Warum verringert ein Strömungsabriss den Auftrieb, anstatt ihn zu erhöhen?

Damit ein Luftpaket eine Auftriebskraft erzeugt, wenn es über den Flügel strömt, muss der Flügel den Impulsvektor dieses Luftpakets leicht nach unten kippen. die Reaktionskraft, die der Flügel dabei erfährt, messen wir als Auftrieb.

Für den Fall, dass sich der Luftstrom über der Flügeloberseite von diesem ablöst, bekommen die vorbeiströmenden Luftpakete ihren Impulsvektor nicht mehr nach unten umgelenkt und der Flügel „hört auf zu fliegen“.

Unterdessen stellt der Bereich der abgelösten Strömung eine Zone turbulenter Luft dar, die in dem nach hinten gerichteten "Schatten" des Flügels bei seinem hohen Anstellwinkel einen aufgewirbelten Nachlauf bildet, und die einzige Arbeit, die der Flügel in diesem Fall verrichtet, ist zu schüren Sie diese Wake- und das macht viel Luftwiderstand.

Sollte der Luftstrom, der sich von der Flügeloberseite ablöst, nicht zu einem großen Unterdruckgebiet über dem Flügel führen?

Intuitiv könnte man das denken, aber es ist falsch. In der Unterschallströmungsdynamik ist langsame Luft = hoher statischer Druck und schnelle Luft = niedriger statischer Druck.

Der Unterdruck über dem Flügel wird also durch eine schnelle Strömungsgeschwindigkeit erzeugt. Damit dies funktioniert, muss er reibungslos fließen, aber sobald die Strömung nicht mehr anliegt, fließt er nicht mehr schnell über dem Flügel.

Wenn ein Flugzeug aufsteigt, tut es dies gegen den Luftstrom durch den Flügel, und es ändert die Höhe, während es unterschiedliche Luftdrücke und Luft in verschiedene Richtungen durchquert, daher werden Flugzeuge während des Auftriebs (relativ) langsamer.

Sie vergessen, auch die Luft zu berücksichtigen, die dem Rumpf widersteht.

Wie @MichaelHall unten erwähnt, tritt ein Stall nur auf, wenn der kritische Anstellwinkel überschritten wird. Dies kann bei einem Anstieg auftreten, aber auch gerade und eben, in einer Kurve oder beim Abstieg.

Ein Strömungsabriss bedeutet im Allgemeinen, dass die Flügel des Flugzeugs einen reduzierten Luftstrom auf sie erhalten, um die Geschwindigkeitsstabilität aufrechtzuerhalten. Es kann auch auftreten, wenn es zu steil aufsteigt und der Flügel während des Auftriebs mehr Widerstand erhält. Dies ist der Fall, wenn das Flugzeug den Auftrieb verliert oder die Fähigkeit verliert, das Flugzeug in der Luft zu halten:

Quelle , von mir modifiziert

Quelle

Sollte der Luftstrom, der sich von der Flügeloberseite trennt, nicht jedoch zu einem großen Bereich mit niedrigem Druck über dem Flügel führen und somit den Auftrieb stark erhöhen? Was vermisse ich?

Nun, die aerodynamische Gesamtkraft nimmt tatsächlich zu, aber da sie jetzt fast nach hinten zeigt, wird das meiste davon als Luftwiderstand zerlegt, und praktisch nichts davon bleibt als Auftrieb übrig.

Durch def. Die rückwärtige Komponente der gesamten aerodynamischen Kraft ist der Luftwiderstand.

Es ist möglich, dass die Frage nicht ausreichend beantwortet wird, weil die Frage unvollständig ist. Vielleicht wäre die Fortsetzung der Frage: "Erzeugt die Druckdifferenz den Auftrieb oder erzeugt die Verdrängung einer Luftmasse, die durch die Druckdifferenz eines Flügels in Bewegung durch freie Luft verursacht wird, Auftrieb?"

Die Annahme, dass reduzierter Druck über dem Flügel Auftrieb erzeugt, verwechselt einen Effekt eines Ergebnisses mit dem Ergebnis eines Effekts. Tolle Theorie, experimentell nicht beweisbar. Die NASA versuchte es in den 1960er Jahren während der Grenzschichtforschung an einer B-66-Flugzeugzelle. hat gut funktioniert und BLC bereitgestellt, aber Auftrieb? Die Daten sagten nein. Die Fluiddynamik kann die Antworten haben, aber seien Sie gewarnt, es wird sehr kompliziert sein.

Man erwartet nicht, dass eine Flugzeugzelle von der Rampe schwebt, indem die Luftmasse über einer Flügeloberfläche evakuiert wird, und erwartet nicht, dass der resultierende Druckunterschied in freier Luft die Flugzeugzelle vertikal nach oben in die Luft "drückt", wenn es nur so wäre. Die NASA hat bewiesen, dass Löcher in den Oberflächenkanälen des Flügel-BLC, die kleiner als die in der Umgebungsluft schwebenden Staubpartikel sind, dazu neigen, durch diese Partikel verstopft zu werden, wodurch die Wirksamkeit des BLC verringert wird. veranlasste NASA-Forscher, zu Experimenten mit geblasenen Klappen überzugehen. Soweit mich meine Recherchen im Laufe der Jahre gebracht haben, sind "experimentelle Daten" der Beantwortung Ihrer Frage ungefähr so ​​​​nah gekommen.

Aber ich schweife ab.

Beim Abriss hat die Luft unter einem bestimmten Flügel immer noch einen höheren Druck als die Luft über dem Flügel und sucht den Niederdruckbereich, indem sie die Strömung über dem scharfen TE des Flügels umkehrt, um die "Leere" zu "füllen". Alle Daten über Auftriebsvektoren, die sich während Stallbedingungen ändern, sind ziemlich wahr und beweisbar. Viele Theorien darüber, wie Flügel Auftrieb erzeugen, sind scheinbar alle richtig. man muss sie alle berücksichtigen und wird dennoch zu dem Schluss kommen, dass Newton zumindest in diesem Universum immer noch Recht hat. Für jede Aktion gibt es eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion.

Halten Sie sich also bei der Beantwortung von Prüfungsfragen oder mündlichen Prüferfragen an die offiziell genehmigte „Doktrin“, um die erforderliche Prüfung zu bestehen. Offen bleiben für neue Ideen von jungen Köpfen, das ist ihr Job. Newton kommentierte auch Trägheitsgesetze, die viele Menschen nicht berücksichtigt hatten, "Trägheit nimmt exponentiell mit der Größe der Bürokratie zu".

Es gibt kein "großes Unterdruckgebiet über dem Flügel" mehr im Strömungsabriss. Im Gegensatz dazu ist Strömungsabriss, wenn die "Leerstelle" oben auf dem Flügel die Luft von der Unterseite des Flügels durch den Bereich mit weniger Widerstand ansaugt: um die Hinterkante herum. Es entlastet den Druck zwischen Ober- und Unterflügeltropfen. Das sollte man NICHT! Denken Sie an die Bernoulli-Prinzipien, wenn das Konzept dasselbe ist wie bei der Erklärung des Blitzeinschlags: Ein kritisches Ungleichgewicht von negativen und positiven Strömen (oder Druck in unserem Fall) führt zu einer dramatischen Entladung, wenn sich die Gelegenheit ergibt.

Sehen heißt glauben: Viele YouTube-Videos zeigen, wie Menschen Streifen an den Flügeln anbringen und sie fliegen lassen, um die Luftströmungen zu visualisieren. Dh

Sie werden sehen, wie die Geschichte passiert: Am Anfang ist alles normal und die Streifen sind auf den Gegenwind ausgerichtet, ok. Dann beginnt eine weitere Strömung von der Flügelrückseite und drückt die Streifen herum. Die beiden Strömungen kämpfen um den Flügel. Sie können sehen, dass der Gegenwind den Kampf verliert, wenn sich das Schlachtfeld (siehe diese chaotischen Streifen) vorwärts bewegt und alle Streifen dahinter in die entgegengesetzte Richtung gedreht werden, nicht wegen Rückenwind (das Flugzeug fliegt nicht rückwärts!), sondern weil wir haben viel Luft, die aus der Hochdruckzone unter dem Flügel entweicht und die Niederdruckzone über dem Flügel füllt. Und es geht von der Rückseite des Flügels aus. Der Aufzug zerstört.

Beginnen wir mit ein wenig Physik: Ein Tragflügel (Flügel) erzeugt Auftrieb aufgrund von Druckschwankungen, die durch die Form des Flügels erzeugt werden. Die Bernoulli-Gleichung, die den Laminatfluss einer Flüssigkeit (oder in diesem Fall eines Gases) trotz einer Einschränkung modelliert, lautet: P+(rho*V^2)/2 = n (Druck + (Dichte x Geschwindigkeit im Quadrat) geteilt durch 2 = eine Konstante Ich erspare Ihnen die gesamte Herleitung, aber das Endergebnis ist die Gleichung für den Auftrieb, die lautet:

Lift = CI * (rho*V^2)/2 * A

Woher:

• CI = Auftriebskoeffizient
• rho = Luftdichte
• V = Luftgeschwindigkeit
• A = Fläche des Flügels

Im Wesentlichen zeigt dies, dass je schneller Luft über die Oberseite des Flügels gepresst wird, desto niedriger wird der Luftdruck über dem Flügel. Da der Luftdruck unter dem Flügel aufgrund einer relativ flachen Oberfläche hoch bleibt und die Natur versucht, eine Lücke zu füllen, wird der Flügel in den niedrigen Druck gesaugt (oder, wenn es einfacher ist, den Kopf um den hohen Druck zu wickeln). unter dem Flügel drückt es in den Unterdruck über dem Flügel (Newtonsche Sichtweise)), also haben wir Auftrieb.

(Übrigens, die Newtonsche Ansicht und die Bernoulli-Ansicht schließen sich nicht gegenseitig aus, es sind zwei verschiedene Ansätze, die dasselbe zeigen ... aber ich schweife ab und das ist eine ganz andere Wachskugel)

Nun zum Kern Ihrer Frage: Wenn wir den Anstellwinkel (AOA) erhöhen, nimmt der Auftrieb aufgrund eines höheren Auftriebskoeffizienten zu. Dies scheint darauf hinzudeuten, dass Ihre anfängliche Vermutung doch richtig ist, ein höherer AOA bedeutet einen größeren Auftriebskoeffizienten, aber wenn wir auf unsere Gleichung zurückblicken, sehen wir, dass die Geschwindigkeit des Luftstroms über dem Flügel für den Auftrieb entscheidend ist. Wenn wir den Luftstrom idealisiert betrachten, wenn er sich vom Flügel trennt (kritischer Anstellwinkel), sinkt die Luftgeschwindigkeit über dem Flügel auf Null, was bedeutet, dass wir haben: Auftrieb = CI ((rho*0,0)/2)*A = 0,0, kein Auftrieb, der einen Strömungsabriss verursacht.

Zum zweiten Teil Ihrer Frage: Warum nimmt der Luftwiderstand zu? Eine ziemlich einfache Anwendung der Newtonschen Gesetze sagt uns, was vor sich geht. Mit zunehmendem AOA wird eine immer größer werdende Fläche des Flügels dem relativen Wind ausgesetzt. Kombinieren Sie dies mit zunehmenden Wirbeln hinter der Hinterkante Ihres Flügels, wodurch ein Niederdruckbereich entsteht, und Sie haben einen zunehmenden Luftwiderstand.

Hoffe das hilft und viel Glück beim Fliegen.

Der abnehmende Luftdruck über dem Flügel hat nichts mit der Geschwindigkeit der Luft zu tun, sondern ist tatsächlich auf Trägheit zurückzuführen. Luft will immer leere Räume füllen, da es einen sogenannten statischen Luftdruck gibt. Alle Luftmoleküle wollen gleichmäßig in alle Richtungen drängen. Wenn es also einen Raum ohne Luft gibt, füllen die Moleküle den Raum, weil es keine Luftmoleküle im Raum gibt, die gegen sie drücken könnten. Das passiert mit einem Flügel, die Moleküle wollen den Raum über dem Flügel füllen, aber sie tun sich aufgrund ihrer Trägheit schwer damit.

Denken Sie an ein Auto, das sich dreht, Sie können nicht einfach 100 Meilen pro Stunde fahren und im gleichen Radius drehen, den Sie tun, wenn Sie 10 Meilen pro Stunde fahren. Das gleiche Prinzip gilt für die Luftmoleküle. Es fällt ihnen schwer, den Raum zu füllen, und daher hat der Raum weniger Luftmoleküle als der atmosphärische Druck. Je weniger Moleküle oben, desto weniger statischer Druck oben als unten, wo die Luft atmosphärischen Druck hat. Dies zwingt den Flügel aufgrund des Kraftunterschieds nach oben, also ist das, was einen Flügel anhebt, im Grunde ein Sog.

Wenn Sie sagen wollen, dass die Luft eine weitere Strecke über die Spitze zurücklegen muss und daher schneller geht, gibt es eine einfache Möglichkeit, das Gegenteil zu beweisen. Eine völlig flache Oberfläche kann Auftrieb erzeugen, solange Sie sie relativ zum Luftstrom neigen. Die Luft muss oben und unten die gleiche Länge zurücklegen und erzeugt dennoch Auftrieb.

Bei Stalls bin ich mir nicht sicher, aber ich habe eine Theorie, dass es in einem Stall eine turbulente Strömung gibt, weil die Luft von unten versucht, die Spitze zu erreichen und umgekehrt, aber dies tritt nur hinter der Flügeloberfläche auf. Über der Flügeloberfläche hört die Luft vollständig auf sich zu bewegen und bleibt nur am Flügel haften und erreicht daher atmosphärischen Druck.

Dies würde erklären, wie ein Flügel in einem Strömungsabriss sowohl mehr Luftwiderstand als auch weniger Auftrieb erzeugt, da der Druckausgleich auf beiden Oberflächen des Flügels den Auftrieb aufhebt, aber hinter dem Flügel immer noch Luft mit niedrigem Druck vorhanden ist, die ihn zurücksaugt und als Luftwiderstand wirkt.

Denken Sie daran, wenn Sie in einem Auto sitzen und den Kofferraum öffnen und die Sitze herunterklappen. Jetzt wird der Luftstrom auf der Rückseite des Autos offensichtlich abwürgen, aber was ist, wo Sie sitzen? Die Luft fühlt sich dort normal an, sie bewegt sich nicht, sie klebt einfach am Auto. Auch wenn Sie sich einen blockierten Flügel in einem Windkanal mit vorbeiströmenden Rauchströmen ansehen, werden Sie feststellen, dass es direkt über dem Flügel keine Rauchströme gibt, sondern genau dort, wo die Luft hinter dem Flügel eine Schleife bildet. Dies liegt wahrscheinlich daran, dass sich die Luft nicht direkt über dem Flügel bewegt, sondern einfach am Flügel bleibt.

Das Stall-Ding ist nur eine Theorie von mir, aber die Sache darüber, wie Trägheit Auftrieb erzeugt, ist die richtige Art und Weise, wie Flügel Auftrieb erzeugen.