Wird der induzierte Widerstand durch die Neigung des Flügels nach hinten verursacht?

Obwohl Ihre Erklärung nicht ganz falsch ist, ist es nicht unbedingt die Rückwärtsneigung des Flügels , sondern die Rückwärtsneigung der aerodynamischen Kraft .

Ich betrachte es aus zwei verschiedenen Perspektiven. Das Tragflächenprofil soll Luft beschleunigen und so die Druckunterschiede erzeugen, die das Flugzeug zum Fliegen bringen. Die Bereiche mit höherem Druck versuchen, den Flügel in Richtung der Bereiche mit niedrigerem Druck zu drücken. Die Gesamtsumme dieser Kräfte wird als resultierende Kraft bezeichnet.

Diese resultierende Kraft hat eine Amplitude und eine Richtung oder einen ihr zugeordneten Vektor. Das Ziel bei der Konstruktion eines Tragflügels besteht darin, diese Kräfte nach oben zu richten, um der Schwerkraft entgegenzuwirken. Der Konstrukteur wird also die Niederdruckbereiche oben auf dem Flügel und die Hochdruckbereiche unten anordnen, damit der Vektor nach oben zeigt. Ein perfektes Profil würde einen Vektor erzeugen, der direkt nach oben zeigt, 180° vom Boden und 90° von der Fahrtrichtung. In Wirklichkeit ist nichts perfekt, sodass dieser Vektor immer bis zu einem gewissen Grad nach hinten zeigt. Also zerlegen wir diese resultierende Kraft in zwei Komponenten. Der Teil, den wir zu erreichen versuchen, der 90° von der Fahrtrichtung entfernt ist, wird als Auftrieb bezeichnet, und der verbleibende Teil, der 180° von der Fahrtrichtung entfernt ist, wird als induzierter Widerstand bezeichnetda es durch die Erzeugung von Auftrieb induziert wird. Selbst ein Flügel, der bei einem Anstellwinkel von 0 ° Auftrieb erzeugt, erzeugt immer noch einen gewissen induzierten Widerstand.

Jetzt kommen wir auf deine Erklärung zurück. Obwohl ein Flügel jedes Mal, wenn er Auftrieb erzeugt, auch einen gewissen induzierten Widerstand erzeugt, neigt sich der Vektor der resultierenden Kraft mit zunehmendem Anstellwinkel zurück. Nicht unbedingt mit genau der gleichen Rate, aber normalerweise nicht weit davon entfernt. Da wir den Auftrieb immer noch als 90° zur Fahrtrichtung und den Widerstand als 180° davon definieren, ändert sich das Verhältnis zwischen den beiden. Für jeden erzeugten Auftrieb gibt es viel mehr Widerstand, je weiter Sie den Flügel nach hinten neigen.

Die zweite Sichtweise ist die vom Trägheitsgesichtspunkt. Die Absicht des Flügels ist es, Luft nach unten zu beschleunigen. Noch einmal, ein perfektes Profil würde die Luft gerade nach unten beschleunigen, aber in Wirklichkeit wird es sie immer auch leicht nach vorne beschleunigen. Und wenn Sie den Flügel nach hinten neigen, erzeugen Sie mehr Vorwärtsbewegung und weniger Abwärtsbewegung.

Sie sind auf dem richtigen Weg. Der induzierte Luftwiderstand wird durch eine nach hinten gerichtete Komponente der aerodynamischen Kraft verursacht. Und um sicher zu sein, wann immer es einen Auftrieb gibt, gibt es einen Luftwiderstand.

Je mehr ein Flügel bei langsamer Geschwindigkeit "pflügt" als "Flugzeuge" bei höherer Geschwindigkeit, desto mehr induzierter Widerstand wird erzeugt.

Sie können wie oben sagen, dass der Luftwiderstand die horizontale Komponente der Neigung zum gesamten Auftriebsvektor ist. Sie können genauso gut sagen, dass die Neigung des gesamten Auftriebsvektors auf den Luftwiderstand zurückzuführen ist. Was verursacht also den Widerstand?

Der Auftrieb entsteht letztlich durch die Ablenkung des Luftstroms nach unten (Newtonsches Aktions-/Reaktionsgesetz). Als solches fügt der Flügel der Umgebungsluft Energie hinzu, indem er sie ablenkt. Das Hinzufügen von Energie zur Luft erfordert Energie vom Flugzeug. Energie ist Kraft mal Weg. Diese Kraft ist der Widerstand.

Sie können einen bestimmten Auftrieb erhalten, indem Sie eine kleine Luftmenge mit hoher Geschwindigkeit oder eine große Luftmenge mit geringer Geschwindigkeit ablenken - die Impulsänderung ist dieselbe (m * v ist dieselbe). Aber die Energieänderung (0,5 * m v v) ist es nicht - die Hochgeschwindigkeitsoption kostet mehr Energie und hat daher einen höheren Luftwiderstand.

So? Ein kurzer Flügel lenkt weniger Luft ab, also bei einer höheren Durchbiegung im Vergleich zu einem langen Flügel. Mit anderen Worten, Flügel mit hohem Seitenverhältnis (Segelflugzeuge) haben ein höheres Verhältnis von Auftrieb zu Luftwiderstand als Flügel mit niedrigem Seitenverhältnis (Stäbchen), wenn alle anderen gleich sind.

All dies ist der Grund, warum der Vektor etwas nach hinten zeigt – und es gibt eine Drag-Komponente.