De ce zboară un avion
De John S Denker om de știință și pilot
Introducere.
Această pagină conține doar câteva extrase din capitolul trei al cărții de internet Vedeți cum zboară de
John S. Denker pe care îl puteți găsi la https://www.av8n.com/how/
Fluxul de aer în jurul aripii.
Vă voi explica cum se comportă fluxul de aer în jurul unei aripi.
Multe dintre ilustrații, cum ar fi Figura 3.1, au fost produse de un simulator de tunel de vânt, un program pe care l-am scris pentru computerul meu. Aripa este staționară în mijlocul tunelului de vânt și fluxul de aer este direcționat de la stânga la dreapta. În amonte de aripă (lângă marginea stângă a figurii) am așezat o serie de injectoare de fum. Șapte dintre ele funcționează continuu prin injectarea unor fluxuri subțiri de fum de culoare violet. Fumul este trimis în jurul zmeului și după zmeu prin fluxul de aer, făcând liniile curente evidente.
Figura 3.1: Curge în jurul unei aripi
Apoi, pe o distanță verticală de cinci ori mai îngustă, injectez serpentine de fum pulsant. Fumul este trimis timp de 10 milisecunde la fiecare 20 de milisecunde. În figură, fumul albastru a început să se injecteze cu 70 de milisecunde în urmă, fumul verde a început să se injecteze cu 50 de milisecunde în urmă, fumul portocaliu a început să se injecteze cu 30 de milisecunde în urmă, iar fumul roșu a început să se injecteze aici cu 10 milisecunde. Injecția de fum roșu se încheia când a fost făcută instantaneul.
Figura 3.2: spălare sus-spălare descendentă.
Figura 3.3: Fluxul de aer în jurul aripii
Figura 3.4: Întârzierea debitului
Gândiți-vă la scenariul descris în Figura 3.4 ca la un râu care curge de la stânga la dreapta. Punând capătul unei bucăți de furtun de grădină în râu, eu sifonez apa, o las să piardă timpul trecând prin câțiva centimetri de furtun înfășurat în sus, apoi mă întorc la râu prin celălalt capăt. Apa trecută prin conductă va întârzia. Porțiunea întârziată de apă nu va ajunge niciodată din urmă cu restul curentului; și, în plus, nici măcar nu va încerca să-l prindă.
Rețineți că întârzierea apei nu necesită compresie sau frecare.
Acum să studiem comportamentul aerului în apropierea unei aripi. Poate fi împărțit în două părți:
- Efectul obstacol;
- Efectul traficului.
Prima parte: efectul obstacol
Aripa este un obstacol în calea aerului. Fluxul de aer care trece în apropierea unui astfel de obstacol va fi întârziat. Acest lucru se datorează faptului că aerul care se apropie în mod arbitrar de o linie de stagnare va fi întârziat în timp. Moleculele de aer aflate în jurul valorii de aproape de linia de stagnare, ne fac să ne gândim la proverbul măgarului la jumătatea distanței dintre două baloturi de fân, incapabil să decidă ce opțiune să aleagă.
Aerul din apropierea aripii este retardat în raport cu aerul netulburat care trece mai departe. Efectul de obstacol este mai mult sau mai puțin același pentru o parte care trece deasupra aripii ca și cea care trece sub aripă. Acest efect scade foarte repede în funcție de distanța de la zmeu. Puteți vedea din cele trei panouri din Figura 3.5 că aerul lovește linia de stagnare (marginea de conducere), dar nu lovește niciodată linia de stagnare din spate (marginea de ieșire). Când aripa este la unghi de ridicare zero, acest efect de obstacol este esențial, așa cum se arată în prima figură 3.5 .
Figura 3.5: Flux de aer la diferite unghiuri de atac
Partea a doua: efectul traficului
Presiunile din jurul aripii
Figura 3.6 prezintă graficele diferitelor presiuni din jurul aripii. Toate presiunile sunt măsurate în raport cu presiunea atmosferică ambiantă în fluxul liber. Regiunile albastre indică depresiuni, adică presiuni mai mici decât presiunea ambiantă, în timp ce regiunile roșii indică suprapresiuni, adică presiuni mai mari decât presiunea ambientală. Linia de despărțire între presiune și depresie este, de asemenea, prezentată în figură.
Figura 3.6: Presiuni în jurul aripii
Debitul de aer și presiunile din jurul aripii
Figura 3.7 arată ce se întâmplă în jurul aripii pe măsură ce unghiul de atac se schimbă. Puteți vedea că, atunci când viteza se schimbă, se schimbă și presiunea.
Figura 3.7: Debitul și presiunea aerului în jurul aripii
Se pare că, având în vedere câmpul de viteză, este destul de simplu să calculăm câmpul de presiune. Într-adevăr, există două modalități de a face acest lucru, vom vedea unul dintre ele mai jos.
Știm că aerul are masă. Aerul în mișcare își continuă elanul. Dacă porțiunea de aer urmează o cale curbată, este necesară o forță netă, așa cum este cerut de legile lui Newton.
Presiunea singură nu face o forță netă, aveți nevoie de o diferență de presiune, astfel încât o parte a porțiunii de aer să fie mai comprimată decât cealaltă. Prin urmare, regula este după cum urmează: Dacă în vreun moment curgerile sunt îndoite, presiunea în locurile învecinate este diferită.