Aerodinámica: ¿cómo produce una elevación la sección transversal del perfil?

Answer 1

Antes de comenzar, ¡esa es una excelente pregunta! (aunque es posible que desee omitir las palabras ‘sección transversal’)

Entonces, lo primero es lo primero, la elevación se debe a la diferencia de presión por encima y por debajo de la superficie de sustentación. El lado inferior tiene una presión más alta y el por encima del perfil aerodinámico tiene baja presión. Por lo tanto, veremos cómo se ve afectada la presión.

Es bueno saber que cuando analizamos el flujo de aire sobre el perfil aerodinámico, se considera que el flujo es incompresible, invisible e irrotacional a granel. Las implicaciones que estas propiedades representan

1) incompresible: esto implica que el aire no se comprimirá, es decir, la densidad permanecerá constante. Esto nos ayuda a descuidar las diferencias de presión debido a los cambios de densidad.

2) Inviscid: las capas de aire que fluyen por encima del perfil no interfieren entre sí. No habrá fuerzas, por lo tanto, las variaciones de presión debido a la resistencia del aire a fluir. Esto es en gran parte cierto, excepto en una pequeña región cercana al perfil aerodinámico. Los efectos lejanos, en general, no son notables y podemos proceder.

3) Irrotatorio: esto resume la materia o el aire que fluye de una manera “bien portada” sobre el perfil aerodinámico. Puede buscar literatura (libros avanzados de mecánica de fluidos sobre estos). Esto implica aproximadamente que los pequeños elementos pequeños del aire no giran mientras fluyen solos. Esto es posible y este fenómeno se llama Vorticidad.

Ahora que tenemos claro por qué motivos evaluamos el flujo de aire alrededor de la superficie de sustentación, podemos proceder a notar que lo que queda para contribuir a las diferencias de presión es solo la velocidad. Otros factores han sido descartados (por los supuestos y respaldados por la experimentación)

Ahora, revisemos un concepto de física de la escuela secundaria aquí: el principio de Bernoulli .
En términos generales, esto indica que para un flujo que es incompresible, invisible e irrotacional, a lo largo de una línea de corriente (lo que sea que eso signifique) tiene la suma de la carga de presión, la velocidad y la carga potencial (a menudo denominada la carga total o energía) [1]) permanecer constante.

cabeza de presión =

cabeza de velocidad =

cabeza potencial =

cabeza total =

(Por el principio de Bernoulli)

Comparemos el caso arriba y debajo del perfil aerodinámico.

Tanto arriba como debajo de la z o la altura es más o menos lo mismo suponiendo la altura del avión. La constante gravitacional g y [math] \ rho [/ math] son ​​constantes. Entonces, en esencia, existe una correlación simple entre el cuadrado de la velocidad y la presión.

A mayor velocidad, menor será la presión. Y al revés, menor conducirá a una mayor presión.

Ahora deberíamos poder demostrar que la velocidad de arriba es mucho más rápida que la velocidad debajo del ala. Ha habido experimentos y una teoría rigurosa que explica por qué esto debería ser así.

Es posible que desee leer sobre el teorema de Kutta-Joukowski a este respecto. Sin embargo, una comprensión completa requeriría algunos antecedentes en análisis complejos y mucha más mecánica de fluidos de lo que escribiría como parte de esta respuesta. Particularmente, porque ha habido grandes que lo han hecho mejor que posiblemente pueda hacer .

Sin embargo, se pueden configurar sugerencias. Este teorema se desarrolla sobre la función de flujo potencial y corriente de la velocidad alrededor del perfil aerodinámico. Estos forman una llamada función analítica (Complejo). Esto nos ayuda a llegar al teorema que dice por qué particularmente esta debería ser la velocidad alrededor del perfil aerodinámico.

Físicamente, generalmente se ve que la presión alrededor de la parte superior aumenta mucho y luego se reduce lentamente para conducir a una velocidad finita en el borde posterior afilado del perfil aerodinámico .

Referencias
[1]: La ecuación de Bernoulli

EDITAR: Olvidé incluir, pero Fluid Mechanics de James Fay puede ser un buen principiante si desea seguir leyendo sobre mecánica de fluidos.

Answer 2

Tal vez se pregunte que, dado que el aire es estacionario y no se mueve (solo el ala se mueve), entonces, ¿desde dónde aparecen las velocidades del aire por encima y por debajo del ala? Bueno, aquí es donde la gente supone que el ala que se mueve hacia adelante en aire estacionario es equivalente al aire que se mueve hacia atrás cuando el ala está estacionaria. Me gustaría dar una explicación diferente.
Supongamos que nuestro ala se mueve hacia adelante en el aire estacionario. Cuando avanza, empujará el aire que está presente por delante. Al mismo tiempo, creará un vacío vacío en su parte posterior. Entonces, el aire empujado desde el frente se apresurará a ocupar el vacío que queda detrás del ala. Este flujo tendrá lugar tanto desde arriba como debajo del ala. Pero, la velocidad del flujo depende de la forma del ala. Luego puede aplicar su principio de bernoulli y efecto coanda a este flujo de aire como lo explican otras personas.

Puedes ver este increíble video sobre el tema y después de agregar mi solución obtendrás algo perfecto (eso espero):

Answer 3

Muy simplemente un ala en ángulo con el aire dobla el aire hacia abajo.

Vea mi explicación de YouTube aquí Complete Aerogeek

La elevación es una fuerza de reacción que se ajusta a las Leyes de Newton, particularmente las leyes segunda y tercera. Dobla el aire hacia abajo (con ambas superficies) y el ala sube.

El tipo más simple de ala es una placa plana como una cometa o un avión de papel. No tienen curva (comba) pero funcionan muy bien en ángulos de ataque más bajos (el ángulo del ala con respecto al flujo de aire relativo)

Las velas y los ala delta son superficies aerodinámicas de superficie única y la aerodinámica es exactamente la misma que el ala de un avión.

No se preocupe por esforzarse demasiado para comprender las diferencias de presión. Estos son el resultado de AOA, no la causa del levantamiento. El ángulo de ataque es la causa principal del levantamiento.

Si alguien trata de hablar sobre venturis o cómo el aire tiene que encontrarse en el borde de salida, muéstreles mi presentación en YouTube. Estos son mitos.

Si desea visualizar lo que está sucediendo, puede sacar la mano de la ventanilla del automóvil e inclinarla hacia el flujo de aire. Sentirás las fuerzas en el trabajo. Si desea realizar experimentos más complejos para visualizar el flujo, hágalo en una piscina ya que el aire es un gas que se comporta exactamente igual que un fluido.

Por último, las alas tienen muchas formas / secciones transversales. Todos los aviones de velocidad media suelen tener alas simétricas (la misma curva superior e inferior y todos los aviones de reacción utilizan alas supercríticas que están curvadas en la parte inferior y más planas en la parte superior. Estas se llaman alas supercríticas.

Answer 4

Además de las otras respuestas aquí, la respuesta teórica a esto se llama Teoría general del aerofoil fino. Por lo general, es válido para aerofoils delgados cuya curvatura es bastante pequeña. La esencia de la teoría es que el flujo sobre un perfil aerodinámico curvado puede considerarse como un flujo de dos tipos: circulante y no circulante. El flujo no circulante no contribuye al levantamiento (pero arrastre, sí) y puede considerarse como un perfil aerodinámico simétrico que tiene el mismo flujo pero a 0 grados AOA. Se considera que el flujo circulante es el flujo en el ángulo real de ataque a una placa que sigue la curvatura exacta de la línea de curvatura del perfil aerodinámico real y esto contribuye al levantamiento.
Luego, la placa se puede modelar como una lámina de vórtices de fuerza k y luego se puede resolver para levantarla usando el teorum Kutta-Joukowski.

Answer 5

Es una buena pregunta en realidad …

Cuando el avión está a punto de despegar … habrá una diferencia de presión en las superficies superior e inferior de las alas (en realidad, para la mayoría de las preguntas en aerodinámica, la diferencia de presión será la respuesta …) … llegando a cómo es la diferencia de presión creado … donde hay una velocidad más alta habrá una presión más baja y viceversa … habrá una velocidad más alta en la superficie superior y una velocidad relativamente más baja en la superficie inferior y, por lo tanto, una presión más alta en la parte inferior y una presión más baja en la parte superior … como I dicho levantamiento se debe a la diferencia de presión … existe una diferencia de presión entre las dos superficies en el ala … habrá un levantamiento

Rohith :))