A compressibilidade do ar é a razão pela qual as asas de alta proporção são mais eficientes

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Como dito muitas vezes aqui 1 , 2 , 3 asas geram sustentação movendo o ar para baixo. Esse ar descendente cria uma força igual e oposta empurrando a aeronave para cima.

As alças com relação de aspecto alto têm uma relação maior de sustentação / arrasto porque estão movimentando um pouco grandes quantidades de ar, em comparação com as asas com menor razão de aspecto que movimentam muito o ar.

Agora, minha pergunta é por que isso importa?

Ao usar objetos "sólidos" para gerar "elevação", isso não importa, desde que o objeto sólido seja strong o suficiente para não quebrar. Por exemplo, a imagem abaixo mostra 2 polos de tamanhos diferentes (diferentes proporções) resistindo à mesma quantidade de força.

O ar não é um sólido e, portanto, quando pressão alta é exercida contra ele, o ar se comprime absorvendo parte dessa pressão e convertendo-a em calor e energia potencial.

Há também bolsões de baixa pressão que formarão o que pode tentar "sugar" o aircaft de volta para ele criando arrasto. Em alguns casos, estas bolsas de baixa pressão fazem com que o vapor de água no ar se evapore:

Esta é a razão pela qual é mais eficaz mover muito ar lentamente, contra um pouco de ar? Para evitar que a energia seja perdida para aquecer a conversão / armazenamento da energia potencial da qual sua aeronave não será beneficiada, já que você já voou para fora da área do lançamento?

Se isso é verdade, o mesmo se aplica à água que é um líquido não compressível? É por isso que não costumamos ver barcos com deslocamentos de "alta proporção" de água?

    
por YAHsaves 03.09.2018 / 23:45

1 resposta

Não. De fato, a compressibilidade não entra realmente em jogo até que você entre em efeito terra ou números altos de Mach.

Vamos considerar colocar um objeto (por que você não experimenta sua xícara de café (vazia)?) no ar. No momento em que você soltá-lo, ele irá acelerar rapidamente para baixo e eventualmente desmontar espontaneamente. Isso ocorre porque o ar pode sair do caminho da xícara de café. A única razão pela qual a taça sofre alguma resistência é devido à viscosidade do ar (efeito muito menor) e à inércia do ar que está no caminho.

A geração de elevadores depende quase exclusivamente da inércia do ar. Você acelera o ar para baixo e, devido à inércia da massa de ar, você sente uma força oposta a isso, isto é, para cima.

A razão pela qual as asas AR altas são mais eficientes neste processo tem a ver com a redução do arrasto induzido. Especificamente, é mais eficiente acelerar um pouco uma grande massa de ar, do que um pouco de ar muito. Copiando de uma resposta anterior minha ,

The force to keep the object aloft is $$F=m_{object}g$$ The force generated by downwards momentum transfer is $$F=\dot{m}v$$ with $\dot{m}$ indicating mass flow (kilogram per second) of the air (not the mass of the object). The energy flow (power) required to impart this momentum on the airflow is $$ P=\frac{1}{2}\dot{m}v^2$$ Here we can draw an important conclusion. The power requirement is arbitrarily small, by increasing the mass flow and decreasing the downwards velocity.

Esta é a razão principal para as asas AR altas: aumentando a envergadura (então, para superfície equivalente, aumentamos o AR), aumentamos a quantidade de fluxo de massa $ \ dot {m} $ afetados pela ala.

    
04.09.2018 / 11:42