Неверная теория равного времени прохождения

Неверная теория равного времени прохождения

Неверная теория равного времени прохождения
СОДЕРЖАНИЕ
0
347 просмотров
26 ноября 2022

Данная статья является переводом материала Исследовательского центра NASA имени Джонна Гленна.
Неверная теория «более длинного пути» или «равного времени прохождения»:
Верхняя часть аэродинамического профиля имеет такую форму, чтобы обеспечить более длинный путь, чем нижняя. Молекулы воздуха должны двигаться быстрее вдоль верхней части, чтобы встретиться на задней кромке крыла с шедшими вдоль нижней части молекулами.
Из уравнения Бернулли следует, что при более высоких скоростях снижается давление над верхней частью аэродинамического профиля.
Разница в давлении создаёт подъёмную силу.

Существует множество теорий возникновения подъёмной силы. К сожалению, многие теории из энциклопедий, с веб-сайтов и даже из некоторых учебников не верны, что создаёт ненужную путаницу для студентов.

Неверная теория аэродинамического профиля

Теория, которую иллюстрирована выше, является одним из наиболее распространённых неправильных объяснений. Эта теория также известна как Теория более длинного пути или Теория равного времени прохождения. Данная теория постулирует, что аэродинамические поверхности имеют такую форму, что верхняя часть их профиля длиннее нижней.

Молекулы воздуха (изображённые в виде цветных шариков на рисунке) проходят более длинный путь вдоль верхней части аэродинамического профиля, чем вдоль нижней части, чтобы затем встретиться у задней кромки профиля. Таким образом, молекулы, следующие над крылом, должны двигаться быстрее, чем молекулы, следующие под крылом. Поскольку поток над крылом быстрее, то, в соответствии с уравнением Бернулли, давление ниже. Разница в давлении на разных сторонах аэродинамического профиля создаёт подъёмную силу.

m / t = ρ ∙ V ∙ S = const

Для постоянной плотности ρ уменьшение площади сечения потока S увеличивает скорость потока V.

Согласно некорректной теории аэродинамического профиля, верхняя часть профиля изогнута, что способствует сужению потока. Так как площадь сечения потока уменьшается, скорость этого потока над верхней частью профиля увеличивается. Таким образом, из уравнения Бернулли следует, что более высокая скорость уменьшает давление над верхней частью аэродинамического профиля. Низкое давление над верхней частью аэродинамического профиля создаёт подъёмную силу.

Перед тем, как начать разбираться, что не так в этой теории, рекомендуется изучить фактическое поведение потока воздуха вокруг аэродинамического профиля, выполнив пару экспериментов в симуляторе, который решает верные уравнения потока.

Улучшенная версия симулятора находится здесь (моё примечание)

Давайте используем информацию, которую мы только что изучили, чтобы оценить несколько положений теории «равного времени прохождения».

Создающие подъёмную силу аэродинамические профили спроектированы таким образом, чтобы их верняя часть была длиннее нижней

Это не всегда верно. Симметричный аэродинамический профиль в наших экспериментах создаёт достаточно много подъёмной силы, и его верхняя часть имеет такую же длину, как и нижняя. Представьте себе бумажный самолётик. Его аэродинамический профиль плоский, и его верхняя и нижняя части имеют ровно ту же длину и форму, при этом самолётик отлично летает. Это положение неверной теории, возможно, возникло потому, что первые аэродинамические профили были изогнуты и спроектированы с более длинной дистанцией для частиц потока вдоль верхней части профиля. Такие профили создают большую подъёмную силу и отклоняют воздушный поток, но именно это отклонение важно, а не упомянутая дистанция вдоль верхней части профиля. Существуют современные аэродинамические профили с низким сопротивлением, которые создают подъёмную силу при том, что нижняя часть профиля на самом деле длиннее верхней. Неверная теория также не объясняет, как самолёты выполняют перевёрнутый полёт (когда частицы воздушного потока проходят более длинную дистанцию под крылом!), что происходит часто на воздушных шоу и в боях.

Молекулы воздуха двигаются быстрее вдоль верхней части аэродинамического профиля, чтобы встретиться на задней кромке профиля с движущимися вдоль нижней части молекулами

Эксперименты демонстрируют нам, что поток над верхней частью профиля движется быстрее, чем поток под профилем. Но верхний поток намного быстрее, чем скорость, которая потребна для того, чтобы частицы встретились у задней кромки потока. Две соседствующие у передней кромки частицы никогда не встретятся друг с другом у задней кромки крыла, как можно убедиться из экспериментов. То есть в положениях неверной теории пытаются задать значение скорости над верхней частью аэродинамического профиля, основываясь на нефизическом предположении, что молекулы якобы должны встретиться у задней кромки профиля. Мы можем вычислить скорость, основываясь на этом предположении, и использовать уравнение Бернулли для вычисления давления, а затем провести вычисления давления по поверхности, и полученный ответ не согласуется с подъёмной силой, которую мы измерили для данного аэродинамического профиля. Предсказанная теорией «равного времени прохождения» подъёмная сила намного меньше, чем наблюдаемая подъёмная сила, потому что скорость потока слишком мала. Действительная скорость над верхней частью профиля намного выше, чем предсказанная теорией «более длинного пути», и частицы, двигающиеся вдоль верхней части профиля, окажутся у задней кромки раньше, чем частицы, двигающиеся вдоль нижней части профиля.

Верхняя часть потока быстрее и, в соответствии с уравнением Бернулли, давление ниже. Разница в давлении на разных сторонах аэродинамического профиля создаёт подъёмную силу

«Разница в давлении на разных сторонах аэродинамического профиля создаёт подъёмную силу». Как мы можем убедиться из эксперимента на симуляторе, эта часть неверной теории верна. Действительно, эта теория очень привлекательна, потому что многие её положения корректны. В исследованиях об интегрировании давления по поверхности для силы, действующей на тело, погружённое в жидкость, упоминается, что если мы знаем скорость, мы можем получить давление и определить силу. Проблема с теорией «равного времени прохождения» в том, что в ней пытаются представить скорость, основанную на нефизическом предположении, как обсуждалось выше.

Комментировать
0
347 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

;) :| :x :twisted: :sad: :roll: :oops: :o :mrgreen: :idea: :evil: :cry: :cool: :arrow: :P :D :???: :?: :-) :!: 8O

Наш сайт использует файлы cookies, чтобы улучшить работу и повысить эффективность сайта. Продолжая работу с сайтом, вы соглашаетесь с использованием нами cookies и политикой конфиденциальности.

Принять