Hur genererar vingar hiss?

För att komma till botten av det kan det hjälpa att titta vid lyft på molekylnivå:

Varje luftmolekyl är i en dynamisk jämvikt mellan tröghets-, tryck- och viskösa effekter:

• Tröghet betyder att partikelns massa vill resa vidare som tidigare och behöver kraft för att bli övertygad om annat.
• Tryck innebär att luftpartiklar oscillerar hela tiden och studsar in i andra luftpartiklar. Ju mer studsande, desto mer kraft utövar de på sin omgivning.
• Viskositet innebär att luftmolekyler, på grund av denna svängning, tenderar att anta sina grannars hastighet och riktning.

Flöde över vings ovansida

Nu till luftflödet: När en vinge närmar sig med subsonisk hastighet suger lågtrycksområdet över dess övre yta luft framför sig. Se det så här: Ovanför och nedströms ett paket med luft har vi mindre studsande molekyler (= mindre tryck), och nu kommer den oförminskade studsningen av luften under och uppströms det paketet att trycka dess luftmolekyler uppåt och mot den vingen. Luftpaketet kommer att stiga och accelerera mot vingen och sugas in i det lågtrycksområdet. På grund av accelerationen kommer paketet att sträckas i längden och dess tryck sjunker synkroniserat med att det ökar hastigheten. Spridning sker i flödesriktning – paketet är förvrängt och sträckt i längden, men dras i riktning vinkelrätt mot flödet. Denna sammandragning behövs för att skapa plats för den vingen; i supersoniskt flöde kommer det att avta för samma ändamål. En gång där kommer det ” se ” att vingen under den böjer sig bort från sin färdväg, och om den vägen skulle förbli oförändrad skulle ett vakuum mellan vingen och vårt luftpaket bildas. Motvilligt kommer paketet att ändra kurs och följa vingens kontur. Detta kräver ännu lägre tryck för att få molekylerna att ändra sin riktning. Denna snabbflytande lågtrycksluft kommer i sin tur att suga in ny luft framför och under den , kommer att fortsätta att bromsa och återfå sitt gamla tryck över den bakre halvan av vingen, och kommer att rinna av med sin nya flödesriktning.

Observera att lyft bara kan ske om den övre konturen på vingen lutning nedåt och bort från den ursprungliga vägen för luften som flyter runt vingens framkant. Detta kan antingen vara camber eller angreppsvinkel – båda kommer att ha samma effekt. Eftersom camber möjliggör en gradvis förändring av konturen är den effektivare än attackvinkeln.

Flöde över vingens nedre sida

Ett luftpaket som hamnar under vingen kommer att uppleva mindre upplyftning och acceleration, och i den konvexa delen av kraftigt vikta bågar kommer den att uppleva en kompression. Det måste också ändra sin flödesväg, eftersom den kammade och / eller lutande vingen kommer att trycka luften under den nedåt, vilket skapar mer tryck och mer studsande från ovan för vårt paket under vingen. När båda paketen anländer till bakkanten kommer de att ha tagit upp en del nedåtgående hastighet.

Bakom vingen fortsätter båda paketen längs sin nedåtgående väg ett tag på grund av tröghet och trycker annan luft under dem nedåt och åt sidan. Ovanför dem kommer denna luft, som har skjutits i sidled tidigare, nu fylla utrymmet ovanför våra två paket. Makroskopiskt ser det ut som två stora virvlar. Men luften i dessa virvlar kan inte verka på vingen längre, så det påverkar inte drag eller lyft. Se här för mer om den effekten , inklusive vackra bilder.

Lift kan förklaras på flera, likvärdiga sätt

Efter bilden av ett tryckfält som beskrivs ovan är lyft skillnaden i tryck mellan övre och nedre ytan av vingen. Molekylerna kommer att studsa mot vinghuden mer på undersidan än på ovansidan, och skillnaden är lyft.

Eller så tittar du på den makroskopiska bilden: En viss luftmassa har accelererats nedåt av vingen, och detta krävde en styrka för att agera på den luften. Denna kraft är det som håller flygplanet uppe i luften: Lyft.

Om du ser vingen som en svart låda och bara är uppmärksam på impulsen från den inflödande och utströmmande luften, kommer vingen att ändra impulsen genom att lägga till en nedåtgående komponent. Reaktionskraften för denna impulsförändring är lyft.

Hur som helst kommer du fram till samma resultat. Förresten: Det mesta av riktningsförändringen sker i den främre delen av flygplanet, inte vid bakkanten!

Lift är en definitionsfråga

Lift och inducerat drag är båda en del av trycket som verkar på vingen. Om du lägger till alla tryckkrafter som verkar på en vinge, kommer deras resulterande vektor att peka något bakåt. Den strömvisa komponenten dras och komponenten vinkelrätt mot rörelseriktningen är lyft. Detta är bara en definition, gjord för enkelhetens skull.

Kommentarer

• Det här är utmärkt, jag uppskattade särskilt miniföreläsningen om molekyler, jag tror att det verkligen hjälpte mig att förstå. För alla andra som läser detta, btw, se till att du tittar på DanHumes svar också, det går över några av de vanliga myterna om hur lyft genereras. Det ’ är också mycket användbart.
• Det här var ett bra svar!
• Bra svar. Denna youtube.com/watch?v=zp1KzGQdouI visar att rörelse / lyft är möjligt utan Bernoulli.
• Jag har en fråga om flöde över den nedre sidan av vingen: är trycket där högre än omgivningen eller bara ” mindre reducerat ” än över ovansidan av vingen? Och jag läste någonstans att luften över undersidan av vingen saktar ner och sedan påskyndas, stämmer det? Eller så är luften bara ” mindre accelererad: än över vingens övre yta?
• @Konrad Detaljerna beror på tjockleken på flygbladet. På tunna flygplattor med hög attackvinkel saktas flödet över undersidan och trycket är högre än omgivningen. I de flesta fall är trycket och hastigheten nära omgivningen. På tjocka flygplattor vid låg attackvinkel är din sista mening korrekt: Luften blir mindre accelererad på undersidan. I slutet av körningen kommer luften att anta omgivningshastighet och tryck igen, så den kommer att påskynda eller sakta ner beroende på tillståndet den hade tidigare.

Kort svar: genom att utöva en nedåtgående kraft i luften runt dem.

Långt svar: Vissa uppsökande människor vid NASAs Glenn Research Center har skrivit upp en mycket bra flersidesförklaring, som handlar individuellt om varje bidragande effekt, samt en del diskussion om varför förklaringar du kanske har hört i skolan inte fungerar. Eftersom navigeringen där är lite funky, länkar jag varje sida individuellt med en kort sammanfattning.

Lyft från tryckområdet

När en vätska rör sig över ett föremål (eller vice versa) är trycket olika på olika punkter. På grund av denna tryckdifferens finns det en total kraft. Du kan använda Bernoulli-ekvationen för att räkna ut denna kraft, men du måste känna till vätskans hastighet (vid varje punkt på vingen) för att starta. Du kan inte bara förklara det med ”Bernoulli-effekten”, för Bernoulli-effekten gäller lika mycket för allt som rör sig genom luften.

Lyft från Flow Turning

Båda vingarna vänder luftflödet. Bottenytan avböjer den (luften studsar av vingen), medan den böjda ovansidan böjer den runt (luften klibbar Vingen av flödet är det som ger dig lyft snarare än bara dra. Du kan se på vändningen som källan till tryckdifferensen i Bernoulli-effekten, eller så kan du helt enkelt tänka på det i termer av lika och motsatta krafter.

Det finns ett annat sätt att modellera flödesvarvningen, som inte diskuteras på NASA-webbplatsen. Om du har hört talas om Kutta-Joukowski-satsen, är det vad den relaterar till. När luften böjs runt vingen (eller något föremål) finns det två speciella punkter. På framsidan av vingen går en del av luften över toppen och en del under botten, men det finns en punkt mellan de två. Den motsatta situationen händer på baksidan av vingen, där luften uppifrån ytan möter luften som kom i botten (men inte ”samma” luft: se fel teori nr 1 nedan). Dessa två punkter kallas stagnationspunkter . I ett normalt objekt är de på samma nivå vertikalt varandra, men eftersom baksidan av en vinge är skarp , kommer den bakre stagnationspunkten att bildas bakom den när vingen rör sig tillräckligt snabbt. Det är lägre än den främre stagnationspunkten, vilket innebär att luftens nettorörelse är nedåt. Det är där flödesvarv kommer ifrån och satsen låter dig beräkna hur mycket lyft du får.

Fel teori nr 1: Lika transittid

Som sagt, för att åberopa Bernoulli-effekten, har du för att förklara varför luften på den övre ytan rör sig snabbare. Lärare hävdar ofta att det beror på att luften på ovansidan måste möta luften på bottenytan. Det är helt enkelt fel, och det finns en trevlig simulator för att visa det.

Fel teori nr 2: Hopp över sten

Den här sidan diskuterar när människor inser att luften ”studsar” på undersidan av vingen, men försummar toppen yta.

Fel teori # 3: Venturi

Vissa människor föreställer sig den övre ytan av vingen som en halv av ett Venturi-munstycke (ett munstycke som påskyndar vätskeflödet genom att förtränga det). Denna hastighetsskillnad skulle ge upphov till en tryckskillnad (Bernoulli-effekt igen), men det visar sig att vingen inte fungerar som ett munstycke alls. / p>

Bernoulli och Newton

Den här sista sidan sammanfattar bara att fel teorier börjar med välkänd fysik (Newton lagar eller Bernoulli-effekten), men försök sedan att förenkla allt för att få dem att passa situationen. så de slutar med förklaringar som ger fel förutsägelser.

Kommentarer

• Enligt min mening är det lättast att förstå flödesförklaringen. Jag menar, du kan nästan känna det;]
• -1 för fel förklaring av Kutta-Joukowski-satsen och flödesvändning. Man bör komma ihåg att flödessvarvning är effekten av hissen (som skapades av tryckdifferens) snarare än orsaken till hissen.
• @VictorJuliet: Inte heller orsak och verkan. De är båda egenskaperna hos vätskeflödet. Men för förklaringsändamål är riktningen i detta svar korrekt, främst för att motsatt riktning är inte möjligt ; du kan hämta lyft från Kutta-Joukowski-satsen, men du kan ’ t härleda Kutta-Joukowski-satsen från hiss.
• Det enda fel om förklaringen av Kutta -Joukowski-satsen är att den inte nämner anledningen till att den bakre stagnationspunkten rör sig, vilket är luftens tröghet.
• @VictorJuliet: Jag ser inte ’ texten för att försöka bevisa att den bakre stagnationspunkten rör sig med hjälp av Kutta-Joukowski ’ s teorem (som bara säger att den gör det och hur man kan ta hiss från den). Det förklarar inte det. Den förklarar varken varför den rör sig till bakkanten (flödets tröghet) eller varför den rör sig under den främre (attackvinkeln + vet redan att den är på bakkanten).

HUR EN FLYGPLAN GENERERAR LYFT

Bakom varför ett flyg flyger finns vanligtvis två populära tankefält (med undantag för den avskräckta lika tidsteorin). vissa tror att det orsakas av en tillämpning av Newtons tredje lag, och andra tror att det orsakas av en tryckskillnad på toppen och botten av vingen. I grund och botten både den ”newtonska” förklaringen och ”Hög / lågt tryck” har rätt i viss utsträckning. NASA erkänner detta (se andra referens nedan) i sin artikel men deras slutliga förklaring är mycket mer fokuserad på matematisk tillämpning och mindre på en fysisk förklaring.

Newtons tredje lag

På Newtons tredje lagssida orsakas den aerodynamiska kraften netto av en omdirigering av den relativa vinden nedåt (känd Om du tittar på vektordiagrammet som beskriver krafterna från vingen i luften visas att denna omdirigering orsakas av en kraft på vinden av vingen som pekar nedåt och mer eller mindre vinkelrätt mot ackordlinjen på vingen (linjen direkt mellan framkanten och bakkanten). På grund av Newtons tredje lag resulterar detta i en kraft av vinden på vingen i motsatt riktning (uppåt och mer eller mindre vinkelrätt mot ackordlinjen). Denna uppåtgående aerodynamiska kraft står för lyft och inducerad dragning (drag orsakad genom att lyftprocessen lyfts, inte att förväxla med parasitmotstånd som är drag orsakat av ytorna på planet; en fallskärm som ligger bakom planet skulle bidra till parasitmotstånd och alla flygmunstycken producerar en viss mängd inducerad dragkraft när de genererar lift).

På botten av vingen kan denna omdirigering av luft enkelt förklaras. Den relativa vinden träffar botten och tvingas bort från flygplanet av flygplanets normala kraft.

På toppen av vingen omdirigeras luften av ett fenomen som kallas Coanda-effekten, vilket resulterar i ett laminärt flöde (den relativa vinden följer vingen och riktas nedåt av den).Jag kommer att beskriva varför vinden följer detta laminära flöde mer detaljerat när jag förklarar det andra stora lyftgenererande fenomenet som har att göra med tryck (eftersom du behöver informationen från det avsnittet för att förstå Coanda-effekten)

Högt / lågt tryck

Det finns ett högre lufttryck på vingens botten i förhållande till Patm (atmosfärstryck ). Detta beror på att luftströmmar är koncentrerade när deras vägar blockeras och omdirigeras av flygplanet. Högre koncentration av luft leder till högre tryck.

Likaså förhindras luftströmmarnas övre yta direkt på ovansidan av vingen, vilket skapar ett tomrum där det finns en lägre koncentration av luftpartiklar och därmed lägre tryck. Eftersom vätskor naturligt strömmar från högt till lågt tryck sugs luften på Patm långt över vingen nedåt och kramar ytan på vingen. Men även med detta laminära flöde (som vi diskuterade ovan) finns det fortfarande en lågtryckszon på toppen av vingen; luften från det laminära flödet är fortfarande inte tillräckligt för att återställa regionen till Patm. Detta kan man hitta genom att titta på en tryckkarta över en flygplatta – du kommer att se att det finns ett lågtrycksregion ovanpå vingen även om laminärt flöde existerar. Detta avsnitt borde också ha svarat på varför det finns laminärt flöde (se den sista delen av Newtons tredje lagdel ovan).

Slutligen eftersom du har ett högre tryck (kraft per enhet av område) på botten av vingen än vad du gör på toppen av vingen, är krafterna på flygplanet obalanserade och pekar uppåt, i en liknande riktning som den aerodynamiska kraften som orsakas av Newtons tredje lag (detaljerad ovan). Detta bidrar till den aerodynamiska kraften netto.

På grund av det lägre trycket på toppen av vingen relativt botten rör sig luftflödet på toppen av vingen snabbare än på botten, enligt Bernoulli ” s ekvation (i princip i en luftström resulterar en minskning av trycket i en ökning av hastigheten och vice versa) – Se flödesschema högst upp i det här inlägget. Det kan vara anledningen till att ”lika tid” -teorin (att luftflödet på toppen av vingen har mer avstånd att resa så att det måste resa snabbare) är så allmänt accepterat. Luftflödet på toppen reser snabbare men inte för att det är ett längre avstånd.

Detta står också för ”vingtipsvirvlar” – de virvlande virvlarna av luft som kan ses (under vissa förhållanden) bakom vingarna i ett plan. Detta beror på att högtrycksluften från vingens botten virvlar över ändarna på vingen för att försöka neutralisera lågtrycksområdet ovanpå (eftersom vätskor tenderar att röra sig från högt till lågt tryck). ökar trycket ovanpå vingen (och som ett resultat minskar trycket på botten) något, vilket minskar tryckskillnaden, men eftersom flygplanet rör sig når inte all luft som reser från botten till toppen sitt mål när flygplanet rör sig ur vägen och lämnar den luften att virvla runt i en cirkulär virvel. Denna ström av högtrycksluft minskar hissen (eftersom den minskar tryckskillnaden). Därför uppfanns vingarna (De vertikala vingförlängningarna på änden av vingarna) – – för att blockera en del av detta f låga och öka lyften (och därmed bränsleeffektivitet). ”Markeffekt”, eller fenomenet som ökar hissen när ett plan ligger nära marken beror på att marken kommer i vägen för luften som försöker virvla upp och neutralisera lågtrycket ovanpå vingen.

Slutliga kommentarer

Ytterligare ett aerodynamiskt fenomen som jag kommer att relaterar till denna förklaring är en ”stall”. När en flygplatta stannar förlorar den en stor mängd lyft och kan inte längre motverka tyngdkraften, vilket gör att planet sjunker ner till marken. Som pilot har jag tränat bås många gånger och det finns två märkbara saker som händer som leder till en stall. En är att flygplanet tappar flyghastigheten avsevärt när du börjar öka attackvinkeln. I det här fallet är det som händer att den totala kraften på vingen vinklas bakåt så att det mestadels är inducerat drag istället för lyft (till en viss punkt ökar attackvinkeln höjning av lyft eftersom det ökar den totala kraften på flygplanet dock som vinkel får extrem lyft börjar minska och dra fortsätter att öka). Slutligen när flygplanet stannar känner du en plötslig ryck nedåt av flygplanet som om en sladd som håller upp den bara klippt.I det här fallet har vingen nått sin kritiska attackvinkel och laminärt flöde på toppen av vingen (som beskrivs ovan) har separerat (eftersom det lägre trycket på toppen av vingen inte längre kan dra ner vinden för att överensstämma med dess yta som nödvändig kraft för att ändra vindens hastighetsvektor med den stora vinkeln kan inte utövas av den tryckskillnaden. När flygplanet stannar måste du sätta tillbaka det laminära flödet till luftflödet för att ”återhämta sig” från stallet – i en plan gör du detta genom att slå ner med ok.

I framtiden skulle jag gärna vilja utvidga det här inlägget med mer matematiska förklaringar om hur man beräknar lyften av en viss flygplatta samt utforskar andra relaterade saker som lyftkoefficient, Reynolds-nummer, hur man beräknar kritisk attackvinkel och relaterade ämnen. Detta fält domineras i allmänhet av empiriska data och att bryta in i en del av det med lite komplicerad matematik är svårt men roligt att göra (inte att nämna framtidens väg , särskilt eftersom datorer nu kan bearbeta dessa matematiska modeller för oss och är mycket snabbare att göra det än experiment kan vara.).

Användbara källor:

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/ flygplan / wrong2.html

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

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

Kommentarer

• +1 för den animerade gifen, mycket coolt.
• Denna youtube.com/watch?v=zp1KzGQdouI visar att rörelse / lyft är möjligt utan Bernoulli.

Det enklaste svaret som jag vet är att det fortfarande är korrekt är att för alla objekt att röra sig genom luften, några kraft måste skjuta luften framför den ur vägen (tyngdkraft, motorer, fart etc. är inte matt er). Om mer av luften trycks nedåt och uppåt (t.ex. med vingar) kallas skillnaden lyft.

Kommentarer

• Jag måste erkänna att ’ är en ganska ren förklaring på hög nivå.
• Detta beskriver när det finns en hiss. Det säger inget om varför vingar , i synnerhet, genererar det.
• Förläng logiken så ser du att det inte finns något speciellt med vingar. Vilken form som helst kan skapa lyft om omständigheterna är rätta, vingarnas former råkar vara bättre på att trycka mer luft ner och uppåt, till exempel en tegelsten.
• @Koyovis – ljudets hastighet genom ett medium har inget att göra med hissen som genereras genom att trycka mediet ur vägen. Exakt samma fysik gäller för en aerofoil genom vatten som de som används i Americas Cup-racing. länk
• @Koyovis Jag får inte din fråga. Hastighet har inget att göra med det. En kraft (f = ma) krävs för att flytta mediet ur vägen, den kraften kommer från fordonets drivkraft (motorer, tyngdkraft etc.). Materialet som flyttas framåt skjuter tillbaka (dra) och materialet trycks ner trycker upp (lyft).

Vingar genererar lyft som skjuter luften nedåt. Som barn brukade jag räcka ut handen från det öppna bilfönstret och luta det – det finns en kraft uppåt. En platt platta gör detta.

Så flygplanets vingar kan vara plana plattor, men tyvärr skapar platta plattor mycket drag så snart de skapar lyft eftersom flödet i den övre änden lossnar omedelbart (lockig spiral i bilden ovan). Denna effekt kan minskas genom att använda en kammad platta istället för en platt platta, vilket reducerar virvel på den övre ytan:

Men frågan kvarstår att så snart den kammade plattan lutas ytterligare, skapar det mycket drag, på samma sätt som den raka platta plattan . En vattendroppform är mer effektiv än en platt platta genom att hålla flödet fäst. Och vad är ett vingtvärsnitt annat än en kammad platta med ett vattendroppsnitt?

Det blir lite förvirrande och allt när vi tittar på accelererande luft i topp- och lägre tryck etc, speciellt om vi vill förklara skapandet av lyft från det. I slutändan skapas hissen genom att accelerera luften nedåt, och massans kontinuitet innebär att luften på ovansidan måste accelerera. Det är en effekt snarare än en orsak.

Kommentarer

• Den platta plattan är mest effektiv i sin designvinkel. Om du gör flygplanet tjockare ökar luftmotståndet, men vidgar angreppsvinkeln där det fungerar bra.
• @PeterK ä mpf Har du ändrat det.

Här är en länk till John S. Denkers webbbok om flygblad. Detta är förmodligen den slutgiltiga förklaringen till hur vingarna fungerar. John Denker har en massa webbplatser som är värda att kolla in.

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

Nedre raden: för ett flygplan på 150 000 lb att stanna i luften måste den tillföra luften genom vilken den passerar 150.000 lbft. Du kan prata om skillnader i lufttryck (etc.) men det är bara början på förklaringen. Om du tror att lika transittid eller vingkurvatur är det som får vingarna att fungera är det här en måste-läsas.

Kommentarer

• Var bokstavligen i mitt i att läsa den länken när du publicerade den. Det är en jättebra läsning, jag håller :):

Ett enkelt sätt att förstå det är att vingen fungerar som ett blad i en fläkt. Att flytta genom luften i rätt vinkel får ett vakuum att bildas ovanpå. Den främre spetsen måste vara rund så att luften kan röra sig smidigt och expandera för att skapa vakuum.

Platta bottnar och andra former maximerar helt enkelt denna effekt men är inte nödvändiga. Det är därför det är möjligt att flyga upp och ner så länge vingen träffar luften i rätt vinkel. (Inte i rät vinkel.)

Kommentarer

• lägre tryck, ja, men föreslår att en ” vakuum ” former är helt fel.
• @Federico Nåväl inte ett riktigt vakuum. Jag antar att jag borde säga ett relativt vakuum.
• Framspetsen behöver inte ’ t måste faktiskt vara rund för att generera lyft. BillOer ’ s länk förklarar varför. Om det var så skulle pappersplan, drakar och vissa typer av segelflygplan inte ’ t flyga.
• @DanHulme jag ’ antingen säga att det är en ingrediens i hiss utan snarare att det är nödvändigt att undvika oregelbunden luftflöde.

Hur genererar en liten boll centripetalkraft när den rör sig på en krökt yta? Anledningen är gravitationen. När den lilla kulan har en hastighet längs den röda pilen har den lilla kulan en tendens att lämna längs ytans normala riktning, så den lilla kulans kraft på den krökta ytan kommer att minskas, så att den lilla boll som rör sig längs ytan kommer att erhållas.

Vi ändrar de små bollarna på ytan till luft. När luften inte rör sig antar du att luftens kraft på den krökta ytan är F, och när luften har en hastighet längs den röda pilens riktning är luftens kraft på den krökta ytan f, eftersom luften har en tendens att lämna längs den krökta ytans normala riktning, så F> f. Så luft har en centripetal kraft som rör sig längs en krökt yta, vilket får luft att röra sig längs en krökt yta.

Kraften som utövas av luft på den krökta ytan är lufttryck. En minskning av lufttrycket är en minskning av kraften som utövas av luft på en krökt yta.

Den krökta ytan här liknar vingen.

Kommentarer

• Jag accepterar inte ’ detta svar. Omnämnandet av tyngdkraften gör det bara svårt, eftersom människor kan tro att allvar är involverat i skapandet av lyft. En bättre bild skulle få bollen att röra sig på en rak linje och kollidera med den böjda ytan. Detta undviker behovet av tyngdkraft och gör analogin med en flygplatta bättre. Dessutom, om det inte finns någon krökning minskar trycket också, vilket inte ’ t visar från din förklaring.
• @ROIMaison Observera att för luft I ’ talar jag om den normala rörelseutvecklingen, vilket leder till en minskning av trycket.
• @ ROIMaison aviation.stackexchange.com/a/70283/42162

Lift är en kraft som genereras över en vinge på grund av Tryckdifferens . Så, i princip Om du kan uppnå olika tryck över och under en vinge, skulle du ha lyft. Nu, från grundläggande Newtons lag, skulle denna kraft riktas från regionen med högt tryck till området med lågt tryck ( Eftersom regionen med högt tryck kommer att trycka ytan genom att utöva mer kraft på den jämfört med regionen med lågt tryck som skulle trycka ytan med en relativt mindre kraft).

Nu är det viktiga är att skapa denna tryckdifferens. Detta uppnås genom att utnyttja en intressant egenskap hos vätska: En snabbt flytande vätska har lägre tryck jämfört med en långsamt rörlig vätska. Denna egenskap kan bevisas på olika matematiska sätt och är vackert införlivad i Bernoullis princip . Därför Bernoullis princip är en matematisk uttryck för en inneboende egenskap hos en vätska.

Nu, för att få lyft, kan den erforderliga tryckskillnaden skapas genom att ha ett flöde runt flygplanet på ett sådant sätt att hastigheterna för vätska under och över flygbladet är olika. Detta uppnås genom att ändra vingen (Camber) på ett sådant sätt att den blir asymmetrisk. Asymmetrin orsakar olika hastigheter på den övre och nedre delen av bägaren på grund av följande skäl:

När en vätska når framsidan av bägaren, förskjuts en del av vätskan uppåt, medan en del av den förskjuts nedåt. På grund av flygplattans asymmetri har vätskan som har rört sig uppåt mindre tvärsnittsarea att röra sig genom jämfört med vätskan som gick under flygplattan. Denna skillnad i området som är tillgängligt för vätskan för rörelse skapar skillnaden i vätskans hastigheter i olika regioner. Denna egenskap hos vätska att röra sig snabbare i områden med mindre tvärsnitt och att röra sig långsamt i områden med större tvärsnitt kan härledas i matematisk form genom tillämpning av bevarande av massan och kallas Kontinuitetsprincip .

Därför skapar förändrade fluidhastigheter en tryckgradient som i sin tur orsakar en kraft på vingen, som kallas lyft. Nu kan denna hiss vara i vilken riktning som helst (vilket kan upptäckas genom att integrera mycket små krafter på mycket små områden på vingytan). Komponenten i denna kraft vinkelrätt till flygplanets hastighetsriktning kallas lyft kraft, där som den andra komponenten parallell till flygets hastighet ingår sedan i dra kraft.

REDIGERA

För mycket exakt representation av ekvationerna som styr vätskebeteende kan det hävdas att Bernoullis princip är felaktig. I detta fall Navier Stoke ”ekvation är giltig, men för att förstå ändamål, alla tidsvarierande (stadig), i komprimerbart, osynligt flöde kan betraktas som att lyda Bernoullis ekvation.

Vidare, för en riktig vätska, skulle det inte lyda Bernoullis ekvation oftast utan det allmänna beteendet av tryckreduktionen med flödeshastighetsökningen observeras fortfarande, men exakt tryckfall kan inte beräknas genom Bernoullis ekvation. I sådana fall används Navier Stokes ekvation för att korrekt beräkna det tryckfall som skapats på grund av ökad hastighet på flödet.

EDIT 2

För symmetriska vingar genererar vingen inte någon hiss om flödet ser vingen symmetriskt, så det betyder i sig att en symmetrisk vinge med 0 attaktvinkel inte skulle producera någon hiss. För att få lyft från en symmetrisk vinge placeras den i en viss vinkel mot flödet, så att flödet ser ”s det” asymmetriskt ”och därför kan ovanstående förklaring användas för att förklara det liv som genereras i detta fall.

EDIT 3

Förklaring för flyg som flyger upp och ner: För att ett normalt plan ska flyga , krävs en positiv attackvinkel Ge detta plan en hastighetsaxelrulle på 180 grader, du får ett plan med -ve attackvinkel och därmed en negativ lyftning.Men ett plan kan inte upprätthålla flygning med negativ lyft, så vad de upp och ned flygande flygplanen behöver göra är att öka -ve-angreppsvinkeln till positiv genom att dra näsan uppåt (det skulle trycka näsan mot himlen i en uppåtgående ner planet). Detta gör att attackvinkeln ändras och blir + ve. + Ve attack attack betyder att vingen nu kommer att uppleva ett liv så att ett upp och ned plan har lyft uppåt (Detta motsvarar ett normalt plan med – vi anfallsvinkel och därmed negativ lyft).

Kommentarer

• Detta förklarar inte ’ t varför en vinge utan camber, eller en med en symmetriskt tvärsnitt uppifrån och ned, eller ett med en längre bottenyta än övre yta, kan generera lyft.
• @DanHulme +1 eller hur plan med camber kan flyga upp och ner.
• @Jan Hudec, du borde förstå skillnaden mellan Bernoulli ’ s princip och ekvationen. Satsen säger: ” I fluiddynamik säger Bernoulli ’ s princip att för ett osynligt flöde av en icke-ledande vätska, en ökning av vätskans hastighet uppträder samtidigt med en minskning av trycket eller en minskning av vätskan ’ s potentiella energi. ” där som ekvationen, å andra sidan försökte få kvantitativa resultat av bernoulli ’ s princip, men misslyckas med att få det på grund av att det förutsäger fel resultat
• DETTA SVAR ÄR FELT . Bernoullis ’ ekvation håller tillräcklig precision runt vingen. Men Bernoullis ’ -ekvation behöver hastighet för att få tryck och förklaringen till varför det finns en högre hastighet ovanför vingen är felaktig. Området ovanför och under vingen är inte avgränsat, så luften har mycket frihet att välja det ’ s hastighetsfördelning. Det matchar inte heller verkligheten, eftersom området ökar ovanför vingen framifrån och bakåt och minskar under vingen på liknande sätt, men hastighetsfördelningarna följer inte ’ t liknande profil.
• Svaret är felaktigt endast om du ignorerar gränslagereffekter

Ett plan flyger med flera mekanismer. Den första är Bernoulli-effekten orsakad av vingkammaren som genererar en tryckdifferens som skjuter vingen uppåt när den rör sig framåt genom luften. Observera att fåglar har vinklade vingar. Det är dock möjligt att ha ett plan med helt plana vingar och ingen camber alls, så det är ett misstag att tro att det här är den enda lyftkällan (som några av svaren ovan har gjort).

Vinkeln vid vingrot är också viktig. Om du sticker ut din hand i en vinkel ut ur bilrutan kommer du att känna att den tvingas uppåt. Samma effekt uppnås i ett flygplan genom att vinkla vingarna något uppåt i förhållande till flygkroppens plan.

Slutligen bör du vara medveten om att anledningen till att ett plan stannar högt inte har något att göra med lyft, men med ytan som den presenterar mot marken. Den primära kraften som håller ett plan uppe är luftmotstånd som är en funktion av denna ytarea. Kraften hos detta luftmotstånd är mycket större än den kraft som genererats av de två föregående effekterna. Till exempel är ett viktigt designkriterium för ett plan om det har en kvadratisk flygkropp eller en rund / oval kropp. En kvadratisk flygkropp kommer att ge mer yta till marken och därmed ha större effektivitet för att hålla sig högt. Av denna anledning hade nästan alla tidiga flygplan fyrkantiga flygkroppar. En rund kropp kommer dock att vara effektivare att gå framåt än en kvadratisk, så i ett plan som är byggt för hastighet är runda bättre. Ett flygplan med en rund flygkropp går snabbare, men är mindre bränsleeffektiv än ett med en kvadratisk flygkropp.

Samma argument gäller för vingområdet. Ju större vinge desto mer luftmotstånd. Av denna anledning har segelflygplan relativt stora vingar jämfört med motoriserade flygplan. Nackdelen med en stor vinge är densamma som för en kvadratisk flygkropp: planet går långsammare.

Så, för att sammanfatta, det finns tre faktorer som håller ett flygplan högt: vertikalt luftmotstånd på grund av nedåtvänd ytarea, vinkeln på vingarna vid vingrot och Bernoulli-effekten associerad med vingen i vingarna.

Kommentarer

• Punkt 3 gör ont i huvudet … inte att resten är mycket bättre. I en anda av att faktiskt peka på specifika saker som kan adresseras, prova detta: för en kvadrat och en cirkel av samma område kommer cirkeln att ha en större diameter än kvadraten ’ s sida kommer därför en cirkulär kropp med samma inre volym att presentera mer, inte mindre, yta som projiceras på marken, för allt (lite till noll) nytta som kommer att göra för ditt plan.