O aumento pode ser igualado a quanto ar é movido?

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A explicação para o levantamento que acho mais fácil de visualizar é que o ar é desviado para baixo pela asa. Essa ação descendente causa uma reação igual e oposta de uma força ascendente contra o plano, como de acordo com a terceira lei de Newton.

Como você pode ver na imagem abaixo, as linhas vermelhas terminam abaixo do que começaram.

O ar ao nível do mar pesa 1,293 kg por metro cúbico. A aceleração devido à gravidade é de 9,8m / s².

Isso chega a 9,8 N de força sendo necessário para manter uma aeronave de 1 kg no céu. Com eficiência perfeita, isso equivale a 9,8 watts.

Se você tentar pairar aeronaves VTOL, pode multiplicar a quantidade de ar que uma hélice pode mover, pela rapidez com que a move para prever a força de sustentação? Desde que a força é massa x aceleração?

Ou a dinâmica dos fluidos funciona de maneira diferente quando o ar que sai da hélice se espalha, em vez de ir direto para baixo? Se esse for o caso, você pode usar um duto com um bocal de sino resolver este problema? Ou estou pensando em reinos que eu não deveria estar?

    
por YAHsaves 22.07.2018 / 04:59

2 respostas

Primeiramente, seu cálculo para 9,8 W não parece ser baseado em nenhuma física real. Verifique as unidades! Eu não posso dizer se você fez $ P = F \ cdot m $ ou $ P = \ frac {F} {m} $, mas o resultado é ou a quantidade sem sentido de joule-quilograma por metro, ou aceleração, respectivamente. / p>

Um cálculo correto baseado em manter algo no ar, impulsionando o ar para baixo, seria o seguinte. Para manter algo no ar, você precisa expulsar a massa para baixo a uma determinada velocidade. A força para manter o objeto no ar é $$ F = m_ {object} g $$ A força gerada pela transferência de momento descendente é $$ F = \ dot {m} v $$ com $ \ dot {m} $ indicando fluxo de massa (quilograma por segundo) do ar (não a massa do objeto). O fluxo de energia (energia) necessário para transmitir este momento no fluxo de ar é $ 1 {2} \ dot {m} v ^ 2 $$ Aqui podemos tirar uma conclusão importante. O requisito de energia é arbitrariamente pequeno , aumentando o fluxo de massa e diminuindo a velocidade para baixo. Imediatamente, você pode ver porque os helicópteros têm grandes rotores e as asas dos aviões são tão grandes: eles querem afetar o máximo de massa de ar possível para aumentar a eficiência. Mesmo voar mais rápido aumenta a eficiência do levantamento (redução do arrasto induzido), afetando mais ar por unidade de tempo. É claro que, em algum momento, outras fontes de arrasto irão dominar.

Os cálculos acima assumem que a força é puramente gerada pela criação de um fluxo de massa para baixo. Isso não é realidade exata. Por exemplo, coloque sua aeronave no chão e ela não afunda, mesmo que não haja fluxo de massa. Ao voar próximo ao solo, parte do fluxo de ar para baixo cria uma pressão devido ao contato com o solo abaixo, o que também ajuda a mantê-lo no ar (isso é chamado de efeito solo). Além disso, a viscosidade desempenha um pequeno papel gerando uma força oposta ao movimento de ar descendente (embora a viscosidade seja necessário para a geração de elevador com um aerofólio). No entanto, para responder à questão principal: equalizar o aumento de quanto ar é movimentado é uma aproximação muito boa .

Vamos finalmente abordar sua ideia de usar um bico Bell. Este é um bocal que é usado em propulsores supersônicos (a 'garganta' do bocal marca a transição de subsônico para supersônico) e é usado para aumentar a velocidade o máximo possível. Isso é muito ineficiente em termos de energia, mas como os foguetes precisam carregar toda a massa do propulsor (enquanto um avião recebe o fluxo de massa "livre" ao viajar pelo ar), e precisam de mais propelente para transportar esse propelente, a velocidade vence ao invés de massa e os motores de foguete são otimizados para a velocidade do bico.

    
22.07.2018 / 10:47
O ponto não é que o ar acaba abaixando ao sair da asa, mas que um impulso foi transmitido nele de tal forma que ele continua a se mover para baixo atrás da asa.

Prova: Leia esta resposta na formação de despertar , e veja o GIF animado nesta resposta .

A próxima pergunta é: quanto ar está envolvido?

Isso é muito mais difícil de definir precisamente porque os limites do ar que é influenciado pela asa estão teoricamente no infinito. Mas há uma aproximação prática que é muito similar a Teoria de Froude para hélices. Basta pegar o que flui através de um círculo com o diâmetro da envergadura. Esta resposta usa essa ideia para calcular o arrasto induzido e atinge o resultado correto.

Então você tem: sim, o aumento pode ser igualado ao volume de ar acelerado .

    
22.07.2018 / 14:40