

  • ‘非常にわかりやすい高レベルの説明であることを認めなければなりません。
  • これは、リフトがある場合を説明します。特にがなぜそれを生成するのかについては何も述べていません。
  • ロジックを拡張すると、翼について特別なことは何もないことがわかります。状況が正しければ、どのような形状でも揚力を発生させることができます。たとえば、レンガのように、翼の形状は、より多くの空気を押し下げて押し上げるのに適しています。
  • @ Koyovis-音速媒体は、媒体を邪魔にならないように押すことによって生成される揚力とは何の関係もありません。アメリカズカップのレースで使用されているような、水を介した翼型にもまったく同じ物理学が当てはまります。 リンク
  • @Koyovis質問がありません。スピードはそれとは何の関係もありません。媒体を邪魔にならないように動かすには力(f = ma)が必要です。その力は、車両の動力(エンジン、重力など)から発生します。前方に移動した材料は押し戻され(ドラッグ)、押し下げられた材料は押し上げられます(持ち上げます)。

回答

翼は揚力を発生させ、空気を下向きに押します。子供の頃、私は開いている車の窓から手を突き出して傾けていました。上向きの力があります。平板がこれを行います。

ここに画像の説明を入力してください

したがって、航空機の翼は平板である可能性がありますが、残念ながら、平板は、上端の流れがすぐに分離するため、揚力を生成するとすぐに多くの抗力を生成します(上の写真の巻き毛スパイラル)。この影響は、平板の代わりに反りのあるプレートを使用して、上面の渦を減らすことで減らすことができます。

ここに画像の説明を入力してください

ただし、反ったプレートをさらに傾けると、まっすぐな平板と同じように、大きな抗力が発生するという問題が残ります。 。水滴の形状は、流れを固定することにより、平板よりも抗力効率が高くなります。また、水滴の断面を持つ反りのあるプレート以外の翼の断面とは何ですか?

ここに画像の説明を入力してください

上部の空気の加速や低圧などを見ると、特にそこから揚力が発生することを説明したい場合は、少し混乱します。最終的に揚力は空気を下向きに加速することによって作成され、質量の連続性は上面の空気を加速する必要があることを意味します。これは原因ではなく効果です。

コメント

  • 平板は、設計迎え角で最も効率的です。翼を厚くすると抗力が増加しますが、それがうまく機能する迎え角の範囲が広がります。
  • @PeterK ä mpf了解しました、変更しました。

回答

これは翼に関するジョンS.デンカーのウェブブックへのリンクです。これはおそらく翼がどのように機能するかについての決定的な説明です。ジョンデンカーにはチェックする価値のあるウェブサイトがたくさんあります。

http://www.av8n.com/how/htm/airfoils.html

要点:150,000ポンドの航空機が空気は、通過する空気に150,000 lbftの運動量を与える必要があります。空気圧の違いなどについて話すことができますが、それは説明の始まりにすぎません。通過時間が等しい、または翼の曲率が翼を機能させると考える場合、これは必読です。

コメント

  • 文字通りあなたがそれを投稿したときにそのリンクを読んでいる途中。すばらしい読み物です、同意します:)

回答

それを理解する簡単な方法は翼はファンのブレードとして機能します。正しい角度で空気中を移動すると、上部に真空が形成されます。空気がスムーズに移動し、膨張して真空を作り出すために、フロントチップは丸くなければなりません。

フラットボトムやその他の形状は、この効果を最大化するだけですが、必須ではありません。これが、翼が直角に空中に当たっている限り、逆さまに飛ぶことができる理由です。 (直角ではありません。)

コメント

  • 低圧、はい、ただし” vacuum “フォームはかなり間違っています。
  • @Federico本当の真空ではありません。相対的な真空を言うべきだと思います。
  • 揚力を生成するためにフロントチップは実際には丸くする必要はありません’。 BillOer ‘のリンクで理由が説明されています。そうだとしたら、紙の飛行機、凧、そしてある種のグライダーは飛ばないでしょう。’飛ぶことはありません。
  • @DanHulme私は飛ばなかった’それは揚力の要素であると言うのではなく、不規則な気流を避ける必要があると言っています。

回答

更新:この投稿の下部にあるフローターニングに関する独自の実験を参照してください

私は独立したサイエンスジャーナリストです。リフトに関する神話や誤った説明について多くの調査を行いました。この説明が結果です:

問題。ご存知のように、一般的な揚力の生成とマグヌス効果の原理は、多くの情報源で誤って理解され、誤って説明されています。エアフォイルバルジ(またはマグヌス効果の場合は回転する球/シリンダー)の周りの速度と関連する低圧(ベルヌーイ効果)は原因ではありませんよく言われるように揚力ですが、それは空気の加速であるため、揚力の生成を支援しているだけです。ただし、揚力の一部であるため、揚力のメカニズムでは依然として重要な要素です(力=質量x 加速度)。流速の増加によるこの余分な加速度は、流れを回転させる力に関連する通常の加速度に追加できます。

本当の原因。また、一般的に受け入れられているのは、リフトの実際の原因は翼の角度または形状によって下向きに回転する空気とこの力は、とりわけNASAによって説明されているように、反対方向の力を引き起こします。それでも、そのメカニズムはまだ多くの人にとって不明確です。非常に簡単な自己開発の実験と理解しやすい例を使用して、もう少し洞察を与えようとしています。 (この ビデオデモ も参照してください)。流れを変えるには力が必要なので、たわみが大きいほど力が大きくなることがわかっています。回転は実際には加速です。旋回中は、反対方向に等しい力がなければなりません(ニュートンの第3法則)。これは、翼の実際の揚力です。流れの回転(作用)の特定の半径が反対の力(反作用)の等しい半径をもたらすことは明らかです。加速された気流に対する翼の反応は、翼表面と境界層との相互作用によって引き起こされることを理解することが重要です。

中心部圧力。翼型にアクション=反応を作成するための鍵は、空気が翼型にほとんど付着しないと、必要な相互作用が発生しないため、空気の粘度です。力は翼のいたるところに作用しますが、圧力の中心(CP)が発生し、平均たわみが最大になるため、最大の作用=反応点もあります。これが、揚力が翼に作用するポイントです。展開したフラップで簡単に確認できます。フラップは後縁で空気のより大きなたわみを引き起こすため、圧力の中心はフラップがない場合よりも後縁に移動します。

リアル揚力。空気が下向きにたわむと、空気は反対方向に力を及ぼします。つまり、翼の下側の圧力が加算され、結果としてa上方向の大きなベクトル。しかし、翼の上側では、圧力が下がるにつれてベクトルが小さくなります。これは、上方向の力によって発生する圧力を差し引いたものだからです。結果は上向きの正味の力です。この垂直方向の圧力低下が実際の揚力です。

要約:接線方向の圧力が比較的低いベルヌーイ部分であり、揚力の加速部分である減少(流れ方向に作用する)。そして、揚力のニュートン部分である巨大な垂直方向の圧力低下があります。これは、実際に翼を上昇させ、翼のどこに圧力の中心があり、結果として生じる揚力が作用するかを決定します。翼の同重体の図に見られる圧力のほとんどは垂直であり、接線方向の圧力はごくわずかです。これは、流れ方向(ベルヌーイ)の圧力低下が実際に生成された揚力に対応していないという航空力学者による以前の測定に対応しています。 流れ方向の圧力低下と垂直方向の圧力低下の関係を理解するには、揚力を生み出すための流れのたわみには常に圧力勾配であるため、流れが翼の上部で加速して圧力が低下し(ベルヌーイの原理)、次に下向きになって上向きの力が発生すると、流れは減速し、圧力が上昇します。この翼の上側の圧力の上昇は、下向きに加速された空気によって引き起こされる上側の圧力の低下と比較して無視できるため、翼は上に移動し、揚力があります。

もう1つの例。後縁に下向きのフラップがあり、迎え角がゼロの平板翼を想像してみてください。この翼の上側の気流だけを想像してみてください。流れが障害物を通過しないため、流れの加速および関連する圧力低下はありません。流れの速度が低下するため、フラップを下に移動すると、逆の圧力勾配が発生するだけです。したがって、 の流れ圧力を増加させます(ベルヌーイ)。ただし、流れが下に偏向すると、反対方向の力が同時に作用するため、上部に作用します。側面には、はるかに重要な圧力があります減少(上方向の力がから来る周囲圧力に逆らって作用するため)上記)「垂直」アクションによって引き起こされるこの圧力の低下は、実際のリフト力です。

更新 フローに関する独自の実験ターニング。 2018年9月26日、個人的な流れの中で自社開発の段ボール全翼機を使ったチューリングテスト実験で、私は長い間疑っていた理論の証拠を強く見つけました。これには、ターニングの急勾配に関連するフローターニングの距離の重要性が含まれます。簡単に説明すると、回転距離は回転角度よりも重要であるように思われます。翼を投げるとき、そして圧力の中心の位置を推定するとき、翼の向きに関係なく、最も長い回転の側が常に最も急な回転の側からそれを勝ち取りました。

テスト結果:

-正面を下向きにした短い急なカーブ、長い>結果:正の勢い、鼻が上に移動します。これは、前部の主な下向きの曲線と同様に、後部の曲線の効果です。これは負の迎え角になるため、機首下げモーメントを生成します。

-前を上向きにした長く緩やかな曲線、下を向いた後ろに短い急な曲線。>結果:正の勢い、鼻が上に移動します。これは正の迎え角であるため、前部の長く緩やかな曲線の効果です。

私の調査結果の結果は、流れが前縁で回転しているという事実に対応しています。それが最大の勢いを生み出していない間、翼の迎え角は実際に最大です。ただし、キャンバーが最大になった後のトレーリングエッジへのターンは長くなり、勝つため、CPの勢いが生まれます。ただし、同じ長さの2つの曲線間の戦いでは、最も急な角度の曲線が勝つことは論理的です。

リフト、全翼機、および全翼機の実験を行うための自分で開発したデバイスの1つ圧力の中心:FWSCLmデモンストレーター(全翼機の安定性& CLの動き)重心を調整するために、前面のペンを出し入れすることができます。後部のフラップは、揚力の中心を調整するために、翼のプロファイルの曲率を増減するために使用されます。 ここに画像の説明を入力 サイドビュー ここに画像の説明を入力

コメント

  • コメントなしで反対票について本当に聞いていますが、これに固執する場合は、これについて学ぶ必要があります。地点。あなたの翼は確かにネット上のエアフォイルツールで見つかった遅くて高いリフターのように見えます。私はまた、反った翼の下の薄いものが、楽しく遅い(歩行速度)バルサグライダーを作ることを発見しました。風の浸透には翼が薄い方が良い場合があります(抗力が少ない)。ワシとアホウドリの翼を比較すると、翼のデザインについて優れた洞察を得ることができます。
  • 翼についてのコメントに感謝します。厚い翼の高揚力プロファイルは、短距離飛行での強化された効果を確認するために、流れの方向転換に関する特定のテストのために設計されました。あなたが言ったように、より少ない抗力のために薄い方が良いです。私はまた、柔軟な曲線を持つこの翼の湾曲した平板バージョンを持っています。ここでは、実際の動作を確認できます。ビデオは実際に自動ピッチ補正を示しています: vimeo.com/ …
  • またお勧めします帆、特にジブ帆を勉強しています。 “翼の上部を横切る空気の加速”は意味がありません。また、空気は”流体”ではなく、圧縮性ガスです。流れの回転は確かに翼の上部の低圧に関連しています。偉大なコアンダは、偏向した気流が、翼(上)と気流(下)が満たそうとする局所的な低気圧を作り出すことに気づきました。
  • しかし、” viscous “空気(または水)を動かして周囲の空気を流れに引き込む効果。シンプルなシンクトップアスピレーターが強力な真空を作り出します。揚力は、気流が角度の付いた表面(翼の底)に当たることによっても発生します。リフトの原因は複数あります。私はどちらが最も効率的であるかを理解しようとし続けます。翼の下部を覆うとグライダーがより速く、より遠くに移動するように見えるので、それは翼の上部を持ち上げる可能性があります。
  • そして最後に、翼の下にあるエアラム効果(より高い圧力)反りのない翼(U2の”キャップ付き”翼端に注意)とパラシュート。これは最もドラッグが多く非効率的だと思いますが、飛行速度が非常に遅くなる可能性があります!

回答

ここに画像の説明を入力

小さなボールが動くときに求心力を生成する方法曲面上?その理由は重力です。小さなボールが赤い矢印に沿った速度を持つ場合、小さなボールは表面の法線方向に沿って離れる傾向があるため、曲面上の小さなボールの力が減少し、小さなボールの求心力が減少します。表面に沿って動くボールが得られます。

表面の小さなボールを空気に変えます。空気が動かないときは、曲面にかかる空気の力をFとし、空気が赤い矢印の方向に沿った速度であるとき、曲面にかかる空気の力はfです。曲面の法線方向に沿って離れる傾向があるため、F> f。したがって、空気には曲面に沿って移動する求心力があり、これにより空気は曲面に沿って移動します。

空気が曲面に及ぼす力は気圧です。気圧の低下は、曲面に空気が及ぼす力の低下です。

ここでの曲面は翼に似ています。

コメント

  • 私は’この回答に同意しません。重力が揚力の生成に関与していると人々が考えることができるので、重力について言及することは問題を難しくするだけです。より良い画像は、ボールが直線上を移動し、曲面に衝突することです。これにより、重力の必要性が回避され、翼との類似性が向上します。さらに、曲率がない場合、圧力も低下します。これは、’説明からはわかりません。
  • @ROIMaison空気の場合は’通常の動きの傾向について話していることに注意してください。これにより、圧力が低下します。
  • @ ROIMaison aviation.stackexchange.com/a/70283/42162

回答

リフトは、圧力差のために翼全体に発生する力です。したがって、基本的に、翼の上下で異なる圧力を達成できる場合は、揚力があります。これで、基本的なニュートンの法則から、この力は高圧の領域から低圧の領域に向けられます(高圧の領域は、比較的小さな力で表面を押す低圧の領域と比較して、より大きな力を加えることによって表面を押すためです。

ここで、重要なことです。この圧力差を作成することです。これは、流体の興味深い特性を利用することによって実現されます。高速で流れる流体は、低速で移動する流体と比較して圧力が低くなります。このプロパティは、さまざまな数学的手段によって証明でき、ベルヌーイの原理。したがって、ベルヌーイの原理は数学的なものです。流体の固有の特性の表現。

ここで、揚力を得るために、必要な圧力差は、翼の上下の流体の速度が翼の周りに流れるようにすることによって作成できます。異なっています。これは、翼(キャンバー)の形状を非対称になるように変更することで実現されます。非対称性により、次の理由により、翼の上部と下部で異なる速度が発生します。

流体が翼の前縁に到達すると、流体の一部が上方に移動し、一部は上方に移動します。それは下向きに変位します。翼の非対称性により、上方に移動した流体は、翼の下を通過した流体と比較して、通過する断面積が小さくなります。流体が移動できる面積のこの違いにより、さまざまな領域で流体の速度に違いが生じます。断面積の小さい領域では速く移動し、断面積の大きい領域ではゆっくりと移動する流体のこの特性は、質量保存の法則を適用することで数学的な形式で導き出すことができ、連続性の原理

したがって、流体速度が変化すると圧力勾配が生じ、それが翼に力を発生させます。これはリフトと呼ばれます。現在、この揚力は任意の方向に向けることができます(これは、翼表面の非常に小さな領域に非常に小さな力を統合することで見つけることができます)。航空機の速度方向に垂直な垂直のこの力の成分は lift 力、他のコンポーネントは並列飛行機の速度は、ドラッグ力に含まれます。

EDIT

流体の挙動を支配する方程式を非常に正確に表現するには、ベルヌーイの原理が正しくないと主張することができます。 Navier Stokeの方程式は有効ですが、理解を目的として、時間不変(定常)、圧縮可能、非可視フローベルヌーイの方程式に従うと見なすことができます。

さらに、実際の流体の場合、ほとんどの場合ベルヌーイの方程式には従いませんが、一般的な動作になります。ベルヌーイの式から正確な圧力降下を計算することはできませんが、流速の増加に伴う圧力降下の変化は依然として観察されます。このような場合、ナビエ・ストークの方程式を使用して、流れの速度の増加によって生じる圧力降下を正しく計算します。

編集2

対称翼の場合、流れが翼を対称的に見ると、翼は揚力を生成しません。したがって、本質的に、接触角が0の対称翼はリフトを生成します。対称的な翼から揚力を得るには、流れに対してある角度で配置され、流れが「非対称に」見えるようにします。したがって、上記の説明を使用して、この場合に生成される寿命を説明できます。

編集3

逆さまに飛行する飛行機の説明:通常の飛行機が飛行する場合、正の迎え角が必要です。この飛行機に180度の速度軸ロールを与えると、-ve迎え角の飛行機が得られ、したがって負の揚力が得られます。しかし、飛行機は負の揚力で飛行を維持できないため、逆さまの飛行飛行機が行う必要があるのは、機首を引き上げて(機首を上向きに空に向かって押すことになる)、迎え角を正に増やすことです。ダウンプレーン)。これにより迎え角が変化し、+ veになります。 + ve迎え角は、逆さまの飛行機が上方向に揚力を持つような寿命を翼が経験することを意味します(これは、-ve迎え角、したがって負の揚力を持つ通常の飛行機と同等です)。

コメント

  • これは’キャンバーのない翼、またはキャンバーのある翼の理由を説明していません対称断面の上下、または上面よりも底面が長いものは、揚力を生成する可能性があります。
  • @DanHulme +1、またはキャンバーのある平面が逆さまに飛ぶ方法。
  • @Jan Hudec、ベルヌーイ’の原理と方程式の違いを理解する必要があります。定理は次のように述べています。”流体力学では、ベルヌーイ’の原理は、非粘性流体の非粘性流の場合、流体の速度は、圧力の低下または流体の潜在的なエネルギーの低下と同時に発生します。’。”ここで、方程式として、一方、ベルヌーイ’の原理の定量的な結果を取得しようとしましたが、間違った結果を予測するため、取得できませんでした
  • この答えは間違っています。ベルヌーイ’の方程式は、翼の周りで十分な精度を保ちます。しかし、ベルヌーイ’の方程式は、圧力を導出するために速度を必要とし、翼の上に高い速度がある理由の説明は正しくありません。翼の上下の領域は区切られていないため、空気は’の速度分布を自由に選択できます。また、面積は前から後ろに向かって翼の上で増加し、同様の方法で翼の下で減少するため、現実とは一致しませんが、速度分布は’同様のプロファイルに従いません。
  • 境界層効果を無視した場合にのみ答えは正しくありません

答え

平面いくつかのメカニズムで飛ぶ。 1つ目は、翼のキャンバーによって引き起こされるベルヌーイ効果で、空気中を前方に移動するときに翼を上向きに押す圧力差を生成します。鳥は翼を反らせていることに注意してください。ただし、翼が完全に平らでキャンバーがまったくない飛行機を使用することは可能であるため、これが唯一の揚力源であると考えるのは誤りです(上記の回答の一部が行っているように)。

翼の付け根の角度も重要です。車の窓から斜めに手を出すと、上向きに押し上げられているように感じます。これと同じ効果は、機体の平面に対して翼をわずかに上向きに傾けることによって航空機で達成されます。

最後に、飛行機が空中に留まる理由は揚力とは関係がないことに注意する必要がありますが、それが地面に提示する表面積で。飛行機を持ち上げる主な力は、この表面積の関数である空気抵抗です。この空気抵抗の力は、前の2つの効果によって生成された力よりもはるかに大きくなります。たとえば、飛行機の主な設計基準は、正方形の胴体か円形/楕円形の胴体かです。正方形の胴体は、地面により多くの表面積を提供するため、空中に留まる効率が高くなります。このため、初期の航空機のほぼすべてに正方形の胴体がありました。ただし、円形の胴体は正方形の胴体よりも前方に移動する方が効率的であるため、速度を重視して構築された飛行機では、円形の方が優れています。丸い胴体を備えた航空機は高速になりますが、正方形の胴体を備えた航空機よりも燃料効率が低くなります。

同じ議論が翼面積にも当てはまります。翼が大きいほど、空気抵抗が大きくなります。このため、グライダーの翼は動力付きの航空機に比べて比較的大きくなっています。大きな翼の欠点は、正方形の胴体の欠点と同じです。飛行機の速度が遅くなります。

要約すると、航空機を上空に保つ3つの要因があります。下向きによる垂直方向の空気抵抗です。表面積、翼の付け根での翼の角度、および翼の反りに関連するベルヌーイ効果。

コメント

  • パラグラフ3私の頭を傷つけます…残りがはるかに良いというわけではありません。対処できる特定のことを実際に指摘するという精神で、これを試してください。同じ領域の正方形と円の場合、円の直径は正方形よりも大きくなります’ s側、したがって、同じ内部容積の円形胴体は、あなたの飛行機に役立つすべての(少しからゼロまでの)良いもののために、地面に投影された表面をより多く(少なくはない)提示します。

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