Какой принцип лежит в основе полета самолетов? [дубликат]

Самолеты летают в основном потому, что их крылья толкают воздух вниз. Когда воздух выталкивается вниз, восходящая сила толкает крыло вверх.

Движение воздуха вниз достигается двумя способами, оба из которых используются в самолетах:

1. Передняя кромка крыла выше задней, поэтому крыло действует как клин. Угол между линией от передней кромки (передней кромки крыла) до задней кромки (задней кромки крыла) и набегающим на крыло потоком воздуха называется углом атаки .
2. Профиль крыльев таков, что заставляет верхний воздушный поток двигаться быстрее, чем воздушный поток под крылом. Когда эти воздушные потоки встречаются на задней кромке, более быстрый воздушный поток, идущий сверху, наклоняет воздушный поток вниз.

Часть подъемной силы создается за счет более быстрого воздушного потока в верхней части крыла: по мере ускорения воздушного потока давление воздуха падает, вызывая всасывание в верхней части крыла.

Чтобы достичь подъемной силы, самолет должен двигаться вперед, поэтому ему либо нужен двигатель, чтобы толкать или тянуть его, либо он должен скользить вниз.

Чтобы получить большую подъемную силу, самолеты либо увеличивают угол атаки (поднимая переднюю кромку еще выше, чем заднюю), либо летят быстрее. Чтобы получить меньшую подъемную силу, сделайте наоборот. Регулировка подъемной силы, конечно же, заставит самолет подниматься или опускаться.

Если угол атаки становится слишком большим, воздух больше не может следовать изгибу верхней поверхности крыла, и крыло теряет свою подъемную силу. Это называется стойло. Крыло глохнет, если самолет движется слишком медленно, поэтому все самолеты имеют минимальную безопасную скорость.

Очевидно, что для самолетов также существует максимальная скорость, обычно ограниченная конструкцией самолета, которая больше не может выдерживать нагрузки, создаваемые быстро движущимся воздухом.

Как писал Jpe61 , важно то, что воздух выталкивается вниз. Вопреки тому, что часто говорят, на самом деле это не имеет ничего общего с эффектом Бернулли.

Течение на нижней стороне крыла довольно легко понять: воздух сталкивается с поверхностью, через которую он не может проникнуть, поэтому он вынужден изменить свой путь с горизонтального на движение по диагонали вниз по крылу.

В точке, где путь изгибается, на молекулы воздуха должна воздействовать направленная вниз сила. По третьему закону Ньютона на крыло должна действовать противоположная сила, и именно она толкает самолет вверх.

Легко, верно?

...Ну, этого на самом деле недостаточно. Рассмотрим форму крыла, как показано ниже, где у вас также есть отклонение пути вниз, но по-прежнему нет чистой подъемной силы:

Вы можете видеть, что подъемной силы нет из-за того, что поток воздуха после крыла снова горизонтален, т.е. воздуху не сообщается вертикальный импульс.

^{Обратите внимание, в частности, что двух часто упоминаемых факторов недостаточно для создания подъемной силы: 1. передняя кромка крыла выше задней кромки 2. верхняя поверхность длиннее шнура, чем нижняя поверхность.}

Таким образом, решающим моментом является то, что вам удается удерживать поток воздуха по диагонали вниз после прохождения крыла. Вот тут-то и проявляется важность верхней поверхности: она должна образовывать достаточно плавную кривую, чтобы воздух следовал за ней, струясь по касательной. В этом случае потоки над и под крылом будут двигаться вниз по задней кромке, поэтому они могут просто снова слиться и продолжить движение по диагонали.

Но зачем воздуху вообще изгибаться над крылом? Ведь там нет ничего, что мешало бы ему двигаться дальше по прямой.

Причина в атмосферном давлении. Если бы молекулы действительно двигались по прямой линии, над крылом была бы целая область вакуума . На границе между этим вакуумом и потоком воздуха выше был бы огромный градиент плотности и давления, который толкал бы молекулы воздуха вниз в область вакуума. Это очень жестокий процесс; это происходит, когда космические капсулы возвращаются в атмосферу на гиперзвуковых скоростях, но не в крыльях самолета.

Вместо этого с правильным профилем крыла при соответствующей скорости и углу атаки вы получаете плавный поток над крылом, в котором отсутствует вакуум. Однако это связано с пониженным давлением прямо над изогнутой частью крыла. Именно градиент давления между этой областью низкого давления и окружающим воздухом с более высоким давлением выше поддерживает криволинейный поток. И область низкого давления также добавляет подъемную силу в дополнение к подъемной силе избыточного давления от нижней поверхности.

^{Это также вызывает эффект всасывания: воздух с более высоким давлением перед крылом ускоряется, поскольку он всасывается в область низкого давления. Значит, поток воздуха там быстрее — эффект Бернулли . Однако это не совсем относится к принципу работы подъемной силы.}

При слишком большом УА, или слишком малой воздушной скорости, или недостаточном развале крыла происходит нечто иное: поток застопоривается , и вместо движения по верхней поверхности получается неуправляемая турбулентность. Это создает сильные пульсации давления, которые также нарушают течение из- под крыла за заднюю кромку. В конечном итоге весь поток за крылом становится турбулентным и не имеет нисходящего импульса, поэтому застопорившееся крыло не создает подъемной силы или резко снижает подъемную силу.

Короче говоря, самолеты летают, потому что форма их крыльев и положение, в котором они движутся по воздуху, создают подъемную силу.

Хотя до сих пор ведутся споры о том, как именно крылья делают это, наука свела причину к основной принципиальной причине, являющейся следствием двух разных явлений.

Крылья создают подъемную силу, изменяя импульс воздуха, проходящего вокруг них. Они делают это за счет кривизны или выпуклости их верхней и нижней поверхностей, которые выполняют две функции. Во-первых, воздушный поток, ударяющийся о нижнюю поверхность крыла, отклоняется вниз, что приводит к изменению импульса и результирующей подъемной силы за счет сохранения импульса и третьего закона движения Ньютона. Представьте себе ребенка, высунувшего руку из окна автомобиля ладонью вниз и пальцами, направленными к передней части автомобиля. Когда автомобиль едет по дороге на большой скорости, ребенок испытывает силу, действующую на его руку, которая пытается толкнуть ее вверх и назад. крыло делает то же самое.

Второе действие заключается в том, что воздух, проходящий над верхней частью крыла, ускоряется, что вызывает падение давления над верхней поверхностью крыла в соответствии с принципом Бернулли. Эта область низкого давления втягивает воздух высокого давления, окружающий ее, изменяя его импульс и приводя к подъемной силе. Эти две подъемные силы составляют общую подъемную силу, которая противодействует силе тяжести. Как следствие, самолет теперь может летать.

Величина подъемной силы, которую мы можем создать, прямо пропорциональна квадрату воздушной скорости, плотности воздуха и углу атаки, то есть углу между линией хорды и направлением воздушного потока на крыло.

В соответствии с принципом Бернулли: жидкости при более высоких скоростях создают низкое давление в этой точке, что влияет на окружающее высокое давление, оказывая силу на область низкого давления.

Крылья самолета сконструированы таким образом, что скорость воздуха над крылом выше, чем под ним, вызывая разницу давлений (низкое давление над крыльями и высокое давление под крыльями), следовательно, толкая самолет вверх.

Для седьмого класса?

Как насчет:

Потому что воздух состоит из мельчайших частиц, называемых атомами или молекулами, и когда самолет движется по воздуху, он сталкивается с этими частицами, и они отскакивают от самолета и толкают его, точно так же, как если бы вы ударили или толкнули что-то своим телом. рука.