Пленка представляет собой твердый объект с формой таким образом, что при помещении в движущейся жидкости на соответствующем угле атаки подъема (сила , генерируемая перпендикулярно потоку текучей среды), по существу , больше , чем сопротивления (силы , генерируемой параллельно потоку текучей среды). Если текучая среда представляет собой газ , фольга называется аэродинамическим или аэродинамическим профилем, а если текучей средой является вода, фольга называется крылом на подводных крыльях .
Физика фольги [ править ]
Рапира создает подъемную силу в первую очередь из-за своей формы и угла атаки . При ориентации под подходящим углом фольга отклоняет набегающую жидкость, в результате чего на фольгу действует сила в направлении, противоположном отклонению. Эту силу можно разделить на две составляющие: подъемная сила и сопротивление . Это «вращение» жидкости вблизи фольги создает изогнутые линии тока, что приводит к более низкому давлению с одной стороны и более высокому - с другой. Эта разница давлений сопровождается разницей скоростей в соответствии с принципом Бернулли , поэтому для фольги с положительными углами атаки и отличных от плоских пластин результирующее поле потока вокруг фольги имеет более высокую среднюю скорость на верхней поверхности, чем на нижней. поверхность.[1] [2] [3] [4]
Более подробное описание поля течения дается упрощенными уравнениями Навье-Стокса , применимыми, когда жидкость несжимаема . Однако, поскольку влияние сжимаемости воздуха на низких скоростях незначительно, эти упрощенные уравнения могут использоваться как для аэродинамических поверхностей, так и для судов на подводных крыльях, если поток жидкости существенно меньше скорости звука (примерно до 0,3 Маха ). [5] [6]
Основные соображения по дизайну [ править ]
Вырожденный случай фольги является простой плоской пластиной. При установке под углом ( углом атаки ) к потоку пластина будет отклонять жидкость, проходящую над ней и под ней, и это отклонение приведет к возникновению подъемной силы на пластине. Однако, хотя он и создает подъемную силу, он также создает большое сопротивление. [7]
Поскольку даже простая плоская пластина может создавать подъемную силу, важным фактором в конструкции фольги является минимизация сопротивления. Примером этого является руль лодки или самолета. При проектировании руля направления ключевым конструктивным фактором является минимизация лобового сопротивления в его нейтральном положении, которое уравновешивается необходимостью создания достаточной подъемной силы для поворота аппарата с разумной скоростью.[8]
Другие типы фольги, как природные, так и искусственные, встречающиеся как в воздухе, так и в воде, имеют особенности, которые задерживают или контролируют начало сопротивления , вызванного подъемной силой , разделение потока и срыв (см. Полет птицы , Плавник , Аэродинамический профиль , Шкала Плакоидов , Бугорок , Вихревой генератор , Канард (моноблочный), взорван лоскут , ведущий край слот , ведущий край планки ), а также Wingtip вихрей (см крылышка ).
Поднятый вес [ править ]
Поднимаемый вес пропорционален коэффициенту подъемной силы, плотности жидкости, площади крыла и истинной скорости в квадрате. Сравнение поднятого веса как функции высоты и глубины выявляет большие различия примерно в 3000 раз от 11 км над уровнем моря до 10 км ниже уровня моря, разделенные на следующие факторы: ~ 4 между вершиной и уровнем моря. , ~ 400 между полетом у земли и глиссированием на воде, ~ 2 между глиссированием на воде и в полностью погруженном состоянии. Самые драматические изменения происходят из-за разных жидкостей и уровней высоты. Самый интересный сектор для обсуждения подъемной силы - близкий к уровню моря: самолет приближается к земле, пластины глиссируют по воде, а суда на подводных крыльях едва погружаются в воду. У них есть одно основное сходство: почти любая форма, если она не слишком толстая,будет работать как (воздушная) рапира и создавать подъемную силу, когда угол атаки находится в правильном диапазоне.[9]
См. Также [ править ]
- Самолет
- Трюмный борт
- Бумеранг
- Шверт
- Аккорд (самолет)
- Эффект Коанда
- Дайвинг самолет
- Коэффициент трения
- Флиппер (анатомия)
- Динамика жидкостей
- Автомобиль Формулы-1
- Киль (гидродинамический)
- Коэффициент подъема
- Профиль NACA
- Пропеллер
- Парус (аэродинамика)
- Скег
- Спойлер (автомобильный)
- Плавник для серфинга
- Крыло
Ссылки [ править ]
- ^ "... эффект крыла состоит в том, чтобы придать воздушному потоку нисходящую составляющую скорости. Затем сила реакции отклоненной воздушной массы должна воздействовать на крыло, чтобы дать ему равную и противоположную восходящую составляющую». В: Холлидей, Дэвид; Резник, Роберт, Основы физики, 3-е издание , John Wiley & Sons, стр. 378
- ^ "Если тело имеет форму, перемещается или наклоняется таким образом, чтобы вызвать чистое отклонение или поворот потока, местная скорость изменяется по величине, направлению или по обоим направлениям. Изменение скорости создает результирующую силу на кузов » « Лифт от Flow Turning » . Исследовательский центр Гленна НАСА. Архивировано из оригинала на 2011-07-05 . Проверено 29 июня 2011 .
- ^ "Причина аэродинамической подъемной силы - ускорение воздуха крылом вниз ..." Вельтнер, Клаус; Ингельман-Сундберг, Мартин, Физика полета - проверено , архивировано из оригинала 19 июля 2011 г.
- ^ " ... если линия тока изогнута, должен быть градиент давления поперек линии тока ... " Бабинский, Хольгер (ноябрь 2003 г.), "Как работают крылья?" (PDF) , Физика Образование , 38 (6): 497-503, DOI : 10,1088 / 0031-9120 / 38/6/ 001
- ^ «... движение объектов в воздухе и в воде подчиняется одинаковым законам, пока их скорость не приближается к скорости звука.» (стр. 41) «... воздух тоже может считаться несжимаемым, пока скорости потока остаются достаточно низкими. . Это предположение примерно справедливо до тех пор, пока самолеты летают медленнее, чем ... примерно одна треть скорости звука »(стр. 61). Что заставляет самолеты летать? Wegener, Peter P. Springer-Verlag 1991 ISBN 0-387-97513-6
- ^ «... низкоскоростной поток воздуха, где V <100 м / с (или V <225 миль / ч) также можно считать несжимаемым с близким приближением». в Андерсоне, Джон Д. Младший. Введение в полет. 4-е изд. McGraw-Hill 2000 ISBN 0-07-109282-X стр. 114
- ^ «Плоская пластина, удерживаемая под правильным углом атаки, действительно создает подъемную силу, но также создает большое сопротивление. Сэр Джордж Кейли и Отто Лилиенталь в 1800-х годах показали, что изогнутые поверхности создают большую подъемную силу и меньшее сопротивление, чем плоские поверхности». http://quest.nasa.gov/aero/planetary/atmospheric/aerodynamiclift.html Архивировано 27 октября 2011 г. в Wayback Machine
- ^ НАСА. "Что такое лифт?" . Архивировано из оригинала 9 марта 2009 года . Проверено 5 июля 2011 года .
- ^ «Поднятый_вес_as_a_Function_of_Altitude_and_Depth_by_Rolf_Steinegger» https://doi.org/10.21256/zhaw-4058
Внешние ссылки [ править ]
- Лифт из Flow Turning
- Что такое лифт?
- Бернулли и Ньютон
- Влияние формы на подъем
- Неправильная теория лифта
- Пингвин умеет летать
- филиппинская акула-молотилка плывет к аквалангистам
- Плавание с дикими дельфинами
- Птичий полет II
