Если профиль крыла тянет самолет вверх, то почему самолеты могут летать перевернутыми?

Я упрощаю здесь, но каждое введение в полеты показывает нам, что профиль крыла приводит к более низкому давлению на верхнюю часть крыла, поэтому крыло и прикрепленный к нему самолет будут подтягиваться.

Все в порядке.

Как это объясняет самолет, летящий перевернутым? Если бы объяснение было правильным, самолет потянулся бы к земле.

обязательный XKCD: xkcd.com/803

Ответы (5)

Обычно аэродинамический профиль оптимизируется для достижения наилучшей эффективности подъемной силы / лобового сопротивления (L / D) для определенного профиля полета (обычно это компромисс). Поскольку большую часть времени для большинства самолетов перевернутый полет не является проблемой, вы получаете аэродинамический профиль, оптимизированный для вертикального полета, и это лучше всего достигается с асимметричной геометрией.

Однако в зависимости от угла атаки любой аэродинамический профиль может (и будет) создавать «отрицательную» подъемную силу, только гораздо менее эффективно, чем в оптимизированном режиме, что приводит к увеличению сопротивления.

Желаемый угол атаки для обычных аэродинамически управляемых самолетов поддерживается рулем высоты. Для симметричных аэродинамических профилей, обычно используемых для пилотажных самолетов, характеристики вертикального и перевернутого полета очень похожи. Для 99% всех других аэродинамических профилей перевернутый полет будет работать до определенного момента, в зависимости от доступной мощности, центра тяжести, максимальной подъемной силы и силы руля направления, доступных до сваливания. В результате для некоторых самолетов стабильный перевернутый полет не может поддерживаться, в то время как для других он может быть (но с различными потерями в характеристиках, скорости сваливания и т. д.). Аэродинамическая возможность перевернутого полета, конечно, ограничена конструктивными и другими соображениями.

Не существует такого понятия, как «отрицательный подъем». Крыло создает силу (подъемную силу), равную ускорению массы воздуха вдали от траектории полета, умноженной на массу этого воздуха. Для горизонтального полета этот вектор ускорения массы x равен и противоположен ускорению свободного падения. Неважно, обращена ли блестящая сторона самолета к небу или к земле.
@JimInTexas таким образом, кавычки.
@JimInTexas Конечно, есть такая вещь, как отрицательный подъем. Сила – это векторная величина, имеющая как направление, так и величину. Чтобы направление имело смысл, оно должно быть определено по отношению к некоторой системе отсчета. Определение его относительно аэродинамического профиля обычно наиболее полезно для аэродинамики. Как правило, эта система отсчета определяется так, что «блестящая сторона» считается положительной. Таким образом, при AoA, когда подъемная сила создается в другом направлении (независимо от ориентации фольги по отношению к земле), вектор подъемной силы действительно будет отрицательным.
@reirab, возможно, мне следует поработать над этим ответом, чтобы удалить некоторую нечеткость, или не стесняйтесь редактировать.
@yankeekilo Ответ мне кажется хорошим. Я как раз обращался к комментарию Джима.
@reirab оценил: D

Эта связь между кривизной крыла и перепадом давления с обеих сторон часто является частью объяснения «равного времени прохождения»; воздух на изогнутой стороне должен пройти большее расстояние за то же время, поэтому движется быстрее, что приводит к более низкому давлению. Это объяснение очень распространено и совершенно неверно.

В обычном полете поднятие носа заставляет самолет набирать высоту, потому что крылья встречаются с воздухом под более крутым углом; подъемная сила увеличивается. Логично, что вращение крыльев в противоположном направлении уменьшает подъемную силу. На самом деле, направьте нос достаточно далеко вниз, и крылья вообще не будут создавать подъемной силы. Кроме того, создаваемая подъемная сила становится отрицательной, и крылья начинают тянуть самолет вниз.

Во время нашего гипотетического маневра наше положение изменилось примерно на 10°. Это еще не совсем полет вверх ногами, изогнутая сторона крыльев все время была сверху. Направлен ли вверх подъемная сила или нет, зависело от угла, под которым крылья встречаются с воздухом, от угла атаки.

То же самое верно и для перевернутого полета. Если мы оказываемся в положении, когда крылья тянут нас вниз, мы поднимаем нос. Сначала исчезнет подъемная сила вниз, а при больших углах атаки начнет указывать вверх и увеличиваться. При достаточных скоростях полета и углах атаки у нас достаточно подъемной силы, чтобы поддерживать высоту вверх ногами.

Так почему же крылья вообще должны быть изогнутыми? Они не делают. Плоские крылья также обеспечивают подъемную силу при ненулевых углах атаки и вполне пригодны для использования, но не очень эффективны. Аэродинамические поверхности правильной формы создают большую подъемную силу и меньшее сопротивление. Чтобы узнать почему, обратитесь к более точному объяснению того, как на самом деле летают самолеты.

Смотрите мое продолжение: Aviation.stackexchange.com/questions/1157/…
Я знаю, что этому ответу больше года, но я должен поблагодарить Маркса за то, что он придумал (или нашел) ответ более «правдивый», но понятный.
Есть даже хороший GIF, демонстрирующий, что «равное время полета» просто неверно: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/99/Karman_trefftz.gif
к вашему сведению. Крыло Т-38 симметричное. т.е. нет «дополнительного расстояния» для воздушного потока над верхней частью крыла. Однако, когда самолет находится в горизонтальном полете, его нос фактически поднят примерно на 2-3 градуса.
@romkyns Это видео является лучшей демонстрацией, поскольку оно показывает реальную физическую установку. Точки в этом GIF могли быть запрограммированы на любое движение. (Хорошо, они кажутся точным представлением, но анимированные точки следуют воле своего аниматора.)

Краткий ответ заключается в том, что объяснение неверно . То, как самолеты на самом деле создают подъемную силу, гораздо сложнее.

Я бы сказал, что это проще. Подъем создается за счет того, что воздух опускается.
@ 2NinerRomeo, если предположить, что это правда (а это не так), вопрос о том, как самолеты заставляют воздух опускаться, также сложен.
Может быть, вам нравится метод панелей, теория циркуляции или теория подъемных линий Прандтля. Может быть, вы хотели бы поспорить о системе отсчета для определения «вниз» или о том, что считается «толканием» или «тягой», возможно, вы реализовали решение Навье-Стокса для конечных крыльев. В конце концов, если вы сделали подъемную силу, вы изменили импульс воздуха, через который двигались. Я предлагаю вместо того, чтобы говорить, что «Бернулли не прав» или кто-то еще в этом отношении, признать достоинства их аргументов, предлагая свои уточнения. Люди сочтут это информативным, и ваша репутация улучшится.
Чтобы прояснить мою точку зрения, понятие подъемной силы можно выразить просто. Когда дело доходит до получения количественной модели с пригодной для использования точностью, я согласен с тем, что речь идет о большей сложности.

Принцип Бернулли (форма аэродинамического профиля) является лишь одной из подъемных сил.

Не менее важным является отклонение (закон Ньютона), а на винтовых самолетах - ускоренный воздушный поток.

Пожалуйста, рассмотрите возможность расширения вашего ответа. В его нынешнем состоянии это правильно, но слишком общее, чтобы быть полезным, если читатель не знаком с темой.
Закон подъемной силы Ньютона совершенно неверен. Она начинает становиться правильной на гиперзвуковой скорости, но на низких скоростях, которые имел в виду Ньютон, он просто догадывался, что происходит, и ошибался. Может быть, вы имеете в виду первый закон движения Ньютона? Тогда было бы более поучительно говорить о передаче импульса между самолетом и воздухом.

«Ньютоновская» подъемная сила — это восходящая реакция крыла на отклонение воздушного потока вниз. Наиболее эффективным способом отклонения воздушного потока является постепенное ускорение, осуществляемое за счет вогнутой нижней поверхности. Форма верхней поверхности должна предотвращать преждевременное «разделение» (хаотические вакуумные завихрения) верхнего воздушного потока. Симметричное крыло все еще может отклонять воздушный поток в зависимости от угла атаки; у него одинаковая подъемная сила и сопротивление, как в правом, так и в перевернутом положении, что не так эффективно, как у обычного крыла с правой стороной вверх, но лучше, чем у обычного перевернутого крыла.

Если профиль крыла тянет самолет вверх, то почему самолеты могут летать перевернутыми?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v