Grund für niedrigeren Luftdruck über einer Flugzeugtragfläche

Ich stelle diese Frage aus der Perspektive eines Anfängers. Ich las einen Artikel von Scientific American mit dem Titel „Niemand kann erklären, warum Flugzeuge in der Luft bleiben“. Der Artikel erklärt, wie wir zwar verstehen, wie man einen Flug erzeugt (z. B. mit Flugzeugen), aber immer noch nicht verstehen, warum über dem Flügel ein niedrigerer Druck herrscht, wodurch die Luft über dem Flügel schneller strömen kann und somit Auftrieb erzeugt wird . Wenn Sie sich für dieses Thema interessieren, lesen Sie den Artikel, auf den ich mich beziehe. Er enthält die beiden konkurrierenden Theorien zur Erklärung, warum der Luftdruck über einem Flugzeugflügel im Flug niedriger ist. Es zeigt auch, wie unvollständig beide Theorien sind.

Ich fand es faszinierend, dass wir das immer noch nicht verstehen, also beschloss ich, ein wenig darüber nachzudenken. Ich bin kein Physiker, aber ich würde sagen, ich habe ein grundlegendes Verständnis von Physik (zumindest während der High School studiert). Der erste Aspekt dessen, was passiert, wenn ein Flugzeug fliegt, über den ich nachdenken wollte, ist (für mich) die offensichtlichste Kraft, die am Fliegen beteiligt ist: die Schwerkraft. Ich habe dann die Frage heraufbeschworen: "Wie wirkt die Schwerkraft auf die Luft?" Wenn Sie das in eine Google-Suche eingeben, wird oben dieses Textfeld angezeigt:

Wenn die Schwerkraft die Luftdecke an die Erdoberfläche schmiegt, entsteht in der Luft ein Dichtegradient, den die Physiker nennen. Die Luft in Bodennähe wird durch die Schwerkraft angezogen und durch die Luft höher am Himmel komprimiert. Dadurch ist die Luft in Bodennähe dichter und hat einen höheren Druck als Luft in höheren Lagen.

Google zitiert dies aus https://www.uu.edu/dept/physics/scienceguys/2001Oct.cfm - Ich gehe davon aus, dass es seriös ist, wenn Google es als "schnelle Antwort" präsentiert (wenn Sie so wollen). für die Suche "Wirkt die Schwerkraft auf Luft".

In dieser Erklärung denke ich, dass die Luft, die näher am Boden liegt, dichter zusammengepackt ist. Es erwähnt den "Dichtegradienten", und ich interpretiere dieses Konzept so, dass die Luft immer weniger dicht wird, wenn Sie sich dem Rand unserer Atmosphäre nähern (beginnend am Boden), wenn Sie höher und höher gehen. Wenn sich also Luft unter Schwerkraft so verhält und ein Flugzeug durch die Luft fliegt, bedeutet dies, dass es, wenn es seitwärts angetrieben wird (wenn seine Flügel "durch die Luft schneiden"), von Natur aus die spalten wird Dichtegradient der Luft (der meiner Meinung nach auch direkt mit dem Luftdruck zusammenhängen kann - dichtere Luft, Luft näher am Boden, ist höherer Druck, und weniger dichte Luft, Luft weiter vom Boden entfernt, ist niedrigerer Druck). Wenn ich das sage, dann denke ich, dass ich das sagen kann, Wenn der Flügel durch die Luft schneidet, gibt es keinen Grund, warum er die Luft nicht so durchschneiden würde, dass eine Situation um den Flügel herum entsteht, in der über dem Flügel ein niedrigerer Druck und unter dem Flügel ein höherer Druck herrscht (sogar wenn es nur ein kleiner Unterschied ist - in dieser Situation wird vom Flugzeug viel Kraft seitlich ausgeübt), wodurch ein Auftrieb ermöglicht wird. Es gibt keinen Grund dafür, dass die Luft, die höher liegt (die von Natur aus weniger dichte Luft), unter dem Flügel vorbeiströmt, da sie sich bereits über der dichteren Luft (der Luft, die bereits näher am Boden liegt) befindet, wie durch den Dichtegradienten beschrieben . Es scheint mir, dass diese Vorstellung die Idee unterstützt, dass über einem Flugzeugflügel ein niedrigerer Druck (der es der Luft ermöglicht, sich schneller über dem Flügel zu bewegen) und darunter ein höherer Druck herrscht. Alles, was ich gesagt habe, scheint ziemlich offensichtlich zu sein, und scheint die Idee zu unterstützen, dass der Auftrieb in jeder Situation inhärent ist, in der etwas horizontal mit einer Geschwindigkeit durch die Luft schneidet, bei der es in der Lage ist, alle anderen Kräfte zu negieren, die möglicherweise wirken, um es nicht horizontal zu bewegen. Ich vermute, dass ich etwas übersehe, und es ist nicht so (scheinbar) einfach - so oder so, mit dem, was ich durch meine kurze Recherche entdeckt zu haben glaube, möchte ich im Grunde wissen, warum das, was ich gesagt habe, falsch ist, wenn es so ist (Ich denke, es wäre ziemlich cool, wenn ich dieses Problem nur herausfinden würde, haha).

Danke!

Dies wurde oft gefragt, und es ist einfach nicht wahr, dass der aerodynamische Auftrieb unerklärt ist. Weitere Informationen finden Sie unter physical.stackexchange.com/questions/13030/…
Nun, als es scheint, ist meine nächste Frage, warum Scientific American einen Artikel veröffentlicht hat, um die Vorstellung zu unterstützen, dass wir immer noch nicht verstehen, warum während des Fluges ein niedrigerer Druck über einem Flügel herrscht. Es scheint, dass die Antwort in dem Beitrag, auf den Sie verwiesen haben, eine umfassende Antwort liefert, aber am Ende sagt er immer noch: „Dies ist die absolut beste Erklärung, die ich habe. Wenn Sie davon ausgehen, dass die Flüssigkeit nicht komprimierbar ist, funktioniert sie hervorragend ... Der fettgedruckte Text ist die beste Antwort, die ich habe, und ich denke, es ist eine gute." Ist seine Antwort also vollständig?
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Seit 100 Jahren ist bekannt, wie Flugzeuge fliegen, aber das hält solche Fragen nicht davon ab. Wenn Sie möchten, dass die Leute etwas lesen, lesen SIE etwas: av8n.com/how Das einzige, was knifflig ist, ist etwas, das als "Kutta-Bedingung" bezeichnet wird. Das ist der Grund für die scharfe Hinterkante des Flügels. Deshalb kann man eine Kerze ausblasen, aber nicht aussaugen.
Ich werde mir Ihren Link ansehen - mein erster Schritt war, hier eine Frage zu stellen (Google ist nicht die einzige Ressource im Internet), wenn Sie keine Lust haben, zu antworten oder teilzunehmen, dann tun Sie es nicht. Außerdem sagen Sie weiter, dass die Kutta-Bedingung "knifflig" ist, es scheint, als ob etwas "knifflig" vor sich geht, während die Leute das Fliegen klar verstehen, scheint es immer noch sinnvoll zu sein, meine Frage zu stellen - es ist möglich zu verstehen, wie man fliegt , während das Konzept, warum Lift existiert, eine "Black Box" bleibt (wie Scientific American sagt, dass es immer noch ist). Ich habe noch niemanden sagen hören, der meine Frage abschließend beantwortet.

Antworten (4)

„Ich glaube, ich übersehe etwas“

Ja, du bist. Vor allem zwei Dinge:

Erstens steigt heiße Luft auf, es entsteht also ein Dichtegradient entgegen der Schwerkraft. Dies wird dazu neigen, Regionen bereitzustellen, in denen es unter Ihrer oben skizzierten Idee effektiv keinen Dichtegradienten und daher keinen Auftrieb gibt.

Zweitens hat ein modernes Verkehrsflugzeug eine Flügeltiefe von der Oberseite bis zur Unterseite von beispielsweise 100 cm im Durchschnitt. Der atmosphärische Dichtegradient der Erde ist weit, weit geringer als dieser Wert, so dass diese Flugzeuge real in Luft fliegen können, die keinen Dichtegradienten aufweist.

Ich habe jedoch einige Fragen. 1) Ich verstehe, dass heiße Luft aufsteigt, aber das spricht nicht unbedingt für Druck. Was ich bei Google gefunden habe, besagt, dass die Luft in geringen Höhen stärker durch die Schwerkraft gezogen wird und in großen Höhen weniger Zug vorhanden ist - ergo, große Höhen sind verbunden mit weniger Druck, daher bin ich mir nicht sicher, ob das, was Sie über die Lufttemperatur sagen, richtig ist (nach dem, was ich bei Google über Schwerkraft und Luft gefunden habe). Wenn es Bereiche ohne Dichtegradienten gibt, unter der Annahme, dass es keine Rolle spielt, wenn diese Bereiche nicht groß sind, wie groß können die Bereiche ohne Dichtegradienten sein?
was meinst du mit "der atmosphärische Dichtegradient der Erde ist weit, weit weniger als [100 cm]", was mir auch keinen Sinn zu machen scheint, der Dichtegradient erstreckt sich durch die Atmosphäre, also in welcher Höhe sich das Flugzeug auch befindet, Der Flügel fliegt mit einer Höhe von 100 cm (wie Sie sagen) durch die Luft, und was darüber ist, hat einen niedrigeren Druck als das, was sich unter dem Flügel befindet, darüber wundere ich mich.
Okay, ich beiße :). ... was den Druck angeht, denken Sie an meine Antwort, wenn Sie das nächste Mal Turbulenzen im Flug bekommen, die durch heiße Luft verursacht werden, die mitten im Sommer aus Berggebieten aufsteigt, ich garantiere Ihnen, dass der Luftdruck Sie zum Beten bringt :) ... .in der Erdatmosphäre sind Druck- und Temperatureffekte untrennbar miteinander verbunden ... was Bereiche ohne (oder zumindest ausgeglichener) Dichte betrifft, Google Wolkenbildung dann nachschlagen und an einem bestimmten Tag abschätzen, wie viel Luft dort aufsteigen muss Sei.
Es gibt immer einen Dichtegradienten, mein Punkt ist, dass es über einen vertikalen Abstand von 100 cm ein vernachlässigbarer Druckunterschied ist ... er könnte eine Fliege beeinflussen, aber nicht eine 550-Tonnen-Boeing

Ich werde die Frage zunächst so zusammenfassen, wie ich sie verstehe, damit Sie mich schnell korrigieren können, wenn ich falsch liege, ohne viel lesen zu müssen. Hier geht:

(1) Es gibt konkurrierende Theorien über den Auftrieb in einem Flugzeug, und ein SA-Artikel behauptet, dass beide unvollständig sind.

(2) Sie haben eine dritte, einfachere Interpretation und möchten wissen, ob diese vollständig ist.

Nun, Ihre Interpretation basiert ausschließlich auf natürlichen Dichteunterschieden in der Atmosphäre und der auf diese aus dem gleichen Grund erzeugten Aufwärtskraft. Betrachten Sie zwei Zähler dazu:

(a) Ein Flugzeug kann in derselben Atmosphäre auch landen oder seine Höhe verringern, genauso wie es seine Höhe erhöhen kann. Das Herunterfahren erfordert nicht mehr Kraftstoff/Kraftaufwand als das Hinaufgehen, was Sie erwarten würden, wenn Dichtegradienten es oben halten würden. Beachten Sie, dass ich hier keine Geschwindigkeitsänderung annehme.

(b) Es ist möglich, dass ein Flugzeug sehr nahe am Boden fliegt, wo der Dichteunterschied ziemlich gering ist (die atmosphärische Dichte ändert sich nicht wirklich linear mit der Höhe).

Es gibt einen Grund für das Tragflächendesign und für flexible Querruder, nämlich dass sie die Richtung des Luftstroms über und unter dem Flügel ändern können. Diese Luftstromrichtungen erzeugen tatsächlich die Druckunterschiede und erzeugen Auftrieb, auf eine Weise, die im Grunde dem entspricht, was Sie vorschlagen. Nur, dass es vom Tragflächendesign herrührt und nicht von natürlichen Dichteunterschieden.

Ich habe noch ein paar Fragen. In dieser Situation sprechen wir nur über den Auftrieb, nicht über die Fähigkeit des Flugzeugs, erheblich nach oben oder unten zu gehen. Abgesehen davon, wenn Sie irgendwo finden können, wo Sie mir zeigen können, wo es heißt, dass das Herunterfahren genau die gleiche Menge an Energie kostet, die nach oben geht, würde helfen. Wie ich sehe, gibt es hier ein Problem mit Ihrer Liga. Wenn ein Flugzeug aufsteigt, bekämpft es die Schwerkraft und wenn ein Flugzeug abstürzt, tut es dies nicht, so dass dies in der Situation, in der wir die Anstrengung in Aufwärts- oder Abwärtsrichtungen messen, einen Präzedenzfall darstellen würde. Also frage ich mich, ob das ein Problem mit (a) ist
Als Antwort auf (b). Ich denke, ich sage nicht, dass das, was ich denke, tatsächlich einen Einfluss darauf hat, ob ein Flugzeug nahe am Boden fliegen kann oder nicht. Selbst wenn es nur einen sehr kleinen Unterschied in der Luftdichte in Bodennähe gibt, gibt es immer noch einen, ich denke, ich sage nur, dass die Tatsache, dass es überhaupt einen Unterschied im Luftdruck gibt, die Quelle des Auftriebs ist . Während Flugzeuge viel wiegen. Sie können sich auch sehr schnell vorwärts bewegen.
... Wenn sie in der Lage sind, die nach unten gerichtete Schwerkraft zu negieren, indem sie seitwärts gehen, dann scheint es, als ob der Unterschied im Luftdruck (egal wie klein) den Auftrieb ermöglicht, da das Flugzeug Klappen hat (und seine eigene Energiequelle), damit es sich selbst lenken kann. Ich frage mich grundsätzlich. Wenn der Dichtegradient umgekehrt würde (nicht möglich, ich weiß), würde dies bedeuten, dass der höhere Druck jederzeit über dem niedrigeren Druck liegt. Ich frage mich, ob dies eine Situation ist, die keinen Auftrieb zulassen würde
Ich denke, um es auf das Tragflächendesign zurückzuführen, wie Sie am Ende der obigen Antwort sprechen, gibt es Tragflächenkonstruktionen, die in Luft mit einem umgekehrten Dichtegradienten funktionieren würden (und die Schwerkraft würde immer noch zu offensichtlich existieren)? Oder gibt es einen, der funktionieren würde, es wäre nur ein anderes Design als das, das wir jetzt haben?
@ewizard - Ich verstehe deinen Punkt. Sehen Sie, die Schwerkraft ist sowieso da; Wenn wir von Auftrieb sprechen, meinen wir implizit einen Auftrieb, der ausreicht, um die Schwerkraft zu überwinden. Wenn der durch Dichteunterschiede erzeugte Auftrieb geringer ist als die Schwerkraft, macht es keinen Sinn, ihn als eine Kraft zu betrachten, die für das Fliegen verantwortlich ist, oder? In Bezug auf Kraftstoff finden Sie ein ziemlich nahes Beispiel in dem hervorragenden Link, den Mike als Kommentar gegeben hat, Abschnitt 1.2.3. Es braucht mehr Treibstoff, um nach oben zu fahren, als auf derselben Höhe zu rollen, was Sie nicht erwarten würden, wenn Dichteunterschiede der Hauptfaktor wären.
Zu (b) kam ich zu dem Punkt, zu dem ich kam, wenn wir nur Dichteunterschiede berücksichtigen, nimmt der Unterschied schneller zu, wenn Sie höher gehen ( en.wikipedia.org/wiki/Density_of_air#/media/… ). Dies sollte also bedeuten, dass ein Flugzeug natürlich weiter steigen würde oder umgekehrt nicht in der Lage wäre, nahe am Boden zu fliegen, wo die Unterschiede recht gering sind. Wie Sie im vorherigen Link sehen können, ist dies nicht der Fall.
Schließlich über den umgekehrten Dichtegradienten; Ich nehme an, Sie könnten sich das in Bezug auf Flugzeuge vorstellen, die kopfüber fliegen – sciencefocus.com/future-technology/… . Ja, diese Profile sind in der Tat symmetrischer, um beide Flugarten zu ermöglichen. Dies geht allerdings auf Kosten der Effizienz.
ok, Sie sagen also, ich denke, wenn wir über Auftrieb sprechen, darf ich nicht schlussfolgern, dass der Unterschied in der Luftdichte, wenn Sie höher werden, der Grund für den Auftrieb ist. Ich habe jedoch nicht gesagt, dass der Dichtegradient den Auftrieb verursacht (der allein dafür verantwortlich ist, der Schwerkraft entgegenzuwirken) - so wie ich es verstehe, ist das Problem nicht "Wie ist Auftrieb möglich?"
... Ich denke, die Frage ist: "Wie ist das Heben erlaubt?" Das ist die Frage, die ich zu beantworten versuche, und beim Lesen des wissenschaftlichen amerikanischen Artikels habe ich festgestellt, dass meine Interpretation des Nichtverstehens von Auftrieb nur mit der Erlaubnis des Auftriebs zu tun hat, nicht mit seinen „Methoden“. Offensichtlich werden die Methoden klar verstanden.
Meine Frage betrifft nicht die Leistung der Triebwerke des Flugzeugs und ihre Fähigkeit, sich horizontal oder nach oben zu bewegen, sondern die Frage, was den Auftrieb ermöglicht, was die Fähigkeit des Flugzeugs ermöglicht, nach oben zu fliegen, vorausgesetzt, es ist ausreichend vorhanden Kraft dazu
Auch wenn ein Flugzeug kopfüber fliegt, kann es immer noch "aufsteigen", aber ich frage mich (weil ich es nicht weiß), sollten wir die Situation in Betracht ziehen, in der ein Flugzeug kopfüber fliegt, aber nach oben fliegt Höhe, eine Situation, in der das Flugzeug diesen "Auftrieb" (einen eher "künstlichen" Auftrieb) nur aufgrund seiner Motorleistung erzeugen kann? Wobei der von einem Flugzeug mit der rechten Seite nach oben erzeugte Auftrieb zumindest durch natürliche Kräfte unterstützt wird, die einen Auftrieb (auch bekannt als Dichtegradient) ermöglichen, auf den ich hier nur hinaus will.
Einfach ausgedrückt sagt der Artikel, dass wir immer noch nicht verstehen, warum über einem Flügel ein niedrigerer Druck herrscht. Als ich das las und dann etwas über den Dichtegradienten erfuhr, schien die Antwort offensichtlich. Ich spreche von keinem anderen Aspekt des Fliegens als dem niedrigen Luftdruck über einem Flugzeugflügel. Wenn es eine akzeptierte Antwort auf diese Frage gibt (da es in dem Artikel, den ich gelesen habe, keine gibt, bin ich mir nicht sicher, warum sie darüber lügen würden), bitte ich ausdrücklich um diese Antwort.
Haha, ich bin noch nie zu einem Chat zurückgekehrt? wie komme ich da wieder hin?
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Danke für die Hilfe, ich habe eine letzte Sache geschrieben, die Ihnen in unserem Chat im Grunde zustimmt, wenn Sie einen Blick darauf werfen möchten

Die Luft UNTER dem Flügel "dh" ist eine gemessene Entfernung von 10, die Luft ÜBER dem Flügel ist eine gemessene Entfernung von 12, die 10 und 12 beginnen und enden in den gleichen Zeitintervallen, daher hat der ÜBER dem Flügelabschnitt winzige Lücken von weniger Luft, weil sie gleichzeitig starten und stoppen, aber 12 mussten sich schneller bewegen und winzige Lücken in der Luft hinterlassen, wodurch weniger Druck ÜBER der Oberfläche der Oberseite des Flügels entstand. Wir haben es von den 🐦 Vögeln der Natur gelernt! ...

Während Sie den Druckgradienten für den Auftrieb verantwortlich machen, warum brauchen Sie das Flugzeug, um durch den Gradienten zu "schneiden"? Es gibt einen Druckgradienten über dem Flügel, während er darauf wartet, bestiegen zu werden. Hier ist ein weiterer Gedanke in die gleiche Richtung: Verwenden Sie einen Flügel mit einem noch dickeren Profil, wodurch Sie aufgrund eines größeren Druckgradienten mehr Auftrieb erzeugen, und sobald das Flugzeug in der Luft ist, verkleinern Sie das Profil, um den enormen Luftwiderstand zu verringern. Die Sache ist, dass der Druckgradient einen vernachlässigbaren Gradienten erzeugt, der tatsächlich nur durch den durch die Motoren usw. bewirkten Temperaturgradienten geändert würde. Kommend zu dem Artikel in Scientific American, leider populärwissenschaftliche Buchautoren, in dem Versuch, Interesse zu wecken ein breites Publikum, ziemlich oft mutige Aussagen machen. So wie "niemand erklären kann, warum Flugzeuge in der Luft bleiben", Ausrufezeichen. Eigentlich ist es sehr gut erklärt, wie der Artikel später zugibt. "Aber Gleichungen allein sind keine Erklärungen", fügt sie hinzu, was nur ein semantisches Spiel ist. Gleichungen sind nur Darstellungen von Erklärungen. Wenn Sie es nicht erklären können, können Sie keine Gleichungen generieren, indem Sie einfach auf ein Blatt Papier kritzeln. Dann akzeptiert der Artikel dies, gibt aber nicht auf und behauptet, "aber der Satz stellt keine vollständige Erklärung des Auftriebs dar". Tatsächlich tut es das, aber der Autor ist sich dessen nur nicht bewusst. Ich persönlich würde vorschlagen, ernstere Sachen zu lesen als Scientific American. Gleichungen sind nur Darstellungen von Erklärungen. Wenn Sie es nicht erklären können, können Sie keine Gleichungen generieren, indem Sie einfach auf ein Blatt Papier kritzeln. Dann akzeptiert der Artikel dies, gibt aber nicht auf und behauptet, "aber der Satz stellt keine vollständige Erklärung des Auftriebs dar". Tatsächlich tut es das, aber der Autor ist sich dessen nur nicht bewusst. Ich persönlich würde vorschlagen, ernstere Sachen zu lesen als Scientific American. Gleichungen sind nur Darstellungen von Erklärungen. Wenn Sie es nicht erklären können, können Sie keine Gleichungen generieren, indem Sie einfach auf ein Blatt Papier kritzeln. Dann akzeptiert der Artikel dies, gibt aber nicht auf und behauptet, "aber der Satz stellt keine vollständige Erklärung des Auftriebs dar". Tatsächlich tut es das, aber der Autor ist sich dessen nur nicht bewusst. Ich persönlich würde vorschlagen, ernstere Sachen zu lesen als Scientific American.

Grund für niedrigeren Luftdruck über einer Flugzeugtragfläche
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