Kąt natarcia versus Bernoulli - posty przeniesione

[Patryk Sokol]

Trochę się nazbierało, ugryźmy to po kolei.

 

 

Patryk,
1. Jak się ma powyższe do sytuacji kąta natarcia -2st, przy którym niektóre profile wciąż generują siłę nośną?
2. Co się wtedy dzieje od spodu profilu, od czego i pod jakim kątem "odbijają się" cząstki powietrza, jak zachodzi wymiana pędów?
3. Czy możesz zrobić analizę tego co się dzieje na górnej powierzchni profilu (skrzydła)?
I czy możesz odnieść się jakoś do materiałów, które podlinkowałem?

1. Niektóre profile, a nie płaska płytka. W przypadku tych co generują na ujemnym kącie mamy do czynienia z tym, że  górna powierzchnia płata odchyla strugę powietrza w wyniku działania efektu Coandy

2. Cząsteczki nie odbijają się od skrzydła jak kulka od ścianki, to był tylko przykład obrazujący zasadę zachowania pędu. W przypadku skrzydła mamy do czynienia bardziej z ciągłym zmienianiem kierunku ruchu, tj. struga na natarciu się dokleja do powierzchni i przyklejona porusza się równolegle do powierzchni przekazując pęd w sposób ciągły

3. Odniosłem się w poprzednim poście (przykładu ugiętych profili). W skrócie w wyniku efektu Coandy struga jest doklejona do powierzchni i przyjmuje kierunek do niej równoległy. W trakcie zmiany kierunku dochodzi do zmiany pędu.

 

A odnieść bym się mógł, ale szczerze nie bardzo mam ochotę oglądać wykłady, wolałbym przeczytać (5 lat studiów spowodowało, że mam alergię na wykłady).

Tak na szybko policzone (jeśli gdzieś błądzę, albo przyjąłem złe założenia - proszę mnie poprawić).

 

Mamy model o masie 1kg, poruszający się z prędkością 50km/h, żeby utrzymał się on w powietrzu potrzebna jest siła nośna 9,81 N.

Dla dobra rozważań przyjmijmy, że dla danego profilu i kąta natarcia - 0,1 masy powietrza zmienia pęd na prostopadły do płata.

Otrzymujemy : masa powietrza zmieniającego pęd w jednej sekundzie lotu = 9,81 *(50*0,1) = 0,5097 kg.

Przyjmując gęstość powietrza 1,168 kg/m3  - 0,5953 m3 powietrza zmieniającego pęd w czasie jednej sekundy lotu.

 

Weź pod uwagę, że taki model w ciągu sekundy przebywa 13,89m. Wtedy odkryjesz, że dla takich warunków musiałbyś mieć tylko 4.3dm^2 powierzchni

Co w sumie nie jest tak mało, jednak odpowiadało by Cz równemu 1,9. Nie jest to niewykonalne (sam robiłem takie profile), ale jednak dosyć dziwne.

Błąd jest w założeniu, że dochodzi do całkowitej zamiany pędu w osi pionowej na oś poziomą. W rzeczywistości masz kilka stopni odchylenia kierunku.

Jeśli przyjmiemy, że 100% powietrza mającego kontakt ze skrzydłem, zmienia kierunek o 4st, to będziemy mieli masę powietrza dwa razy większą (zamiast 0,1 w tym równaniu przyjmujesz sin(4st), czyli 0,069), wtedy powierzchnia wyjdzie 6,82dm^2, a Cz 1,19 co już jest całkiem uczciwą wartością.

 

rewelacyjny temat.
Jedna rzecz nie daje mi spokoju. Profil symetryczny przy kącie 0 stopni nie powinien generować siły nośnej, ponieważ zmiana pędu na jego górnej i dolnej powierzchni jest taka sama (symulator na stronie NASA wskazuje właśnie na brak siły nośnej przy takich parametrach). Jak to odnieść do modeli w których zastosowano symetryczny profil, a kąt między skrzydłem i statecznikiem wynosi również 0 stopni? Jeśli płyta lotniska będzie punktem odniesienia, to aby zrealizować lot poziomy konieczne jest ustawienie skrzydła pod pewnym niezerowym kątem względem naszego "układu współrzędnych". Reasumując: aby samolot leciał poziomo skrzydła nie mogą być ustawione równolegle do płyty lotniska? Co zatem przy kącie zaklinowania (skrzydło-statecznik) równym 0 stopni powoduje ustawienie modelu w taki sposób, że skrzydło generuje siłę nośną?

 

Nie ma opcji. Symetryczny profil na zerowym kącie natarcia produkuje dokładnie zero siły nośnej,

Trymowanie, akrobatów na zero, to pewien kompromis, w którym godzimy się na zaciąganie wysokości w ocie normalnym, żeby analogicznie oddawać w locie plecowym (wtedy jest nam równo niewygodnie w obu sposobach latania )

 

W rozważaniach dotyczących tego, czy statecznik poziomy generuje siłę nośna w górę czy w dół, musicie uzupełnić o to, że profile oprócz oporu i siły nośnej generują jeszcze moment pochylający.

O tym już pisałem, polecam poczytać:
http://pfmrc.eu/index.php?/topic/59050-o-stateczno%C5%9Bci-bezogonowc%C3%B3w-s%C5%82%C3%B3w-kilka/

 

W skrócie - tak statecznik poziomy przy klasycznym profilu musi ciągnąć nieco do dołu, gdy ten wytwarza dodatnią siłę nośną.

Sterowanie wektorem ciągu pozwala jedynie zadać dodatkowy moment, dokładnie jak zaciągnięcie steru wysokości.

 

W przypadku latania harierrem (czyli bardzo wysoki kąt natarcia  i pomaganie silnikiem) przerzuca część ciągu w oś pionową, co nieco zmienia samolot w helikopter, stąd gdy pionowej składowej ciągu braknie to model przepada (albo traci wysokość).

 

 

A i na sam koniec:
Pompowanie powietrza pod skrzydło silnikiem nie tworzy siły nośnej. To trochę jakby próbować się podnieść samemu ciągnąc się za włosy, z reguły się nie da

[kpawel]

 

Tak to wygląda.

Różnica ciśnień jest na tyle niewielka, że stanowi niewielką część całościowej siły nośnej (naprawdę mikrą).

 

 

Oj, koledzy glajciarze mogą teraz masowo pospadać z nieba

[Patryk Sokol]

Oj, koledzy glajciarze mogą teraz masowo pospadać z nieba

To smutne

 

 

Ale będąc całkiem serio - wyjaśnij mi w czym glajt różni się od każdego innego skrzydła, wszystko działa tak samo (chyba, że nie, wyprowadź mnie z błędu wtedy).

[Bartek Piękoś]

Dzięki Patryk. Tu link do materiałów do czytania (to skrypcik z tego filmowego wykładu)

https://drive.google...it?pref=2&pli=1

Na razie mamy potwierdzenie efektu Coandy. Wiem i rozumiem, że on przykleja strugę do profilu. Natomiast nie jestem w stanie zrozumieć powstawania siły nośnej za pomocą zjawiska pędu i jego przemian.

 

Zerknij proszę do tych materiałów. O ile rozumiem, tam jest to wyjaśnione na zasadzie różnicy ciśnień: krzywizna profilu odchyla i "ściska" strugę powietrza nad profilem, struga pozostaje przyklejona, bo między nią a powierzchnia profilu jest mniejsze ciśnienie, niż między strugą a warstwami powietrza coraz wyżej nad profilem, aż do warstwy niezaburzonej (nie ściśniętej).

Siła nośna powstaje w wąskiej warstwie przyściennej, tam gdzie struga usiłuje oderwać się od powierzchni skrzydła i ma największą energię (na odcinku tuz za noskiem aż do ok. 1/3-1/2 profilu, tu różnice są spore). Byłby to więc efekt zasysania skrzydła w obszarze tegoż niskiego ciśnienia. Tak to sobie poukładałem.

Jeśli błądzę, chętnie się wy-błądzę, tylko trzeba mnie poprowadzić, o co proszę uprzejmie;)

 

Edit:

W takich przypadkach odczuwam dotkliwie ograniczenia Internetu. Siadłby człowiek z piwkiem, pogadał, porysował na knajpianych chusteczkach... i wszystko byłoby jasne:)

[kpawel]

To smutne

 

 

Ale będąc całkiem serio - wyjaśnij mi w czym glajt różni się od każdego innego skrzydła, wszystko działa tak samo (chyba, że nie, wyprowadź mnie z błędu wtedy).

Patryku, nie miałem zamiaru Cię urazić.

 

Pewnie wiek powoduje u mnie kłopoty z czytaniem ze zrozumieniem, ale z całości wywodu wyciągnąłem, (mam nadzieję niesłusznie) wniosek, że siła nośna na skrzydle nie powstaje w skutek różnicy ciśnień w różnych miejscach. Podobnie myślał pewnie kolega robertus kilkanaście postów wcześniej, zadając pytanie czy to aby na pewno prawda.

Mam nadzieję, że chciałeś nam wyjaśnić, że ta różnica ciśnień powstaje nie tylko na skutek zjawisk które próbuje opisać w mniej lub bardziej udolny sposób prawo pana Bernoulli'ego.

[Patryk Sokol]

Nie jestem w stanie kliknąć tego linku, wygląda to ja błąd forum

 

Zerknij proszę do tych materiałów. O ile rozumiem, tam jest to wyjaśnione na zasadzie różnicy ciśnień: krzywizna profilu odchyla i "ściska" strugę powietrza nad profilem, struga pozostaje przyklejona, bo między nią a powierzchnia profilu jest mniejsze ciśnienie, niż między strugą a warstwami powietrza coraz wyżej nad profilem, aż do warstwy niezaburzonej (nie ściśniętej).
Siła nośna powstaje w wąskiej warstwie przyściennej, tam gdzie struga usiłuje oderwać się od powierzchni skrzydła i ma największą energię (na odcinku tuz za noskiem aż do ok. 1/3-1/2 profilu, tu różnice są spore). Byłby to więc efekt zasysania skrzydła w obszarze tegoż niskiego ciśnienia. Tak to sobie poukładałem.
Jeśli błądzę, chętnie się wy-błądzę, tylko trzeba mnie poprowadzić, o co proszę uprzejmie;)

 

Tu jest pewna warstwa abstrakcji, prawda.

Ale postaraj sobie wyjaśnić to tak, że efekt Coandy (który jest efektem sił tarcia płynu o powierzchnię i lepkości płynu, zapomniałem o tym wspomnieć) działa jak linka, przy kręceniu ciężarkiem na sznurku. Po prostu jest swoistym 'interfejsem' który łączy masę powietrza z powierzchnią skrzydła (a ta porusza się po łuku, więc ciągnie skrzydło za sobą).

Niemniej to ciągnięcie jest swego rodzaju zasysaniem (tylko,że to zasysanie nie ma nic wspólnego z prawem Bernoulliego).

Pewnie wiek powoduje u mnie kłopoty z czytaniem ze zrozumieniem, ale z całości wywodu wyciągnąłem, (mam nadzieję niesłusznie) wniosek, że siła nośna na skrzydle nie powstaje w skutek różnicy ciśnień w różnych miejscach. Podobnie myślał pewnie kolega robertus kilkanaście postów wcześniej, zadając pytanie czy to aby na pewno prawda.

Mam nadzieję, że chciałeś nam wyjaśnić, że ta różnica ciśnień powstaje nie tylko na skutek zjawisk które próbuje opisać w mniej lub bardziej udolny sposób prawo pana Bernoulli'ego.

No dobrze zrozumiałeś, wyjaśniam fakt,że różnica ciśnień wynikająca z prawa Bernoulliego (a więc z różnicy prędkości) jest tylko ułamkiem siły nośnej, a siłę nośną powoduje odchylanie strumienia powietrza (co tworzy siłę, która jest rozłożona na powierzchni, więc powstaje ciśnienie na skrzydle, w ten sposób to działa).

[Bartek Piękoś]

przy kręceniu ciężarkiem na sznurku. Po prostu jest swoistym 'interfejsem' który łączy masę powietrza z powierzchnią skrzydła (a ta porusza się po łuku, więc ciągnie skrzydło za sobą).

No właśnie tak to sobie tłumaczyłem. Stawiam sobie piwo

 

Pozostaje pytanie czym jest ta siła, która ciągnie skrzydło. Ostatecznie więc: w przypadku profili lotniczych (wysklepionych) to co ciągnie skrzydło (głównie) to różnica ciśnień między poszczególnymi warstwami opływu nad profilem? Ta sama róznica ciśnień, która (pomijając zjawisko lepkości) zakrzywia i "przykleja" strugi w warstwie przyściennej? Bo to do mnie przemawia najlepiej.

[Patryk Sokol]

Rożnica nacisku powietrza na spód skrzydła, między różnicą nacisku na spód skrzydła, znów wracamy do zasady zachowania pędu.

Warstwy dalej nad skrzydłem i dalej pod skrzydłem mają małe znacznie (jedynie dla doklejenia strug właśnie).

 

Może wyobraź sobie tak, że masz profil zawieszony w próżni na którego leci strumień cząstek gazu.

Mimo braku ośrodka dookoła to one również będą miały kontakt ze skrzydłem i również zmienią swój kierunek, powstanie więc siła nośna.

O ile dolna powierzchnia (przy dodatnim kącie natarcia) będzie z grubsza identycznie się zachowywać, to na górnej struga będzie miała większą tendencję do oderwania (bo trzyma ją tylko lepkość, a nie ciśnienie atmosferyczne (a i na to mnie nie cytujcie, nie jestem pewny czy lepkość w próżni faktycznie zaistnieje)) jednak siłę nośną wytworzy.

 

 

EDIT:
Doprecyzowałem w poprzednich postach parę rzeczy, które sugerowały całkowity brak różnicy ciśnień, a nie brak wynikający z prawa Bernoulliego. Efekt używania w notatkach skrótów myślowych.

[Bartek Piękoś]

No znowu tym spodem mnie zastrzeliłeś, bo ja się skupiałem na opływie od góry i tam zachodzących zjawiskach.

 

 Widzę, że dopisałeś tu parę słów (wytłuszczenie moje)

efekt Coandy [...] działa jak linka [...] łączy masę powietrza z powierzchnią skrzydła (a ta porusza się po łuku, więc ciągnie skrzydło za sobą).

 

Niemniej to ciągnięcie jest swego rodzaju zasysaniem (tylko,że to zasysanie nie ma nic wspólnego z prawem Bernoulliego).

i jak na razie to właśnie do mnie przemawia.

 

O ile dolna powierzchnia (przy dodatnim kącie natarcia) będzie z grubsza identycznie się zachowywać, to na górnej struga będzie miała większą tendencję do oderwania (bo trzyma ją tylko lepkość, a nie ciśnienie atmosferyczne

No widzisz, to jest odwrotnie, niż twierdzą w tych przytaczanych przeze mnie materiałach, że jednak na górze trzyma ciśnienie, a dokładnie różnica ciśnień (o ile dobrze zrozumiałem).

 

Dobra. Obiecuję sobie te wszystkie omówione zjawiska przetrawić, ale nie wszystko na raz. Na dziś mi wystarczy.

Dzięki raz jeszcze.

[kpawel]

 

EDIT:

Doprecyzowałem w poprzednich postach parę rzeczy, które sugerowały całkowity brak różnicy ciśnień, a nie brak wynikający z prawa Bernoulliego. Efekt używania w notatkach skrótów myślowych.

 

Proponuję edytować jeszcze drugie zdanie w poście  #1aby moderator nie przeniósł tematu do nowego działu "herezje"

[Patryk Sokol]

Zgoda, poprawione. 

[kpawel]

 Pora na krótkie podsumowanie dla osób które szukały w temacie wyjaśnienia tajemnicy siły nośnej.To, że zmiany ciśnienia na profilu występują  i ,że powodują siłę nośną i siłę oporu  już zostało wyjaśnione. 

Wysunięto powyżej tezę, że zmiana prędkości opływu powietrza na górnej i dolej powierzchni profilu, nie może wywołać (zgodnie z prawem Bernoulliego) wystarczających zmian ciśnienia aby wytłumaczyć istnienie siły na skrzydle. Teza ta jest oczywiście błędna. Zapomniano, że mamy tutaj przypadek przepływu płaskiego, więc prędkość jest wektorem, zmienia nie tylko wartość ale i kierunek.  To tak jakby liczyć objętość kwadratu.   Dlatego na przykład w rejonie noska profilu gdzie jest największe zakrzywienie powierzchni  występuje znaczne podciśnienie, bo  powietrze musi  gwałtownie zmienić kierunek.  

Szczegółowe obliczenia są w opasłych tomiskach podręczników akademickich z aerodynamiki i mechaniki płynów, ale to już wyższa matematyka.  Podstawy znaleźć można np. w Mechanice lotu modeli latających.

Opisana szczegółowo przez Patryka  teoria siły nośnej oparta na prawach Newtona  oczywiście jest  prawdziwa. Jak każda teoria próbuje opisać rzeczywiste zjawiska w sposób uproszczony.

Pozdrawiam

[stan_m]

 Pora na krótkie podsumowanie dla osób które szukały w temacie wyjaśnienia tajemnicy siły nośnej.To, że zmiany ciśnienia na profilu występują  i ,że powodują siłę nośną i siłę oporu  już zostało wyjaśnione. 

Wysunięto powyżej tezę, że zmiana prędkości opływu powietrza na górnej i dolej powierzchni profilu, nie może wywołać (zgodnie z prawem Bernoulliego) wystarczających zmian ciśnienia aby wytłumaczyć istnienie siły na skrzydle. Teza ta jest oczywiście błędna. Zapomniano, że mamy tutaj przypadek przepływu płaskiego, więc prędkość jest wektorem, zmienia nie tylko wartość ale i kierunek.  To tak jakby liczyć objętość kwadratu.   Dlatego na przykład w rejonie noska profilu gdzie jest największe zakrzywienie powierzchni  występuje znaczne podciśnienie, bo  powietrze musi  gwałtownie zmienić kierunek.  

Szczegółowe obliczenia są w opasłych tomiskach podręczników akademickich z aerodynamiki i mechaniki płynów, ale to już wyższa matematyka.  Podstawy znaleźć można np. w Mechanice lotu modeli latających.

Opisana szczegółowo przez Patryka  teoria siły nośnej oparta na prawach Newtona  oczywiście jest  prawdziwa. Jak każda teoria próbuje opisać rzeczywiste zjawiska w sposób uproszczony.

Pozdrawiam

....niemniej jednak KAŻDA siła w przyrodzie wg teorii mechaniki klasycznej powstaje zgodnie z III Zasadą Dynamiki Isaaca Newtona.

Na PW Pan Profesor Fiszdon i Pan Profesor Dulęba prezentowali swoje definicje siły nośnej, zasadniczo odmienne albowiem wynikały z ich "punktu widzenia" tzn. ze specjalności lotniczych, które reprezentowali. Jednak obaj mieli rację.

[robertus]

I tu jest pies pogrzebany. ????. Bo to samo zjawisko można opisać na wiele sposobów i różnymi wzorami. Taki jest moje zdanie.

[cZyNo]

jak ja lubię zwroty "moim zdaniem" w co poniektórych merytorycznych dyskusjach w internecie

[cZyNo]

Na PW Pan Profesor Fiszdon i Pan Profesor Dulęba prezentowali swoje definicje siły nośnej, zasadniczo odmienne albowiem wynikały z ich "punktu widzenia" tzn. ze specjalności lotniczych, które reprezentowali. Jednak obaj mieli rację.

 

Co oznacza że obaj podeszli do zagadnienia wybiórczo (jak to zostało napisane tylko z punktu swojego widzenia). Z drugiej strony również oznacza, że sprawa analizy teoretycznej nie jest kompleksowo rozwiązana, tak więc otrzymywane dane nie są pełne i muszą być sprawdzane na różnorakich ustrojach czy prototypach. Co również oznacza że analizy teoretyczne w "dużym lotnictwie" są co najwyżej dobre, a modelarskie są obarczone bardzo dużym błędem, ze względu zbyt wiele ograniczeń wynikających z dość radosnego (bardzo uproszczonego) podejścia do wszelkich warunków brzegowych I tym bardziej muszą być sprawdzane i weryfikowane w rzeczywistości :lol: :lol: :lol:

 

Rzeczywistość jest prosta i jednoznaczna. Kwestią matematyki i fizyki pozostaje jak ją jednoznacznie opisać

[robertus]

Ostatnie zdanie najlepsze.

[psiwak]

Rzeczywistość jest prosta i jednoznaczna. Kwestią matematyki i fizyki pozostaje jak ją jednoznacznie opisać

 

A jak w rzeczywistości wyznaczyć doskonałość szybowca ?

[Patryk Sokol]

Brzmi, jak podchwytliwe pytanie, ale zaryzykuje

 

Mierzymy prędkość poziomą i opadania, a później dzielimy jedno przez drugie. Wykonujemy 50 takich pomiarów, wyznaczamy rozkład statystyczny wyników, odrzucamy błędy grube i określamy doskonałość wraz z błędem jej pomiaru

[cZyNo]

A jak w rzeczywistości wyznaczyć doskonałość szybowca ?

 

z grubsza

a na poważnie z grubsza tak jak napisał to Patryk - ale to podejście empiryczne a nie teoretyczne. Do czasu gdy nie możemy sobie jednoznacznie poradzić z opisem teoretycznym całościowych zjawisk towarzyszących przemieszczaniu sie obiektów latających w atmosferze, to w teorii da sie to wyznaczyć mniej więcej