Ein Flüssigkeitsfließen vorbei an der Oberfläche eines Körpers übt Oberflächenkraft darauf aus. Heben ist jeder Bestandteil dieser Kraft, die auf der Fluss-Richtung rechtwinklig ist. Es hebt sich von der Schinderei-Kraft ab, die der Bestandteil der Oberflächenkraft-Parallele zur Fluss-Richtung ist. Wenn die Flüssigkeit Luft ist, wird die Kraft eine aerodynamische Kraft genannt.

Übersicht

Heben wird mit dem Flügel eines Flugzeuges des festen Flügels allgemein vereinigt, obwohl Heben auch durch Propeller erzeugt wird; Flugdrachen; Hubschrauberrotoren; Ruder, Segel und Kiele auf Segelbooten; Tragflächenboote; Flügel auf Auto-Rennautos; Windturbinen und andere stromlinienförmige Gegenstände. Während die allgemeine Bedeutung des Wortes "" annimmt, dass Heben Ernst entgegensetzt, kann das Heben in seinem technischen Sinn in jeder Richtung sein, da es in Bezug auf die Richtung des Flusses aber nicht zur Richtung des Ernstes definiert wird. Wenn ein Flugzeug gerade und Niveau (Vergnügungsreise) fliegt, setzt der grösste Teil des Hebens Ernst entgegen. Jedoch, wenn ein Flugzeug, das Absteigen oder Bankwesen in einer Umdrehung zum Beispiel klettert, wird das Heben in Bezug auf das vertikale gekippt. Heben kann auch völlig abwärts in einigen Aerobatic-Manövern, oder auf dem Flügel auf einem Rennauto sein. In diesem letzten Fall wird der Begriff downforce häufig gebraucht. Heben kann auch zum Beispiel auf einem Segel auf einem Segelboot horizontal sein.

Eine Tragfläche ist eine stromlinienförmige Gestalt, die zum Erzeugen von bedeutsam mehr Heben fähig ist als Schinderei. Nichtstromlinienförmige Gegenstände wie raue Körper und Teller (nicht Parallele zum Fluss) können auch Heben erzeugen, wenn sie sich hinsichtlich der Flüssigkeit bewegen, aber werden einen höheren durch die Druck-Schinderei beherrschten Schinderei-Koeffizienten haben.

Beschreibung des Hebens auf einer Tragfläche

Es gibt mehrere Weisen zu erklären, wie eine Tragfläche Heben erzeugt. Einige sind mehr kompliziert oder mathematischer streng als andere; wie man gezeigt hat, sind einige falsch gewesen. Zum Beispiel gibt es Erklärungen gestützt direkt auf Newtonschen Gesetzen der Bewegung und auf dem Grundsatz von Bernoulli gestützten Erklärungen. Beide Grundsätze können verwendet werden, um Heben zu erklären, aber jeder appelliert an ein verschiedenes Publikum. Dieser Artikel wird mit der einfachsten Erklärung anfangen; mehr komplizierte und alternative Erklärungen werden folgen.

Newtonsche Gesetze: Heben Sie sich und die Ablenkung des Flusses

Ablenkung

Eine Weise, die Generation des Hebens zu verstehen, soll bemerken, dass die Luft abgelenkt wird, weil es die Tragfläche passiert. Da die Folie eine Kraft im Rundfunk ausüben muss, um seine Richtung zu ändern, muss die Luft eine Kraft des gleichen Umfangs, aber der entgegengesetzten Richtung auf der Folie ausüben. Im Fall von einem Flugzeug-Flügel übt der Flügel eine Kraft nach unten im Rundfunk aus, und die Luft übt eine nach oben gerichtete Kraft auf den Flügel aus.

Diese Erklärung verlässt sich auf das zweite und Drittel von Newtonschen Gesetzen der Bewegung: Die Nettokraft auf einem Gegenstand ist seiner Rate der Schwung-Änderung gleich, und: Zu jeder Handlung gibt es eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion.

Eine andere Weise, Ablenkung zu beschreiben, soll sagen, dass "sich" die Luft "dreht", weil es die Tragfläche passiert und einem Pfad folgt, der gebogen wird. Wenn Luftstrom-Änderungsrichtung, eine Kraft erzeugt wird.

Druck-Unterschiede

Heben kann auch in Bezug auf den Luftdruck beschrieben werden: Druck ist die normale Kraft pro Einheitsgebiet. Wo auch immer es Nettokraft gibt, gibt es auch einen Druck-Unterschied, so zeigt Ablenkung/Fluss, die sich dreht, die Anwesenheit einer Nettokraft und eines Druck-Unterschieds an. Dieser Druck-Unterschied deutet an, dass der durchschnittliche Druck auf die obere Oberfläche des Flügels niedriger ist als der durchschnittliche Druck auf die Unterseite.

Fluss an beiden Seiten des Flügels

Im Bild oben, bemerken Sie, dass die Luft sowohl oben als auch unter dem Flügel so beide gedreht wird, die die obere und niedrigere Oberfläche zum Fluss-Drehen und deshalb dem Heben beiträgt. Tatsächlich für typische Tragflächen mit Unterschallgeschwindigkeiten trägt die Spitzenoberfläche mehr Fluss bei, der sich dreht als die unterste Oberfläche, und die Druck-Abweichung entlang der Spitze ist bedeutsam größer als entlang dem Boden. Eine allgemeine Erklärung beschreibt Heben als bloß das Ergebnis der Luftmoleküle, die von der niedrigeren Oberfläche des Flügels springen, aber da das den Luftstrom um die Spitze des Flügels ignoriert, führt es gewöhnlich zu falschen Ergebnissen. Jedoch, mit Hyperschallgeschwindigkeiten, wird dieses Modell anwendbar.

Beschränkungen der Ablenkung/Drehens

• Während die Theorie richtig schließt, dass Ablenkung andeutet, dass es eine Kraft auf dem Flügel geben muss, erklärt es nicht, warum die Luft abgelenkt wird. Intuitiv kann man sagen, dass die Luft der Kurve der Folie folgt, aber das ist nicht sehr streng oder genau.
• Über die Theorie, während richtig, darin, so weit es geht, wird nicht genug ausführlich berichtet, um derjenigen zu erlauben, die genauen für die Technik erforderlichen Berechnungen zu tun. Flüssige Betonungen - einschließlich des Drucks - müssen mit der flüssigen Bewegung (z.B durch bestimmende Gleichungen) verbunden sein. So verwenden Lehrbücher auf der Aerodynamik kompliziertere Modelle, um eine ausführliche Beschreibung des Hebens zur Verfügung zu stellen.

Eine ausführlichere physische Beschreibung

Das Erklären des Hebens, während es alle Grundsätze als beteiligt betrachtet, ist eine komplizierte Aufgabe und wird nicht leicht vereinfacht. Heben wird in Übereinstimmung mit den grundsätzlichen Grundsätzen der Physik erzeugt. Die relevanteste Physik nimmt zu drei Grundsätzen ab:

• Newtonsche Gesetze der Bewegung, besonders das zweite Gesetz von Newton, das die Nettokraft auf einem Element von Luft zu seiner Rate der Schwung-Änderung, verbindet
• die Bewahrung der Masse, einschließlich der allgemeinen Annahme, dass die Oberfläche der Tragfläche für die Luft undurchlässig ist, die ringsherum, und fließt
• ein Ausdruck, der die flüssigen Betonungen verbindet (aus dem Druck und den Scherspannungsbestandteilen bestehend), zu den Eigenschaften des Flusses.

Im letzten Grundsatz hängt der Druck von den anderen Fluss-Eigenschaften wie seine Massendichte durch die (thermodynamische) Gleichung des Staates ab, während die Scherspannungen mit dem Fluss die Viskosität von Luft verbunden sind. Die Anwendung der klebrigen Scherspannungen zum zweiten Gesetz von Newton für einen Luftstrom läuft hinaus Navier-schürt Gleichungen. Aber in vielen Beispielen genügen Annäherungen für eine gute Beschreibung, Tragflächen zu heben: In großen Teilen des Flusses kann die Viskosität vernachlässigt werden. Solch ein Inviscid-Fluss kann mathematisch durch die Gleichungen von Euler beschrieben werden, das Ergeben Navier-schürt Gleichungen, wenn die Viskosität vernachlässigt wird.

Die Euler Gleichungen für einen unveränderlichen und Inviscid-Fluss können entlang einer Stromlinie integriert werden, auf die Gleichung von Bernoulli hinauslaufend. Die besondere Form der gefundenen Gleichung von Bernoulli hängt von der Gleichung des verwendeten Staates ab. An niedrigen Machzahlen können Verdichtbarkeitseffekten vernachlässigt werden, auf eine Incompressible-Fluss-Annäherung hinauslaufend. In incompressible und Inviscid-Fluss ist die Gleichung von Bernoulli gerade eine Integration des zweiten Gesetzes von Newton — in der Form der Beschreibung der Schwung-Evolution durch die Gleichungen von Euler — entlang einer Stromlinie.

Um Heben zu erklären, weil es für einen Flugzeug-Flügel gilt, denken Sie den Incompressible-Fluss um eine 2., symmetrische Tragfläche im positiven Winkel des Angriffs in einer Uniform freestream. Anstatt den Fall in Betracht zu ziehen, wohin sich eine Tragfläche durch eine Flüssigkeit, wie gesehen, durch einen stationären Beobachter bewegt, ist es gleichwertig und einfacher, das Bild zu denken, wenn der Beobachter der Tragfläche und den flüssigen Bewegungen vorbei daran folgt.

Heben in einem feststehenden Fluss

Wenn man den experimentell beobachteten Fluss um eine Tragfläche als ein Startpunkt nimmt, dann heben Sie sich kann in Bezug auf den Druck mit dem Grundsatz von Bernoulli erklärt werden (der aus dem zweiten Gesetz von Newton abgeleitet werden kann), und die Bewahrung der Masse.

Das Image zum Recht zeigt die Stromlinien über einen NACA 0012 geschätzte Tragfläche mit der potenziellen Fluss-Theorie, einem vereinfachten Modell des echten Flusses. Der Fluss, der sich einer Tragfläche nähert, kann in zwei streamtubes geteilt werden, die gestützt auf dem Gebiet zwischen zwei Stromlinien definiert werden. Definitionsgemäß durchquert Flüssigkeit nie eine Stromlinie in einem unveränderlichen Fluss; folglich wird Masse innerhalb jedes streamtube erhalten. Ein streamtube reist über die obere Oberfläche, während das andere Reisen über die niedrigere Oberfläche; das Teilen dieser zwei Tuben ist eine Trennungslinie (die Stagnationsstromlinie), der die Tragfläche auf der niedrigeren Oberfläche normalerweise in der Nähe vom Blei durchschneidet. Die Stagnationsstromlinie verlässt die Tragfläche an der scharfen Hinterkante, einer Eigenschaft des als die Bedingung von Kutta bekannten Flusses. Im Rechnen des gezeigten Flusses wurde die Bedingung von Kutta als eine anfängliche Annahme auferlegt; die Rechtfertigung für diese Annahme wird unten erklärt.

Die obere Strom-Tube zwängt ein, weil sie und um die Tragfläche, einen Teil des so genannten upwash fließt. Von der Bewahrung der Masse muss die Fluss-Geschwindigkeit zunehmen, als das Strom-Tube-Gebiet abnimmt. Das Gebiet der niedrigeren Strom-Tube-Zunahmen, den Fluss innerhalb der Tube veranlassend, sich zu verlangsamen. Es ist normalerweise der Fall, dass die Luftpakete, die über die obere Oberfläche reisen, die Hinterkante vor denjenigen erreichen werden, die über den Boden reisen.

Vom Grundsatz von Bernoulli ist der Druck auf die obere Oberfläche, wohin sich der Fluss schneller bewegt, niedriger als der Druck auf die niedrigere Oberfläche. Der Druck-Unterschied schafft so eine aerodynamische Nettokraft, aufwärts und stromabwärts zur Fluss-Richtung hinweisend. Wie man betrachtet, ist der Bestandteil der zum freestream normalen Kraft Heben; die Teilparallele zum freestream ist Schinderei. In Verbindung mit dieser Kraft durch die Luft auf der Tragfläche, nach dem dritten Gesetz von Newton, gibt die Tragfläche eine gleiche-und-entgegengesetzte Kraft auf der Umgebungsluft, die den downwash schafft. Das Messen des dem downwash übertragenen Schwungs ist eine andere Weise, den Betrag des Hebens auf der Tragfläche zu bestimmen.

Bildung von Flowfield

Die letzte Abteilung zeigt, dass man den Grundsatz von Bernoulli verwenden kann, um Heben zu erklären, annehmend, dass man den Luftstrom in der Nähe von der Tragfläche weiß. Im Versuchen zu erklären, warum die Luftströme auf die Weise es tut (z.B, warum der Fluss der oberen Oberfläche der Tragfläche folgt und warum die Streamtubes-Änderungsgröße) wird die Situation beträchtlich komplizierter. Es ist hier, dass viele Vereinfachungen im Präsentieren des Hebens zu verschiedenen Zuschauern gemacht werden, von denen einige nach dieser Abteilung erklärt werden.

Ziehen Sie den Fall einer Tragfläche in Betracht, die sich vom Rest in einem klebrigen Fluss beschleunigt. Heben hängt völlig von der Natur des klebrigen Flusses vorige bestimmte Körper ab: Im Inviscid-Fluss (d. h. annehmend, dass klebrige Kräfte im Vergleich mit Trägheitskräften unwesentlich sind) gibt es kein Heben, ohne einen Nettoumlauf aufzuerlegen, dessen richtiger Betrag durch die Verwendung der Bedingung von Kutta bestimmt werden kann. In einem klebrigen Fluss wie in der physischen Welt, jedoch, entstehen das Heben und die anderen Eigenschaften, natürlich wie beschrieben, hier.

Wenn es keinen Fluss gibt, gibt es kein Heben, und die Kräfte, die der Tragfläche folgen, sind Null. Im Moment, wenn der Fluss "angemacht" wird, wird der Fluss der Tragfläche unabgelenkt, und es gibt zwei Stagnationspunkte auf der Tragfläche (wo die Fluss-Geschwindigkeit Null ist): eine Nähe das Blei auf der untersten Oberfläche und ein anderer auf der oberen Oberfläche in der Nähe von der Hinterkante. Die Trennungslinie zwischen dem oberen und niedrigeren streamtubes, der oben erwähnt ist, schneidet den Körper an den Stagnationspunkten durch. Da die Fluss-Geschwindigkeit Null an diesen Punkten durch den Grundsatz von Bernoulli ist, der der statische Druck an diesen Punkten an einem Maximum ist. Nicht weniger als ist der zweite Stagnationspunkt an seiner anfänglichen Position auf der oberen Oberfläche des Flügels, der Umlauf um die Tragfläche ist Null und in Übereinstimmung mit dem Lehrsatz von Kutta-Joukowski, es gibt kein Heben. Der Nettodruck-Unterschied zwischen den oberen und niedrigeren Oberflächen ist Null.

Die Effekten der Viskosität werden innerhalb einer dünnen Schicht von Flüssigkeit genannt die Grenzschicht in der Nähe vom Körper enthalten. Weil der Fluss über die Tragfläche, der Fluss entlang den niedrigeren Oberflächenumdrehungen an der scharfen Hinterkante anfängt und entlang der oberen Oberfläche zum oberen Stagnationspunkt fließt. Der Fluss in der Nähe von der scharfen Hinterkante ist sehr schnell, und die resultierenden klebrigen Kräfte veranlassen die Grenzschicht, in einen Wirbelwind auf der oberen Seite der Tragfläche zwischen der Hinterkante und dem oberen Stagnationspunkt anzuwachsen. Das wird den Startwirbelwind genannt. Der Startwirbelwind und der bestimmte Wirbelwind um die Oberfläche des Flügels sind zwei Hälften eines geschlossenen Regelkreises. Als der Startwirbelwind in der Kraft zunimmt, die der bestimmte Wirbelwind auch stärkt, den Fluss über die obere Oberfläche der Tragfläche veranlassend, den oberen Stagnationspunkt zur scharfen Hinterkante zu beschleunigen und zu steuern. Da das geschieht, wird der Startwirbelwind ins Kielwasser verschüttet, und ist eine notwendige Bedingung, Heben auf einer Tragfläche zu erzeugen. Wenn der Fluss angehalten würde, würde es einen entsprechenden "anhaltenden Wirbelwind" geben. Trotz, eine Idealisierung der echten Welt zu sein, ist das "Wirbelwind-System, das" um einen Flügel aufgestellt ist, sowohl echt als auch erkennbar; die schleifende Wirbelwind-Platte sammelt sich am meisten merklich in Flügelspitze-Wirbelwinde an.

Der obere Stagnationspunkt setzt fort, sich stromabwärts zu bewegen, bis es mit der scharfen Hinterkante (wie festgesetzt, durch die Bedingung von Kutta) zusammenfallend ist. Der Fluss stromabwärts der Tragfläche wird nach unten von der Richtung des freien Stroms und vom Denken oben in der grundlegenden Erklärung abgelenkt, es gibt jetzt einen Nettodruck-Unterschied zwischen den oberen und niedrigeren Oberflächen, und eine aerodynamische Kraft wird erzeugt.

Andere alternative Erklärungen für die Generation des Hebens

Viele andere alternative Erklärungen für die Generation des Hebens durch eine Tragfläche sind vorgebracht worden, von denen einige hier präsentiert werden. Die meisten von ihnen sind beabsichtigt, um das Phänomen des Hebens zu einem allgemeinen Publikum zu erklären. Obwohl die Erklärungen Eigenschaften genau wie die Erklärung oben teilen können, können zusätzliche Annahmen und Vereinfachungen eingeführt werden. Das kann die Gültigkeit einer alternativen Erklärung zu einer beschränkten Unterklasse von Lifterzeugen-Bedingungen reduzieren, oder könnte keine quantitative Analyse erlauben. Mehrere Theorien führen Annahmen ein, die sich erwiesen haben, wie die gleiche transitmalige Theorie falsch zu sein.

"Populäre" Erklärung, die auf dem transitmaligen gleichen gestützt ist

Eine Erklärung des in grundlegenden oder populären Quellen oft gestoßenen Hebens ist die gleiche transitmalige Theorie. Gleiche transitmalige Staaten, dass wegen des längeren Pfads der oberen Oberfläche einer Tragfläche die Luft, die übertrieben geht, schneller gehen muss, um die Luft einzuholen, die um den Boden, d. h. die Pakete von Luft fließt, die am Blei und Reisen oben und unter einer Tragfläche geteilt werden, müssen sich wieder anschließen, wenn sie die Hinterkante erreichen. Der Grundsatz von Bernoulli wird dann zitiert, um dass zu beschließen, da sich die Luft schneller auf der Spitze des Flügels bewegt, muss der Luftdruck niedriger sein. Dieser Druck-Unterschied schiebt den Flügel hoch.

Jedoch ist gleiche Transitzeit nicht genau und die Tatsache, dass das nicht allgemein ist, kann der Fall sogleich beobachtet werden. Obwohl es wahr ist, dass die Luft, die zur Seite rückt, sich die Spitze eines Flügel-Erzeugen-Hebens wirklich schneller bewegt, gibt es keine Voraussetzung für die gleiche Transitzeit. Tatsächlich die Luft, die zur Seite rückt, bewegt sich die Spitze eines Tragfläche-Erzeugen-Hebens immer viel schneller, als die gleiche Transittheorie einbeziehen würde.

Die Behauptung, dass die Luft gleichzeitig in die Hinterkante ankommen muss, wird manchmal den "Gleichen Transitmaligen Scheinbeweis" genannt.

Bemerken Sie, dass, während diese Theorie vom Grundsatz von Bernoulli abhängt, die Tatsache, dass diese Theorie bezweifelt worden ist, nicht andeutet, dass der Grundsatz von Bernoulli falsch ist.

Coandă Wirkung

In einem beschränkten Sinn bezieht sich die Coandă Wirkung auf die Tendenz eines flüssigen Strahles, beigefügt einer angrenzenden Oberfläche zu bleiben, die sich weg vom Fluss und dem Endergebnis entrainment von umgebender Luft in den Fluss biegt. Die Wirkung wird für Henri Coandă, der rumänische aerodynamicist genannt, wer es in vielen seiner Patente ausgenutzt hat.

Einer des ersten bekannten Gebrauches war in seinem Patent für ein Gerät des hohen Hebens, das einen Fächer des Gasherausnehmens mit der hohen Geschwindigkeit von einem inneren Kompressor verwendet hat. Dieser kreisförmige Spray wurde radial über der Oberseite von einem gekrümmten in der Oberflächenform wie eine Linse angeordnet, den Druck auf diese Oberfläche zu vermindern. Das Gesamtheben für das Gerät wurde durch den Unterschied zwischen diesem Druck und dem auf dem Boden des Handwerks verursacht. Zwei Flugzeuge, der Antonov 72 und 74 "Coaler", verwenden das Auslassventil von spitzenbestiegenen Düsenantrieben, die über den Flügel fließen, um Heben zu erhöhen, wie den Boeing YC-14 und den McDonnell Douglas YC-15 getan hat. Die Wirkung wird auch in Geräten des hohen Hebens wie ein geblasener Schlag verwendet.

Weit gehender denken einige die Wirkung, die Tendenz jeder flüssigen Grenzschicht einzuschließen, an einer gekrümmten Oberfläche, nicht nur die Grenzschicht zu kleben, die ein flüssiges Strahl begleitet. Es ist in diesem breiteren Sinn, dass die Coandă Wirkung von einigen verwendet wird, um Heben zu erklären. Jef Raskin beschreibt zum Beispiel eine einfache Demonstration mit einem Stroh, um die obere Oberfläche eines Flügels umzuwehen. Der Flügel weicht aufwärts ab, so vermutlich demonstrierend, dass die Coandă Wirkung Heben schafft. Diese Demonstration demonstriert richtig die Coandă Wirkung als ein flüssiges Strahl (das Auslassventil von einem Stroh), an einer gekrümmten Oberfläche (der Flügel) klebend. Jedoch ist die obere Oberfläche in diesem Fluss eine komplizierte, Wirbelwind-geladete sich vermischende Schicht, während auf der niedrigeren Oberfläche der Fluss ist. Die Physik dieser Demonstration ist von diesem des allgemeinen Flusses über den Flügel sehr verschieden. Auf den Gebrauch in diesem Sinn wird in einigen populären Verweisungen auf der Aerodynamik gestoßen. Im Aerodynamik-Feld wird die Coandă Wirkung im mehr beschränkten Sinn oben allgemein definiert, und Viskosität wird verwendet, um zu erklären, warum die Grenzschicht der Oberfläche eines Flügels anhaftet.

In Bezug auf einen Unterschied in Gebieten

Wenn Flüssigkeitsströmungen hinsichtlich eines festen Körpers, der Körper den Fluss versperrt, etwas von der Flüssigkeit veranlassend, seine Geschwindigkeit und Richtung zu ändern, um um den Körper zu fließen. Die hemmende Natur des festen Körpers veranlasst die Stromlinien, zusammen an einigen Stellen, und weiter einzeln in anderen näher zu rücken.

Wenn Flüssigkeitsströmungen vorbei an einer 2. gewölbten Tragfläche im Nullwinkel des Angriffs, die obere Oberfläche ein größeres Gebiet (d. h. das Innengebiet der Tragfläche über dem chordline) hat als die niedrigere Oberfläche und folglich ein größeres Hindernis für die Flüssigkeit präsentiert als die niedrigere Oberfläche. Diese Asymmetrie veranlasst die Stromlinien im flüssigen Fließen über die obere Oberfläche, zusammen näher zu rücken, als die Stromlinien über die niedrigere Oberfläche. Demzufolge der Massenbewahrung läuft das reduzierte Gebiet zwischen den Stromlinien über die obere Oberfläche auf eine höhere Geschwindigkeit hinaus als das über die niedrigere Oberfläche. Der obere streamtube wird meist im Nase-Gebiet vor der maximalen Dicke der Tragfläche zerquetscht, die maximale Geschwindigkeit veranlassend, vor der maximalen Dicke vorzukommen.

In Übereinstimmung mit dem Grundsatz von Bernoulli, wohin die Flüssigkeit schneller den Druck bewegt, ist niedriger, und wohin sich die Flüssigkeit langsamer bewegt, ist der Druck größer. Die Flüssigkeit bewegt sich schneller über die obere Oberfläche besonders in der Nähe vom Blei, als über die niedrigere Oberfläche, so ist der Druck auf die obere Oberfläche niedriger als der Druck auf die niedrigere Oberfläche. Der Unterschied im Druck zwischen den oberen und niedrigeren Oberflächen läuft auf Heben hinaus.

Methoden, Heben auf einer Tragfläche zu bestimmen

Liftkoeffizient

Wenn der Liftkoeffizient für einen Flügel in einem angegebenen Winkel des Angriffs bekannt ist (oder das Verwenden einer Methode wie dünne Tragfläche-Theorie geschätzt hat), dann kann das für spezifische Fluss-Bedingungen erzeugte Heben mit der folgenden Gleichung bestimmt werden:

:

L = \tfrac12\rho v^2 Ein C_L

</Mathematik>

wo

• L ist Liftkraft,
• ρ ist Luftdichte
• v ist wahre Eigengeschwindigkeit,
• A ist planform Gebiet und

• ist der Liftkoeffizient im gewünschten Winkel des Angriffs, der Machzahl und der Zahl von Reynolds

Lehrsatz von Kutta-Joukowski

Heben kann mit der potenziellen Fluss-Theorie durch das Auferlegen eines Umlaufs berechnet werden. Es wird häufig durch das Üben aerodynamicists als eine günstige Menge in Berechnungen, zum Beispiel Theorie der dünnen Tragfläche und Hebelinie-Theorie verwendet.

Der Umlauf ist die Linie, die der Geschwindigkeit der Luft in einem geschlossenen Regelkreis um die Grenze einer Tragfläche integriert ist. Es kann als die Summe verstanden werden, (oder vorticity) Luft um die Tragfläche "zu spinnen". Das Abteilungsheben/Spanne kann mit dem Lehrsatz von Kutta-Joukowski berechnet werden:

:

wo die Luftdichte ist, ist die Eigengeschwindigkeit des freien Stroms. Der Umlauf-Lehrsatz von Kelvin stellt fest, dass Umlauf erhalten wird. Es gibt Bewahrung des winkeligen Schwungs von Luft. Wenn ein Flugzeug beruhigt ist, gibt es keinen Umlauf.

Die Herausforderung, wenn sie den Lehrsatz von Kutta-Joukowski verwendet, um Heben zu bestimmen, soll den passenden Umlauf für eine besondere Tragfläche bestimmen. In der Praxis wird das durch die Verwendung der Bedingung von Kutta getan, die einzigartig den Umlauf für eine gegebene Geometrie und Geschwindigkeit des freien Stroms vorschreibt.

Ein physisches Verstehen des Lehrsatzes kann in der Wirkung von Magnus beobachtet werden, die eine Liftkraft ist, die durch einen spinnenden Zylinder in einem freestream erzeugt ist. Hier wird der notwendige Umlauf durch die mechanische Folge veranlasst, die der Grenzschicht folgt, es veranlassend, einen schnelleren Fluss um eine Seite des Zylinders und einen langsameren Fluss um den anderen zu veranlassen. Der asymmetrische Vertrieb der Eigengeschwindigkeit um den Zylinder erzeugt dann einen Umlauf im Außeninviscid-Fluss.

Druck-Integration

Die Kraft auf dem Flügel kann in Bezug auf die Druck-Unterschiede oben und unter dem Flügel untersucht werden, der mit Geschwindigkeitsänderungen durch den Grundsatz von Bernoulli verbunden sein kann.

Die Gesamtliftkraft ist das Integral von vertikalen Druck-Kräften über die komplette benetzte Fläche des Flügels:

:wo:

• L ist das Heben,
• A ist die Flügel-Fläche
• p ist der Wert des Drucks,
• n ist der normale Einheitsvektor, der in den Flügel und hinweist
• k ist der vertikale Einheitsvektor, der zur freestream Richtung normal ist.

Die obengenannte Liftgleichung vernachlässigt die Hautreibungskräfte, die normalerweise einen unwesentlichen Beitrag zum Heben im Vergleich zu den Druck-Kräften haben. Indem ich den streamwise Vektoren verwende, passe ich zum freestream im Platz von k im Integral an, wir herrschen vor ein Ausdruck für den Druck schleppen D (der veranlasst einschließt, ziehen einen 3D-Flügel hinein). Wenn wir den spanwise Vektoren j verwenden, erhalten wir die Seitenkraft Y.

:\begin {richten }\aus

D_p &= \oint p\mathbf {n} \cdot\mathbf {ich} \; \mathrm {d} A,

\\[1.2ex]

Y &= \oint p\mathbf {n} \cdot\mathbf {j} \; \mathrm {d} A.

\end {richten }\aus</Mathematik>

Eine Methode, für den Druck zu berechnen, ist die Gleichung von Bernoulli, die der mathematische Ausdruck des Grundsatzes von Bernoulli ist. Diese Methode ignoriert die Effekten der Viskosität, die in der Grenzschicht wichtig sein kann und Reibungsschinderei vorauszusagen, die der andere Bestandteil der Gesamtschinderei zusätzlich zu D. ist

Der Grundsatz von Bernoulli stellt fest, dass die Summe, die der Energie innerhalb eines Paketes von Flüssigkeit ganz ist, unveränderlich bleibt, so lange keine Energie hinzugefügt oder entfernt wird. Es ist eine Behauptung des Grundsatzes der Bewahrung der auf fließende Flüssigkeiten angewandten Energie.

Eine wesentliche Vereinfachung davon schlägt vor, dass weil andere Formen von Energieänderungen während des Flusses von Luft um einen Flügel inkonsequent sind, und dass die Energieübertragung in/aus der Luft dann nicht bedeutend ist, muss die Summe der Druck-Energie und Geschwindigkeitsenergie für jedes besondere Paket von Luft unveränderlich sein. Folglich muss eine Zunahme in der Geschwindigkeit durch eine Abnahme im Druck und umgekehrt begleitet werden. Es sollte bemerkt werden, dass das nicht eine causational Beziehung ist. Eher ist es eine zusammenfallende Beziehung, was für Ursachen muss man auch den anderen verursachen, weil Energie weder geschaffen noch zerstört werden kann. Es wird für den holländisch-schweizerischen Mathematiker und Wissenschaftler Daniel Bernoulli genannt, obwohl es vorher von Leonhard Euler und anderen verstanden wurde.

Der Grundsatz von Bernoulli stellt eine Erklärung des Druck-Unterschieds ohne Luftdichte und Temperaturschwankung (eine allgemeine Annäherung für das Flugzeug der niedrigen Geschwindigkeit) zur Verfügung. Wenn die Luftdichte und Temperatur dasselbe oben und unter einem Flügel sind, verlangt eine naive Anwendung des idealen Gasgesetzes, dass der Druck auch dasselbe ist. Der Grundsatz von Bernoulli, durch das Umfassen der Luftgeschwindigkeit, erklärt diesen Druck-Unterschied. Der Grundsatz gibt jedoch die Luftgeschwindigkeit nicht an. Das muss aus einer anderen Quelle, z.B, experimentellen Angaben kommen.

Um für die Geschwindigkeit des Inviscid-Flusses um einen Flügel zu lösen, muss die Bedingung von Kutta angewandt werden, um die Effekten der Viskosität vorzutäuschen. Die Kutta Bedingung berücksichtigt die richtige Wahl unter einer unendlichen Zahl von Fluss-Lösungen, die sonst den Gesetzen der Bewahrung der Masse und Bewahrung des Schwungs folgen.

Heben zwingt auf rauen Körpern

Der Fluss um Körper - d. h. ohne eine Gestalt oder stecken bleibende Tragflächen - kann auch Heben außer einer starken Schinderei-Kraft erzeugen. Dieses Heben kann unveränderlich sein, oder es kann wegen des Wirbelwind-Ausfalls schwingen. Die Wechselwirkung der Flexibilität des Gegenstands mit dem Wirbelwind-Ausfall kann die Effekten des schwankenden Hebens erhöhen und Wirbelwind-veranlasste Vibrationen verursachen. Zum Beispiel erzeugt der Fluss um einen kreisförmigen Zylinder eine Wirbelwind-Straße von Kármán: Wirbelwinde, die auf eine Wechselmode von jeder Seite des Zylinders verschütten werden. Die Schwingungsnatur des Flusses wird in der schwankenden Liftkraft auf dem Zylinder widerspiegelt, wohingegen die Mittelliftkraft unwesentlich ist. Die Liftkraft-Frequenz wird durch die ohne Dimension Zahl von Strouhal charakterisiert, die (unter anderen) auf der Zahl von Reynolds des Flusses abhängt.

Für eine flexible Struktur kann diese Schwingungsliftkraft Wirbelwind-veranlasste Vibrationen veranlassen. Unter bestimmten Bedingungen - zum Beispiel Klangfülle oder starker spanwise Korrelation der Liftkraft - kann die resultierende Bewegung der Struktur wegen der Liftschwankungen stark erhöht werden. Solche Vibrationen können Probleme aufwerfen, sogar, in künstlichen hohen Strukturen wie zum Beispiel Industrieschornsteine, wenn nicht richtig aufgepasst auf im Design zusammenbrechen.

Siehe auch

• Aerodynamische Kraft
• Bei einer Bank hinterlegte Umdrehung
• Umlauf-Kontrollflügel
• Downforce
• Schinderei (Physik)
• Folie (flüssige Mechanik)
• Wirkung von Küssner
• Bedingung von Kutta
• Lehrsatz von Kutta-Joukowski
• Liftveranlasste Schinderei
• Verhältnis des Hebens zur Schinderei
• Hebelinie-Theorie

Verweisungen und Zeichen

Weiterführende Literatur

• Einführung in den Flug, John D. Anderson den Jüngeren., McGraw-Hügel, internationale Standardbuchnummer 0-07-299071-6 - Der Autor ist der Museumsdirektor der Aerodynamik an National Air & Space Museum der Smithsonian Einrichtung und an der Universität Marylands Emeritiertem Professor.
• Flug, durch David Anderson und Scott Eberhardt, McGraw-Hügel, internationale Standardbuchnummer 0-07-136377-7 verstehend - sind Die Autoren ein Physiker und ein aeronautischer Ingenieur. Sie erklären Flug in nicht technischen Begriffen und richten spezifisch das Mythos "gleiche Transitzeit". Das Drehen des Flusses um den Flügel wird zur Wirkung von Coanda zugeschrieben, die ziemlich umstritten ist.
• Aerodynamik, Clancy, L.J. (1975), Abschnitt 4.8, Pitman Publishing Limited, Londoner internationale Standardbuchnummer 0 273 01120 0.
• Aerodynamik, Luftfahrt, und Flugmechanik, McCormick, Barnes W., (1979), Kapitel 3, John Wiley & Sons, Inc., New Yorker internationale Standardbuchnummer 0-471-03032-5.
• Grundlagen des Flugs, Richard S. Shevells, Prentice-Saals Internationale Ausgaben, internationale Standardbuchnummer 0-13-332917-8 - ist Dieses Buch in erster Linie als ein Text für einen Halbjahr-Studentenkurs in der mechanischen oder aeronautischen Technik beabsichtigt, obwohl seine Abteilungen auf der Theorie des Flugs mit vorübergehenden Kenntnissen der Rechnung und Physik verständlich sind.
• "Beobachtung des Vollkommenen Potenziellen Flusses in Superflüssigkeit" sind Paul P. Craig und John R. Pellam (1957) Physische Rezension 108 (5), Seiten 1109-1112, - Experimente unter Superflüssigkeitsbedingungen, auf das Verschwinden des Hebens im Inviscid-Fluss seit der Bedingung von Kutta hinauslaufend, nicht mehr zufrieden.
• "Flug ohne Bernoulli" Chris Waltham Vol. 36, November 1998 DER PHYSIK-LEHRER - das Verwenden eines physischen Modells, das sich nur auf das zweite Gesetz von Newton verlässt, präsentiert der Autor eine strenge flüssige dynamische Behandlung des Flugs.

http://www.df.uba.ar/users/sgil/physics_paper_doc/papers_phys/fluids/fly_no_bernoulli.pdf

• "Bernoulli und Newton in der Flüssigen Mechanik" Norman F. Smith Der Physik-Lehrer-Band 10 im November 1972, die Ausgabe 8, die Seiten 451 - Ursprüngliches Papier, die "populäre" Erklärung des Hebens kritisierend und es in Bezug auf Newtonsche Gesetze http://tpt.aapt.org/resource/1/phteah/v10/i8 erklärend

Links

• Diskussion des offenbaren "Konflikts" zwischen den verschiedenen Erklärungen des Hebens
• Tutorenkurs von NASA, mit dem Zeichentrickfilm, Heben beschreibend
• Erklärung des Hebens mit dem Zeichentrickfilm der Flüssigkeitsströmung um eine Tragfläche
• Eine Behandlung warum, und wie Flügel Heben erzeugen, das sich auf Druck konzentriert.
• Physik des Flugs - nachgeprüft. Online-Vortrag von Prof. Dr Klaus Weltner.
• Wie Arbeiten Flügel? - Holger Babinsky