Принцип аэродинамической подъемной силы: в летных школах тоже учат заблуждениям?

Описание подъемной силы как результата «равного времени прохождения» по обеим сторонам аэродинамического профиля является ошибочной теорией, широко распространенной в технических книгах и статьях для широкой публики (подробнее об этом объяснении см. Ниже).

Но такое объяснение также можно найти в книгах по авиации, несмотря на то, что НАСА определило его как неверную теорию (НАСА объясняет, что если подъемная сила рассчитывается по законам жидкости, основанным на воздушной скорости по обеим сторонам аэродинамического профиля, результат не будет соответствовать то, что наблюдается в реальной жизни).

Вопрос

Эта очень популярная теория также преподается в летных школах? (Обратите внимание, что вопрос касается обучения пилотов, а не того, что такое подъемная сила .)

Приложение: Популярное объяснение лифта при равном времени прохождения :

Сторонники этой теории объясняют аэродинамическую подъемную силу перепадом давления между нижней и верхней сторонами крыла, создаваемым принципом Бернулли. Они говорят:

  • Воздух должен перемещаться на большее расстояние по верхней стороне из-за кривизны профиля (не подходит для всех профилей крыльев).

  • Обе стороны должны быть пройдены за одинаковое количество времени, чтобы молекулы воздуха, которые находились поблизости перед крылом, снова встретились позади него (может быть правильным или неправильным).

    введите описание изображения здесь

  • По принципу Бернулли ускоренный поток воздуха имеет более низкое давление. Тогда давление ниже в верхней части крыла и выше в нижней. Следовательно, на крыло действует сила, имеющая вертикальную составляющую, направленную вверх. Этот компонент уравновешивает вес самолета и позволяет ему оставаться в воздухе.

это хорошо обсуждается на физике.SE: physics.stackexchange.com/questions/290/…
Очень хороший. Я добавляю эту ссылку в раздел вопросов. Обратите внимание, что вопрос о том, чему учат в летной школе.
« Смотрите, как это летает» объясняет физику, относящуюся к летательным аппаратам, включая подъемную силу , и предназначен специально для авиаторов.
«Бернулли против Ньютона» — это самый большой бред. Фактический ответ - «Бернулли и Ньютон», и на самом деле это первый закон Ньютона (инерция потока необходима, чтобы затормозить на картинке).
@JanHudec: «Бернулли против Ньютона» извлекает больше результатов из Google, в этом была суть. Три закона движения, по-видимому, применяются в создании подъемной силы. Струя воздуха вниз уравновешивается подъемной силой в соответствии с 3-м законом ( см. этот слайд для ясности).
@mins: он может получить больше результатов, вопрос в том, являются ли они более правильными результатами. Конечно, струя вниз уравновешивается подъемной силой и наоборот по 3-му закону, но это не объясняет, почему крыло вообще производит струю вниз. Для этого необходимо учитывать инерцию воздуха, обтекающего наклонную поверхность и покидающего заднюю кромку (первый закон), и уравнение Бернулли для расчета поля давления. И к тому времени математика становится довольно сложной и имеет только численное решение.
Закон Ньютона объясняет, почему, толкая воздух вниз, самолет поднимается вверх. Это не объясняет, почему воздух вообще выталкивается вниз.
И наоборот, закон Бернулли объясняет, почему воздух опускается, но не объясняет, почему самолет поднимается.
@immibis: Объяснение Бернулли, по крайней мере, в том виде, в каком оно обычно представляется (изменения скорости воздушного потока создают изменения давления), не объясняет, почему изменяется скорость воздушного потока. «Равное время прохождения» — неверная попытка объяснить это. Закон Бернулли даже не объясняет отношения между давлением и скоростью; он утверждает это как факт. Любое причинное объяснение этого факта исходит из ньютоновской механики.
@JanHudec: У меня нет проблем с включением закона Бернулли в объяснение, но факт в том, что Ньютон объясняет Бернулли, а не наоборот. Как я подразумевал в своем ответе иммибису, если вы начнете с Бернулли, вы достигнете точки, где вам нужно объяснить, почему скорость воздушного потока изменяется, и это было точкой введения многих ложных сведений, включая ошибку «равного времени прохождения». .
@sdenham: я согласен.
Обратите внимание, что, как было сказано, подъем от нисходящего потока совершенно действителен и верен - законы движения действительно действуют. Распространенным заблуждением является представление о том, что частицы воздуха отражаются от нижней стороны крыла, как мячики, отскакивающие от стены. Что в грубом приближении работает для объяснения подъемной силы после сваливания, но никак не объясняет, почему воздух над крылом также отклоняется. К сожалению, объяснить это довольно сложно (нужно ввести инерцию, вязкость и кучу других вещей).
«Заблуждениям также учат в летной школе»: Конечно, это так. Это не было бы летной школой, если бы в ней не учили неверным представлениям.
@quietflyer: Вы, вероятно, не поняли смысла этого вопроса. Я не спрашивал, упоминаются ли неправильные представления и идентифицируются ли они как таковые, а спрашивают, используются ли они и идентифицируются ли они как правильные теории.

Ответы (4)

Я CFI, преподаю в большой (+200 студентов) летной школе в США. Возможно, вы удивитесь, услышав это, но...

Мы действительно не слишком беспокоимся о том, как работает крыло.

Насколько я понимаю, техническое объяснение того, как работает крыло , является предметом для инженеров, которые строят и проектируют такие вещи. Кандидаты в частные пилоты (по крайней мере, все те, кого я встречал) больше озабочены такими вещами, как «Как мне поднять самолет в воздух??» и «Что мне делать, если он снова начнет падать в спешке?»

Фактически, «Современное летное мастерство» Ван Сикла начинает главу об аэродинамике словами (перефразируя):

Некоторые концепции, представленные в этой главе, неверны, но они являются полезными иллюстрациями.

Итак, отвечая на ваш вопрос, мы учим, что:

  1. Выравнивание крыла относительно ветра вытесняет воздух вниз, что создает подъемную силу.
  2. Из-за формы аэродинамического профиля воздух над крылом имеет более низкое давление, чем воздух под крылом, что также вызывает подъемную силу.

И если студент не попросит у нас больше информации, мы остановимся на этом.

Если вы надеетесь стать авиаконструктором или исследовать гидродинамику, вы быстро избавитесь от любых неверных представлений о мистере Бернулли и его асимметричном крыле. Большинство пилотов-студентов, однако, удовлетворяются предварительным обсуждением: « То, о чем мы будем говорить сегодня, технически некорректно, но вам будет намного легче понять необходимые концепции таким образом » .

Петер Кемпф сделал ценный комментарий:

На самом деле не так уж и сложно правильно понять аэродинамику, а вы так говорите, будто предпочитаете краткосрочный выигрыш глубокой основе, которая могла бы помочь пилотам действительно понять, что происходит с их самолетом, и выбрать наиболее подходящее действие.

Что очень верно - правильно понять аэродинамику не сложно. Я буду отстаивать свою точку зрения аналогией: представьте себе магазин, в котором вы делаете покупки с ребенком, который еще не понимает сложения десятичных чисел. У вас есть две покупки, одна с оплатой $5.08и одна с оплатой $3.99. Ребенок складывает большие числа и говорит вам, что окончательная цена будет равна $8. Теперь у вас есть (по крайней мере) два варианта: вы можете начать обсуждение значащих цифр и дробного умножения (не забудьте про налог!), или вы можете похвалить ребенка за то, что он применил навыки, которые у него есть, и получил симпатичный ответ. близко.

Будет ли лучше, если ребенок со временем поймет, как считать налог, а не будет просто доверять тому, что кассир читает с экрана? Конечно. Но на той стадии, на которой находится большинство моих учеников , для их развития как пилотов гораздо полезнее просто хвалить их за то, что они достаточно близки.

Что касается JAL123, то я с вами согласен на 100%. К тому времени, как вы, как пилот, достаточно продвинетесь в своем развитии, чтобы летать на чем-то с толкающей его турбиной, вы, безусловно , должны знать принципы и концепции своей машины с высочайшей степенью точности.

На самом деле не так уж и сложно правильно понять аэродинамику, а вы так говорите, будто предпочитаете краткосрочный выигрыш глубокой основе, которая могла бы помочь пилотам действительно понять, что происходит с их самолетом, и выбрать наиболее подходящее действие.
@PeterKämpf: Это зависит от того, какой уровень понимания вам нужен. Пилоту достаточно знать, что подъемная сила пропорциональна квадрату указанной скорости и угла атаки до некоторого момента, когда она резко уменьшается из-за сваливания. Обычные объяснения этому не помогают, потому что они не объясняют остановку; Я бы сказал, что просто показать изображения линий тока должно быть достаточно.
ЯнХудек: Рассмотрим JAL123 — если бы пилот имел базовые представления о механике полета (и о влиянии высоты на работу его мозга), этой аварии, вероятно, можно было бы избежать. Самолет все еще был в некоторой степени управляемым, летая еще в течение часа после потери большей части вертикального оперения. Кстати: сваливание — не единственное, что должен понимать пилот. Но если он/она не имеет даже базового представления об аэродинамике, он/она просто прославленный водитель автобуса.
@PeterKämpf, хотя никто в симуляторе не смог добиться большего, чем команда [ 1 ]?
@ratchet freak: B-52H можно было безопасно сбить в 1964 году, потеряв вертикальное хвостовое оперение. Но пилоты использовали другую стратегию, зная, что низкий полет улучшает курсовую устойчивость. Японская команда была полностью ошеломлена, и я думаю, что другие команды в симуляторе были на том же уровне образования. Японское образование предпочитает зубрежку, но если нет процедуры, у них нет средств для разработки новой успешной стратегии.
@PeterKämpf, что B52 все еще имеет управление элеронами и рулем высоты; в то время как JAL123 - нет (только дифференциал тяги двигателя)
@ratchetfreak: ... и отделка лифта. Как еще они могли компенсировать недостающую массу вертикали? Признал, что самолет был малопригоден в полете, но на выбранной высоте меньше, чем на меньшей высоте. Это моя главная мысль - пилоты не умели себе помочь.
@PeterKämpf - я расширил свой ответ, чтобы учесть ваши отличные комментарии. Большое спасибо!
@СтивВ. Вы уверены, что 2-я и 3-я ссылки верны? Как поднять самолет в воздух?? связан с деньгами ; и что мне делать, если он снова начнет падать в спешке? это событие Control.Unload .
@Farhan - это предполагаемые цели ссылок. «Что заставляет самолет летать? Деньги». — известная шутка среди авиаторов США, а «разгрузить для контроля» — метод восстановления после расстройства.
@СтивВ. Понятно. Я слышал о денежном отношении к полетам на самолетах, но не был уверен, что многие пилоты занимаются .NET-программированием в свободное время.
Ссылка на B-52H от @Peter Kämpf испортилась, я нашел здесь хорошую ссылку: B52-H приземлился без хвоста
@ratchetfreak Если вам интересно, я заметил, что 2 июня 2017 года по какой-то причине кто-то счел нужным удалить историю о симуляциях со страницы Википедии, на которую вы ссылаетесь: en.wikipedia.org/w/…
Что-то не так с вашими ссылками - например, ваша 2-я ссылка "Как мне поднять самолет в воздух??" указывает на «Деньги» в Википедии и вашу 3-ю ссылку «Что делать, если они снова начнут падать в спешке?» указывает на функцию Microsoft .NET Framework :-(

Я могу говорить только от имени Австралийской программы, разработанной CASA (Управление по безопасности гражданской авиации — Австралия), но ожидается, что мы будем преподавать как теорему Бернулли, так и теорему об отклонении воздуха (я полагаю, что это вторая теория, которую вы речь идет о законах Ньютона).

НО, мы также должны преподавать эти предметы как теории, а не как законы, поскольку нет закона о создании подъемной силы. Так что в какой-то степени можно сказать, что мы учим неправильным представлениям, но в то же время мы открыто признаем эти заблуждения тем, кого учим.

Другая часть, которую мы открыто признаем, заключается в том, что обе теории заслуживают того, чтобы, по крайней мере, помочь понять некоторые важные характеристики аэродинамики в полете, отличным примером является сваливание. У нас есть центр давления, который смещается вперед вдоль хорды крыла по мере увеличения угла атаки из-за того, что «пик» динамического давления воздуха смещается вперед вдоль хорды крыла. В «критическом угле» он находится в крайнем переднем положении. Как только мы превышаем критический угол, крыло останавливается, и мгновенно центр давления перемещается назад по линии хорды в положение примерно на половине длины хорды из-за того, что теорема Бернулли больше не оказывает принципиального влияния на наше крыло. Теперь вступает в силу теорема об отклонении воздуха, и мы рассмотрим аналогию с «рукой из окна движущегося автомобиля».

Не могли бы вы пояснить, что вы имеете в виду, когда говорите Bernoulli's Theoremи teach these items as theories, not laws? Принцип Бернулли (увеличение скорости жидкости означает уменьшение давления жидкости) просто описывает физическую реальность; это не совсем теория.
@СтивВ. - Теорема заключается в том, как это применимо к аэродинамическому крылу самолета, так как нет физического Вентури. Принцип твердый и ни на каком этапе не вызывает сомнений, но то, как это применимо к крылу, и общее производство Подъемной силы - это пока только Теорема. Что касается вашего ответа ниже, это может иметь место в программе FAA, но в других странах, таких как Австралия, требуется, чтобы все заявители PPL имели базовое понимание того, как генерируется Lift, а для заявителей CPL должны быть хорошее понимание того, как генерируется Lift (по крайней мере, связанные с ним теоремы).
Вы, кажется, неправильно понимаете, что такое теорема (это доказанный результат математики) и что такое научная теория (это экспериментально подтвержденное объяснение того, как устроен мир). Научный «закон» — это всего лишь научная теория, настолько старая и знаменитая, что у нее есть более причудливое название. Сказать, что «мы преподаем это как теории, а не как законы» — это огромное непонимание того, что такое наука.
И «закон» даже не означает, что он более полный или точный, чем «теория». Рассмотрим закон гравитации, который был заменен теорией относительности.
Под «теоремой Бернулли» вы подразумеваете равное время прохождения или что-то еще (потому что теорема Бернулли, очевидно, верна для крыла; она просто оставляет слишком много свободных переменных, и исправление их, предполагая одинаковое время прохождения, является ошибкой)? И под «Теоремой об отклонении воздуха» вы имеете в виду отражающие пули или что-то еще (потому что воздух отклоняется вниз; это просто идея, что это потому, что частицы ударяются о нижнюю сторону и отражаются, как мячи, отскакивающие от стены, что неверно) ? Если вы имеете в виду их, как вы объясните стойло? Если нет, поясните, что вы имеете в виду.

Я хотел бы добавить свои $ 0,02 к этому вопросу. Подъемная сила определяется (в аэродинамических текстах) как направленная вверх составляющая силы, с которой воздух воздействует на крыло. Сила состоит из тангенциальных (отвесных) сил, которые в основном способствуют сопротивлению, а также сил давления (нормальных), которые, как правило, способствуют подъемной силе. Что касается проектирования наиболее эффективного крыла, ответ будет методом проб и ошибок. Сотни различных аэродинамических профилей, определенных математическим путем, помещаются в аэродинамическую трубу и измеряются их коэффициенты подъемной силы и сопротивления. Затем они публикуются в книге, подобной этой, чтобы будущие аэрокосмические инженеры могли решить, какой аэродинамический профиль лучше всего подходит для их целей. Вопрос о том, почемудавление в верхней части крыла ниже, чем в нижней части крыла, на самом деле это не так важно. Кучи эмпирических данных показывают, что это наблюдаемые явления, и мы работаем с ними оттуда, как бы неудовлетворительно это ни было.

Позволю себе не согласиться! Эмпирическая работа необходима в таких областях, как медицина, где мы слишком мало понимаем, чтобы делать логические выводы, но аэродинамика действительно хорошо изучена, поэтому дедуктивные рассуждения быстрее приведут вас к наилучшему результату. Кроме того, вы не можете ответить на первоначальный вопрос, а именно: преподают ли в летной школе неправильные концепции. Возможно, вы хотите добавить к своему ответу, чтобы улучшить его.
Я согласен с тем, что аэродинамика хорошо изучена, но то, что она хорошо изучена, не означает, что вы не извлечете огромной пользы из эмпирических данных. Что касается первоначального вопроса, я узнал, что воздух быстрее течет сверху, что приводит к меньшему давлению, что приводит к «тяге» вверх на крыле. Кривизна крыла позволяет это сделать. Что касается Бернулли/Ньютона и т. д., то они, кажется, не описывают эту взаимосвязь между формой крыла и подъемной силой, поэтому меня это не удовлетворяет. OTOH коэффициент подъемной силы, который, по-видимому, связан с 2, определяется в основном с помощью эмпирических тестов.
Я согласен с тем, что просмотр большого количества эмпирических данных даст вам интуитивное «чувство» того, что правильно. Но непонимание физики, лежащей в основе этого, лишает вас возможности распространить эти знания на новые ситуации. Тогда вы находитесь в положении пилота, прошедшего обучение в Японии: вы превосходно выполняете хорошо обученные процедуры, но если случается что-то, чему вы не обучались заранее, вы беспомощны.
Актуальный вопрос: «Учат ли этому в летных школах». Этот ответ, похоже, не касается вопроса.

В 1958 году в летной школе Гражданского воздушного патруля меня учили, что эффект Бернулли — единственный способ создания подъемной силы крылом. Я не помню, какой у нас был учебник, кроме того, что он также использовался в ВВС США. Наши преподаватели, очевидно, считали этот факт несущественным, и он не проявлялся ни на каких экзаменах. Как говорит Стив В., мы действительно не беспокоились о том, как работает крыло.

Авиамоделист в нашем городе управлял аппаратом, который представлял собой не что иное, как плоский металлический диск с двигателем, рулем направления и элевонами. У него был очень длинный разбег, и летать было зверем, но он явно летел на крыле, а не просто висит на винте. На самом деле это был 25-дюймовый знак Texaco Gas из эмалированной стали. Эффект Бернулли был невозможен.

Кроме того, мы видели много технических чертежей ранних самолетов Райта, Сантос-Дюмона и Кертиса, все с плоскими или изогнутыми крыльями постоянной толщины практически по всей хорде. Ясно, что эти самолеты не генерировали дифференциал Бернулли. У нас было много свидетельств того, что Бернулли не был необходим для полета тяжелее воздуха.

Так что я бы сказал, что этому заблуждению обучали в некоторых летных школах в 1958 году, но реального вреда оно не принесло. Студенты, которые хотели просто летать, проигнорировали это и продолжали просто летать. Студенты, интересующиеся авиационной наукой, уже знали, что нельзя принимать такое простое объяснение, когда речь идет о гидродинамике.

Принцип аэродинамической подъемной силы: в летных школах тоже учат заблуждениям?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v