Как создаётся подъёмная сила?

khimiki

Новичок
Хочу разобраться как создаётся подъёмная ила крыла. Почитал книжки, учебники аэродинамики - понял, что важно разрежение над крылом. С математической точки зрения разрежение моделируется криволинейным интегралом по профилю; из - за того что верхняя дужка профиля более выпуклая, чем нижняя, криволинейный интеграл не равен нулю. Тут всё ясно. А вот если взять крыло, выполненное из листа фанеры (в детстве я запускал такие кордовые самолётики), то криволинейный интеграл по такому профилю будет равен нулю! Но такой самолётик летает, и довольно неплохо (особенно если моторчик хороший :)). Тогда меня интересует: за счёт чего у такого профиля циркуляция скорости отлична от нуля?
 
Реклама
если взять крыло, выполненное из листа фанеры (в детстве я запускал такие кордовые самолётики), то криволинейный интеграл по такому профилю будет равен нулю! Но такой самолётик летает, и довольно неплохо (особенно если моторчик хороший ). Тогда меня интересует: за счёт чего у такого профиля циркуляция скорости отлична от нуля?
Так же как у воздушного змея: со стороны ветра — подпор, с обратной стороны — разрежение.
 
%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA-%D1%81%D0%B0%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D1%82-%D0%9C%D0%B0%D0%B3%D0%B8%D1%8F-%D0%BF%D0%B5%D1%81%D0%BE%D1%87%D0%BD%D0%B8%D1%86%D0%B0-138346.jpeg
 
Если человек прочитал книжки по аэродинамике и так и не понял откуда берется эта пресловутая подьемная сила, то тут уже ничем не поможешь.....увы...
авторов хоть одной "прочитанной" книжки можешь назвать? :)

подъемная (нормальная сила - в зависимости от выбранной системы координат ) сила может и на кирпиче возникнуть... ключевое слово - распределение коэффициента давления на поверхности в зависимости от угла атаки.... баловались в свое время с нашей аэродинамической трубой...
 
Так же как у воздушного змея: со стороны ветра — подпор, с обратной стороны — разрежение.

Мне непонятно, циркуляция скорости отчего возникает? У несимметричного профиля понятно: за счёт разности в длине верхний и нижней дужки. Когда мы обходим несимметричный профиль по заданному направлению и вычисляем криволинейный интеграл, то положительная сумма по нижней дужке перекрывается отрицательной суммой по верхней. А у симметричного профиля криволинейный интеграл будет отрицательным только в том случае, если поток по верхней дужке будет бежать быстрее, чем по нижней. Если это так, то почему он бежит быстрее по верхней дужке нежели чем по нижней? Профиль ведь симметричный.

Я в своём вопросе исхожу из формулы Жуковского для подъёмной силы: произведение плотности на скорость и на циркуляцию. Первые два сомножителя одинаковы для любого профиля, а вот циркуляция... Математически - это криволинейный интеграл по контуру профиля. Его отрицательность для несимметричного профиля обеспечивается условием неразрывности потока: интегральная сумма произведения бесконечного малого пути на скорость потока на этом пути по верхней дужке будет больше, чем по нижней. А вот для симметричного профиля это возможно только если скорость потока по верхней дужке больше, чем по нижней, так как составляющая длины одинакова по обеим дужкам. То есть вопрос трансформируется в следующий: что заставляет поток бежать быстрее по верхней дужке симметричного профиля при наличии некоторого угла атаки?
 
Последнее редактирование:
циркуляция скорости отчего возникает?

Другой физический механизм. На одной стороне увеличение давления из-за торможения потока о поверхность, на другой стороне - разрежение из-за экранирования потока этой поверхностью.
 
Другой физический механизм. На одной стороне увеличение давления из-за торможения потока о поверхность, на другой стороне - разрежение из-за экранирования потока этой поверхностью.


Мне тоже так кажется. Я про другой физический смысл. Может быть, дело в вихрях на верхней части крыла. Как известно, где вихрь - там разряжение. Ведь именно такой механизм создания подъёмной силы используется на Су - 27 и Миг - 29 на малых скоростях полёта. Так вихри генерируются так называемыми наплывами крыла и именно поэтому нет срыва потока на очень больших углах атаки, даже несмотря на то, что профиль крыла с очень маленькой относительной толщиной.

У меня закрадывается мысль, что формула Жуковского не является универсальной для всех видов профилей крыла...

А ваше мнение о торможении потока озвучил ещё Ньютон. Но как показали дальнейшие исследования, эта теории справедлива лишь для гиперзвуковых скоростей. Так создаётся подъёмная сила крыла у космического челнока в момент его входа в плотные слои атмосферы.
 
Последнее редактирование:
У меня закрадывается мысль, что формула Жуковского не является универсальной для всех видов профилей крыла...
Именно так. Формула Жуковского верна только для несжимаемой и лёгкой жидкости.

Супостатские учебники как раз начинают с другого приближения - использования закона сохранения импульса (Ньютоновский подход). Наклонная плоскость при движении пихает молекулы воздуха вниз, а сама едет вверх. Это противоположная идеализация: движение в газе с длиной свободного пробега больше или сравнимым с размером крыла.

Истина - она где-то посередине ;)
 
Мне тоже так кажется. Я про другой физический смысл. Может быть, дело в вихрях на верхней части крыла. Как известно, где вихрь - там разряжение. Ведь именно такой механизм создания подъёмной силы используется на Су - 27 и Миг - 29 на малых скоростях полёта. Так вихри генерируются так называемыми наплывами крыла и именно поэтому нет срыва потока на очень больших углах атаки, даже несмотря на то, что профиль крыла с очень маленькой относительной толщиной.

Да.... извините, бреда большего не слышал...
может сначала нужно разобраться с ЛПС и ТПС и механизмов их отрыва? а только потом уж суваться в такие непростые вопросы про вихревые жгуты.... ну и конечно затрагивать аэродинамику таких самолетов как МиГ-29, или Су-27....

может намекнуть, что не будь этих вихревых жгутов, то разряжение на крыле было бы больше? ;)
 
Последнее редактирование:
А вот если взять крыло, выполненное из листа фанеры (в детстве я запускал такие кордовые самолётики), то криволинейный интеграл по такому профилю будет равен нулю! Но такой самолётик летает, и довольно неплохо (особенно если моторчик хороший :)). Тогда меня интересует: за счёт чего у такого профиля циркуляция скорости отлична от нуля?
а ведь сам же практически ответил - особенно,если моторчик хороший.
http://youtu.be/jWMC27GVtzE
 
Реклама
Когда меня учили, то там все базировалось на уравнении Бернулли -- более высокая скорость образует меньшее давление. Таким образом скорость потока над крылом выше чем под ним. Демонстрируется простым опытом -- надо взять листок бумаги и дунуть над его поверхностью. Бумага изогнется вверх. Но я могу и ошибаться -- давно это было.
 
khimiki,
Формула Жуковского является универсальной для любого профиля, насколько я помню. Непонятно что Вас так беспокоит в том, что при наличии некоторого угла атаки на симметричном профиле, его обтекание является несимметричным? Да, скорость потока на верхней поверхности крыла больше чем на нижней в случае крыла симметричного профиля при положительном угле атаки. Почему так? Строго говоря надо решить уравнение Навье- Стокса с правильными гран. условиями или, лучше, поставить эксперимент.
Что касается картонного самолётика, то тут ситуация сложнее. Дело в том, что обтекание такого профиля является сильно турбулентным, по крайней мере, при тех Рейнольдсах, которые на практике возникают. Срыв потока на обтекаемом крыле происходит близко к задней кромке (поэтому мы вообще можем говорить о какой-то скорости на верхней поверхности, которая больше чем на нижней). Срыв потока на дощечке происходит сразу же на передней кромке и говорить о скорости на верхней поверхности дощечки можно только локально (где-то она может быть меньше чем внизу, где-то больше). На верхней кромке фанеры образуется большое количество вихрей. Правильный учёт циркуляции от этих вихрей даст правильную подъёмную силу.
ukryezh,
в школах до сих пор учат этому :) . Только там не учат почему скорость потока на верхней поверхности крыла больше чем на нижней... Знаете почему? Лично я с ходу не скажу... Только не говорите, что соответствующие точки потока, разделившиеся на передней кромке крыла, должны непременно сойтись снова на задней кромке, если только Вы это не докажете :).

Кстати, я тут вспомнил один, ставший классическим, спор.
Спор таков: если при движении автомобиля открыть одно боковое окно - давление в салоне увеличится, или уменьшится, или спереди увеличится а сзади уменьшится или ...? Что если открыть два окна? Вроде как, если убрать лобовое стекло, то давление увеличится... Если убрать багажник, то упадёт... А как быть с боковым стеклом?
Если кто знает - скажите, пожалуйста! А то мы с друзьями (чайниками, как и я сам) куда ни едем - всю дорогу эту тему обсуждаем. :) Экспериментов только пока не ставили... :)
 
Спор таков: если при движении автомобиля открыть одно боковое окно - давление в салоне увеличится, или уменьшится, или спереди увеличится а сзади уменьшится или ...?

Если например водитель приоткроет свое окно и закурит, дым и пепел будет засасывать в образовавшуюся щель:)
 
Истина - она где-то посередине
а может она и там, и там :)? Ведь никуда не деться и от сохранения импульса - и от распределения давлений - просто через импульс объяснение нагляднее и проще.
если при движении автомобиля открыть одно боковое окно - давление в салоне увеличится, или уменьшится
уменьшится, при небольшом размере щели (но, естественно, воздух через вентиляцию будет более активно поступать в салон). Дальше - зависит от конструкции автомобиля. Проверить просто - закурить :) Дым активно вытягивается в щель.


---------- Добавлено в 00:15 ----------


GR, опередил :)
 
уменьшится, при небольшом размере щели (но, естественно, воздух через вентиляцию будет более активно поступать в салон). Дальше - зависит от конструкции автомобиля. Проверить просто - закурить :) Дым активно вытягивается в щель.
некорректно. В автомобиле из примера полным-полно других щелей, через которые "тянет". Вот если представить себе абсолютно герметичный бокс с одной щелью, то в зависимости от положения щели давление внутри будет или выше, или равным атмосферному.
 
Lukas, из остальных тянет на порядок меньше, даже в моем старом-старом со щелями при открытии окна начинает ощутимо сильнее тянуть из вентиляции.
Положение щели у нас точно сбоку.
 
некорректно. В автомобиле из примера полным-полно других щелей, через которые "тянет". Вот если представить себе абсолютно герметичный бокс с одной щелью, то в зависимости от положения щели давление внутри будет или выше, или равным атмосферному.
Проверяют на заводе Мерседес автомобиль на герметичность.
Закрыли вечером собаку в машине, утром приходят - собака сдохла.

Проверяют на заводе BMW автомобиль на герметичность.
Закрыли вечером собаку в машине, утром приходят - собака сдохла.

Проверяют на заводе Автоваз автомобиль на герметичность.
Закрыли вечером собаку в машине, утром приходят - собака сбежала.
 
Вот если представить себе абсолютно герметичный бокс с одной щелью, то в зависимости от положения щели давление внутри будет или выше, или равным атмосферному.
... или ниже атмосферного. На принципе эжекции сделана туча всевозможных промыщленных вакуум-генераторов и струйных насосов.
 
уменьшится, при небольшом размере щели (но, естественно, воздух через вентиляцию будет более активно поступать в салон). Дальше - зависит от конструкции автомобиля. Проверить просто - закурить :) Дым активно вытягивается в щель.
Так почему же тогда уменьшится? Это скорее аргумент в пользу того, что давление в салоне больше чем снаружи. Правда, ещё надо понять каково давление снаружи - поток, который обтекает машину сбоку, образуется линиями тока, сошедшими с лобового стекла. Давление на передней поверхности автомобиля, очевидно, больше атмосферного - на задней, очевидно, меньше. Очень может быть, что на боковой поверхности давление тоже меньше атмосферного.

Спасибо всем за аргумент с дымом, правда, сам по себе он мало что говорит. Он лишь говорит, что через открытое окно есть поток воздуха наружу. Но есть и поток внутрь (иначе быть не может, если забыть про другие щели и вентиляцию) - когда открываешь окно, голову обдувает скорее внутрь, чем высасывает наружу, насколько я помню, особенно на задних сиденьях.
Аргумент с вентиляцией хорош, если, конечно, на деле так происходит. Т.е. Вы хотите сказать, что если приоткрыть маленькую щель в боковом окне (пропускной способностью сопоставимой со всеми другими щелями и вентиляцией вместе взятыми), то через вентиляцию воздух начинает поступать намного активнее, а дым выходит наружу по всей поверхности щели? Если так, то давление в салоне действительно становится меньше чем было до этого, а то что дым выходит наружу, говорит о том, что на боковой поверхности автомобиля оно ещё меньше чем стало внутри.

Кстати, вопрос этот заставляет ещё раз задуматься о том насколько точны показания приборов, снимающих данные с ПВД. И как надо делать ПВД, чтобы они принимали именно то давление, которое надо?

Вспомнил ещё про то, что когда из самолёта выходишь на скорости ~200 км/ч (прыгая с парашютом), высотомер не начинает сразу показывать метров на 200 меньше или больше чем было внутри, насколько я помню (может быть, просто внимания не обращал...). Надо проверить...
 
Реклама
Так почему же тогда уменьшится? Это скорее аргумент в пользу того, что давление в салоне больше чем снаружи.
да, в салоне давление больше, чем статическое давление в возмущенном потоке, обтекающем автомобиль. Поэтому воздух начнет выходить в щель и давление в салоне будет уменьшаться.

Правда, ещё надо понять каково давление снаружи - поток, который обтекает машину сбоку, образуется линиями тока, сошедшими с лобового стекла.
грубо говоря полное давление везде одинаково, оно есть сумма статического давления и скоростного напора. Дальше смотря как ориентирована плоскость - если она паралельна линии тока - то на нее будет действовать только статическое давление, еслиперпендикулярно - то полное.
Т.е. Вы хотите сказать, что если приоткрыть маленькую щель в боковом окне (пропускной способностью сопоставимой со всеми другими щелями и вентиляцией вместе взятыми), то через вентиляцию воздух начинает поступать намного активнее, а дым выходит наружу по всей поверхности щели?
да, именно. Но если начинать открывать другие окна - то картина обтекания причудливо меняется. Поэтому когда водитель закуривает - надо срочно закрывать все окна, кроме его :)
Кстати, вопрос этот заставляет ещё раз задуматься о том насколько точны показания приборов, снимающих данные с ПВД. И как надо делать ПВД, чтобы они принимали именно то давление, которое надо?
они весьма точны - уж сколько лет по ним летают :)
Вспомнил ещё про то, что когда из самолёта выходишь на скорости ~200 км/ч (прыгая с парашютом), высотомер не начинает сразу показывать метров на 200 меньше или больше чем было внутри, насколько я помню (может быть, просто внимания не обращал...). Надо проверить...
он и не должен, давление в салоне примерно равно статическому, когда Вы выходите - то вокруг Вас примерно оно же.
 
Назад