A baixa pressão de ar na parte superior da asa é o maior contribuinte para levantar?

Você deve ter lido as fontes erradas. A baixa pressão na superfície superior da asa é realmente a principal fonte de sustentação. O ar circundante suga a asa tanto quanto a empurra para cima .

Em uma placa plana, a contribuição de sucção e pressão é quase igual. Em uma asa com um aerofólio espesso, é adicionada alguma sucção adicional em ambos os lados devido ao efeito de deslocamento da asa, portanto a mudança de pressão negativa resultante na superfície superior torna-se maior que a mudança de pressão positiva no fundo. Em baixos ângulos de ataque, você até consegue sucção dos dois lados.

O seu cálculo de pressão talvez seja útil para a diferença de pressão média entre os dois lados da asa, mas não fornecerá um valor correto para a pressão absoluta. É melhor calcular o levantamento da mudança de momento transmitida no ar pela asa, como mostrado em esta resposta .

O seu exemplo com a linha é bem escolhido: A diferença de altura local da água para o nível do mar não perturbado é equivalente à diferença de pressão local para a pressão estática (um nível de água mais alto significa pressão mais alta) e mostra as condições aproximadas uma seção da asa. A fileira é como uma placa plana inclinada. Você pode até mudar o ângulo da linha e ver o vórtice posterior adicional enquanto flutua para longe da linha.

Agora, para as asas: elas são peculiares porque a forma do aerofólio depende da pressão local, e os modelos iniciais não usavam enrijecedores no comprimento para que a pressão sobre o tecido pudesse inverter quando a asa pegou um ângulo de ataque negativo por um momento . Você tem sorte de poder pressionar o tecido novamente: Vários pilotos de asa delta não conseguiram se recuperar e caíram na morte. Isso aconteceu quando os designers tentaram aumentar a proporção da forma inicial de Rogallo de seus planadores. Eu só conheço uma palavra em alemão para esse fenômeno: Flattersturz.

A questão é: "A baixa pressão no topo da asa é o principal contribuinte do levantamento."

Depende de como você define o colaborador "principal". Mas a resposta deve ser sim porque a baixa pressão na parte superior da asa é certamente um dos ingredientes na receita para o vôo do elevador e do avião. Então, vamos dar uma olhada no que está acontecendo e você pode decidir qual é o maior deles.

Primeiro - as asas não têm sustentação quando estão parados, e à medida que a asa se move no ar - mais e mais rápido - a receita começa a se unir. Então a velocidade também é um fator importante. A velocidade que flui através do topo da asa cria um fluxo coesivo de ar que é muito semelhante à água que flui em um rio. Imagine jogar um bastão em água em movimento rápido e o bastão é levado embora. À medida que o ar de fluxo rápido e coeso flui pela parte superior da asa, as moléculas no topo da asa ficam presas no fluxo e deixam o local onde estavam, deixando um vácuo para trás. Quanto mais rápida a velocidade, maior o fluxo, maior o vácuo. Assim, o fluxo de ar coesivo é também um dos principais contribuintes.

Segundo, não temos "lift" sem uma reação de baixo. Uma força ascendente que é, na verdade, a força que segura o avião no ar. De onde vem esse elevador? Vem da luta dinâmica do elétron dentro do átomo. Você vê - os elétrons são tão pequenos que a pele sólida da asa é como uma cerca de corrente para o elétron e assim os elétrons dentro dos átomos abaixo da asa podem ver (sentir) o vácuo vazio, e eles se movem em massa para preencher o vazio - mas há um problema! O átomo que segura o elétron dentro de sua barriga é muito grande para entrar na pele da asa, assim como o elétron se esforça para preencher o vácuo, ele arrasta o átomo para dentro da pele da asa. Quando o átomo atinge a superfície da asa, esse é o momento em que a energia potencial é convertida em energia cinética e ocorre o levantamento. Quanto maior o diferencial de pressão, mais os elétrons puxam os átomos muito grandes. Assim, o mandato do Universo de que a matéria eletrônica preenche o vazio do nada é outro "contribuinte importante" para o aumento do avião.

Então sim - o vácuo é importante, mas na verdade é apenas uma isca. A parte mais importante da sustentação é quando a energia é convertida de potencial em cinética, e isso é encontrado na luta interna da dinâmica da relação átomo e elétron. Mas então novamente ... a reação não aconteceria se o vácuo da isca não existisse, si eu acho que vou dar importância igual ao vácuo. É como o enigma "galinha ou ovo". Então, qual é o ingrediente mais importante na receita do vôo de avião. Acontece que todos os ingredientes são importantes e trabalham juntos como um todo. O vácuo é apenas um dos ingredientes.

A causa real do levantamento e a razão lógica pela qual um objeto sobe é, de fato, uma diferença de pressão. Mas como essa diferença de pressão é criada é uma das coisas mais incompreendidas da física.

A resposta curta é que uma asa produz uma força na direção para cima (ou para baixo no caso de elevação negativa). Esta força trabalha contra a pressão do ar que vem de cima da asa, com o resultado de uma diminuição de pressão no topo. Mas no lado de baixo esta força funciona agora com a pressão do ar vindo de baixo da asa, com o resultado um aumento de pressão vindo de baixo. A força líquida é para cima. Eu fiz esta demonstração em vídeo para mostrar como a diferença de pressão devido ao giro do fluxo é a causa do aumento em vez da pressão diferença devido ao princípio de Bernoulli.

Uma resposta mais longa está escondida nesta explicação física sobre o centro de sustentação que escrevi em outra publicação:

Para realmente entender o que é o centro de pressão, é importante primeiro entender o verdadeiro princípio por trás da geração de sustentação, que é toda sobre a aceleração do ar causada pela virada desse ar. Se um fluxo de ar é abaixado ao longo do lado superior de uma asa ou ao longo do lado mais baixo, para girar o fluxo, é necessário que uma força esteja atuando sobre ele. A força que é responsável por girar o ar ao longo do lado superior e inferior é a viscosidade do ar. Compare isso com um fluido viscoso que adere mais à sua mão do que um fluido menos viscoso. Como o ar adere à superfície da asa, é capaz de exercer uma força na asa. Isso é para neutralizar a força que a asa atua sobre o fluxo de ar, reduzindo-a. Ou em outras palavras: o bem conhecido princípio de ação = reação, descrito pela terceira lei de Newton.

Centro de pressão é ação = ponto de reação

Esta ação = ponto de reação é o centro de elevação ou o centro de pressão. É chamado de centro de sustentação porque é o ponto em que a força de sustentação atua sobre uma superfície de levantamento (asa) ou configuração de elevação (aeronave). É chamado de centro de pressão, porque este é o ponto médio de toda a pressão atuando na superfície de levantamento ou na configuração de elevação. Perceba que, como o ar é desviado para baixo pela asa, o ar exerce uma força sobre a asa na direção oposta, o que significa que se soma à pressão na parte inferior da asa, com o resultado de um maior vetor na direção ascendente. Mas, no lado superior do aerofólio, agora temos um vetor menor quando a pressão é reduzida, porque aqui está uma dedução da pressão na asa causada pela força na direção ascendente. O resultado é uma força líquida para cima. Este abaixamento vertical da pressão é a força real de elevação.

Explicação errada

Uma explicação errada muito comum do centro de pressão é que é causada pela redução de pressão devido ao princípio de Bernoulli no topo da asa. O fluxo de ar mais rápido sobre a parte superior da asa está de fato causando uma queda de pressão neste local, mas isso não é de longe comparável em magnitude ao abaixamento de pressão causado pelo giro do fluxo como descrito acima. Portanto, o fluxo de ar mais rápido sobre o topo da asa não é a causa da geração de sustentação, mas o giro do fluxo é a causa real.

Uma resposta mais avançada sobre o mecanismo real de sustentação que escrevi aqui