Навука за крыламі самалёта

у той час як Ньютан сустракаецца з Бернулі, захапляльнасць паветра - гэта тое, што падтрымлівае вас у жыцці.

Паводле Амара Прэсвіча

Хто-небудзь, хто ніколі не задумваўся, як на самай справе ляціць самалёт?

Праблема пошуку матэрыялаў у Інтэрнэце - адсутнасць алгарытму, які дазваляе вызначыць колькасць глупстваў на сайтах. Таму, калі хтосьці спрабуе зразумець, што на самой справе ідзе ў палёт самалёта, звычайна здараецца адна з дзвюх рэчаў:

а) вы неверагодна перапоўнены спрэчнай інфармацыяй, альбо

б) вы проста прымаеце, што ёсць цяга, цяга, пад'ём і вага і што гэта ўсё, што вы дакладна ведаеце.

Крыніца: НАСА

Я кажу гэта таму, што са мной здарылася.

Але пасля некаторага вопыту, аналізу і больш глыбокіх даследаванняў, вось даволі простае тлумачэнне асновам аэрадынамікі крыла.

На макраскапічным узроўні вышэйзгаданыя сілы - гэта сапраўды тое, што прымушае палёт самалёта. Улічваючы асноўную фізіку:

  • Цяга> Перацягванне: вы паскараеце
  • Ліфт> Вага: вы падымаецеся
  • Перацягванне> цяга: вы запавольваеце хуткасць
  • Вага> Пад'ём: вы моліцеся

Гэта так проста, як гэта атрымліваецца.

Цяга генеруецца рухавіком рухавіка. Перацягванне з-за супраціву паветра. Вага дзякуючы гравітацыі. Але як вы ствараеце ліфт?

На самай справе магія адбываецца на крылах і, каб зразумець вялікую карціну, спачатку трэба паглядзець на мікраскапічны ўзровень.

Некаторыя тэорыі дынамікі вадкасці

Кажуць, калі ёсць воля, ёсць спосаб. У дынаміцы вадкасці, калі ёсць падзенне ціску, ёсць спосаб. Вадкасці звычайна перамяшчаюцца з месцаў з павышаным ціскам у рэгіёны з паніжаным ціскам. Гэта ў асноўным тое, што прымушае вадкасць рухацца ўнутры трубы! Паток пакутуе ад бесперапынных страт ціску з-за трэння аб сценку, таму P1> P2 і, такім чынам, ствараецца чыстая сіла, якая падтрымлівае рух патоку наперад:

Крыніца: LMNO Engineering

Гэта з'ява - гэта Святы Грааль з некалькіх інжынерных прыкладанняў, звязаных з патокам вадкасці. Майце на ўвазе, калі вы хочаце зразумець патокі: вадкасць мае тэндэнцыю пераходзіць ад вышэйшага да нізкага ціску!

Так што ... самалёты!

Уявіце сябе як пасіўную паветраную часціцу, гледзячы на ​​самалёт.

Самалёт рухаецца наперад з высокай хуткасцю з-за руху і ён бесперапынна ляціць у нерухомае паветра.

Знаёмцеся з крыламі крыла самалёта:

Крыніца: тлумачальны прадукт

1. Уся справа ў ціску

Калі паветраныя часціцы сутыкнуцца з пярэдняй часткай крыла, паветра будзе расколвацца ў двух кірунках: уверх і ўніз ад вядучага краю.

Тут адбываецца першае адкрыццё: пад'ём ствараецца часткова, таму што сярэдні контур ціску ў ніжняй частцы крыла вышэй, чым ціск уверсе.

І вось чаму:

Крыла на крыле ў эксперыменце ветраных тунеляў. Крыніца: Крылы не смактаць

Калі паветра сутыкнецца з крылом, ніжняя паверхня будзе згінаць паветра, выштурхоўваючы яго наперад і ўніз, павялічваючы ціск пад крылой (чырвоныя і аранжавыя стрэлкі на малюнку).

Тое ж імгненне адбываецца на верхняй паверхні: ударная хваля ўтвараецца, калі паветра трапляе ў пярэдні край крыла, узмацняючы ціск на кончыку крылы (ружовыя і жоўтыя стрэлкі).

Гэта сапраўды такі ж эфект, як марскія хвалі, што з верхавіны лодкі, якая рухаецца наперад.

Але як толькі паветра рухаецца далей па спуску крыла, ён сутыкаецца са «схаванай» зонай, якая не падвяргаецца дынамічнаму паступленню паветра з-за высокага вугла нападу (AoA):

Крыніца: Quora (адаптавана)

Звычайна гэтая вобласць танчэй, чым пярэдняя мяжа, ствараючы своеасаблівую «шчыліну», каб паветра «запаўнялася», і гэтая рэзкая змена кірунку і павелічэнне прасторы для ўваходнага патоку выклікае падзенне ціску.

У гэты момант паветра на гэтай "схаванай" паверхні паскорыцца ў выніку падзення ціску, таму цячэнне верхняй паверхні крыла дасягае першай пярэдняй паверхні ў параўнанні з патокамі ніжняй бакі:

Крыла на крыле ў эксперыменце ветраных тунеляў. Крыніца: Паток паветра праз крыло

Гэта можа быць звязана з прынцыпам Бернулі! Прынцып Бернулі абвяшчае, што існуе зваротная сувязь паміж ціскам і хуткасцю ў патоку вадкасці. Чым хутчэй рухаецца паток, тым меншым ціскам будуць аказваць часціцы вадкасці.

2. Пакаленне ліфтаў: гэта дзіця Ньютана

Згаданыя градыенты ціску аказваюцца добрымі па адной і цалкам прычыне: кожнае дзеянне стварае зваротную рэакцыю, аналагічную 3-м закону Ньютана (карме).

  • калі градыенты ціску ствараюць чыстую сілу ціску ў сувязі з тэндэнцыяй перамяшчэння вадкасці ад высокага да нізкага ціску, крыла на крыле пакутуе сілай узыходзячага сілы ў сувязі з сярэдняй розніцай ціску паміж верхняй і ніжняй паверхняй.
  • крыло нахіляе паветра ўніз, пры гэтым цвёрдае крыло аказвае ўніз і накіравана наперад на вадкасць. Згодна з трэцім законам Ньютана, вадкасць будзе, такім чынам, прыкладваць сілу крыла ўверх і назад, а выніковая сіла:
Крыніца: Авіяцыя

дзе ўзыходзячы кампанент называецца пад'ёмнік, а зваротны кампанент - выкліканае перацягванне.

Цяпер, каб цалкам зразумець, чаму гэта магчыма, важна ўлічыць прычыну таго, што паветра сапраўды застаецца прымацаваным да паверхні крыла. Задумваліся над гэтым?

3. Паветра ідзе па форме крыла і ... прыліпае да яго ?!

Прывітанне з законам Паскаля.

Паветра вакол самалёта знаходзіцца на характэрным значэнні ціску для зададзенай вышыні. Давайце назавем гэта проста атмасферным ціскам.

Закон Паскаля абвяшчае, што ціск на часціцу вадкасці перадаецца аднолькава ва ўсе бакі, гэта значыць, што ўся паверхня крыла пастаянна знаходзіцца пад ціскам атмасфернага паветра вакол яго.

Паветра з'яўляецца натуральным глейкім, гэта азначае, што ён ліпкі і хоча прыляпіць да кожнай паверхні знаходкі, ствараючы нешта, званае памежным пластом.

Крыніца: Як усё ляціць

Калі б паветра не быў глейкім, не было б магчымасці лётаць, таму што ён проста ігнараваў бы любую паверхню, а не дзейнічаў на яе.

Менавіта таму самалёт можа адбыцца, калі на крылах плоскасці ўтвараецца лёд: гэта прывядзе да пагранічнага пласта ад паверхні і стварыць аэрадынамічную стойку.

Таму

  • атмасферны ціск, які ўздзейнічае на крылы + натуральная глейкасць паветра = вырашана загадка: паток трымаецца на паверхні.

Вы таксама можаце суаднесці гэты феномен з першым законам Ньютана: цела, якое рухаецца ў пэўным кірунку, будзе працягваць рухацца па сваёй траекторыі, калі на яго не дзейнічае знешняя сіла.

Смешна, як рэчы злучаюцца паміж сабой.

Трымайцеся цікаўных!