Wie erzeugen Flügel Auftrieb?

Um dem auf den Grund zu gehen, kann es hilfreich sein, nachzuschauen beim Auftrieb auf molekularer Ebene:

Jedes Luftmolekül befindet sich in einem dynamischen Gleichgewicht zwischen Trägheits-, Druck- und viskosen Effekten:

• Trägheit bedeutet, dass die Masse des Partikels dies möchte Fahren Sie weiter wie zuvor und benötigen Sie Kraft, um sich davon zu überzeugen.
• Druck bedeutet, dass Luftpartikel ständig schwingen und in andere Luftpartikel prallen. Je stärker sie springen, desto mehr Kraft üben sie auf ihre Umgebung aus.
• Viskosität bedeutet, dass Luftmoleküle aufgrund dieser Schwingung dazu neigen, die Geschwindigkeit und Richtung ihrer Nachbarn anzunehmen.

Strömung über die Oberseite des Flügels

Nun zum Luftstrom: Wenn sich ein Flügel mit Unterschallgeschwindigkeit nähert, saugt der Niederdruckbereich über seiner Oberseite Luft vor sich an. Sehen Sie es so: Über und stromabwärts eines Luftpakets prallen weniger Moleküle ab (= weniger Druck), und jetzt drückt das unverminderte Aufprallen der Luft unter und stromaufwärts dieses Pakets seine Luftmoleküle nach oben und in Richtung dieses Flügels. Das Luftpaket steigt auf und beschleunigt in Richtung Flügel und wird in diesen Niederdruckbereich gesaugt. Aufgrund der Beschleunigung wird das Paket in Längsrichtung gedehnt und sein Druck fällt synchron mit seiner Aufnahmegeschwindigkeit ab. Die Ausbreitung erfolgt in Flussrichtung – das Paket ist verzerrt und in Längsrichtung gedehnt, zieht sich jedoch in der Richtung orthogonal zum Fluss zusammen. Diese Kontraktion wird benötigt, um Platz für diesen Flügel zu schaffen. im Überschallfluss wird es für denselben Zweck abgebremst . Dort wird “ “ sehen, dass sich der Flügel darunter von seinem Fahrweg weg krümmt und wenn dieser Weg unverändert bleibt würde sich ein Vakuum zwischen dem Flügel und unserem Luftpaket bilden. Widerwillig ändert das Paket seinen Kurs und folgt der Kontur des Flügels. Dies erfordert einen noch geringeren Druck, damit die Moleküle ihre Richtung ändern. Diese schnell strömende Niederdruckluft saugt wiederum neue Luft vor und unter ihr an , bremst weiter ab und gewinnt seinen alten Druck über der hinteren Hälfte des Flügels wieder und fließt mit seiner neuen Strömungsrichtung ab.

Beachten Sie, dass ein Anheben nur möglich ist, wenn die obere Kontur des Flügels dies tut Gefälle nach unten und weg vom ursprünglichen Luftweg, der um die Vorderkante des Flügels strömt. Dies kann entweder Sturz oder Anstellwinkel sein – beide haben den gleichen Effekt. Da der Sturz eine allmähliche Änderung der Kontur ermöglicht, ist er effizienter als der Anstellwinkel.

Strömung über die Unterseite des Flügels

Ein Luftpaket, das unten endet Der Flügel erfährt weniger Auftrieb und Beschleunigung, und im konvexen Teil stark gewölbter Tragflächen tritt eine Kompression auf. Es muss auch seinen Strömungsweg ändern, da der gewölbte und / oder geneigte Flügel die Luft darunter nach unten drückt, wodurch mehr Druck und mehr Sprungkraft von oben für unser Paket unter dem Flügel erzeugt wird. Wenn beide Pakete an der Hinterkante ankommen, haben sie eine gewisse Abwärtsgeschwindigkeit erreicht.

Hinter dem Flügel bleiben beide Pakete aufgrund der Trägheit eine Weile auf ihrem Abwärtspfad und drücken andere Luft unter sich nach unten und zur Seite. Über ihnen wird diese Luft, die zuvor seitwärts gedrückt wurde, nun den Raum über unseren beiden Paketen füllen. Makroskopisch sieht dies aus wie zwei große Wirbel. Die Luft in diesen Wirbeln kann jedoch nicht mehr auf den Flügel einwirken, sodass der Luftwiderstand oder das Anheben nicht beeinträchtigt werden. Weitere Informationen zu diesem Effekt finden Sie unter

Kurze Antwort: durch Ausüben einer nach unten gerichteten Kraft auf die Luft um sie herum.

Lange Antwort: Einige Kontaktpersonen im Glenn Research Center der NASA haben geschrieben Erstellen Sie eine sehr gute mehrseitige Erklärung, die sich individuell mit jedem beitragenden Effekt befasst, sowie eine Diskussion darüber, warum Erklärungen, die Sie in der Schule gehört haben, nicht funktionieren. Da die Navigation dort etwas unkonventionell ist, werde ich jede Seite einzeln mit einer kurzen Zusammenfassung verknüpfen.

Aus dem Druckbereich heben

Wenn sich eine Flüssigkeit über ein Objekt bewegt (oder umgekehrt), ist der Druck an verschiedenen Punkten unterschiedlich. Aufgrund dieser Druckdifferenz gibt es eine Gesamtkraft. Sie können die Bernoulli-Gleichung verwenden, um diese Kraft zu berechnen, aber Sie müssen die Geschwindigkeit der Flüssigkeit (an jedem Punkt des Flügels) kennen, um zu starten. Sie können es nicht einfach mit dem Bernoulli-Effekt erklären, da der Bernoulli-Effekt genauso für alles gilt, was sich durch die Luft bewegt.

Heben Sie ab Strömungsdrehen

Beide Oberflächen des Flügels drehen den Luftstrom. Die Unterseite lenkt ihn ab (die Luft prallt vom Flügel ab), während die gekrümmte Oberseite ihn biegt (die Luft haftet) zum Flügel). Das Drehen der Strömung ist das, was Ihnen Auftrieb gibt, anstatt nur zu ziehen. Sie können das Drehen als Quelle des Druckunterschieds im Bernoulli-Effekt betrachten, oder Sie können es einfach als gleich und gleich betrachten entgegengesetzte Kräfte.

Es gibt eine andere Möglichkeit, die Strömungsdrehung zu modellieren, die auf der NASA-Website nicht diskutiert wird. Wenn Sie vom Kutta-Joukowski-Theorem gehört haben, bezieht sich dies darauf. Wenn sich die Luft um den Flügel (oder einen Gegenstand) biegt, gibt es zwei spezielle Punkte. An der Vorderseite des Flügels geht ein Teil der Luft über die Oberseite und ein Teil unter die Unterseite, aber es gibt einen Punkt zwischen den beiden. Die entgegengesetzte Situation tritt auf der Rückseite des Flügels auf, wo die Luft von oben Die Oberfläche trifft auf die Luft, die auf dem Boden kam (aber nicht auf die „gleiche“ Luft: siehe falsche Theorie Nr. 1 unten). Diese beiden Punkte werden als Stagnationspunkte bezeichnet. In einem normalen Objekt befinden sie sich in vertikal gleich hoch, aber da die Rückseite eines Flügels scharf ist , bildet sich dahinter der hintere Stagnationspunkt, wenn sich der Flügel schnell genug bewegt. Das ist niedriger als der vordere Stagnationspunkt, was bedeutet, dass die Nettobewegung der Luft nach unten erfolgt. Hier kommt die Strömungsdrehung her, und mit dem Theorem können Sie berechnen, wie viel Auftrieb Sie erhalten.

Falsche Theorie Nr. 1: Gleiche Transitzeit

Wie ich bereits sagte, müssen Sie den Bernoulli-Effekt aufrufen um zu erklären, warum sich die Luft auf der Oberseite schneller bewegt. Lehrer behaupten oft, dass es daran liegt, dass die Luft auf der Oberseite mit der Luft auf der Unterseite übereinstimmen muss. Das ist einfach falsch, und es gibt einen netten Simulator, um dies zu demonstrieren.

Falsche Theorie Nr. 2: Stein überspringen

Auf dieser Seite wird erläutert, wann Menschen erkennen, dass die Luft von der Unterseite des Flügels „abprallt“, aber die Oberseite vernachlässigt Oberfläche.

Falsche Theorie # 3: Venturi

Einige Leute stellen sich die Oberseite des Flügels als eine Hälfte vor einer Venturi-Düse (eine Düse, die den Flüssigkeitsfluss durch Verengung beschleunigt). Diese Geschwindigkeitsdifferenz würde zu einer Druckdifferenz führen (wieder Bernoulli-Effekt), aber es stellt sich heraus, dass der Flügel überhaupt nicht wie eine Düse funktioniert.

Bernoulli und Newton

Diese letzte Seite fasst nur zusammen, dass die falschen Theorien mit der bekannten Physik beginnen (Newton) „s Gesetze oder der Bernoulli-Effekt), aber dann versuchen Sie, alles zu vereinfachen, um sie an die Situation anzupassen, Daher erhalten sie Erklärungen, die falsche Vorhersagen treffen.

Kommentare

• Meiner Meinung nach ist die Erklärung der Flussumdrehung am einfachsten zu verstehen. Ich meine, man kann es fast fühlen;]
• -1 für eine falsche Erklärung des Kutta-Joukowski-Theorems und der Flussdrehung. Man sollte sich daran erinnern, dass das Drehen des Flusses eher die Wirkung des Auftriebs (der durch Druckdifferenz erzeugt wurde) als die Ursache des Auftriebs ist.
• @VictorJuliet: Ursache und Wirkung sind es auch nicht. Sie sind beide Eigenschaften des Flüssigkeitsflusses. Zu Erklärungszwecken ist die Richtung in dieser Antwort jedoch korrekt, hauptsächlich weil die entgegengesetzte Richtung nicht möglich ist; Sie können den Lift aus dem Kutta-Joukowski-Theorem ableiten, aber Sie können ‚ den Kutta-Joukowski-Theorem nicht aus dem Lift ableiten.
• Das einzig Falsche an der Erklärung des Kutta -Joukowski-Theorem ist, dass es keinen Grund erwähnt, warum sich der hintere Stagnationspunkt bewegt, was Trägheit der Luft ist.
• @VictorJuliet: Ich sehe ‚ nicht der Text, um zu beweisen, dass sich der hintere Stagnationspunkt mit dem Satz von Kutta-Joukowski ‚ bewegt (der nur besagt, dass dies der Fall ist und wie man daraus einen Auftrieb ableitet). Es erklärt es nicht. Es erklärt weder, warum es sich zur Hinterkante bewegt (Trägheit der Strömung), noch warum es sich unter die vordere bewegt (Anstellwinkel + bereits bekannt, dass es sich an der Hinterkante befindet).

WIE EIN FLUGZEUG LIFT ERZEUGT

Es gibt normalerweise zwei populäre Denkfelder (mit Ausnahme der entlarvten Gleichzeittheorie), warum ein Flugzeug fliegt. Einige glauben, dass dies durch die Anwendung des 3. Newtonschen Gesetzes verursacht wird, andere glauben, dass dies durch einen Druckunterschied oben und unten am Flügel verursacht wird. Grundsätzlich sowohl die Erklärung „Newton“ als auch die Erklärung „Hoch / Niederdruck“ sind bis zu einem gewissen Grad richtig. Die NASA erkennt dies in ihrem Artikel an (siehe zweite Referenz unten), ihre endgültige Erklärung konzentriert sich jedoch viel mehr auf die mathematische Anwendung und weniger auf eine physikalische Erklärung.

Newtons 3. Gesetz

Auf der Seite des 3. Newtonschen Gesetzes wird die aerodynamische Nettokraft durch eine Umlenkung des relativen Windes nach unten verursacht (bekannt) als „Downwash“). Wenn Sie sich das Vektordiagramm ansehen, das die Kräfte des Flügels auf die Luft beschreibt, wird gezeigt, dass diese Umleitung durch eine Kraft auf den Wind durch den Flügel verursacht wird, die nach unten und mehr oder weniger senkrecht zum Flügel zeigt Sehnenlinie des Flügels (die Linie direkt zwischen der Vorderkante und der Hinterkante). Aufgrund des 3. Newtonschen Gesetzes führt dies zu einer Kraft des Windes auf den Flügel in der entgegengesetzten Richtung (nach oben und mehr oder weniger senkrecht zur Sehnenlinie); diese nach oben gerichtete aerodynamische Nettokraft erklärt den Auftrieb und den induzierten Widerstand (verursachter Widerstand) Durch die Hebevorgänge des Schaufelblatts, nicht zu verwechseln mit dem parasitären Widerstand, der durch die Oberflächen des Flugzeugs verursacht wird, würde ein hinter dem Flugzeug nachlaufender Fallschirm zum parasitären Widerstand beitragen, und alle Schaufelblätter erzeugen einen gewissen induzierten Widerstand, wenn sie erzeugt werden Auftrieb).

Auf der Unterseite des Flügels kann diese Luftumleitung einfach erklärt werden. Der relative Wind trifft auf den Boden und wird durch die Normalkraft des Tragflügels vom Tragflügel weggedrückt.

Auf der Oberseite des Flügels wird die Luft durch ein Phänomen umgeleitet, das als Coanda-Effekt bekannt ist und zu einer laminaren Strömung führt (der relative Wind folgt dem Flügel und wird von ihm nach unten gerichtet).Ich werde genauer beschreiben, warum der Wind dieser laminaren Strömung folgt, wenn ich das zweite große Phänomen der Auftriebserzeugung erkläre, das mit Drücken zu tun hat (da Sie die Informationen aus diesem Abschnitt benötigen, um den Coanda-Effekt zu verstehen)

Hoch- / Niederdruck

Der Boden des Flügels hat einen höheren Luftdruck als Patm (atmosphärischer Druck) ). Dies liegt daran, dass Luftströme konzentriert sind, wenn ihre Wege durch das Tragflächenprofil blockiert und umgeleitet werden. Eine höhere Luftkonzentration führt zu einem höheren Druck.

Ebenso wird verhindert, dass Luftströme auf der Oberseite des Tragflügels direkt die Oberseite des Flügels erreichen, wodurch ein Hohlraum entsteht, in dem eine geringere Konzentration von Luftpartikeln und damit vorhanden ist niedrigerer Druck. Da Flüssigkeiten auf natürliche Weise von hohem zu niedrigem Druck strömen, wird die Luft in Patm weit über dem Flügel nach unten „angesaugt“ und schmiegt sich an die Oberfläche des Flügels. Selbst mit dieser laminaren Strömung (wie oben diskutiert) existiert jedoch immer noch eine Niederdruckzone auf der Oberseite des Flügels; Die Luft aus der laminaren Strömung reicht immer noch nicht aus, um diese Region in Patm wiederherzustellen. Dies lässt sich anhand einer Druckkarte eines Tragflügels feststellen. Sie werden feststellen, dass sich oben auf dem Flügel ein Niederdruckbereich befindet, auch wenn laminare Strömung existiert. Dieser Abschnitt sollte auch beantwortet haben, warum laminare Strömung existiert (siehe den letzten Teil des 3. Gesetzesteils des Newton oben).

Schließlich, weil Sie einen höheren Druck haben (Kraft pro Einheit von Fläche) auf der Unterseite des Flügels als auf der Oberseite des Flügels sind die Kräfte auf das Tragflächenprofil unausgeglichen und zeigen nach oben, ähnlich wie die aerodynamische Nettokraft, die durch das dritte Newtonsche Gesetz (siehe oben) verursacht wird. Dies trägt zur aerodynamischen Nettokraft bei.

Aufgrund des geringeren Drucks auf der Oberseite des Flügels im Vergleich zur Unterseite bewegt sich der Luftstrom auf der Oberseite des Flügels laut Bernoulli schneller als auf der Unterseite. “ s Gleichung (im Grunde genommen führt ein Druckabfall in einem Luftstrom zu einer Erhöhung der Geschwindigkeit und umgekehrt) – Siehe die Flussdiagramm oben in diesem Beitrag. Dies mag der Grund sein, warum die Theorie der „Gleichzeitigkeit“ (dass der Luftstrom auf der Oberseite des Flügels mehr Bewegungsentfernung hat, so dass er schneller reisen muss) so weit verbreitet ist. Der Luftstrom oben bewegt sich zwar schneller, aber nicht, weil er „eine größere Entfernung“ aufweist.

Dies erklärt auch „Flügelspitzenwirbel“ – jene wirbelnden Luftwirbel, die (unter bestimmten Bedingungen) hinterherhinken Dies liegt daran, dass die Hochdruckluft von der Unterseite des Flügels über die Enden des Flügels wirbelt, um zu versuchen, den Niederdruckbereich oben zu neutralisieren (weil Flüssigkeiten dazu neigen, von Hochdruck zu Niederdruck zu wandern) Erhöhen Sie den Druck auf der Oberseite des Flügels (und verringern Sie dadurch den Druck auf der Unterseite) etwas, wodurch die Druckdifferenz verringert wird. Da sich das Flugzeug jedoch bewegt, erreicht nicht die gesamte Luft, die sich von unten nach oben bewegt, ihr Ziel, wenn sich das Tragflächenprofil bewegt aus dem Weg, so dass diese Luft in einem kreisförmigen Wirbel wirbeln kann. Dieser Hochdruckluftstrom verringert den Auftrieb (weil er die Druckdifferenz verringert). Deshalb wurden Winglets erfunden (Die vertikalen Flügelverlängerungen am Ende der Flügel) – – um etwas davon zu blockieren f niedrig und erhöhen den Auftrieb (und damit die Kraftstoffeffizienz). „Bodeneffekt“ oder das Phänomen, das den Auftrieb erhöht, wenn sich ein Flugzeug in Bodennähe befindet, ist darauf zurückzuführen, dass der Boden der Luft im Weg steht und versucht, den niedrigen Druck auf der Oberseite des Flügels zu verwirbeln und zu neutralisieren.

Schlussbemerkungen

Ein weiteres aerodynamisches Phänomen, das ich werde Bezogen auf diese Erklärung ist ein „Stall“. Wenn ein Tragflächenprofil blockiert, verliert es viel Auftrieb und kann der Schwerkraft nicht mehr entgegenwirken, wodurch das Flugzeug zu Boden fällt. Als Pilot habe ich viele Male Stände geübt und es gibt zwei bemerkenswerte Dinge, die zu einem Stand führen. Zum einen verliert das Flugzeug erheblich an Fluggeschwindigkeit, wenn Sie den Anstellwinkel vergrößern. In diesem Fall wird die Gesamtkraft auf den Flügel nach hinten abgewinkelt, so dass meistens eher Luftwiderstand als Auftrieb induziert wird (bis zu einem bestimmten Punkt erhöht eine Erhöhung des Anstellwinkels den Auftrieb, da er die Gesamtkraft auf das Tragflügelprofil jedoch erhöht, da die Der Winkel nimmt zu. Der extreme Auftrieb nimmt ab und der Luftwiderstand nimmt weiter zu. Wenn das Flugzeug schließlich stehen bleibt, spürt man einen plötzlichen Ruck des Flugzeugs nach unten, als wäre gerade eine Schnur durchtrennt, die es hochhält.In diesem Fall hat der Flügel seinen kritischen Anstellwinkel erreicht und die laminare Strömung auf der Oberseite des Flügels (wie oben beschrieben) hat sich getrennt (weil der niedrigere Druck auf der Oberseite des Flügels den Wind nicht mehr nach unten ziehen kann, um sich anzupassen Seine Oberfläche als notwendige Kraft, um den Geschwindigkeitsvektor des Windes um diesen großen Winkel zu ändern, kann durch diese Druckdifferenz nicht ausgeübt werden. Sobald das Flugzeug blockiert, müssen Sie die laminare Strömung wieder mit der Luftströmung verbinden, um sich von der Strömung zu „erholen“ – in a Flugzeug Sie tun dies, indem Sie sich mit dem Joch nach unten neigen.

In Zukunft würde ich diesen Beitrag gerne um mathematischere Erklärungen erweitern, wie man den Auftrieb eines bestimmten Tragflügels berechnet und andere erforscht Verwandte Dinge wie Auftriebskoeffizient, Reynolds-Zahl, Berechnung des kritischen Anstellwinkels und verwandte Themen. Dieses Feld wird im Allgemeinen von empirischen Daten dominiert und es ist schwierig, mit komplizierter Mathematik in einige davon einzubrechen, aber es macht Spaß (nicht zu tun) Erwähne den Weg der Zukunft Zumal Computer diese mathematischen Modelle jetzt für uns verarbeiten können und dies viel schneller als Experimente können.

Nützliche Quellen:

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/ Flugzeug / falsch2.html

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

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

Kommentare

• +1 für das animierte GIF, sehr cool.
• Diese youtube.com/watch?v=zp1KzGQdouI zeigt, dass Bewegung / Heben ohne Bernoulli möglich ist.

Die einfachste Antwort, von der ich weiß, dass sie immer noch korrekt ist, ist, dass sich jedes Objekt durch die Luft bewegt, einige Kraft muss die Luft davor aus dem Weg schieben (Schwerkraft, Motoren, Impuls usw. sind nicht matt er). Wenn mehr Luft nach unten als nach oben gedrückt wird (z. B. durch Flügel), wird die Differenz als Auftrieb bezeichnet.

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• Ich muss zugeben, dass ‚ eine ziemlich saubere Erklärung auf hoher Ebene ist.
• Dies beschreibt, wann es einen Aufzug gibt. Es sagt nichts darüber aus, warum Flügel es insbesondere erzeugen.
• Erweitern Sie die Logik und Sie werden sehen, dass Flügel nichts Besonderes sind. Jede Form kann Auftrieb erzeugen, wenn die Umstände stimmen. Die Flügelformen drücken einfach besser mehr Luft nach unten als nach oben als beispielsweise ein Ziegelstein.
• @Koyovis – die Schallgeschwindigkeit durch Ein Medium hat nichts mit dem Auftrieb zu tun, der entsteht, wenn das Medium aus dem Weg geschoben wird. Genau die gleiche Physik gilt für ein Tragflächenprofil durch Wasser, wie es beim Americas Cup-Rennen verwendet wird. Link
• @Koyovis Ich bekomme Ihre Frage nicht. Geschwindigkeit hat nichts damit zu tun. Eine Kraft (f = ma) ist erforderlich, um das Medium aus dem Weg zu räumen. Diese Kraft kommt von der Antriebskraft des Fahrzeugs (Motoren, Schwerkraft usw.). Das vorwärts bewegte Material drückt zurück (ziehen) und das heruntergedrückte Material drückt hoch (heben).

Flügel erzeugen einen Auftrieb, der die Luft nach unten drückt. Als Kind streckte ich meine Hand aus dem offenen Autofenster und kippte sie – es gibt eine Aufwärtskraft. Eine flache Platte tut dies.

Flugzeugflügel könnten also flache Platten sein, aber leider erzeugen flache Platten viel Luftwiderstand, sobald sie Auftrieb erzeugen, da sich die Strömung am oberen Ende sofort löst (lockige Spirale im Bild oben). Dieser Effekt könnte durch Verwendung einer gewölbten Platte anstelle einer flachen Platte verringert werden, wodurch der Wirbel auf der Oberseite verringert wird:

Es bleibt jedoch das Problem, dass die gewölbte Platte, sobald sie weiter gekippt wird, auf die gleiche Weise wie die gerade flache Platte viel Luftwiderstand erzeugt . Eine Wassertropfenform ist widerstandsfähiger als eine flache Platte, indem die Strömung angebracht bleibt. Und was ist ein anderer Flügelquerschnitt als eine gewölbte Platte mit einem Wassertropfenquerschnitt?

Es wird ein bisschen verwirrend und alles, wenn wir uns die Beschleunigung der Luft am oberen und unteren Druck usw. ansehen, insbesondere wenn wir die Entstehung des Auftriebs daraus erklären wollen. Letztendlich wird der Auftrieb durch Beschleunigen der Luft nach unten erzeugt, und die Kontinuität der Masse impliziert, dass die Luft auf der Oberseite beschleunigen muss. Es ist eher eine Wirkung als eine Ursache.

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• Die flache Platte ist in ihrem Anstellwinkel am effizientesten. Wenn Sie das Tragflächenprofil dicker machen, erhöht sich der Luftwiderstand, aber der Anstellwinkelbereich, in dem es gut funktioniert, wird vergrößert.
• @PeterK ä mpf Haben Sie es geändert.

Hier ist ein Link zu John S. Denkers Webbook über Tragflächen. Dies ist wahrscheinlich die endgültige Erklärung für die Funktionsweise von Flügeln. John Denker hat eine Reihe von Websites, die einen Besuch wert sind.

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

Fazit: Damit ein 150.000 Pfund schweres Flugzeug bleibt Die Luft muss der Luft, durch die sie strömt, einen Impuls von 150.000 lbft verleihen. Sie können über Luftdruckunterschiede (usw.) sprechen, aber das ist nur der Anfang der Erklärung. Wenn Sie der Meinung sind, dass die gleiche Laufzeit oder die Flügelkrümmung die Flügel zum Funktionieren bringt, ist dies ein Muss.

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• War buchstäblich in der Ich lese gerade diesen Link, als du ihn gepostet hast. Es ist eine großartige Lektüre, da stimme ich zu :).

Eine einfache Möglichkeit, dies zu verstehen, ist die folgende Der Flügel wirkt als Klinge in einem Lüfter. Wenn Sie sich im richtigen Winkel durch die Luft bewegen, bildet sich oben ein Vakuum. Die vordere Spitze muss rund sein, damit sich die Luft gleichmäßig bewegen und ausdehnen kann, um das Vakuum zu erzeugen.

Flache Böden und andere Formen maximieren diesen Effekt lediglich, sind jedoch nicht erforderlich. Deshalb ist es möglich, kopfüber zu fliegen, solange der Flügel im richtigen Winkel auf die Luft trifft. (Nicht im rechten Winkel.)

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• niedrigerer Druck, ja, aber was darauf hindeutet, dass ein “ Vakuum “ Formen sind völlig falsch.
• @Federico Nun, kein echtes Vakuum. Ich denke, ich sollte ein relatives Vakuum sagen.
• Die vordere Spitze muss nicht ‚ tatsächlich rund sein, um Auftrieb zu erzeugen. Der Link von BillOer ‚ erklärt, warum. Wenn es so wäre, würden Papierflieger, Drachen und einige Arten von Segelflugzeugen nicht ‚ fliegen.
• @DanHulme Ich habe nicht ‚ sagen Sie entweder nicht, dass es ein Bestandteil des Auftriebs ist, sondern dass es notwendig ist, einen unregelmäßigen Luftstrom zu vermeiden.

Wie erzeugt ein kleiner Ball eine Zentripetalkraft, wenn er sich bewegt? auf einer gekrümmten Oberfläche? Der Grund ist die Schwerkraft. Wenn die kleine Kugel eine Geschwindigkeit entlang des roten Pfeils hat, neigt die kleine Kugel dazu, entlang der normalen Richtung der Oberfläche zu gehen, so dass die Kraft der kleinen Kugel auf die gekrümmte Oberfläche verringert wird, wodurch die Zentripetalkraft der kleinen Kugel verringert wird Es wird eine Kugel erhalten, die sich entlang der Oberfläche bewegt.

Wir verwandeln die kleinen Kugeln auf der Oberfläche in Luft. Wenn sich die Luft nicht bewegt, nehmen Sie an, dass die Luftkraft auf der gekrümmten Oberfläche F ist, und wenn die Luft eine Geschwindigkeit entlang der Richtung des roten Pfeils hat, ist die Luftkraft auf der gekrümmten Oberfläche f, weil die Luft hat eine Tendenz, entlang der normalen Richtung der gekrümmten Oberfläche zu gehen, so dass F> f. Luft hat also eine Zentripetalkraft, die sich entlang einer gekrümmten Oberfläche bewegt, wodurch sich Luft entlang einer gekrümmten Oberfläche bewegt.

Die Kraft, die Luft auf die gekrümmte Oberfläche ausübt, ist Luftdruck. Eine Abnahme des Luftdrucks ist eine Abnahme der Kraft, die Luft auf eine gekrümmte Oberfläche ausübt.

Die gekrümmte Oberfläche ähnelt hier dem Flügel.

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• Ich stimme dieser Antwort nicht zu ‚. Die Erwähnung der Schwerkraft macht die Sache nur schwierig, da die Menschen glauben können, dass die Schwerkraft an der Schaffung des Auftriebs beteiligt ist. Bei einem besseren Bild würde sich der Ball auf einer geraden Linie bewegen und mit der gekrümmten Oberfläche kollidieren. Dies vermeidet die Notwendigkeit der Schwerkraft und verbessert die Analogie mit einem Tragflächenprofil. Wenn keine Krümmung vorliegt, nimmt auch der Druck ab, was ‚ aus Ihrer Erklärung nicht hervorgeht.
• @ROIMaison Beachten Sie, dass ich für Luft ‚ über den normalen Bewegungstrend spreche, der zu einem Druckabfall führt.
• @ ROIMaison aviation.stackexchange.com/a/70283/42162

Auftrieb ist eine Kraft, die aufgrund von Druckdifferenz über einen Flügel erzeugt wird. Wenn Sie also in der Lage sind, über und unter einem Flügel einen unterschiedlichen Druck zu erzielen, hätten Sie einen Auftrieb. Nach dem Newtonschen Grundgesetz würde diese Kraft vom Hochdruckbereich zum Niederdruckbereich geleitet ( Weil der Bereich mit hohem Druck die Oberfläche durch Ausüben von mehr Kraft auf sie drücken wird als der Bereich mit niedrigem Druck, der die Oberfläche mit einer relativ geringeren Kraft drücken würde.

Nun das Wichtigste ist diese Druckdifferenz zu erzeugen. Dies wird erreicht, indem eine interessante Eigenschaft der Flüssigkeit ausgenutzt wird: Eine schnell fließende Flüssigkeit hat im Vergleich zu einer sich langsam bewegenden Flüssigkeit einen niedrigeren Druck. Diese Eigenschaft kann mit verschiedenen mathematischen Mitteln bewiesen werden und ist wunderschön in Bernoullis Prinzip . Daher ist Bernoullis Prinzip mathematisch Ausdruck einer inhärenten Eigenschaft eines Fluids.

Um nun Auftrieb zu erhalten, kann die erforderliche Druckdifferenz erzeugt werden, indem das Strömungsprofil so umströmt wird, dass die Geschwindigkeiten des Fluids unter und über dem Strömungsprofil liegen sind anders. Dies wird erreicht, indem die Form des Flügels (Sturz) so geändert wird, dass er asymmetrisch wird. Die Asymmetrie verursacht aus dem folgenden Grund unterschiedliche Geschwindigkeiten am oberen und unteren Teil des Schaufelblatts:

Wenn eine Flüssigkeit die Vorderkante des Schaufelblatts erreicht, wird ein Teil der Flüssigkeit nach oben verschoben, während ein Teil davon es ist nach unten verschoben. Aufgrund der Asymmetrie des Schaufelblatts hat die Flüssigkeit, die sich nach oben bewegt hat, im Vergleich zu der Flüssigkeit, die sich unter dem Schaufelblatt befand, weniger Querschnittsfläche, durch die sie sich bewegen kann. Dieser Flächenunterschied, der dem Fluid zur Bewegung zur Verfügung steht, erzeugt den Unterschied in den Geschwindigkeiten des Fluids in verschiedenen Regionen. Diese Eigenschaft der Flüssigkeit, sich in Bereichen mit geringerem Querschnitt schneller und in Bereichen mit größerem Querschnitt langsam zu bewegen, kann durch Anwendung der Massenerhaltung in mathematischer Form abgeleitet werden und wird als Prinzip der Kontinuität .

Daher erzeugen geänderte Flüssigkeitsgeschwindigkeiten einen Druckgradienten, der wiederum eine Kraft auf den Flügel verursacht, die als Auftrieb bezeichnet wird. Dieser Auftrieb kann nun in jede Richtung erfolgen (was durch die Integration sehr kleiner Kräfte auf sehr kleine Bereiche der Flügeloberfläche herausgefunden werden kann). Die Komponente dieser Kraft senkrecht zur Richtung der Geschwindigkeit des Flugzeugs heißt Kraft anheben, wobei als andere Komponente parallel zum Die Geschwindigkeit des Flugzeugs ist dann in der Drag Kraft enthalten.

EDIT

Für eine sehr genaue Darstellung der Gleichungen, die das Flüssigkeitsverhalten bestimmen, kann argumentiert werden, dass das Bernoulli-Prinzip falsch ist case Die Navier Stoke-Gleichung ist gültig, aber zum Verständnis dient jeder zeitinvariante (stetige), in komprimierbaren, nichtviskosen Fluss Es kann davon ausgegangen werden, dass es Bernoullis Gleichung gehorcht.

Ferner würde es für eine echte Flüssigkeit meistens nicht Bernoullis Gleichung gehorchen, sondern dem allgemeinen Verhalten der Druckreduzierung mit Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit wird immer noch beobachtet, obwohl der genaue Druckabfall nicht durch die Bernoulli-Gleichung berechnet werden kann. In solchen Fällen wird die Navier Stoke-Gleichung verwendet, um den Druckabfall, der aufgrund der erhöhten Strömungsgeschwindigkeit erzeugt wird, korrekt zu berechnen.

EDIT 2

Bei symmetrischen Flügeln erzeugt der Flügel keinen Auftrieb, wenn die Strömung den Flügel symmetrisch sieht, so dass dies inhärent bedeutet, dass ein symmetrischer Flügel mit einem Anstellwinkel von 0 dies nicht tun würde produzieren jeden Aufzug. Um einen Auftrieb von einem symmetrischen Flügel zu erhalten, wird er in einem Winkel zur Strömung platziert, so dass die Strömung „s es“ asymmetrisch „sieht, und daher kann die obige Erklärung verwendet werden, um die in diesem Fall erzeugte Lebensdauer zu erklären. P. >

EDIT 3

Erläuterung für Flugzeuge, die verkehrt herum fliegen: Damit ein normales Flugzeug fliegt Wenn ein positiver Anstellwinkel erforderlich ist, geben Sie dieser Ebene eine Geschwindigkeitsachsenrolle von 180 Grad. Sie erhalten eine Ebene mit einem Anstellwinkel von -ve und damit einem negativen Auftrieb.Ein Flugzeug kann jedoch keinen Flug mit negativem Auftrieb aushalten. Daher müssen die auf dem Kopf stehenden Flugzeuge den Anstellwinkel von -ve auf positiv erhöhen, indem sie die Nase nach oben ziehen (dies würde die Nase nach oben in Richtung Himmel drücken Flugzeug). Dies bewirkt, dass sich der Anstellwinkel ändert und + ve wird. Der Anstellwinkel + ve bedeutet, dass der Flügel nun ein Leben so erlebt, dass eine umgedrehte Ebene nach oben angehoben wird (dies entspricht einer normalen Ebene mit einem Anstellwinkel von fünf und damit einem negativen Anheben).

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• Dies erklärt nicht ‚, warum ein Flügel ohne Sturz oder einer mit einem Ein symmetrischer Querschnitt von oben nach unten oder einer mit einer längeren Unterseite als der Oberseite kann Auftrieb erzeugen.
• @DanHulme +1 oder wie Flugzeuge mit Sturz verkehrt herum fliegen können.
• @Jan Hudec, Sie sollten den Unterschied zwischen dem Prinzip von Bernoulli ‚ und der Gleichung verstehen. Der Satz besagt: “ In der Fluiddynamik besagt das Prinzip von Bernoulli ‚, dass für einen nichtviskosen Fluss eines nichtleitenden Fluids eine Zunahme der Die Geschwindigkeit des Fluids tritt gleichzeitig mit einem Druckabfall oder einem Abfall der potentiellen Energie des Fluids ‚ auf. “ wobei als Gleichung gilt: Auf der anderen Seite wurde versucht, quantitative Ergebnisse des Prinzips von bernoulli ‚ zu erhalten, dies jedoch nicht, da falsche Ergebnisse vorhergesagt werden
• DIESE ANTWORT IST FALSCH . Die Gleichung von Bernoulli ‚ gilt für den Flügel mit ausreichender Genauigkeit. Die Gleichung von Bernoulli ‚ benötigt jedoch Geschwindigkeit, um Druck abzuleiten, und die Erklärung, warum es über dem Flügel eine höhere Geschwindigkeit gibt, ist falsch. Der Bereich über und unter dem Flügel ist nicht begrenzt, so dass die Luft viel Freiheit hat, die Geschwindigkeitsverteilung von ‚ zu wählen. Es stimmt auch nicht mit der Realität überein, da die Fläche über dem Flügel von vorne nach hinten zunimmt und unter dem Flügel auf ähnliche Weise abnimmt, aber die Geschwindigkeitsverteilungen ‚ folgen keinem ähnlichen Profil.
• Die Antwort ist nur dann falsch, wenn Sie Grenzschichteffekte ignorieren.

Eine Ebene fliegt durch mehrere Mechanismen. Der erste ist der Bernoulli-Effekt, der durch den Flügelsturz verursacht wird und einen Druckunterschied erzeugt, der den Flügel nach oben drückt, wenn er sich vorwärts durch die Luft bewegt. Beachten Sie, dass Vögel gewölbte Flügel haben. Es ist jedoch möglich, ein Flugzeug mit vollständig flachen Flügeln und überhaupt keinem Sturz zu haben. Daher ist es ein Fehler zu glauben, dass dies die einzige Auftriebsquelle ist (wie einige der obigen Antworten).

Der Winkel an der Flügelwurzel ist ebenfalls wichtig. Wenn Sie Ihre Hand schräg aus dem Autofenster strecken, spüren Sie, wie sie nach oben gedrückt wird. Der gleiche Effekt wird in einem Flugzeug erzielt, indem die Flügel relativ zur Ebene des Rumpfes leicht nach oben geneigt werden.

Schließlich sollten Sie sich darüber im Klaren sein, dass der Grund, warum ein Flugzeug in der Luft bleibt, nichts mit dem Auftrieb zu tun hat mit der Oberfläche präsentiert es sich auf dem Boden. Die Hauptkraft, die eine Ebene hochhält, ist der Luftwiderstand, der eine Funktion dieser Oberfläche ist. Die Kraft dieses Luftwiderstands ist viel größer als die Kraft, die durch die beiden vorhergehenden Effekte erzeugt wird. Ein wichtiges Entwurfskriterium für ein Flugzeug ist beispielsweise, ob es einen quadratischen Rumpf oder einen runden / ovalen Rumpf hat. Ein quadratischer Rumpf bietet mehr Bodenfläche und bleibt somit effizienter in der Luft. Aus diesem Grund hatten fast alle frühen Flugzeuge quadratische Rümpfe. Ein runder Rumpf bewegt sich jedoch effizienter vorwärts als ein quadratischer. In einem Flugzeug, das auf Geschwindigkeit ausgelegt ist, ist eine runde Rumpel besser. Ein Flugzeug mit einem runden Rumpf geht schneller, ist aber weniger sparsam als ein Flugzeug mit einem quadratischen Rumpf.

Dasselbe Argument gilt für die Flügelfläche. Je größer der Flügel, desto größer der Luftwiderstand. Aus diesem Grund haben Segelflugzeuge im Vergleich zu Motorflugzeugen relativ große Flügel. Der Nachteil eines großen Flügels ist der gleiche wie der eines quadratischen Rumpfes: Das Flugzeug wird langsamer.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass drei Faktoren ein Flugzeug in der Luft halten: vertikaler Luftwiderstand aufgrund der nach unten gerichteten Ausrichtung Oberfläche, der Winkel der Flügel an der Flügelwurzel und der Bernoulli-Effekt, der mit dem Sturz in den Flügeln verbunden ist.

Kommentare

• Absatz 3 macht meinen Kopf weh … nicht, dass der Rest viel besser ist. Versuchen Sie Folgendes, um auf bestimmte Dinge hinzuweisen, die angesprochen werden können: Für ein Quadrat und einen Kreis derselben Fläche hat der Kreis einen größeren Durchmesser als das Quadrat ‚ Auf dieser Seite wird daher ein kreisförmiger Rumpf mit demselben Innenvolumen mehr und nicht weniger auf den Boden projizierte Oberfläche aufweisen, für all das (wenig bis null) Gute, das Ihrem Flugzeug zugute kommt.