Wie erzeugen Papierflieger Auftrieb, wenn ihre Flügel flach sind?

Papierflieger erzeugen wie jedes andere Flugzeug Auftrieb. Lassen Sie sich nicht vom Flügelquerschnitt verwirren; Was die Luft "sieht", ist eine andere Form.

Wenn eine flache Platte Luft mit einem positiven Anstellwinkel durchströmt, liegt der Staupunkt der Strömung (wo sich die Luft in einen oberen und einen unteren Strömungspfad aufteilt) etwas unterhalb der Vorderkante des Flügels. Jetzt muss die Stromlinie direkt über derjenigen, die auf den Staupunkt trifft, die scharfe Ecke der Vorderkante überwinden, was dazu führt, dass sie sich von der Oberfläche löst. Dadurch entsteht eine kleine Ablöseblase, die für die Stromlinien weiter oben wie eine runde Vorderkante aussieht, und da der Rest des Flügels keine Krümmung hat, setzt sich die Strömung bald wieder an. Je größer der Anstellwinkel wird, desto weiter hinten liegt der Staupunkt und desto größer wird die Ablöseblase. An einem Punkt, der durch die Vorderkantenbewegung gefördert wird, setzt sich die abgetrennte Strömung nicht wieder an, sondern erzeugt einen Wirbel,

Das obige Bild stammt aus einer Simulation; Sehen Sie sich das vollständige Video hier an . Beachten Sie die rote Farbe im vorderen Teil der Oberseite: Dies zeigt einen niedrigen lokalen Druck an, der erforderlich ist, damit die Außenluft die Vorderkante plus die Ablöseblase überwinden kann (siehe hier für eine Erklärung auf molekularer Ebene). In der Ablöseblase geht niedriger Druck nicht mit hoher Strömungsgeschwindigkeit einher, da die Ablöseturbulenzen den größten Teil der kinetischen Energie aufgezehrt haben.

Der tatsächliche Nasenradius des Papierflügels spielt keine Rolle und kann sogar Null sein (wie wenn Sie Rasierklingen an der Vorderkante anbringen): Die Luft erzeugt ihre eigene Tragflächenform, indem sie mit abgetrennter Luft polstert, was mit angebrachter nicht erreicht werden kann Fluss.

Papierflieger haben eine ausreichend geringe Flächenbelastung, dass ihr Anstellwinkel gering ist und der Abstand nicht zu groß wird. Alles, was es braucht, ist ein Schwerpunkt an der Viertelsehne des Flügels; Deshalb müssen Sie das Stück Papier zuerst falten.

Es ist interessant, einen leicht hecklastigen, deltaförmigen Papierflieger fliegen zu sehen: Er wird allmählich die Geschwindigkeit reduzieren und beginnt, seine Flügel zu schaukeln, wenn er sich dem Strömungsabriss nähert. Sobald ein Flügel nach unten geht, wird der plötzliche Anstieg seiner lokalen AoA den Auftrieb so stark erhöhen, dass sich die Rollbewegung ohne merkliches Gieren umkehrt. Die deltaförmige flache Platte hat eine effektive Rolldämpfung bis in den Stall. Das Fehlen des Gierens ist hauptsächlich auf die hohe Gierträgheit zurückzuführen, zeigt aber auch an, dass der Widerstandsaufbau bestenfalls moderat ist.

Natürlich wird die Nase nach einigen Perioden des Schaukelns fallen und es wird wie jedes gut erzogene Flugzeug an Geschwindigkeit zunehmen.

Wie erzeugt ein flacher Flügel Auftrieb, wenn beide Seiten den gleichen Luftdruck haben?

Die beiden Seiten haben nicht den gleichen Druck.

Ein flaches Flugzeug kann immer noch Auftrieb erzeugen (stellen Sie eine Platte aus dem Fenster eines fahrenden Autos, wenn Sie sie leicht nach oben richten, wird sie stark nach oben gedrückt, das ist Auftrieb). Der Hauptgrund ist die Kutta-Bedingung , die an der Hinterkante erfüllt sein muss: Dadurch wird eine Zirkulation um die flache Platte herum erzeugt, eine Druckdifferenz erzeugt und somit Auftrieb erzeugt.

Papierflugzeuge werden unweigerlich abstürzen, nicht weil sie keinen Auftrieb erzeugen, sondern weil sie auch Luftwiderstand (und keinen Schub) haben, was sie verlangsamt und somit den erzeugten Auftrieb verringert.

Es ist komisch, wie viele Menschen ein so grundlegendes Flugprinzip missverstehen, wie zum Beispiel, wie ein Flugzeugflügel Auftrieb erzeugt.

Die meisten Missverständnisse stammen von falschen Lehrbüchern, die von unqualifizierten Leuten geschrieben wurden, die sich mit dem Fliegen, aber nicht mit Physik auskennen. Diese falschen Informationen werden häufig an Flugschulen von Fluglehrern weitergegeben, die selbst falsche Informationen erhalten haben.

Ihre Frage zeigt genau diesen Punkt. Ich könnte die Frage umformulieren, um zu sagen: "Wenn ein Papierflugzeug mit geraden Flügeln fliegt, bedeutet dies, dass die Form eines Flugzeugflügels nicht das ist, was tatsächlich Auftrieb erzeugt?". Die Antwort liegt auf der Hand.

Die falsche Analyse des Auftriebs sieht normalerweise so aus: Ein Flugzeugflügel erzeugt Auftrieb, weil die Luft, die über die gekrümmte Oberfläche oben strömt, schneller strömen muss als die Luft, die sich entlang der kürzeren Oberfläche darunter bewegt. Gemäß dem Benouli-Prinzip erzeugt die sich schneller bewegende Luft ein Unterdruckgebiet, das die Flügel nach oben saugt.

Wie also fliegt ein Flugzeug kopfüber? Wäre das Tiefdruckgebiet jetzt nicht darunter und würde das Flugzeug in Richtung Boden ziehen? Wie fliegt ein Papierflieger mit einem flachen Flügel? Die Antwort ist, dass es nicht die Form des Flugzeugflügels ist, die den Auftrieb erzeugt.

Ein Flugzeugflügel erzeugt Auftrieb aufgrund der physikalischen Reaktionen der Flügeloberfläche, die mit der Luft in Kontakt kommt, wenn sich der Flügel durch die Luft bewegt und die Luft nach unten ablenkt. In Übereinstimmung mit Newtons drittem Bewegungsgesetz übt diese nach unten gerichtete Kraft eine gleiche und entgegengesetzte nach oben gerichtete Kraft auf den Flügel aus und erzeugt Auftrieb. Erhöhen Sie den durch den Flügel verursachten Ablenkwinkel (bekannt als Anstellwinkel) und die erzeugte Kraft nimmt zu, wodurch bei einer bestimmten Fluggeschwindigkeit noch mehr Auftrieb erzeugt wird, zumindest bis der kritische Anstellwinkel erreicht wird, bei dem die durch die Verlangsamung erzeugte Kraft Der erhöhte Luftwiderstand übersteigt schließlich die Auftriebskraft und führt zum Abwürgen des Flugzeugs.

Warum sind Flugzeugflügel nicht flach? Wie in der Natur (bei Vögeln) trägt die gekrümmte Oberfläche eines Flugzeugflügels dazu bei, den Luftwiderstand zu verringern, sodass die Luft gleichmäßig über den Flügel strömen kann, ohne sich abzulösen und turbulent zu werden. Geringerer Luftwiderstand bedeutet einen effizienteren Flügel.

Wenn Sie mehr wissen möchten, hat die NASA einige gute Informationen zu diesem Thema auf ihrer Website. Sie können es hier überprüfen: https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/lift1.html

Denn es geht den Weg des geringsten Widerstands. Es gibt viel weniger Luftwiderstand, wenn man durch die Luftmasse nach vorne rutscht, wenn sie fällt, als wenn man flach auf die Erde fällt.

Denken Sie darüber nach: Wenn Sie ein Spachtel in einem 45-Grad-Winkel in einen Wackelpudding-Block stecken und es dann direkt auf sich zu ziehen würden, würde es dann direkt auf Sie zukommen, oder könnte die Klinge dazu neigen, sich zur einen oder anderen Seite zu neigen? (je nachdem in welche Richtung die nähere Kante war...)

Würden Sie sagen, dass dieses Phänomen auf einen Unterschied im gallertartigen Druck zurückzuführen ist oder dass das Spachtel einen Auftrieb erzeugt hat? Ich würde nicht. Ich bin kein Ingenieur, aber ich würde sagen, dass das Messer einfach den Weg des geringsten Widerstands genommen hat.

Es ist wahr, dass ein flacher Flügel Auftrieb erzeugen kann, aber die Flügel eines Papierflugzeugs sind oben nicht flach. Sie haben oben ein gefaltetes Stück, das sich leicht nach oben beugt. Luft muss über diese leichte Kurve im Vergleich zur Unterseite des Flügels eine längere Strecke strömen, genau wie bei einem Flugzeug. Die schnellere Luft verursacht einen Druckabfall relativ zur Unterseite des Flügels und somit einen Auftrieb.