2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему На страницу Пред.  1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ... 15  След.
 
 Re: Закон Бернулли - не понимаю
Сообщение01.11.2021, 17:01 
Заслуженный участник


18/09/21
1756
Emergency в сообщении #1537285 писал(а):
если трение равно нулю?
Какое трение? Воздуха о воздух?

 Профиль  
                  
 
 Re: Закон Бернулли - не понимаю
Сообщение01.11.2021, 17:05 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


04/09/14
5255
ФТИ им. Иоффе СПб
zykov в сообщении #1537284 писал(а):
Ну закон сохранения импульса никто же не отменял.
Это точно. Самолет летит равномерно и прямолинейно (вертолет вообще висит и не колышется), изменение импульс по вертикали - строгий ноль. Куда девать полученный импульс? Тут есть другая засада. На крыло действует подъемная сила. Такую силу можно представить как поток импульса, и он не нулевой. Однако, аналогичный поток импульса действует и на висящий дирижабль. То есть, наличие потока импульса не означает наличия потока воздуха.

-- 01.11.2021, 17:07 --

zykov в сообщении #1537288 писал(а):
Какое трение? Воздуха о воздух?
На картинках по ссылке приведено решение для идеальной не вязкой жидкости.

 Профиль  
                  
 
 Re: Закон Бернулли - не понимаю
Сообщение01.11.2021, 17:46 
Заслуженный участник


18/09/21
1756
amon в сообщении #1537289 писал(а):
Однако, аналогичный поток импульса действует и на висящий дирижабль
Есть принципиальная резница между самолётом/вертолётом и воздушным шаром/дирижаблем.
На дирижабль действует сила архимеда. Всё в статике, никакой динамики. Воздух тут, как опора, просто газообразная, а не твёрдая.

А вот вертолёт висит на месте. Там конечно есть сила архимеда, но крохотная. А висит он за счёт динамики. Тут имеет место реактивный эффект от потока воздуха отбрасываемого вниз.
То же и с самолётом. Только в отличии от вертолёта он летит быстро и заметает большие массы воздуха крылом. И естественно имеет место поток воздуха вниз, который уносит импульс.

 Профиль  
                  
 
 Re: Закон Бернулли - не понимаю
Сообщение01.11.2021, 18:53 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


04/09/14
5255
ФТИ им. Иоффе СПб
zykov в сообщении #1537293 писал(а):
Тут имеет место реактивный эффект от потока воздуха отбрасываемого вниз.
Вы на картинку смотрели? Нет там никакого реактивного эффекта. И дирижабль и самолет висят за счет разности давлений сверху и снизу, только на крыле эта разность создается динамически и зависит от скорости набегающего потока.

 Профиль  
                  
 
 Re: Закон Бернулли - не понимаю
Сообщение01.11.2021, 19:10 
Заслуженный участник


18/09/21
1756
Нет, на картинку не смотрел. Я про реальный самолёт.
amon в сообщении #1537309 писал(а):
только на крыле эта разность создается динамически и зависит от скорости набегающего потока
Ну так значит и крыло на поток действует, и поток получает импульс.
Дирижабль действует на воздух, но на тот же воздух нижние слои тоже действуют. В сумме ноль получается.

 Профиль  
                  
 
 Re: Закон Бернулли - не понимаю
Сообщение01.11.2021, 23:41 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


04/09/14
5255
ФТИ им. Иоффе СПб
zykov в сообщении #1537314 писал(а):
Ну так значит и крыло на поток действует, и поток получает импульс.
Тензор потока импульса жидкости имеет вид $\Pi_{ik}=p\delta_{ik}+\rho v_i v_k.$ И для крыла и для дирижабля работает первый член, поэтому подъемная сила в идеальной жидкости это "сила Архимеда," возникающая из-за разности давлений сверху и снизу. Вообще, идея о том, что крыло отбрасывает вниз воздух и так создает подъемную силу, видимо, возникла из-за неточного цитирования Прандтля. Точная цитата такая:

"При движении самолета движущиеся вниз массы воздуха создаются вихревой системой, оставляемой позади себя крылом (§12). Однако теперь, в отличие от случая геликоптерного винта, разностью давлений в нисходящем потоке воздуха пренебрегать нельзя, и поэтому получаются более сложные соотношения. Следовательно, реакция воздуха на крыло, т. е. подъемная сила крыла будет определяться не только изменением количества движения отбрасываемой массы воздуха, но также разностью давлении в струе, и поэтому от формы контрольной поверхности будет зависеть, какая доля подъемной силы будет возникать за счет изменения количества движения и какая доля — за счет давления."

Причем, ученый, из любви к расчетам через плотность потока, тут тоже слегка слукавил. Для идеальной жидкости и бесконечного крыла "отбрасывать" ничего не нужно. Все "отбрасывание" - результат конечного размаха и неидеальности воздуха.

 Профиль  
                  
 
 Re: Закон Бернулли - не понимаю
Сообщение02.11.2021, 08:02 
Заслуженный участник


28/12/12
7931
zykov в сообщении #1537255 писал(а):
Как-то с потолка...
Boeing 747-400ER, размах крыльев: 64,4 м

Сечение - это фронтальная проекция.

zykov в сообщении #1537284 писал(а):
Значит опора - здесь воздух - должна была получить импульс.
Хоть это самолёт, хоть вертолёт.

Воздух под самолетом поджимается, и может никуда не лететь, особенно со скоростью 500 м/с. У нас все же снизу есть поверхность Земли.

 Профиль  
                  
 
 Re: Закон Бернулли - не понимаю
Сообщение02.11.2021, 08:13 
Заслуженный участник


18/09/21
1756
DimaM в сообщении #1537354 писал(а):
Воздух под самолетом поджимается, и может никуда не лететь, особенно со скоростью 500 м/с. У нас все же снизу есть поверхность Земли.
Если это экраноплан на высоте 1м-3м, то да.
А если это самолёт на высоте 2км, то это бессмыслица.
Возникает поток воздуха вниз от крыльев, который быстро рассеивается, перераспределяя свой импульс по большому объёму воздуха вокруг.

Честно говоря, это очевидно из закона сохранения импульса.
Как вертолёт напрявляет вниз поток воздуха лопостями, чтобы висеть, так и самолёт направляет воздух вниз крыльями. Только самолёт летит и поток размазывается вдоль траектории.

 Профиль  
                  
 
 Re: Закон Бернулли - не понимаю
Сообщение02.11.2021, 08:33 
Заслуженный участник


28/12/12
7931
zykov в сообщении #1537357 писал(а):
Возникает поток воздуха вниз от крыльев, который быстро рассеивается, перераспределяя свой импульс по большому объёму воздуха вокруг.

Ну я же выше посчитал требуемую скорость такого потока. Совершенно очевидно, что вокруг летящего самолета таких скоростей не образуется.

 Профиль  
                  
 
 Re: Закон Бернулли - не понимаю
Сообщение02.11.2021, 08:36 
Заслуженный участник


18/09/21
1756
DimaM в сообщении #1537363 писал(а):
Совершенно очевидно, что вокруг летящего самолета таких скоростей не образуется.
Нет, очевидно обратное.
И эта скорость быстро падает за счёт перераспределения импульса по большему объёму воздуха.

 Профиль  
                  
 
 Re: Закон Бернулли - не понимаю
Сообщение02.11.2021, 09:38 
Заслуженный участник


18/09/21
1756
Тут кстати можно провести элементарны анализ для вертолёта/самолёта/планера на основе формулы $E=\frac{p^2}{2m}$.
Для того чтобы передать тот же импульс при меньших затратах энергии нужно задействовать бОльшую массу воздуха.

Для вертолёта это значит, что более длинные лопасти выгоднее. Но там техническая проблема, что концы лопастей движутся быстрее чем середина. А если скорость превысит скорость звука, то будут проблемы. Другое решение - поставить несколько винтов (2, 3, 4), чтобы захватить большую площадь воздуха.

Для самолёта и планера всё лучше. Они в процессе полёта заметают большую площадь воздуха крыльями, так что там полёт экономичнее.
Планер или самолёт с выключенными двигателями могут довольно долго планировать меняя свою кинетическую энергию на создание подъёмной силы.
При больших скоростях больше воздуха заметает, но там уже существеным будет лобовое сопротивление. Так что экономичнее лететь не сильно быстро.

 Профиль  
                  
 
 Re: Закон Бернулли - не понимаю
Сообщение02.11.2021, 13:46 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


04/09/14
5255
ФТИ им. Иоффе СПб
zykov в сообщении #1537374 писал(а):
меняя свою кинетическую энергию на создание подъёмной силы.
Эк Вы загнули! Подъемная сила перпендикулярна перемещению, ее работа - ноль. Индуктивное сопротивление крыла конечного размаха связано с генерацией концевого вихря на конце крыла и прямого отношения к созданию подъемной силы не имеет.

 Профиль  
                  
 
 Re: Закон Бернулли - не понимаю
Сообщение02.11.2021, 13:47 


29/09/17
214
amon в сообщении #1537330 писал(а):
Причем, ученый, из любви к расчетам через плотность потока, тут тоже слегка слукавил. Для идеальной жидкости и бесконечного крыла "отбрасывать" ничего не нужно. Все "отбрасывание" - результат конечного размаха и неидеальности воздуха.

Тогда будет нарушаться закон сохранения импульса. Крыло самолета принципиально не отличается от винта вертолета, и это точно не воздушный шар, который летает без отбрасывания воздуха вниз.
Для наглядности поместим вертолет или самолет в большой шар. Если внизу шара не будет дополнительного давления, то получиться барон Мюнхаузен, а дополнительное давление получается из-за отбрасывания воздуха вниз.

 Профиль  
                  
 
 Re: Закон Бернулли - не понимаю
Сообщение02.11.2021, 13:57 
Заслуженный участник


18/09/21
1756
amon в сообщении #1537412 писал(а):
Подъемная сила перпендикулярна перемещению, ее работа - ноль
Работа над самолётом равна нулю. Но воздух уносит и импульс, и энергию ($E=\frac{p^2}{2m}$).
Вот представьте зависший вертолёт (ну или ракету, которая зависла на месте). Реактивная сила работы над аппаратом не совершает. А рабочее тело уносит импульс и уносит энергию.

 Профиль  
                  
 
 Re: Закон Бернулли - не понимаю
Сообщение02.11.2021, 16:24 


17/10/16
4801
Да, когда говорят про крыло, то очень часто вообще не различают случаи крыла конечного (трехмерная задача) и бесконечного (двумерная задача) размаха. Отсюда очень много недоразумения происходит, я думаю.

Возьмем тот самый цилиндр, который amon приводил в пример (двумерная задача, цилиндр бесконечен), окружим его контрольной цилиндрической поверхностью и подсчитаем поток вертикального импульса через нее (левая картинка):
Изображение
Справа через красную поверхность входит поток положительного вертикального импульса, а слева - через синюю поверхность - выходит поток отрицательного вертикального импульса. Этот поток создает подьемную силу.
Эта картинка показывает не совсем то, что мы интуитивно ожидаем от крыла. Во первых, получается, что крыло просто отражает набегающий поток воздуха (работает, как лопатка активной турбины), причем воздух в пространстве перед крылом уже поднимается, т.е. имеет нужный вертикальный импульс (что выглядит странно). Во вторых, подьемная сила строго вертикальна, и такому самолету вообще не нужен двигатель, чтобы лететь (нет силы сопротивления). Крыло не совершает никакой работы, т.к. поток воздуха и до пролета крыла, и после него обладает одной и той же кинетической энергией.

Мы ожидаем другое (правая картинка). Набегающий поток не несет никакого импульса, а сходящий поток уносит вертикальный импульс. В этом случае подьемная сила уже не вертикальна и содержит горизонтальную компоненту (сила индуктивного сопротивления), т.е. появляется необходимость в двигателе. Если смотреть с земли, то поток, бывший неподвижным до крыла, получает некоторую скорость после пролета крыла. Поэтому крыло постоянно совершает работу и на него должна действовать сила сопротивления.

Если рассматривать крыло конечного размера, то в его середине мы имеем картину обтекания, похожую на двумерный случай. Ближе к краям крыла, где задача становится существенно трехмерной, мы имеем что-то более похожее на вторую картинку. Т.е. края крыла отвечают за "эффект реактивного двигателя" и возникновение силы индуктивного сопротивления. Если крыло делать все длиннее и длиннее, то краевые эффекты становятся пренебрежимо малы и мы получаем приближение к идеальному случаю, в котором подьемная сила почти вертикальна.

С другой стороны, получается странная ситуация. Наш самолет с бесконечным крылом не тратит энергию на полет потому, что воздушная среда по всей своей массе уже приведена в необходимое движение и несет нужные энергию и импульс. Реальный самолет должен приводить воздушную среду в движение (где бы то ни было) сам. Если потребовать этого же от бесконечного крыла, то, по моему, его невозможно будет сдвинуть с места.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 211 ]  На страницу Пред.  1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ... 15  След.

Модераторы: photon, whiterussian, profrotter, Jnrty, Aer, Парджеттер, Eule_A, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: Bing [bot]


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group