Подьемная сила крыла

[sergey zhukov]

Много раз слышал разные объяснения того, почему же крыло самолета создает подъемную силу. И самое надежное, что я усвоил - это то, что крыло так или иначе создает нисходящий поток воздуха. Все остальное - детали.

Практически любое несимметричное тело обтекается вязким потоком газа/жидкости так, что после обтекания поток приобретает поперечный импульс, которого до обтекания у него не было. Наверное есть несимметричные тела, которые не придают потоку поперечный импульс, но это скорее исключения.

Невязкая жидкость в этом случае как раз не приобретает такого импульса, поэтому теоретически не создает подъемной силы. Поэтому на примере обтекания крыла идеальной жидкостью и соответствующей разности давлений невозможно правильно показать механизм возникновения подъемной силы. В этом случае приходится искусственно накладывать вихрь Жуковского.

Воздух сходит с задней кромки крыла под углом к горизонту и имеет поперечный импульс. Позади самолета после его пролета воздух получает нисходящее движение, в противном случае никакой подъемной силы крыла не будет.

Или может, я что-то не так понимаю?

[vorvalm]

Воздушный поток после обтекания крыла имеет не столько "поперечную" составляющую,
сколько вихревую. Вихрь Жуковского не искусственное понятие, но вполне определенный
предикат математики - циркуляция .

[Xey]

sergey zhukov в сообщении #1422925 писал(а):

крыло так или иначе создает нисходящий поток воздуха. Все остальное - детали.

Среди этих деталей и то, что этот поток действует на землю (на центр тяжести Земли ).

[Pavia]

sergey zhukov в сообщении #1422925 писал(а):

Практически любое несимметричное тело обтекается вязким потоком газа/жидкости так, что после обтекания поток приобретает поперечный импульс, которого до обтекания у него не было. Наверное есть несимметричные тела, которые не придают потоку поперечный импульс, но это скорее исключения.

А если взять 0 угол атаки и профиль крыла в виде гауссианы?

sergey zhukov в сообщении #1422925 писал(а):

Невязкая жидкость в этом случае как раз не приобретает такого импульса, поэтому теоретически не создает подъемной силы.

Воздух жидкостью не является, что-бы его сделать жидким его надо в 22,4 раза сжать. А подъемная сила есть.

sergey zhukov в сообщении #1422925 писал(а):

Все остальное - детали.

Тогда зачем выбирать профиль крыла если он к подъемной силе не имеет отношения? И зачем же тогда делаю закрылки?
А как насчёт того что в случае поломки двигателя самолет не должен сваливаться в штопор, а осуществлять планирование? В этом случае мы же при отрицательном угле атаки должны сохранить подъемную силу, не так ли?

[vorvalm]

Pavia в сообщении #1422986 писал(а):

А как насчёт того что в случае поломки двигателя самолет не должен сваливаться в штопор, а осуществлять планирование? В этом случае мы же при отрицательном угле атаки должны сохранить подъемную силу, не так ли?

Вы, наверное, путаете угол атаки и угол тангажа

[Dmitriy40]

vorvalm в сообщении #1423001 писал(а):

Pavia в сообщении #1422986 писал(а):

А как насчёт того что в случае поломки двигателя самолет не должен сваливаться в штопор, а осуществлять планирование? В этом случае мы же при отрицательном угле атаки должны сохранить подъемную силу, не так ли?

Вы, наверное, путаете угол атаки и угол тангажа

Не обязательно, крыло несимметричного профиля может создавать подъёмную силу и при (небольших) отрицательных углах атаки, за счёт своего профиля.

[sergey zhukov]

vorvalm в сообщении #1422936 писал(а):

Воздушный поток после обтекания крыла имеет не столько "поперечную" составляющую,
сколько вихревую. Вихрь Жуковского не искусственное понятие, но вполне определенный
предикат математики - циркуляция

Вихрь Жуковского не искусственное понятие, согласен. Просто в идеальной жидкости он не возникает сам по себе при обтекании крыла. Его параметры нужно посчитать для конкретного крыла отдельно, а потом вручную добавить этот вихрь в идеальный поток.

А что значит "вихревая компонента"? В первом приближении воздух после пролета самолета просто приобретает вертикальную скорость, и больше ничего с ним не происходит. Не считая вихря, который сходит с концов крыльев, но это просто краевой эффект. В теории можно рассматривать крыло бесконечной длины, где этого вихря нет.

[vorvalm]

Dmitriy40 в сообщении #1423043 писал(а):

крыло несимметричного профиля может создавать подъёмную силу и при (небольших) отрицательных углах атаки, за счёт своего профиля.

Безусловно. Я даже знаю такой самолет - МИГ-17, у которого поляра крыла имела положительный коэффициент
подъемной силы при угле атаки $- 1^\circ$, при этом коэффициент лобового сопротивления был минимальным,
что позволяло этому самолету разгоняться в горизонтальном полете до скорости 1200 к\ч на форсаже.
Но оппонент рассматривает планирование с отказанным двигателем при отрицательном угле атаки ? ? ?
Нормальное планирование самолета происходит на наивыгоднейшем угле атаки.

[Dmitriy40]

vorvalm
Оппонент указывал ТС что надо очень желательно подъёмную силу крыла создавать не только за счёт угла атаки, потому что угол атаки может быть и немного отрицательным, а лететь при этом очень бы желательно. И вся тема не об углах самолёта и крыла (что Вы так любите), а о причинах возникновения подъёмной силы крыла. И оказывается создавать её только углом атаки хоть и можно, но неудобно и опасно, и крылья сложного профиля вовсе не исключения как надеялся ТС и значит его картина происходящего не совсем полна.

[vorvalm]

Вообще то подъемная сила равна

$$Y=C_xS\frac{\rho V^2}{2}$$

где
$C_x=f(\alpha)$ - коэффициент подъемной силы
$\alpha$ - угол атаки
$S$ - площадь крыла
$\rho$ - массовая плотность воздуха
$V$ - скорость полета
Активными элементами являются $\alpha$ и $V$

[sergey zhukov]

Мне так представляется, что если взять произвольный профиль (например, швеллер), погрузить его в поток и испытать силу, действующую на него в направлении перпендикулярно невозмущенному потоку, то она будет зависеть от угла поворота этого профиля относительно потока. Вероятно, общее свойство всех профилей - это как минимум два угла ориентации, при которых поперечная сила равна нулю. И вероятно, нет таких профилей (за исключением кругового), для которого поперечная сила была бы равна нулю при любой ориентации. Так что любой профиль (или его зеркальное отражение, если он создает поперечную силу не в ту сторону) может служить крылом для самолета.

Швеллер создает подъемную силу, но крыло при той же подъемной силе еще испытывает гораздо меньшее лобовое сопротивление. Подобрать профиль, у которого максимально соотношение поперечной силы к продольной - это сложная задача. А получить какую-нибудь подъемную силу проще простого. Так я это понимаю.

vorvalm в сообщении #1423304 писал(а):

Вообще то подъемная сила равна

Да. Ну тут вся хитрость в коэффициенте $C_x$ конечно.

[vorvalm]

Что касается профилей металлоконструкций, то они обязательно рассчитываются
на аэродинамическую устойчивость, но о подъемной силе не может быть и речи.
Подъемная сила - предикат аппаратов тяжелее воздуха. способных оторваться
от земли.

[Pphantom]

Последовавшее отделено в «Из: Подьемная сила крыла»

[Theoristos]

sergey zhukov в сообщении #1422925 писал(а):

крыло так или иначе создает нисходящий поток воздуха...

Всё верно. Закон сохранения импульса.

Другое дело, что импульс этого потока бывает удобнее вычислять по-другому.

[realeugene]

sergey zhukov в сообщении #1422925 писал(а):

И самое надежное, что я усвоил - это то, что крыло так или иначе создает нисходящий поток воздуха.

Обратите внимание, что воздух уже на небольшом удалении от крыла можно рассматривать как несжимаемый, так что, ввиду уравнения непрерывности потока, только нисходящее движение в следе за самолётом существовать не может. Импульс, в конце концов, передаётся сложным движением воздуха к поверхности Земли, но это движение воздуха никому не нужно рассчитывать, так как самолёт уже пролетел дальше, и на движение самолёта оно не влияет.