Пожалуйста, объясните для неспециалиста воздушные потоки над и под аэродинамическими крыльями.

Это все связано с геометрией.

(для полной истории, вот хорошая ссылка )

Ответ на самом деле заключается в том, что это немного сложно, потому что есть много способов вызвать эффект для разных самолетов. Низкое давление обычно вызвано кривизной крыла. Верх крыла чаще более выпукло изогнут, чем низ, поэтому давление несимметрично. Этот эффект также может быть вызван изменением угла атаки. В общем, мы находим, что дальнемагистральные самолеты (такие как 747) получают максимальную подъемную силу за счет кривизны крыла, потому что получение подъемной силы за счет угла атаки означает, что вы платите за сопротивление. Дрэг — враг дальнемагистральных самолетов. С другой стороны, акробатические самолеты, как правило, имеют примерно симметричные крылья, потому что они хотят иметь возможность летать вверх ногами. Они генерируют почти всю свою подъемную силу за счет изменения угла атаки. При больших углах атаки

Чтобы разобраться в этом, может помочь рассмотрение воздушного потока на молекулярном уровне:

Каждая молекула воздуха находится в динамическом равновесии между эффектами инерции, давления и вязкости:

• Инерционный означает, что масса частицы хочет двигаться, как прежде, и ей нужна сила, чтобы убедиться в обратном.
• Давление означает, что частицы воздуха все время колеблются и отскакивают от других частиц воздуха. Чем больше подпрыгивая, тем больше силы они воздействуют на свое окружение.
• Вязкость означает, что молекулы воздуха из-за этих колебаний стремятся принять скорость и направление своих соседей.

Обтекание верхней стороны крыла

Теперь о воздушном потоке: когда крыло приближается на дозвуковой скорости, область низкого давления над его верхней поверхностью будет всасывать воздух впереди него. Посмотрите на это так: выше и ниже по потоку от пакета воздуха у нас меньше отскоков молекул (= меньшее давление), и теперь неуменьшающийся отскок воздуха ниже и выше по потоку от этого пакета будет толкать его молекулы воздуха вверх и к этому крылу. Пакет воздуха будет подниматься и ускоряться по направлению к крылу и всасываться в эту область низкого давления. Из-за ускорения пакет будет растягиваться в длину, и его давление падает синхронно с набором скорости — по крайней мере, на дозвуковой скорости. Растекание происходит в направлении потока - пакет искажается и вытягивается в длину, но сжимается в направлении, ортогональном потоку. Оказавшись там, он «увидит» что крыло под ним изгибается в сторону от своего пути движения, и если бы этот путь оставался неизменным, между крылом и нашим пакетом воздуха образовался бы вакуум. С неохотой пакет изменит курс и будет повторять контур крыла. Для этого требуется еще более низкое давление, чтобы заставить молекулы изменить свое направление. Этот быстротекущий воздух с низким давлением, в свою очередь, всасывает новый воздух впереди и ниже себя, затем замедляется и восстанавливает прежнее давление над задней половиной крыла и вытекает с новым направлением потока.

Приближаясь к скорости звука, это растяжение сопровождается разрежением воздуха — плотность уменьшается с увеличением скорости. Трубка потока будет сжиматься меньше, поэтому необходимо удалить больше воздуха, чтобы освободить место для приближающегося самолета. При скорости звука истончение от ускорения точно уравновешивается расширением трубки потока от падения плотности, и самолет уже не может протиснуться так же легко, как раньше - это звуковой барьер. При сверхзвуковой скорости это расширение становится доминирующим и, к счастью, сопровождается увеличением плотности при замедлении потока. Теперь воздух в потоке деускоряется и сжимается из-за увеличения плотности, снова позволяя самолету протиснуться. Следовательно, сверхзвуковая подъемная сила больше не вызывается изгибом и кривизной, а наклоном самолета к направлению его движения, что вызывает увеличение давления на нижней стороне крыла.

Вернемся к дозвуковому полету: здесь подъемная сила может произойти только в том случае, если верхний контур крыла будет наклонен вниз и в сторону от начального пути воздуха, обтекающего переднюю кромку крыла. Это может быть либо развал, либо угол атаки — оба будут иметь одинаковый эффект. Поскольку изгиб позволяет постепенно изменять контур, он более эффективен, чем угол атаки.

Обтекание нижней стороны крыла

Пакет воздуха, оказавшийся под крылом, будет испытывать меньший подъем и ускорение, а в выпуклой части сильно изогнутых профилей он будет испытывать сжатие. Он также должен изменить свой путь потока, потому что криволинейное и/или наклонное крыло будет толкать воздух под ним вниз, создавая большее давление и больший отскок сверху для нашего пакета под крылом. Когда оба пакета прибудут на задний фронт, они наберут некоторую нисходящую скорость.

За крылом оба пакета некоторое время будут двигаться вниз по инерции и толкать другой воздух под ними вниз и в стороны. Над ними этот воздух, который раньше отталкивался вбок, теперь заполнит пространство над нашими двумя пакетами. Макроскопически это выглядит как два больших вихря. Но воздух в этих вихрях уже не может воздействовать на крыло, поэтому не повлияет на лобовое сопротивление или подъемную силу. См . здесь для получения дополнительной информации об этом эффекте , включая красивые картинки.

Вершина действительно имеет переменное контурное давление, спереди, начиная от кромки крыла до части передней передней кромки, имеет даже положительное давление из-за лобового сопротивления крыла, но на большей части остальной площади задней части крыло имеет отрицательное давление, потому что поток воздуха загибается вниз.

Многие новые теории подъемной силы не принимают принцип Бернулли в качестве основной причины подъемной силы, потому что он не может объяснить, почему самолеты могут летать вверх ногами. Они учитывают сложный набор факторов, таких как сохранение массы в пограничном слое, искривление потока и эффект Бернулли. Однако важно, чтобы пограничный слой не отделялся от задней части крыла, вызывая сваливание.

В общем, идея заключается в том, что и верх, и низ крыла искривляют поток пограничного слоя воздуха, изменяют импульс воздуха вниз и вызывают разницу давлений сверху и снизу и, по Ньютону, вызывают равную и противодействующая сила, подъемная сила, на крыле.

Другой компонент подъемной силы - это наклонный поток воздуха над верхней частью аэродинамического профиля, оставляющий за собой полувакуумную зону, которая в оптимальном случае может быть очень сильной силой, учитывая теоретический предел давления в 1 атмосферу на задней части крыла.

Реальная динамика подъемной силы очень сложна, и коэффициент CL, коэффициент подъемной силы, связанный с профилем аэродинамического профиля и его удлинением, развалом и длиной хорды, и некоторыми другими свойствами в основном определяется в аэродинамических трубах.

Даже в научной или профессиональной литературе есть несколько неверных объяснений подъемной силы (я частный пилот), а также несколько правильных, но сложных теорий. Вот ссылка на страницу Википедии о лифте, которая пытается объяснить неправильные и правильные теории.

Подъемная сила

Для обывателя:

Визуализируйте типичное крыло со слегка приподнятым передним (левым) крылом:

вот так: '\'но только немного.

Больше похоже на это' - .

Он движется влево " <---."

Воздух движется мимо крыла вправо'air --> ' - . wing

Посмотрите на дно. Он движется к воздуху. Он толкает воздух так же, как вы толкаете воду в бассейне, когда пытаетесь бежать. Вы можете почувствовать давление, которое вы вызываете, толкая при движении к воде. То же самое с крылом.

Значит, под крылом немного больше давления.

Над крылом воздух следует кривой. (Кстати, это НЕ Коанда. Это немного похоже, но это не совсем Коанда). Не беспокойтесь о том, почему мы просто знаем, что он следует по кривой траектории над крылом. Кроме того, важен ПУТЬ воздуха, а не просто форма крыла. ИЗОГНУТЫЙ ПУТЬ ПОТОКА.

Этот воздух крутится по кривой, как вы на карусели на детской площадке. Вы пытаетесь идти прямо, но вас втягивает в поворот, так что ВЫ уходите от центра поворота.

На крыле воздух пытается уйти от этого изогнутого пути, что снижает давление на поверхность.

[ НЕТ Бернулли. Быстрый воздух не вызывает снижения давления. Дело в том, что более высокое давление позади этого воздуха толкает его быстрее, поэтому ВОТ почему он движется быстрее, когда достигает низкого давления - давление сзади толкает его быстрее.]

Итак, на верхней поверхности давление немного меньше.

Это подъемная сила... разница давлений сверху вниз: больше при выталкивании вверх, чем при выталкивании сверху вниз. Результатом является «чистый» толчок вверх.

Кроме того, давление, создаваемое относительным ДВИЖЕНИЕМ (крыла и воздуха), ТАКЖЕ вызывает все другие движения воздуха вокруг крыла, когда оно проходит мимо. Я не буду вдаваться в подробности здесь, но см. мои ссылки ниже.

Это те же самые давления, которые также толкают кучу воздуха вниз, что удовлетворяет третьему закону Ньютона, который другие люди любят называть «вызванным» подъемом.

Краткое содержание:

• Движение толкает воздух, вызывая изменения давления.

• К счастью, эти изменения толкают крыло вверх и немного воздуха вниз.

• Сделанный.

Пожалуйста, дайте мне знать, если это поможет.

Некоторые другие ответы касаются некоторых из этих вопросов, но они довольно сложны. - - С уважением, Стив

PS Бернулли не учит нас тому, что быстро движущийся воздух имеет меньшее давление. Это плохая наука, повторяемая слишком многими людьми.

Вот мои полные объяснения:

https://www.quora.com/profile/Steve-Noskowicz/Understanding-Bernoullis-Principle

https://www.quora.com/profile/Steve-Noskowicz/Понимание-Лифт