Как бумажные самолетики создают подъемную силу, если их крылья плоские?

Бумажные самолетики создают подъемную силу, как и любой другой самолет. Не позволяйте поперечному сечению крыла сбить вас с толку; то, что «видит» воздух, имеет другую форму.

Когда плоская пластина проходит через воздух под положительным углом атаки, точка торможения потока (где воздух разделяется на верхний и нижний пути потока) находится немного ниже передней кромки крыла. Теперь линия тока чуть выше той, которая попадает в точку торможения, должна пройти через острый угол передней кромки, что приведет к ее отделению от поверхности. Это создает небольшой разделительный пузырек, который для обтекаемых линий вверх выглядит как круглая передняя кромка, и, поскольку остальная часть крыла не имеет кривизны, поток скоро снова присоединится. Чем больше становится угол атаки, тем дальше будет точка торможения и тем больше становится разделительный пузырь. В какой-то момент, чему способствует стреловидность передней кромки, отрывной поток не сцепится, а создаст вихрь,

Картинка выше из симуляции; полное видео смотрите здесь . Обратите внимание на красный цвет в передней части верхней стороны: это указывает на низкое местное давление, которое необходимо для того, чтобы внешний воздух преодолевал переднюю кромку плюс разделительный пузырь (см. здесь объяснение на молекулярном уровне). В отрывном пузыре низкое давление не сопровождается высокой скоростью потока, так как отрывная турбулентность поглощает большую часть кинетической энергии.

Фактический радиус носа бумажного крыла не имеет значения, и он может быть даже равен нулю (например, когда вы подгоняете бритвенные лезвия к передней кромке): воздух создаст свою собственную форму аэродинамического профиля, заполняя отделенным воздухом то, чего нельзя достичь прикрепленным воздухом. поток.

Бумажные самолетики имеют достаточно низкую нагрузку на крыло, поэтому их угол атаки мал, а расстояние между ними не становится слишком большим. Все, что ему нужно, это центр тяжести на четверти хорды крыла; Вот почему вам нужно сначала сложить лист бумаги.

Интересно наблюдать за полетом бумажного самолетика треугольной формы с чуть утяжеленным хвостом: он постепенно сбавляет скорость и начинает раскачивать крылья, когда приближается к сваливанию. Как только одно крыло опускается, внезапное увеличение его местного угла атаки увеличивает подъемную силу настолько, что качение меняется на противоположное без заметного рыскания. Дельта-образная плоская пластина обеспечивает эффективное гашение качки прямо в стойле. Отсутствие рыскания в основном связано с высокой инерцией рыскания, но также указывает на то, что нарастание сопротивления в лучшем случае умеренное.

Конечно, после нескольких периодов раскачивания нос опустится, и он наберет скорость, как любой хорошо управляемый самолет.

Как плоское крыло создает подъемную силу, если с обеих сторон одинаковое давление воздуха?

Две стороны не имеют одинакового давления.

Плоская плоскость все еще может создавать подъемную силу (представьте, что вы высунули пластину из окна движущегося автомобиля, если вы направите ее немного вверх, она сильно поднимется вверх, это подъемная сила). Основная причина заключается в условии Кутты , которое должно выполняться на задней кромке: это создаст циркуляцию вокруг плоской пластины, создаст перепад давления и, таким образом, создаст подъемную силу.

Бумажные самолетики неизбежно упадут не потому, что они не создают подъемной силы, а потому, что у них также есть сопротивление (и нет тяги), которое замедлит их и, следовательно, уменьшит создаваемую подъемную силу.

Забавно, как много людей неправильно понимают такой фундаментальный принцип полета, как то, как крыло самолета создает подъемную силу.

Большинство недоразумений происходит из-за неправильных учебников, написанных неквалифицированными людьми, которые разбираются в полетах, но не в физике. Эта неверная информация часто передается в школах летной подготовки летными инструкторами, которым сами давали неверную информацию.

Ваш вопрос точно демонстрирует этот момент. Я мог бы переформулировать вопрос так: «Если бумажный самолетик летит с прямыми крыльями, значит ли это, что форма крыла самолета не является той вещью, которая на самом деле создает подъемную силу?». Ответ очевиден.

Неправильный анализ подъемной силы обычно выглядит примерно так: крыло самолета создает подъемную силу, потому что воздух, движущийся по изогнутой поверхности сверху, должен двигаться быстрее, чем воздух, движущийся по более короткой поверхности снизу. В соответствии с принципом Бенули более быстро движущийся воздух создает область низкого давления, которая засасывает крылья вверх.

Как же тогда самолет летит вверх ногами? Не будет ли теперь область низкого давления находиться внизу, притягивая самолет к земле? Как летает бумажный самолетик с плоским крылом? Ответ заключается в том, что подъемная сила создается не формой крыла самолета.

Крыло самолета создает подъемную силу за счет физических реакций поверхности крыла, соприкасающейся с воздухом, когда крыло движется в воздухе, отклоняя воздух вниз. В соответствии с третьим законом движения Ньютона эта направленная вниз сила воздействует на крыло равной и противоположной направленной вверх силой, создавая подъемную силу. Увеличивайте угол отклонения, вызванный крылом (известный как угол атаки), и создаваемая сила увеличивается, создавая еще большую подъемную силу при заданной воздушной скорости, по крайней мере, до тех пор, пока она не достигнет критического угла атаки, при котором сила замедления, создаваемая повышенное сопротивление в конечном итоге превышает подъемную силу, что приводит к сваливанию самолета.

Так почему же крылья самолетов не плоские? Как и в природе (в случае с птицами), изогнутая поверхность крыла самолета помогает уменьшить лобовое сопротивление, позволяя воздуху плавно обтекать крыло, не разделяясь и не создавая турбулентности. Меньшее сопротивление означает более эффективное крыло.

Если вы хотите узнать больше, у НАСА есть полезная информация по этой теме на их веб-сайте. Вы можете проверить это здесь: https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/lift1.html

Потому что он идет по пути наименьшего сопротивления. Соскальзывание вперед через воздушную массу при падении вызывает гораздо меньшее сопротивление, чем падение на землю.

Подумайте об этом: если вы вонзите шпатель в кусок желе под углом 45 градусов, а затем потянете его прямо к себе, пойдет ли он прямо к вам или лезвие может наклониться в одну или другую сторону? (в зависимости от того, в каком направлении был более близкий край...)

Могли бы вы сказать, что это явление происходит из-за перепада студенистого давления или что шпатель создавал подъемную силу? Я бы не стал. Я не инженер, но я бы сказал, что нож просто пошел по пути наименьшего сопротивления.

Это правда, что плоское крыло может создавать подъемную силу, но крылья бумажного самолетика не плоские сверху. У них есть сложенный кусок сверху, который немного изгибается вверх. Воздух должен проходить большее расстояние по этой небольшой кривой по сравнению с нижней частью крыла, как в самолете. Более быстрый воздух вызывает падение давления относительно нижней части крыла, таким образом, подъемную силу.