Como as asas geram sustentação?

Para chegar ao fundo, pode ser útil observar a elevação em nível molecular:

Toda molécula de ar está em equilíbrio dinâmico entre os efeitos inerciais, de pressão e viscosos:

• Inercial significa que a massa da partícula quer viajar como antes e precisa que a força seja convencida do contrário.
• Pressão significa que as partículas de ar oscilam o tempo todo e saltam para outras partículas de ar. Quanto mais saltos, mais força eles exercem em seus arredores.
• Viscosidade significa que as moléculas de ar, devido a essa oscilação, tendem a assumir a velocidade e a direção de seus vizinhos.

Fluxo sobre o lado superior da asa

Agora, para o fluxo de ar: quando uma asa se aproxima em velocidade subsônica, a área de baixa pressão sobre sua superfície superior aspira ar à sua frente. Veja-o desta maneira: acima e abaixo de um pacote de ar, temos menos vibração de moléculas (= menos pressão), e agora a vibração não diminuída do ar abaixo e a montante desse pacote empurrará suas moléculas de ar para cima e em direção à asa. O pacote de ar sobe e acelera em direção à asa e é sugado para a área de baixa pressão. Devido à aceleração, o pacote será esticado longitudinalmente e sua pressão cairá em sincronia com o aumento da velocidade. A distribuição acontece na direção do fluxo - o pacote é distorcido e esticado longitudinalmente, mas contrai na direção ortogonalmente ao fluxo. Uma vez lá, ele "verá" que a asa abaixo dela se afasta de seu caminho de viagem e, se esse caminho permanecer inalterado, um vácuo entre a asa e nosso pacote de ar se formará. Relutantemente, o pacote muda de rumo e segue o contorno da asa. Isso requer pressão ainda menor, para fazer as moléculas mudarem de direção. Esse ar de fluxo rápido e baixa pressão, por sua vez, aspira novo ar à frente e abaixo dele, desacelera e recupera sua antiga pressão sobre a metade traseira da asa e flui com sua nova direção de fluxo.

Observe que a elevação só pode acontecer se o contorno superior da asa se inclinar para baixo e se afastar do caminho inicial do ar que flui ao redor da borda principal da asa. Isso pode ser curvatura ou ângulo de ataque - ambos terão o mesmo efeito. Como a curvatura permite uma mudança gradual do contorno, é mais eficiente que o ângulo de ataque.

Fluxo sobre o lado inferior da asa

Um pacote de ar que termina abaixo da asa experimentará menos elevação e aceleração, e na parte convexa dos aerofólios altamente curvados, ocorrerá uma compressão. Ele também precisa mudar seu caminho de fluxo, porque a asa curvada e / ou inclinada empurrará o ar abaixo dela para baixo, criando mais pressão e mais quedas de cima para o nosso pacote abaixo da asa. Quando os dois pacotes chegarem à borda de fuga, eles terão atingido uma velocidade descendente.

Atrás da asa, os dois pacotes continuarão no seu caminho descendente por um tempo devido à inércia e empurrarão outro ar abaixo deles para baixo e para os lados. Acima deles, esse ar, empurrado para o lado antes, agora preencherá o espaço acima de nossos dois pacotes. Macroscopicamente, isso se parece com dois grandes vórtices. Mas o ar nesses vórtices não pode mais atuar na asa, portanto não afetará o arrasto ou a elevação. Vejo aqui para saber mais sobre esse efeito, incluindo fotos bonitas.

O elevador pode ser explicado de várias maneiras equivalentes

Seguindo a imagem de um campo de pressão descrito acima, elevação é a diferença de pressão entre a superfície superior e inferior da asa. As moléculas saltarão contra a pele da asa mais no lado inferior do que no lado superior, e a diferença é a sustentação.

Ou você olha para a imagem macroscópica: uma certa massa de ar foi acelerada para baixo pela asa, e isso exigiu uma força para agir naquele ar. Essa força é o que mantém a aeronave no ar: levante.

Se você olhar para a asa como uma caixa preta e prestar atenção apenas ao impulso do ar que entra e sai, a asa mudará o impulso adicionando um componente descendente. A força de reação dessa mudança de impulso é a elevação.

De qualquer maneira, você chegará ao mesmo resultado. A propósito: a maior parte das mudanças direcionais ocorre na parte dianteira do aerofólio, não na borda traseira!

A elevação é uma questão de definição

A sustentação e o arrasto induzido fazem parte das pressões que atuam na asa. Se você somar todas as forças de pressão que atuam em uma asa, o vetor resultante apontará um pouco para trás. O componente no sentido horário é arrastado e o componente ortogonal à direção do movimento é levantado. Esta é apenas uma definição, feita para simplificar.

Resposta curta: exercendo uma força descendente no ar ao seu redor.

Resposta longa: algumas pessoas do Centro de Pesquisa Glenn da NASA escreveram uma explicação muito boa de várias páginas, lidando individualmente com cada efeito contribuinte, bem como algumas discussões sobre por que as explicações que você pode ter ouvido na escola não funcionam. Como a navegação é um pouco descolada, vincularemos cada página individualmente a um breve resumo.

Levante da área de pressão

Quando um fluido se move sobre um objeto (ou vice-versa), a pressão é diferente em pontos diferentes. Por causa dessa diferença de pressão, há uma força geral. Você pode usar a equação de Bernoulli para calcular essa força, mas precisa saber a velocidade do fluido (em cada ponto da asa) para começar. Você não pode simplesmente explicá-lo com "o efeito Bernoulli", porque o efeito Bernoulli se aplica tanto a qualquer coisa que se move pelo ar.

Levante do torneamento de fluxo

Ambas as superfícies da asa transformam o fluxo de ar. A superfície inferior a desvia (o ar bate na asa), enquanto a superfície superior curva a curva (o ar gruda na asa). A virada do fluxo é o que lhe dá sustentação, em vez de apenas arrastar. Você pode considerar o giro como a fonte da diferença de pressão no efeito Bernoulli, ou pode pensar nele simplesmente em termos de forças iguais e opostas.

Há outra maneira de modelar a rotação do fluxo, que não é discutida no site da NASA. Se você já ouviu falar do teorema de Kutta-Joukowski, é a isso que ele se relaciona. Quando o ar se curva em torno da asa (ou de qualquer objeto), existem dois pontos especiais. Na frente da asa, parte do ar passa por cima e parte por baixo, mas há um ponto entre as duas. A situação oposta acontece na parte traseira da asa, onde o ar da superfície superior encontra o ar que veio pelo caminho inferior (mas não o 'mesmo' ar: veja a teoria errada #1 abaixo). Esses dois pontos são chamados pontos de estagnação. Em um objeto normal, eles estão no mesmo nível verticalmente, mas porque as costas de uma asa são afiadas, o ponto de estagnação traseiro se formará atrás dele quando a asa estiver se movendo com rapidez suficiente. Isso é mais baixo que o ponto de estagnação frontal, o que implica que o movimento líquido do ar é descendente. É daí que vem o giro do fluxo, e o teorema permite calcular quanto de sustentação você recebe.

Teoria errada #1: tempo de trânsito igual

Como eu disse, para invocar o efeito Bernoulli, você precisa explicar por que o ar na superfície superior está se movendo mais rapidamente. Os professores costumam afirmar que é porque o ar na superfície superior precisa atender ao ar na superfície inferior. Simplesmente errado, e há um bom simulador para demonstrá-lo.

Teoria errada #2: saltando pedra

Esta página discute quando as pessoas percebem que o ar "quica" na superfície inferior da asa, mas negligencia a superfície superior.

Teoria errada #3: Venturi

Algumas pessoas imaginam a superfície superior da asa como a metade de um bico Venturi (um bico que acelera o fluxo de fluido ao constringi-lo). Essa diferença de velocidade daria origem a uma diferença de pressão (efeito Bernoulli novamente), mas acontece que a asa não funciona como um bico.

Bernoulli e Newton

Esta última página apenas resume que as teorias erradas começam com a física conhecida (leis de Newton ou o efeito Bernoulli), mas depois tentam simplificar demais tudo para torná-las adequadas à situação, para que acabem com explicações que fazem previsões erradas.

COMO UM AVIÃO GERA ELEVADOR

Geralmente, existem dois campos de pensamento populares (excluindo a teoria desmembrada do tempo igual) por trás de um avião que voa; alguns pensam que é causado por uma aplicação da lei 3rd de Newton, e outros pensam que é causada por uma diferença de pressão na parte superior e inferior da asa. Basicamente, tanto a explicação "Newtoniana" quanto a explicação "Pressão Alta / Baixa" estão certas até certo ponto. A NASA reconhece isso (veja a segunda referência abaixo) em seu artigo, no entanto, sua explicação final é muito mais focada na aplicação matemática e menos em uma explicação física.

Lei 3rd de Newton

No lado da lei 3rd de Newton, a força aerodinâmica líquida é causada por um redirecionamento do vento relativo para baixo (conhecido como "lavagem a jusante"). Se você observar o diagrama vetorial que descreve as forças da asa no ar, é mostrado que esse redirecionamento é causado por uma força no vento pela asa que aponta para baixo e mais ou menos perpendicular à linha de acordes da asa (a linha diretamente entre a borda anterior e a borda posterior). Por causa da lei 3rd de Newton, isso resulta em uma força do vento na asa na direção oposta (para cima e mais ou menos perpendicular à linha do acorde); essa força aerodinâmica líquida ascendente é responsável pelo levantamento e arraste induzido (arrasto causado pelos processos de levantamento do aerofólio, para não ser confundido com o arrasto parasitário que é o arrasto causado pelas superfícies do avião; um pára-quedas atrás do avião contribuiria arraste e todos os perfis aerodinâmicos produzem uma certa quantidade de arrasto induzido quando geram sustentação).

No fundo da asa, esse redirecionamento do ar pode ser explicado simplesmente. O vento relativo atinge o fundo e é forçado a se afastar do aerofólio pela força normal do aerofólio.

No topo da asa, o ar é redirecionado por um fenômeno conhecido como efeito Coanda, resultando em um fluxo laminar (o vento relativo segue a asa e é direcionado para baixo por ela). Descreverei por que o vento segue esse fluxo laminar com mais detalhes quando explico o segundo fenômeno principal de geração de sustentação relacionado às pressões (como você precisará das informações dessa seção para entender o efeito Coanda)

Pressão Alta / Baixa

Há uma pressão de ar mais alta na parte inferior da asa em relação a Patm (pressão atmosférica). Isso ocorre porque as correntes de ar ficam concentradas quando seus caminhos são bloqueados e redirecionados pelo aerofólio. Maior concentração de ar leva a maior pressão.

Da mesma forma, na parte superior dos aerofólios, as correntes de ar são impedidas de atingir diretamente a superfície superior da asa, criando um vazio onde há uma menor concentração de partículas de ar e, portanto, menor pressão. Como os fluidos fluem naturalmente de alta a baixa pressão, o ar em Patm, bem acima da asa, é "sugado" para baixo e abraça a superfície da asa. No entanto, mesmo com esse fluxo laminar (como discutimos acima), ainda existe uma zona de baixa pressão no topo da asa; o ar do fluxo laminar ainda não é suficiente para restaurar a região em Patm. Isso pode ser encontrado olhando-se o mapa de pressão de um aerofólio - você verá que existe uma região de baixa pressão no topo da asa, mesmo que exista fluxo laminar. Esta seção também deve ter respondido por que o fluxo laminar existe (consulte a última parte da parte da lei 3rd da newton acima).

Finalmente, como você tem uma pressão mais alta (força por unidade de área) na parte inferior da asa do que na parte superior da asa, as forças no aerofólio são desequilibradas e apontam para cima, em uma direção semelhante à aerodinâmica líquida força causada pela terceira lei de newton (detalhada acima). Isso contribui para a força aerodinâmica líquida.

Devido à menor pressão no topo da asa em relação ao fundo, o fluxo de ar no topo da asa se move mais rápido do que no fundo, de acordo com a equação de Bernoulli (basicamente em uma corrente de ar, uma diminuição na pressão resulta em um aumento na velocidade e vice-versa) - Veja o diagrama de fluxo na parte superior deste post. Pode ser por isso que a teoria do "tempo igual" (de que o fluxo de ar no topo da asa tem mais distância para viajar e que precisa viajar mais rápido) é tão amplamente aceita. O fluxo de ar na parte superior viaja mais rápido, mas não porque é uma distância maior.

Isso também explica os "vórtices das pontas das asas" - aqueles vórtices em turbilhão de ar que podem ser vistos (sob certas condições) atrás das asas de um avião. Isso ocorre porque o ar de alta pressão da parte inferior da asa gira sobre as extremidades da asa para tentar neutralizar a área de baixa pressão na parte superior (porque os fluidos tendem a viajar de alta para baixa pressão). Eles aumentam a pressão na parte superior da asa (e, como resultado, diminuem a pressão na parte inferior), reduzindo a diferença de pressão, no entanto, como o avião está se movendo, nem todo o ar que viaja de baixo para cima chega ao seu destino, pois o aerofólio move-se para fora do caminho, deixando o ar girar em um vórtice circular. Esse fluxo de ar de alta pressão reduz a sustentação (porque diminui a diferença de pressão). É por isso que os winglets foram inventados (as extensões verticais das asas no final das asas) - para bloquear parte desse fluxo e aumentar a sustentação (e, portanto, a eficiência de combustível). "Efeito solo", ou o fenômeno que aumenta a sustentação quando um avião está próximo ao solo, deve-se ao fato de o solo atrapalhar o ar, tentando girar para cima e neutralizar a baixa pressão no topo da asa.

Comentários finais

Mais um fenômeno aerodinâmico que vou relacionar com essa explicação é uma "paralisação". Quando um aerofólio pára, ele perde uma grande quantidade de sustentação e não pode mais neutralizar a gravidade, fazendo com que o avião caia no chão. Como piloto, pratiquei barracas muitas vezes e há duas coisas notáveis ​​que acontecem antes de uma barraca. Uma é que o avião perde consideravelmente a velocidade no ar quando você começa a aumentar o ângulo de ataque. Nesse caso, o que está acontecendo é que a força total na asa está sendo inclinada para trás e, portanto, é mais um arrasto induzido, em vez de sustentar (até um certo ponto, aumentar o ângulo de ataque aumenta a sustentação porque aumenta a força total no aerofólio, no entanto. o ângulo fica extremo, a elevação começa a diminuir e o arrasto continua a aumentar). Finalmente, quando o avião pára, você sente um repentino empurrão para baixo, como se um cordão que o segurasse tivesse sido cortado. Nesse caso, a asa atingiu seu ângulo crítico de ataque e o fluxo laminar no topo da asa (conforme detalhado acima) se separou (porque a pressão mais baixa na parte superior da asa não pode mais puxar o vento para baixo para se adequar à sua superfície como a força necessária para alterar o vetor de velocidade do vento por esse grande ângulo não pode ser exercida por essa diferença de pressão.Quando o avião parar, você deve anexar novamente o fluxo laminar ao fluxo de ar para "recuperar" o estábulo - em um avião que você faça isso inclinando-se com o garfo.

No futuro, eu adoraria expandir este post com explicações mais matemáticas sobre como calcular a sustentação de um determinado aerofólio, bem como explorar outras coisas relacionadas, como coeficiente de sustentação, número de Reynolds, como calcular o ângulo crítico de ataque e assuntos relacionados . Esse campo é geralmente dominado por dados empíricos e é difícil, mas divertido de se envolver em alguns deles com alguma matemática complicada (sem mencionar o caminho do futuro, especialmente porque os computadores agora podem processar esses modelos matemáticos para nós e são muito mais rápidos ao fazê-lo do que as experiências podem ser).

Fontes úteis:

1. allstar.fiu.edu/aero/airflylvl3.htm

2. grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/bernnew.html

3. grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/wrong1.html

4. grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/wrong2.html

5. grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/wrong3.html

6. www.youtube.com/watch?v=YyeX6ArxCYI

A resposta mais simples que sei que ainda é precisa é que, para qualquer objeto se mover pelo ar, alguma força deve empurrar o ar na frente dele para fora do caminho (gravidade, motores, momento etc. não importa). Se mais ar for empurrado para baixo e para cima (por exemplo, por asas), a diferença será chamada elevação.

Aqui está um link para o web book de John S. Denker sobre aerofólios. Esta é provavelmente a explicação definitiva de como as asas funcionam. John Denker tem vários sites que vale a pena conferir.

http://www.av8n.com/how/htm/airfoils.html

Conclusão: para que uma aeronave 150,000 lb. permaneça no ar, ela deve conceder 150,000 lbft de impulso ao ar pelo qual passa. Você pode falar sobre diferenças de pressão do ar (etc.), mas esse é apenas o começo da explicação. Se você acha que o tempo de trânsito é igual ou a curvatura da asa é o que faz as asas funcionarem, essa é uma leitura obrigatória.

Asas geram sustentação empurrando o ar para baixo. Quando criança, costumava enfiar a mão na janela aberta do carro e incliná-la - há uma força para cima. Uma placa plana faz isso.

Portanto, as asas das aeronaves podem ser placas planas, mas infelizmente as placas planas criam muito atrito assim que criam elevação, pois o fluxo na extremidade superior se desprende imediatamente (espiral encaracolada na foto acima). Esse efeito pode ser reduzido usando uma placa curvada em vez de uma placa plana, reduzindo o vórtice na superfície superior:

Mas permanece a questão de que, assim que a placa curvada é inclinada ainda mais, ela cria muita resistência, da mesma forma que a placa plana reta. Uma forma de gota de água é mais eficiente em arrastar do que uma placa plana, mantendo o fluxo fixo. E o que é uma seção transversal da asa que não seja uma placa curvada com uma seção transversal de gota d'água?

Fica um pouco confuso e tudo quando olhamos para a aceleração do ar na pressão superior e inferior, etc., especialmente se queremos explicar a criação de elevação a partir disso. Por fim, o levantamento é criado pela aceleração do ar para baixo e a continuidade da massa implica que o ar no lado superior deve acelerar. É um efeito e não uma causa.

Uma maneira simples de entender é que a asa age como uma lâmina em um ventilador. Mover-se pelo ar no ângulo correto faz com que um vácuo se forme por cima. A ponta frontal deve ser redonda para permitir que o ar se mova suavemente e se expanda para criar o vácuo.

Fundos planos e outras formas simplesmente maximizam esse efeito, mas não são necessários. É por isso que é possível voar de cabeça para baixo enquanto a asa estiver atingindo o ar no ângulo certo. (Não no ângulo reto.)

atualizar: Consulte Experiências próprias sobre o giro de fluxo na parte inferior desta postagem

Sou um jornalista científico independente, fiz muitas pesquisas sobre mitos e explicações falsas sobre o levantamento e esta explicação é o resultado:

O problema. Como sabemos, o princípio da geração de sustentação em geral e o efeito Magnus são erroneamente entendidos e explicados falsos em muitas fontes. A alta velocidade de fluxo em torno de uma protuberância do aerofólio (ou uma esfera / cilindro giratório no caso do efeito Magnus) e a baixa pressão relacionada (efeito Bernoulli) não são a causa do levantamento, como costuma ser dito, mas apenas estão ajudando a geração do elevador porque é uma aceleração do ar. No entanto, ainda é um fator importante no mecanismo de elevação porque faz parte da força de elevação (Força = Massa x Aceleração) Essa aceleração extra devido ao aumento da velocidade do fluxo pode ser adicionada à aceleração normal envolvida com a força que faz com que o fluxo gire.

A verdadeira causa. Também geralmente aceito é que o verdadeiro causar do elevador é o ar que é virado para baixo pelo ângulo ou formato do aerofólio e essa força causa uma força na direção oposta, conforme explicado por, entre outros, a NASA. No entanto, o mecanismo ainda não está claro para muitas pessoas. Eu tento dar um pouco mais de insight com alguns experimentos auto-desenvolvidos muito fáceis e exemplos fáceis de entender. (veja também este demonstração em vídeo) Sabemos que, para girar um fluxo, é necessária uma força; portanto, quanto maior a deflexão, maior a força. Um giro é na verdade uma aceleração. Durante o giro, deve haver uma força igual na direção oposta (terceira lei de Newton). Este é o elevador real no aerofólio. É claro que um certo raio de rotação do fluxo (ação) resulta em um raio igual da força oposta (reação). É importante entender que a reação do aerofólio no fluxo de ar acelerado é causada pela interação da superfície do aerofólio com a camada limite.

Centro de Pressão. A chave para criar ação = reação no aerofólio é a viscosidade do ar, pois sem o ar grudando menos ou mais no aerofólio, a interação necessária não aconteceria. Essas forças atuam em todos os lugares no aerofólio, mas no centro de pressão (CP) ocorre onde a deflexão média é a maior, então também há a maior ação = ponto de reação. Este é o ponto em que a força de elevação atua no aerofólio. Podemos verificar isso facilmente com abas implantadas. As abas causam uma maior deflexão do ar na borda traseira, assim o centro de pressão se move mais para a borda traseira, em seguida, sem abas.

A verdadeira força de elevação. À medida que o ar é desviado para baixo, o ar exerce uma força na direção oposta, o que significa que aumenta a pressão na parte inferior da asa, resultando em um vetor maior na direção para cima. Mas no lado superior da asa agora temos um vetor menor à medida que a pressão diminui, porque aqui está uma dedução da pressão causada pela força na direção ascendente. O resultado é uma força líquida para cima. Esse abaixamento vertical da pressão é a força real de elevação.

Resumindo: Temos uma redução da pressão tangencial relativamente baixa (atuando na direção do fluxo), que é a parte de Bernoulli e a parte de aceleração da força de elevação. E temos uma enorme redução de pressão vertical, que é a parte newtoniana da força de elevação que realmente faz com que o aerofólio se mova para cima e que determina onde no aerofólio o centro de pressão está localizado e onde a força de elevação resultante atua. A maior parte da pressão que vemos nas figuras isobares de um aerofólio é vertical e apenas pouco é tangencial. Isso corresponde a medições anteriores realizadas pelos aerodinâmicos de que a redução de pressão na direção do fluxo (Bernoulli) não corresponde à elevação gerada real. Para entender a relação entre a redução de pressão na direção do fluxo e a redução de pressão na direção vertical, perceba que a deflexão de um fluxo para criar elevação é sempre acompanhada por um gradiente de pressão, portanto, se o fluxo acelerar por cima do aerofólio e diminuir a pressão (princípio de Bernoulli) e depois for girado para baixo para criar uma força superior, o fluxo será desacelerado e a pressão aumentará. Esse aumento de pressão no lado superior do aerofólio é insignificante em comparação com a diminuição da pressão no lado superior causada pelo ar que é acelerado para baixo; portanto, o aerofólio se move para cima e temos elevação.

Mais um exemplo. Imagine uma asa de chapa plana voando no ângulo de ataque zero com, na borda traseira, uma aba apontada para baixo. Imagine apenas o fluxo de ar no lado superior desta asa. Não há aceleração e redução da pressão relacionada ao fluxo, pois o fluxo não passa por nenhum obstáculo. Apenas encontra um gradiente de pressão adversa quando se move sobre a aba, porque há uma diminuição na velocidade do fluxo, aumentar em pressão de fluxo (Bernoulli). Mas como o fluxo é desviado para baixo, uma força na direção oposta atua ao mesmo tempo e, portanto, no lado superior, há uma pressão muito, muito mais importante diminuir (porque a força na direção ascendente trabalha contra a pressão ambiente vinda de cima). Essa diminuição da pressão causada pela ação 'vertical' é o real força de elevação.

atualizar: Experiências próprias sobre torneamento de fluxo. Em setembro, 26, 2018, durante experimentos de teste de torneamento de fluxo pessoal com dispositivos de asa voadora de papelão desenvolvidos, encontrei evidências de uma teoria que suspeitava há muito tempo. Isso envolve a importância da distância do giro do fluxo em relação à inclinação do giro. Expliquei brevemente: A distância do giro parece mais importante que o ângulo de giro. Ao atirar a asa e ao estimar a localização do centro de pressão, o lado com a curva mais longa sempre a ganhava do lado com a curva mais íngreme, independentemente da orientação da asa.

Os resultados do teste:

- Curva íngreme curta apontando para baixo na frente, curva menos íngreme nas costas apontando para cima.> Resultado: momento positivo, o nariz se move para cima.Este é o efeito da curva nas costas como uma curva predominante para baixo na frente geraria um momento de nariz para baixo, pois seria um ângulo de ataque negativo.

--Longa curva menos íngreme apontando para cima na frente, curva curta íngreme nas costas apontando para baixo.> Resultado: momento positivo, o nariz se move para cima. Esse é o efeito da curva longa e menos acentuada na frente, pois esse é um ângulo de ataque positivo.

Os resultados das minhas descobertas correspondem ao fato de que o fluxo que gira na borda principal de um aerofólio é realmente o maior, enquanto não está criando o maior momento. No entanto, o giro para a borda de fuga após o ponto de curvatura máxima é maior, vence e cria o momento da CP. Parece lógico, porém, que em uma batalha entre duas curvas do mesmo comprimento, a curva com o ângulo mais acentuado vence.

Um dos meus dispositivos autodesenvolvidos para realizar experimentos com elevação, rotação de fluxo e centro de pressão: O FWSCLm Demonstrator (estabilidade da asa voadora e movimento CL). A caneta na frente pode ser movida para dentro e para fora, a fim de regular o centro de gravidade. As abas na parte traseira são usadas para aumentar ou diminuir a curvatura do perfil da asa, a fim de regular o centro de elevação. vista lateral

Como uma pequena bola gera força centrípeta quando se move sobre uma superfície curva? A razão é a gravidade. Quando a bola pequena tem uma velocidade ao longo da seta vermelha, a bola pequena tem uma tendência a sair ao longo da direção normal da superfície, de modo que a força da bola pequena na superfície curva será reduzida, assim a força centrípeta da bola pequena bola que se move ao longo da superfície será obtida.

Mudamos as bolinhas na superfície para o ar. Quando o ar não se move, suponha que a força do ar na superfície curva seja F, e quando o ar tem uma velocidade na direção da seta vermelha, a força do ar na superfície curva é f, porque o ar uma tendência a sair ao longo da direção normal da superfície curva, então F> f. Portanto, o ar tem uma força centrípeta que se move ao longo de uma superfície curva, o que faz o ar se mover ao longo de uma superfície curva.

A força exercida pelo ar na superfície curva é a pressão do ar. Uma diminuição na pressão do ar é uma diminuição da força exercida pelo ar em uma superfície curva.

A superfície curva aqui é semelhante à asa.

Lift é uma força gerada através de uma asa por causa de Diferença de pressão. Então, basicamente, se você conseguir atingir uma pressão diferente acima e abaixo de uma asa, teria de levantar. Agora, a partir da lei básica de Newton, essa força seria direcionada da região de alta pressão para a região de baixa pressão (porque a região de alta pressão vai empurrar a superfície, exercendo mais força sobre ela em comparação com a região de baixa pressão). pressão que empurraria a superfície com uma força relativamente menor).

Agora, o importante é criar essa diferença de pressão. Isso é obtido através da exploração de uma propriedade interessante do fluido: um fluido de fluxo rápido tem pressão mais baixa em comparação com um fluido de movimento lento. Esta propriedade pode ser provou por vários meios matemáticos e é maravilhosamente incorporado no Princípio de Bernoulli. Por isso Princípio de Bernoulli é uma expressão matemática de uma propriedade inerente de um fluido.

Agora, para obter sustentação, a diferença de pressão necessária pode ser criada com um fluxo ao redor do aerofólio, de modo que as velocidades do fluido abaixo e acima do aerofólio sejam diferentes. Isto é conseguido alterando a forma da asa (Camber) de forma que ela se torne assimétrica. A assimetria causa velocidades diferentes nas partes superior e inferior do aerofólio devido ao seguinte motivo:

Quando um fluido atinge a borda principal do aerofólio, parte do fluido é deslocada para cima, enquanto parte dele é deslocada para baixo. Devido à assimetria do aerofólio, o fluido que se moveu para cima tem menos área de seção transversal para percorrer, em comparação com o fluido que foi embaixo do aerofólio. Essa diferença na área disponível para o fluido para movimento cria a diferença nas velocidades do fluido em diferentes regiões. Essa propriedade do fluido de se mover mais rapidamente em áreas de seção transversal menor e se mover lentamente em áreas de seção transversal maior pode ser derivada em forma matemática pela aplicação da conservação de massa, e é denominada Princípio da continuidade.

Portanto, velocidades de fluido alteradas criam um gradiente de pressão que, por sua vez, causa uma força na asa, chamada de sustentação. Agora, esse elevador pode estar em qualquer direção (o que pode ser descoberto através da integração de forças muito pequenas em áreas muito pequenas na superfície da asa). O componente dessa força perpendicular na direção da velocidade da aeronave é chamado elevador força, onde como o outro componente paralelo a velocidade do avião é então incluída no querido força.

EDITAR

Para uma representação muito precisa das equações que governam o comportamento dos fluidos, pode-se argumentar que o Princípio de Bernoulli está incorreto. Nesse caso, a equação de Navier Stoke é válida, mas, para fins de entendimento, qualquer invariante no tempo (estável), em compressível, inviscível pode-se considerar que o fluxo obedece à equação de Bernoulli.

Além disso, para um fluido real, ele não obedecia à Equação de Bernoulli na maioria das vezes, mas o comportamento geral da redução de pressão com o aumento da velocidade do fluxo ainda é observado, embora a queda de pressão exata não possa ser calculada através da Equação de Bernoulli. Nesses casos, a equação de Navier Stoke é usada para calcular corretamente a queda de pressão criada devido ao aumento da velocidade do fluxo.

EDIT 2

Para asas simétricas, a asa não gerará qualquer elevação se o fluxo ver a asa simetricamente, de modo que inerentemente significa que uma asa simétrica com ângulo de contato 0 não produzirá nenhuma elevação. Para obter sustentação de uma asa simétrica, ela é colocada em algum ângulo em relação ao fluxo, de modo que o fluxo o veja "assimetricamente" e, portanto, a explicação acima pode ser usada para explicar a vida gerada neste caso.

EDIT 3

Explicação para aviões voando de cabeça para baixo: Para um avião normal voar, é necessário um ângulo de ataque positivo. Dê a este plano um rolo de velocidade no eixo 180, você obterá um plano com um ângulo de ataque de cinco e, portanto, um levantamento negativo. Mas um avião não pode sustentar o vôo com sustentação negativa; portanto, o que os aviões de cabeça para baixo precisam fazer é aumentar o ângulo de ataque para positivo, puxando o nariz para cima (isso seria empurrar o nariz para o céu de cabeça para baixo) para baixo). Isso faz com que o ângulo de ataque mude e se torne + ve. O ângulo de ataque + ve significa que a asa passará a ter uma vida tal que um plano de cabeça para baixo tenha elevação na direção para cima (Isso é equivalente a um plano normal com cinco ângulos de ataque e, portanto, elevação negativa).

Um avião voa por vários mecanismos. O primeiro é o efeito Bernoulli causado pela curvatura da asa que gera um diferencial de pressão empurrando a asa para cima, enquanto se move para a frente no ar. Observe que os pássaros têm asas arqueadas. No entanto, é possível ter um avião com asas completamente planas e sem curvatura, por isso é um erro pensar que essa é a única fonte de sustentação (como algumas das respostas acima fizeram).

O ângulo na raiz da asa também é importante. Se você colocar a mão em um ângulo fora da janela do carro, sentirá que é forçada a subir. Esse mesmo efeito é conseguido em uma aeronave dobrando as asas ligeiramente para cima em relação ao plano da fuselagem.

Finalmente, você deve estar ciente de que a razão pela qual um avião permanece no ar não tem nada a ver com a elevação, mas com a área de superfície que ela apresenta ao solo. A força primária que sustenta um plano é a resistência do ar, que é uma função dessa área de superfície. A força dessa resistência do ar é muito maior que a força gerada pelos dois efeitos anteriores. Por exemplo, um dos principais critérios de projeto de um avião é se ele possui uma fuselagem quadrada ou uma fuselagem redonda / oval. Uma fuselagem quadrada apresentará mais área de superfície ao solo, tendo assim maior eficiência em permanecer no ar. Por esse motivo, quase todas as aeronaves antigas tinham fuselagens quadradas. No entanto, uma fuselagem redonda será mais eficiente se movendo para frente do que uma quadrada; portanto, em um avião construído para acelerar, a rodada é melhor. Uma aeronave com uma fuselagem redonda vai mais rápido, mas consome menos combustível do que uma com uma fuselagem quadrada.

O mesmo argumento vale para a área da asa. Quanto maior a asa, maior a resistência do ar. Por esse motivo, planadores têm asas relativamente grandes em comparação com aeronaves a motor. A desvantagem de uma asa grande é a mesma de uma fuselagem quadrada: o avião fica mais lento.

Portanto, para recapitular, existem três fatores que mantêm uma aeronave no ar: resistência vertical do ar devido à área da superfície voltada para baixo, ângulo das asas na raiz da asa e efeito Bernoulli associado à curvatura nas asas.