هواپیما چگونه پرواز میکند؟

مدیران انجمن: javad123javad, parse

نمایه کاربر
امیرکاوه

نام: حامد فرهنگ

عضویت : یک‌شنبه ۱۳۹۲/۷/۷ - ۱۶:۰۵


پست: 388

سپاس: 166

جنسیت:

تماس:

Re: هواپیما چگونه پرواز میکند؟

پست توسط امیرکاوه »

اگه اجازه بدید من یه توضیح مختصر بدم .
ببینید با توجه به سطح مقطع دوکی شکل بال هواپیما ( ایرفویل ) جریان هوا شکافته می شه و به خاطر نیروی چسبندگی دوباره اون دو قسمت جدا شده به هم می رسند . چون برامدگی قسمت بالایی وتر هوابر ( کورد لاین ایرفویل ) بیشتره پس در نتیجه سرعت جریان هوا بیشتر خواهد بود . چرا ؟ یه محفظه مث تونل باد رو در نظر بگیرید و وتر هوابر تون رو منطبق بر خط میانی این تونل و در راستای افق قرار بدید . فرض کنید هوابر تون زیر تخت هست . یعنی بالای وتر برامدگی داره و پایینش هیچی نیست ( NACA 69 یه همچین هوابری است ) . خوب وقتی هوا عبور می کنه ، از نیمه پایینی تونل باد چون هیچی نیست ، هوا با همون سرعت عبور می کنه . اما از نیمه بالایی تونل باد ( که کل ایرفویل یا همون هوابر ما اونجا قرار داره و سطح عبور جریان هوا رو خیلی کمتر کرده ) هوا طبق ثابت A*V با سرعت بیشتری عبور میکنه . چون مساحت کاهش یافته در نتیجه سرعت هوا بیشتر میشه . با افزایش سرعت هوا ، فشار دینامیک ( با رابطه 1/2 * رو * V2 ) رو افزایش می ده . ما یه ثابت دیگه هم داریم که P+Q هست . P فشار استاتیک و Q فشار دینامیک هست . با افزایش فشار دینامیک ، فشار استاتیک در بخش بالایی تونل باد کاهش پیدا می کنه ، اما در قسمت پایینی تونل باد فشار استاتیک به همون مقدار است . در نتیجه فزونی فشار ثابت یا استاتیک در قسمت پایین تونل باد نسبت به قسمت بالایی تونل باد سبب ایجاد لیفت میشود . ( توجه داشته باشید که ما از اول تونل باد رو در افق به دو نیمه مساوی تقسیم کرده بودیم ، در نتیجه فشار هر دو قسمت برابر بوده ولی با وجود هوابر فشار استاتیک در قسمت بالایی کاهش پیدا می کنه )

راه ساده ترش اینکه شما وقتی یه ایرفویل رو تو تونل باد قرار بدی ، جریان هوا رو مشاهده می کنی که به سمت پایین حرکت می کنه و هر چی ایرفویل خم بیشتری داشته باشه ( بیشتر فلپ بده ! ) جریان هوا با زاویه بیشتری به سمت پایین حرکت می کنه . قانون سوم نیوتون که عمل و عکس العمل هست می گه وقتی جریان هوا به سمت پایین میره پس حتما یه نیرویی به ایرفویل وارد می کنه . در نتیجه با خم بیشتر ایرفویل یا هوابر نیروی بیشتر بهش وارد میشه و لیفت بیشتری خواهد داشت .

نمایه کاربر
rohamjpl

نام: roham hesami

محل اقامت: Tehran -Qeytariyeh, Ketabi Street, 8 meters from Saba

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 609

سپاس: 311

جنسیت:

تماس:

Re: هواپیما چگونه پرواز میکند؟

پست توسط rohamjpl »

من می دانم که یک اعتقاد مشترک وجود دارد که لیفت از اثر برنولی ناشی می شود ، جایی که هوا در حال حرکت روی بالها است تحت فشار کمتری قرار دارد زیرا مجبور است بیش از هوای تحت بال پرواز کند. اما من همچنین می دانم که این اشتباه است ، یا در بهترین حالت کمک جزئی به افزایش واقعی است. مسئله این است که ، هیچ یک از منابع زیادی که اثر برنولی را بی اعتبار می دانند ، توضیح نمی دهد که در واقع چه چیزی اتفاق می افتد ، بنابراین من تعجب می کنم. چرا هواپیماها واقعاً پرواز می کنند؟ آیا این چیزی است که می تواند در سطحی توضیح داده و یا خلاصه شود برای کسی که در زمینه پویایی سیالات آموزش ندیده باشد ، مناسب است؟
اساساً هواپیماها پرواز می کنند زیرا به لطف قانون سوم نیوتن هوا را به اندازه کافی به سمت پایین هل می دهند و یک بالابر را دریافت می کنند.
آنها این کار را با روشهای مختلف انجام می دهند ، اما مهمترین مشارکتها عبارتند از:
زاویه حمله بال ها ، که با استفاده از کشیدن هوا را به پایین فشار می دهد. این حالت در هنگام برخاستن (فکر کردن هواپیما با بینی بالا به سمت بالا) و نشستن (فلپ) است. هواپیماها نیز به همین ترتیب وارونه پرواز می کنند.
شکل نامتقارن بال ها که هوای عبوری از روی آنها را به جای مستقیم پشت ، به سمت پایین هدایت می کند. این به هواپیماها اجازه می دهد تا بدون داشتن زاویه دائمی روی بالها ، به سطح زمین پرواز کنند.
توضیحاتی که نمای بال را بدون زاویه حمله نشان می دهد نادرست است. بال های هواپیما به صورت زاویه دار متصل می شوند ، بنابراین هوا را به پایین فشار می دهند و شکل ایرفویل به آنها امکان می دهد تا چنین کارآمد و در یک پیکربندی پایدار انجام شوند .
این بروز به این معنی است که حتی وقتی هواپیما در صفر درجه است ، بال هنوز در زاویه 5 یا 10 درجه است.
هر جسمی که دارای زاویه حمله در سیال در حال حرکت باشد ، مانند صفحه صاف ، ساختمان یا عرشه پل ، یک نیروی آیرودینامیکی (به نام بالابر) عمود بر جریان ایجاد می کند. ایرفویل اشکال بالابر کارآمدتری است ، قادر به ایجاد بالابر بیشتر (تا یک نقطه) و تولید لیفت با کشش کمتر است.
از نظر تجربی خاص ، هیچ معمائی نیست که چرا هواپیماها پرواز می کنند. در عوض ، به نظر من سوال بهتر این است که "چگونه آنها نیروهای بالابرنده اجتناب ناپذیری را که روی آنها قرار دارند کنترل می کنند تا باعث شوند ثانویه در یک جهت ثابت و عمودی بلند شود؟"
فرض کنیم جریان هوا از برخی زاویه ها منحرف شود θ رادیانها از آخرین نگرش هواپیما (نه ارتفاع!) از آخرین هواپیما برای فرود یا هنگام بلند شدن ، من آن را با یک زاویه شیب دار حمله رسم کرده ام. هوا از آنجا که تغییر در اجزای حرکت عمودی و افقی وجود دارد (با فرض اینکه سرعت جریان تقریبا ثابت بماند):
$\Delta p_v = p_b \sin\theta;\quad\quad\Delta p_h = p_b \,(1-\cos\theta) $
در همان زمان ، بال منحرف کننده یک منطقه مسدود کننده موثر برای مایع ارائه می دهد αAsinθ جایی که A منطقه واقعی بال است و αیک عامل مقیاس برای این واقعیت است که در حالت ثابت نه تنها مایع در کنار بال پراکنده می شود ، بنابراین منطقه موثر بال از مساحت واقعی آن بزرگتر است. بنابراین ، جرم هوا در هر ثانیه منحرف می شودραAvsinθ و آسانسور L و بکشید D (که نیرو موتورها هنگام برخاستن باید تحمل کند) باید باشد:$ L = \rho\,\alpha\,A\,v^2\,(\sin\theta)^2;\quad\quad D = \rho\,\alpha\,A\,v^2\,(1-\cos\theta)\, \sin\theta $
با افزایش سرعت هواپیما ، فشار قوچ محاسبه شده در بالا متناسب با مربع سرعت هوا است (به پاسخ من برای نیروی کشیدن در سرعت های بالا مراجعه کنید ) ، بنابراین در سرعت کامل اثر بیشتر از افت چگالی هوا و زاویه کمتری از حمله - ما نمی توانیم این فشار قوچ رو به پایین را بدون غلبه بر component افقی عقب بیشتر - کشیدن - ایجاد کنیم ، بنابراین پرواز با زاویه حمله کم برای بهره وری خوب سوخت مهم است.
ا: من معادله ناویر-استوکس را دوست دارم - بسیار ساده و در عین کارایی بالا از وقتی اشنا شدم واقعا برایم جذاب شده هست درک ان ، فقط تجسم قوانین نیوتن است ، درک می کنم، اول سخت هست معادله ناویر استوکس با حالت ثابت برای یک سیال کامل و غیرقابل فشرده است (اینجاv⃗ میدان سرعت حالت پایدار است و p میدان فشار اسکالر):
$(\vec{v}\cdot \nabla) \vec{v} = \nabla \left(\frac{|\vec{v}|^2}{2}\right) + \nabla\wedge(\nabla\wedge\vec{v}) = -\nabla p $
که می دهد$\nabla\left(p + \frac{|\vec{v}|^2}{2}\right) = 0 $ یا $p + \frac{|\vec{v}|^2}{2} = \text{const} $ برای یک جریان غیر متحرک $\nabla\wedge\vec{v} = \vec{0} $هنگامی که در امتداد منحنی انتگرال یکپارچه می شود $\vec{v} $ ، یعنی ساده سازی کنید. یا ، در عوض ، ما می توانیم در اولین حالت ساده تر در این مورد ساده استدلال کنیم: نیرویی که روی حجم بی نهایت کم است$ -\nabla p$ و شتاب یک ذره در خط ساده ، با استفاده از فرمولهای Serret-Frenet است (در اینجا s طول قوس در امتداد جریان ساده از طریق ذره است و κ انحنای مسیر):
$\mathrm{d}_t (v \hat{\mathbf{t}}) = \mathrm{d}_s v \times \mathrm{d}_t s\, \hat{\mathbf{t}} + v\,\mathrm{d}_s(\hat{\mathbf{t}})\,\mathrm{d}_t s=v\,\mathrm{d}_s v, \hat{\mathbf{t}} - \kappa\,v^2\,\hat{\mathbf{n}}=\mathrm{d}_s \left(\frac{v^2}{2}\right)\, \hat{\mathbf{t}} - \kappa\,v^2\,\hat{\mathbf{n}} $
از کجا ، در هنگام درخواست $\vec{F} = m \vec{a} \Rightarrow -\nabla p \,\mathrm{d}x\,\mathrm{d}y\,\mathrm{d}z = \rho\,\vec{a}\,\mathrm{d}x\,\mathrm{d}y\,\mathrm{d}z $ما گرفتیم:
$ -\nabla p = \rho \left(\mathrm{d}_s \left(\frac{v^2}{2}\right)\, \hat{\mathbf{t}} - \kappa\,v^2\,\hat{\mathbf{n}}\right)$
که باز هم نتیجه می دهد$ p + \frac{|\vec{v}|^2}{2} = const$ هنگامی که در امتداد یک خط ساده ادغام می شوند (در اینجا می توانیم نیروی مرکز گریز جانبی (طبیعی برای ساده سازی) را ببینیم $-v^2\,\hat{\mathbf{n}} / R $ داده شده توسط برنده شده است $v^2/R $فرمول) بنابراین می توانیم (و در زیر خواهیم داشت) ، برای مثال ، قضیه بلاسیوس را برای محاسبه آسانسور اعمال کنیم ، و مطمئن باشید که این فقط مقداری از ایده Sklivv نیست که "هواپیماها هوا را به سمت پایین می رانند ، بنابراین هوا هواپیماها را بالا می برد". اختلاف فشار بین سطح بالا و پایین یک بال وجود دارد زیرا بال هوا را به پایین فشار می دهد ، نه یک پدیده جداگانه. غالباً می شنوید که اصل برنولی که در بال استفاده می شود اشتباه است: این درست نیست. همانطور که توسط آزمایش نشان داده شده است (و با تکان دادن دست ، از طریق تئوری) در تظاهرات برنده آسانسور با استفاده از اصل برنولی مغالطه ای وجود دارد ، اما این ایده اساساً درست است ، زیرا باید از معادله ناویر-استوکس و قوانین نیوتن که در بالا نشان داده شده است.
محاسبه ایروفیل Joukowsky و خطاها در کاربرد برنده اصل برنولی در بالها
ما به محاسبه دو بعدی آسانسور با استفاده از اصل برنولی یا معادل آن ، با استفاده از قضیه Blasius نگاه می کنیم . تصور غلط رایج در اینجا این است که جریان هوا در لبه بال بال شکسته می شود و دو ذره همسایه به طور همزمان به لبه عقب بال می رسند ، بنابراین ذرات بالایی باید با سرعت بالاتر از سطح منحنی عبور کنند و بنابراین فشار روی سطح بال بال کمتر است. در واقع ، ذرات مسیر فوقانی خیلی بیشتر از این توضیحات تسریع می شوند و قبل از همسایگان مسیر پایین تر ، به لبه عقب بال می رسند. $\oint_\Gamma \vec{v}\cdot\mathrm{d}\vec{r} $ دور سطح بال$ \Gamma $غیر صفر است ، واقعیتی که به طور شهودی از تئوری ساده انتظار داریم تصویر
روش دیگر برای بررسی این شرایط با انگیزه تجربی به خوبی در این پاسخ به س ال فیزیک توضیح داده شده است: آیا بال در یک جریان بالقوه بالابر دارد؟ . جریانی غیر متحرک ، نامرغوب و غیرقابل انعطاف نمی تواند به تنهایی یک بال را بلند کند. ما جبران این عدم تئوریک را به "فاج" اضافه می کنیم: ویسکوزیته "روش طبیعت برای اجرای شرایط کوتا-ژوکوفسکی" است.
بنابراین ما با روش متغیر پیچیده شروع می کنیم ( برای مطالعه جریان بالقوه یعنی محرک غیر متحرک به صفحه ویکی پدیا برای "جریان بالقوه" در بخش "تحلیل جریان دو بعدی" مراجعه کنید$(∇∧=0⃗ ) $قسمت سرعت $\vec{v} $ با یک پتانسیل ψ به طوری که$ \vec{v} = -\nabla \psi$ این نیز غیرقابل انعطاف است (معادله تداوم$ \nabla\cdot \vec{v} = \nabla^2 \psi = 0$ همچنین به س questionsا Physics SE مراجعه کنید. یافتن نقاط رکود از پتانسیل پیچیده ).
ایروفویل Joukowski
اکنون به گزاره مهم کوتا-جوکوفسکی ، یک "فاج" تجربی رسیدیم. لبه تیز موجود در ایروفیل بالا به طور معمول جریان ورودی در آن را ترسیم می کندzهواپیما به طوری که یک سرعت بی نهایت غیر فیزیکی در این نقطه تند وجود دارد. در عمل ، در آزمایشات تونل باد دیده می شود که خطوط هوایی با سطح فوقانی مماس می مانند و یک نقطه ایستایی در لبه بال بال وجود دارد (بصورت مستقیم هوا "در اینجا" خراب می شود) و هیچ نقطه ایستایی دیگری در بالای آن وجود ندارد پایین بال. گاهی اوقات منطقه کوچکی از تلاطم در اطراف لبه عقب بال وجود دارد (یعنی مدل جریان پتانسیل غیرقابل تراکم در اینجا از کار می افتد) یا جریان از لبه عقب به آرامی جدا می شود. راه دستیابی به اثراتی مشابه آزمایش و "عادی سازی مجدد" راه حل ما افزودن مقدار مناسب گردش خون استa به جریان می رسد به طوری که یکی از نقاط راکد استوانه در حال چرخش به لبه تیز ترسیم می شود (نقطه شاخه در $ \omega = +s_\omega$در ωهواپیما: بنابراین رکود سرعت نامحدود غیر فیزیکی را در غیر این صورت لغو می کند و راه حل ما را "منظم" می کند. با شعاع سیلندر به عنوان انتخاب شده است$ r = \sqrt{(1 - \delta_r)^2 + \delta_i^2}$به راحتی می توان از معادله بالا برای موقعیت های نقطه رکود نشان داد که گردش مورد نیاز است:$ a = 2 v\,\delta_i \cos\alpha + 2\,v\,(1-\delta_r) \sin\alpha$
این شرایط کاملاً آزمایشی شرایط کوتا-جوکوفسکی است. انگیزه آن دانش است که گردش خون از بالها مشاهده می شود ، از نظر آزمایشی فقط یک نقطه رکود در لبه جلوی بال وجود دارد و این واقعیت است که مقدار مناسب گردش می تواند این نتایج تجربی را تولید کند.
هنگامی که این کار انجام شد ، محاسبه بالابری قضیه Blasius در اطراف ایرفویل تبدیل شده Joukowski در ωهواپیما:
$\begin{array}{lcl}D_\ell - i\,L_\ell &=& \frac{i\,\rho}{2}\oint_{\Gamma_\omega} (\mathrm{d}_\omega \Omega)^2 \,\mathrm{d} \omega\\
&=& \frac{i\,\rho}{2}\oint_{\Gamma_z} (\mathrm{d}_z \Omega)^2 \frac{1}{\mathrm{d}_z \omega}\,\mathrm{d} z\\
&=& -\pi\,\rho \Sigma[\,\mathrm{residues\,of\,}\,(\mathrm{d}_z \Omega)^2 \frac{1}{\mathrm{d}_z \omega}\,\mathrm{at\,poles\,within\,}\Gamma]\\
&=& -4\,\pi\,i\,\rho\,a\,v\,e^{-i\,\alpha}\end{array} $
جایی که $ \Gamma_\omega$ ایروفویل Joukowski است و$ \Gamma_z$ایروفویل تبدیل شده ( یعنی استوانه چرخان). بنابراین لیفت بدون گردش وجود ندارد. ارزش این را دارد که دوباره بیان کنم.جریانی غیر متحرک ، نامرغوب و غیرقابل انعطاف نمی تواند به تنهایی یک بال را بلند کند . ما جبران این عدم تئوریک را به "فاج" اضافه می کنیم: ویسکوزیته "روش طبیعت برای اجرای شرایط کوتا-ژوکوفسکی" است.اکنون شرط کوتا-جوکوفسکی را جایگزین می کنیم تا:$ D_\ell + i\,L_\ell = 8\,\pi\,i\,\rho\,v^2\,\left(\delta_i\,\cos\alpha + (1-\delta_r)\,\sin\alpha\right) \frac{s_z^2}{s_\omega} e^{+i\alpha}$
جریان هوای هوازی Joukowski
واقعیت اصلی همه پروازهای سنگین تر از هوا این است: بال با فشار دادن هوا به پایین هواپیما را بالا نگه می دارد .
هوا را با سطح پایین خود پایین می برد و با سطح بالایی هوا را پایین می کشد. اقدام اخیر مهمتر است. اما نکته بسیار مهمی که باید درک کرد این است که بال ، به هر روشی باعث پایین آمدن هوا می شود. با اعمال یک نیروی رو به پایین بر روی هوا ، بال یک ضد حمله رو به بالا دریافت می کند - با همان اصل ، معروف به قانون عمل و واکنش نیوتن ، که باعث می شود اسلحه پس از گلوله به جلو عقب برود. و این باعث می شود که نازل یک شیلنگ آتش نشانی در حالی که جریان آب را به جلو شلیک می کند ، به شدت علیه آتش نشان فشار بیاورد.
این همان چیزی است که هواپیما را سرپا نگه می دارد. قانون نیوتن می گوید ، اگر بال هوا را به پایین فشار می دهد ، هوا باید بال را به سمت بالا فشار دهد. این امر همان حالت را نیز در جهت دیگر قرار می دهد: اگر بال بخواهد هواپیما را در هوای مایع و همیشه بازده بالا نگه دارد ، فقط با فشار دادن هوا به پایین می تواند این کار را انجام دهد. تمام فیزیک مجلل قضیه برنولی ، تمام ریاضیات برجسته تئوری گردش خون ، تمام نمودارهایی که جریان هوا را روی یک بال نشان می دهد - همه اینها فقط شرح و توضیحات دقیق تری از چگونگی اجرای قانون نیوتن است - به عنوان مثال ، مشاهده بسیار جالب اما (برای خلبان) کاملاً بی فایده است که بال بیشترین کار شستشوی خود را با مکش و با سطح بالایی انجام می دهد. ...
بنابراین ، اگر برخی از این احتیاط بیش از حد را فراموش کنید ، درک یک بال بسیار آسان تر می شود. در آخرین تحلیل چیزی نیست جز انحراف هوا. این یک صفحه شیب دار است ، به طور هوشمندانه خمیده و دقیق تر و ساده تر ، اما هنوز هم در اصل یک صفحه شیب دار است. از این گذشته ، به همین دلیل است که به آن منع مقابله جذاب ما هواپیمای هوایی گفته می شود.
"اصل برنولی 20٪ بالابر هواپیما را تشکیل می دهد ، مابقی آن را بالابر واکنش تأمین می کند."
مسئله این است که تئوری معیوب نام "برنولی" را به آن متصل کرده است. درست اصل برنولی، و توضیح واکنش، یکسان هستند . -
بال ها بالابر را فراهم می کنند زیرا هوا را به سمت پایین هدایت می کنند.
آنها هوا را به دو طریق به سمت پایین هدایت می کنند. در قسمت پایین ، پایین بال کمی به سمت پایین شیب دارد و فقط وقتی هوا را به جلو حرکت می دهد هوا را به سمت پایین هل می دهد. اما این یک اثر کوچک است. بالای بال از اهمیت بیشتری برخوردار است.
قسمت بالای بال با تهیه رمپ هوا را تا حدی پایین می کشد. قسمت عقب بالای بال تا یک لبه دنباله دار شیب دار پایین می آید. هوا که از مایل های هوای بالای آن تحت فشار است ، آن شیب را به سمت پایین بال دنبال می کند و پس از عبور از بال به سمت پایین ادامه می یابد.
اما چیزهای دیگری از آن وجود دارد. هنگامی که بال به جلو می رود ، هوایی که توسط لبه جلو به سمت بالا منحرف می شود در نهایت بین لایه های هوای بالا و بالای برجسته بال فشرده می شود. این نیشگون گرفتن باعث سرعت بخشیدن به هوا می شود ، نه چندان متفاوت از روشی که فشردن یک دانه هندوانه مرطوب می تواند آن را به پرواز در آورد. اینرسی هوای دورتر از بال ، هوای نزدیک به بال را مجبور می کند تا سطح بالایی بال را بغل کند و خیلی زودتر از مولکولهای مربوطه که در امتداد پایین قرار دارند به لبه عقب برسد.
عدم تقارن ، البته در اینجا مهم است. پایین بال تقریباً موازی با مسیر هوا است و کمی شیب رو به پایین دارد و تا عقب است ، بنابراین اثر فشردگی یکسانی ندارد. (عدم تقارن لازم نیست به شکل بال باشد. همه اینها می تواند در زاویه حمله باشد. شما هنوز سناریویی را ایجاد می کنید که هوا از یک طرف بیشتر از طرف دیگر فشرده شود.)
البته هیچ مرز مشخصی بین لایه های هوا که فشار دهنده را انجام می دهند و هوای فشرده شده وجود ندارد. اما هنوز هم نیروی هوایی که نزدیکترین هوا را دارد به شدت احساس می شود و بنابراین این لایه بیشترین سرعت را دارد. هر بیت هوا هوای زیر را نیشگون می گیرد و با هوای بالا ، تا حدی کاهش می یابد ، تا زمانی که اثر کاملاً بالاتر از بال مشاهده شود.
تمام این هوای تسریع شده تحت تأثیر اثر برنولی است. از آنجا که شتاب گرفته شده است ، فشار رو به پایین آن روی بال کمتر از فشار رو به بالا هوای زیر است و همچنین فشار رو به بالا هوای بالا کمتر از فشار محیط است. این امر باعث می شود حتی بیشتر از آنچه که انجام می شود هوا به سمت پایین حرکت کند. اگر اشتباه نکنم ، این قسمت مهمی از انحراف هوا به سمت پایین است.
تصویر
بنابراین ، مساله این نیست که اثر برنولی مهم است.بلکه این است که یک اصل زمان برابر وجود دارد که به همین دلیل هوای بالای بال سریعتر حرکت می کند.
اما این توضیح هنوز ناقص است زیرا اصل برنولی خود واضح نیست. این اصل غالباً با توجه به فشار کم ناشی از شتاب توضیح داده می شود - اگر منطقه ای از فشار کم ایجاد کنید ، هوا در واقع به سمت آن شتاب می گیرد. اما اگر به لوله ای با ساختار وارد شوید ، کاهش فشار در انقباض سعی در انقباض بیشتر آن دارد. فشار بالادست ریه ها واقعاً باعث کاهش فشار می شود. فقط فشار کم نیست که باعث جریان هوا می شود.
مثالی بزنم من راهی که افزایش فشار در ریه های شما می تواند باعث کاهش فشار در انقباض شود ، این است که ریه های شما به هوا حرکت می کنند. هنگامی که هوا سرانجام از لوله خارج می شود ، آن حرکت توسط هوای اطراف جذب می شود و آن را به عقب می کشد مانند گروهی که به سمت جمعیت ایستاده ای فشار می آورند. این حرکت باعث می شود که مقداری از فشار برگشتی توسط هوای در حال حرکت در لوله احساس نشود. هرچه سرعت بیشتر باشد ، تراکم تکانه کمتری دارد و فشار برگشت نیز کمتر است.
در حقیقت ، در یک حالت ثابت ، نامحسوس و غیرقابل انعطاف ، این سوال وجود دارد که چه عواملی تقریباً بی معنی می شوند. هوا افزایش می یابد زیرا فشار کمتری در مقابل وجود دارد و در مقابل فشار کمتری به دلیل سرعت هوا وجود دارد. اما در مورد هواپیما ، درک من این است که رانش موتور باعث می شود شتاب هوا بیش از این باشد که فقط قسمت بالای بال شیب دار رو به عقب را ترک کند. حتی در سرعتهای صوت زیاد که دیگر نمی توان هوا را به عنوان غیر قابل تراکم تلقی کرد ، پدیده کیفی که سرعت بیشتر منجر به کاهش فشار می شود ، همچنان اعمال می شود. محاسبه اثر فقط پیچیده تر می شود.
غالباً ، اصل برنولی با استفاده از صرفه جویی در انرژی در امتداد خطوط اصلی بدست می آید. من فکر می کنم توضیح کیفی من با استفاده از حرکت با آن مطابقت دارد.
اصل لیفت اغلب با استفاده از گردش خون توضیح داده می شود. باز هم ، من فکر می کنم که این فقط روش دیگری برای توصیف همان روند است. سرعتهای مختلف در امتداد بالا و پایین گردش خالص را تشکیل می دهند.
روش های مختلفی برای توضیح چگونگی پرواز هواپیما وجود دارد. برخی از آنها جزئیات بیشتری نسبت به بقیه دارند و متأسفانه مشهورترین توضیحات آن را اشتباه می دانند. در اینجا چند توضیح وجود دارد که بسته به مخاطب مفید است:
ساده ترین توضیح این است که بال هوا را به پایین هل می دهد و مطابق قانون سوم نیوتن هوا نیرویی برابر اما مخالف به سمت بالا اعمال می کند. راه اصلی این اتفاق از طریق زاویه حمله است ، اما شکل بال نیز در این امر نقش دارد. این برای اکثر افراد کافی است و باید به عنوان پیش فرض توضیح داده شود.
توضیحات دقیق تر در مورد اختلاف فشار بین دو طرف بال بحث می کند - از آنجا که بالابر یک نیروی مکانیکی است که باید روی سطح بال اعمال شود و تنها راهی که هوا می تواند انجام دهد فشار است. بنابراین باید یک منطقه با فشار کم در بالای بال و فشار بیشتر در پایین وجود داشته باشد. این از کجا آمده؟ وقتی از اطراف بال جریان می یابد از جهت تغییر می یابد. هرگاه هوا جهت خود را تغییر داده و مسیری را خمیده دنبال می کند ، شیب های فشار با فشار کمتری در داخل منحنی وجود دارد.
توضیحاتی که نمای بال را بدون زاویه حمله نشان می دهد نادرست است. بال های هواپیما به صورت زاویه دار متصل می شوند ، بنابراین هوا را به پایین فشار می دهند و شکل ایرفویل به آنها امکان می دهد تا چنین کارآمد و در یک پیکربندی پایدار انجام شوند.
این بروز به این معنی است که حتی وقتی هواپیما در صفر درجه است ، بال هنوز در زاویه 5 یا 10 درجه است.
تصویر
یک ایرفویل ن امتقارن باعث ایجاد لیفت در صفر AoA می شود. تمام هواپیماهای بال ثابت دارای ایرفویل نامتقارن هستند ، فقط هلی کوپترها از پروفیل بال متقارن در روتور استفاده می کنند (به دلیل این که هیچ لحظه چرخش ندارند). هواپیماهای بال ثابت دارای پیچ و تاب بال هستند: آنها در ریشه دارای زاویه حمله مثبت ، در نوک AoA منفی و AoA میانگین تا حد ممکن نزدیک به صفر هستند تا کشش را به حداقل برسانند.
در حقیقت آنچه باعث می شود هواپیما پرواز کند ، منحرف کردن جریان هوا به سمت پایین است. یک صفحه صاف می تواند این کار را انجام دهد و برنولی جایی در صفحه صاف ندارد. هواپیماهای ساب سونیک از صفحات تخت استفاده نمی کنند زیرا در زوایای حمله مقدار زیادی کشش به غیر از صفر ایجاد می کنند -
میدان سرعت ذرات در جرم هوا را در یک طرح 2 بعدی از محورهای X (جلو) و Z (بالا) در نظر بگیرید. برای هر ذره ، در مساحت و زمان ادغام کنید ، تا مرکز حرکت جرم هوا (p) قبل و بعد از عبور هواپیما حاصل شود: dp / dt. (در یک صبح بسیار آرام ، بدون باد و تلاطم ، مرکز جرم هوا و حرکت آن در Z ثابت است (فرض کنید سطح پرواز بدون شتاب باشد) و برابر است با سرعت واقعی True در X که در جهت عقب -X نشان داده می شود یکپارچه شوید و متوجه می شوید که مرکز و حرکت ذره و میدان بردار با عبور صفحه تغییر کرده است. این مرکز جرم هوا و مرکز حرکت به سمت جلو (+ X) و پایین (-Z ) نسبت به حالت اصلی آن. تغییر حرکت برابر و مخالف با زمان dp / dt هواپیما نیرو است.ممکن است component -X را "کشیدن" ومولفه + Z را "لیفت" کنیم (مراقب باشید: سیستم مختصات هواپیما با توده هوای ثابت متفاوت است). این سیستم اتلافی است ، پس از عبور هواپیما برای ضبط میدان برداری خیلی منتظر بمانید. ما می توانیم این روند را در روزهای روشن که هوای دارای ارتفاع زیاد سرد و نسبتاً مرطوب است ، در مواقع کنترول مشاهده کنیم. متأسفانه از آنجا که ما اکثراً آنها را با یک برآمدگی در امتداد Z از پایین مشاهده می کنیم ، مولفه نزولی میدان حرکت را از دست می دهیم. شما می توانید این را به عنوان یک خلبان آزمایشی مشاهده کنید ، که در حال شکل گیری به عنوان مرد تعقیب کننده پرواز است (طرح ریزی در هواپیمای YZ از پشت یا XZ از طرف). این مدل را به حالت سه بعدی گسترش دهید تا شامل جریان و اثرات جانبی یا محور Y باشد! من پیشنهاد می کنم این "p-dot" (dp / dt) توضیح تغییر حرکت بهتر از "فشار دادن" یا "کشیدن" باشدهوا رو به پایین است ، زیرا ممکن است مرحله بعدی موقعیت و حرکت را از نظر خواننده اشتباه بگیرد. این همچنین اولین اصطلاح (LHS) در معادله زیبای اولر-لا گرانژ است که می تواند به تجزیه و تحلیل ظریف تری از این سوال منجر شود!تصویر
توجه: معادله درگ در واقع قانون ایده آل گاز است ، به جز تراکم جایگزین m / V می شود.$P/rho = R T $
اساساً یک هواپیمای بال ثابت پرواز می کند زیرا از طریق هوا حرکت می کند و دارای یک بال ثابت است که با جهت جریان هوا زاویه دارد. یک جز از نیروی درگ که در بال عمل می کند در جهت (بالا) مخالف جهت (پایین) نیروی وزن هواپیما عمل می کند.
بال هواپیما مانند یک پره هوا عمل می کند و به جریان نسبی هوا پاسخ می دهد. اثر اساسی را می توان با یک صفحه سفت و مسطح و یک منبع حرکت رو به جلو مانند پروانه ، نیروی جاذبه یا حرکت پرتاب (به عنوان مثال صفحه های کاغذی کودکان) بدست آورد. پالایشگاه هایی (مانند مقاطع آئروفیل) برای کاهش عوارض جانبی نامطلوب صفحات تخت (مانند راکد) ارائه می شوند.
هیچ بحث بزرگی با پاسخهای مشهور دیگر در اینجا وجود ندارد اما سعی می کنم اصول بالهای ثابت را از نظر برخورد مولکولی توضیح دهم . موارد زیر یک توضیح ساده است (نادیده گرفتن مواردی مانند دما ، تراکم ، ویسکوزیته ، قابلیت انعطاف پذیری ، برش ، لایه های مرزی ، تلاطم ، گرداب ها ، کشیدن فرم ، زبری بال ، سفتی ، اصطکاک پوست ، سکون ، انتقال توسط واکنش های زنجیره ای ، زوج های زور و غیره )
فعل و انفعالات سیالات با اجسام جامد به خصوصیات سیال و هندسه جسم بستگی دارد. در مورد هواپیما ، ما هوا را به عنوان مایعات و هندسه هوای فویل داریم. هندسه ایروفویل به طور هدفمند طراحی شده است تا مایعات را ترجیحاً بالای آن مجبور کند. این منجر به اختلاف فشار می شود و سپس منجر به نیروی شناوری می شود که طبق قانون دوم نیوتن بالابر را تسریع می کند. قانون برنولی برای محاسبه مشکل مایعات مرتبط است.
بنابراین ، برای دستیابی به پرواز ، تنها چیزی که به شما احتیاج دارد ایروفیل با طراحی مناسب و راهی برای انتقال سرعت اولیه است. برای ادامه پرواز شما باید سرعت خود را بالا نگه دارید و برای اینکه پرواز را به صورت پایدار ادامه دهید به یک هواپیمای کاملاً طراحی شده با مرکز جرم ، مرکز رانش و مرکز بالابر در همان موقعیت نیاز دارید.
به دلیل انسداد بال ، هوا باید به دور بال بچرخد ، بنابراین فشار هوا در پایین بال افزایش می یابد زیرا هوای پایین بال فشرده می شود تا دور بال را بچرخد ، و هوا در قسمت بالای بال به دور بال کشیده می شود ، بنابراین فشار هوا در قسمت بال بال کاهش می یابد. بنابراین یک اختلاف فشار وجود دارد ، و سپس یک بالابر وجود دارد. توجه: قسمت پایین بال بادگیر است ، بنابراین هوا فشرده می شود ، فشار زیاد است و قسمت بالایی آن به سمت پایین است ، بنابراین هوا کشیده می شود و فشار کم است. بنابراین لیفت را نمی توان با قضیه برنولی توضیح داد. زیرا قضیه برنولی فشرده سازی و کشش مایع را در نظر نمی گیرد.
فشرده سازی و کشش
اگر فشار بالایی (فشار منفی) در بالای بال وجود نداشته باشد ، آیا جریان هوا به سمت پایین حرکت می کند؟ بدیهی است که به سمت پایین حرکت نخواهد کرد. بالابر بال از فشار کم در بالای بال و فشار زیاد در پایین بال ایجاد می شود. حرکت به سمت پایین جریان هوا فقط نتیجه فشار زیاد و کم است. چرا بالای بال فشار کم دارد؟ زیرا جریان هوا تمایل دارد تا در جهت طبیعی بال حرکت کند. چرا پایین بال بالا است؟ زیرا جریان هوا در راستای جهت عادی بال متمایل به نزدیک شدن است.جهت حرکت جریان هوا
توضیح نیوتنی پرواز درباره سرعت جریان جرم.
در پرواز کروز پایدار ، بالهایی با زاویه حمله مثبت (AOA) هر ثانیه از طریق جرم هوا پرواز می کنند (m / dt) ، و این هوا را تا سرعت (dv) به سمت پایین شتاب می دهند. این عمل یک نیروی رو به پایین را جمع می کند (یعنی $ Force = ma = m/dt x dv$. واکنش نیرویی رو به بالا برابر و مخالف ایجاد می کند که لیفت را فراهم می کند. لیفت جز component عمودی نیروی رو به بالا است. به زبان ساده ، وقتی هوا پایین می آید و هواپیما بالا می رود.
تصویر

ارسال پست