Explique los flujos de aire por encima y por debajo de los perfiles aerodinámicos para un lego

Tiene todo que ver con la geometría.

(para una historia completa, aquí hay un buen enlace )

La respuesta es realmente que es un poco complicado porque hay muchas formas de causar el efecto, para diferentes aeronaves. La baja presión generalmente es causada por la curvatura del ala. La parte superior del ala suele tener una curva más convexa que la parte inferior, por eso la presión no es simétrica. Este efecto también se puede producir modificando el ángulo de ataque. En general, encontramos que los aviones de larga distancia (como los 747) ganan tanta sustentación como pueden gracias a la curvatura del ala porque obtener sustentación a través del ángulo de ataque significa que paga un costo en resistencia. La resistencia es el enemigo de los aviones de larga distancia. Los aviones acrobáticos, por otro lado, tienden a tener alas más o menos simétricas porque quieren poder volar boca abajo. Generan casi toda su sustentación variando su ángulo de ataque. En ángulos de ataque más altos,

Para llegar al fondo, podría ayudar observar el flujo de aire a nivel molecular:

Cada molécula de aire se encuentra en un equilibrio dinámico entre efectos inerciales, de presión y viscosos:

• Inercial significa que la masa de la partícula quiere seguir viajando como antes y necesita fuerza para convencerse de lo contrario.
• Presión significa que las partículas de aire oscilan todo el tiempo y rebotan en otras partículas de aire. Cuanto más rebote, más fuerza ejercen sobre su entorno.
• Viscosidad significa que las moléculas de aire, debido a esta oscilación, tienden a asumir la velocidad y dirección de sus vecinas.

Flujo sobre el lado superior del ala

Ahora al flujo de aire: cuando un ala se acerca a una velocidad subsónica, el área de baja presión sobre su superficie superior aspirará aire delante de ella. Véalo de esta manera: arriba y abajo de un paquete de aire tenemos menos rebote de moléculas (= menos presión), y ahora el rebote constante del aire debajo y arriba de ese paquete empujará sus moléculas de aire hacia arriba y hacia ese ala. El paquete de aire se elevará y acelerará hacia el ala y será succionado hacia esa área de baja presión. Debido a la aceleración, el paquete se estirará a lo largo y su presión caerá en sincronía con su velocidad, al menos a una velocidad subsónica. La propagación ocurre en la dirección del flujo: el paquete se distorsiona y se estira a lo largo, pero se contrae en la dirección ortogonal al flujo. Una vez allí, "verá" que el ala debajo de él se curva alejándose de su camino de viaje, y si ese camino permaneciera sin cambios, se formaría un vacío entre el ala y nuestro paquete de aire. De mala gana, el paquete cambiará de rumbo y seguirá el contorno del ala. Esto requiere una presión aún más baja para que las moléculas cambien de dirección. Este aire de flujo rápido y baja presión, a su vez, aspirará aire nuevo por delante y por debajo, desacelerará y recuperará su antigua presión sobre la mitad trasera del ala, y fluirá con su nueva dirección de flujo.

Acercándose a la velocidad del sonido, este estiramiento va acompañado de un adelgazamiento del aire: la densidad disminuye a medida que aumenta la velocidad. El tubo de flujo se contraerá menos, por lo que se necesita más aire para alejarse para hacer espacio para el avión que se aproxima. A la velocidad del sonido, el adelgazamiento de la aceleración se equilibra exactamente con la expansión del tubo de la corriente debido a la caída de la densidad, y el avión no puede pasar tan fácilmente como antes: esta es la barrera del sonido. A una velocidad supersónica, esta expansión se vuelve dominante y, afortunadamente, va acompañada de un aumento de la densidad cuando el flujo se ralentiza. Ahora el aire en el streamtube deacelera y se contrae por el aumento de la densidad, lo que nuevamente permite que la aeronave pase. Por lo tanto, la sustentación supersónica ya no es causada por la inclinación y la curvatura, sino por la inclinación de la aeronave hacia su dirección de movimiento, lo que provoca un aumento de presión en el lado inferior del ala.

Volviendo al vuelo subsónico: aquí, la sustentación solo puede ocurrir si el contorno superior del ala se inclina hacia abajo y se aleja de la ruta inicial del aire que fluye alrededor del borde de ataque del ala. Esto podría ser camber o ángulo de ataque; ambos tendrán el mismo efecto. Como el camber permite un cambio gradual del contorno, es más eficiente que el ángulo de ataque.

Flujo sobre el lado inferior del ala

Un paquete de aire que termina debajo del ala experimentará menos elevación y aceleración, y en la parte convexa de las superficies aerodinámicas muy combadas experimentará una compresión. También tiene que cambiar su trayectoria de flujo, porque el ala combada y/o inclinada empujará el aire debajo de ella hacia abajo, creando más presión y más rebotes desde arriba para nuestro paquete debajo del ala. Cuando ambos paquetes lleguen al borde posterior, habrán adquirido cierta velocidad descendente.

Detrás del ala, ambos paquetes continuarán su camino hacia abajo por un tiempo debido a la inercia y empujarán el aire debajo de ellos hacia abajo y hacia los lados. Por encima de ellos, este aire, que antes había sido empujado hacia los lados, ahora llenará el espacio por encima de nuestros dos paquetes. Macroscópicamente, esto parece dos grandes vórtices. Pero el aire en estos vórtices ya no puede actuar sobre el ala, por lo que no afectará la resistencia ni la sustentación. Consulte aquí para obtener más información sobre ese efecto , incluidas imágenes bonitas.

La parte superior en realidad tiene una presión de contorno variada, en el frente, comenzando desde el borde del ala hasta parte del borde de ataque delantero, tiene incluso una presión positiva debido al arrastre del ala, pero sobre la mayor parte del resto del área de la parte posterior del ala tiene presión negativa porque el flujo de aire está doblado hacia abajo.

Muchas teorías nuevas sobre la sustentación no asumen el principio de Bernoulli como la razón principal de la sustentación, porque no puede explicar por qué los aviones pueden volar al revés. Consideran una combinación compleja de factores como la conservación de la masa en la capa límite, la flexión del flujo y el efecto Bernoulli. Sin embargo, es importante que la capa límite no se separe de la parte trasera del ala causando pérdida.

En general, la idea es el hecho de que tanto la parte superior como la inferior del ala doblan la corriente de la capa límite de aire, cambian el impulso del aire hacia abajo y provocan una diferencia de presión en la parte superior e inferior y, según Newton, la causa es igual. y fuerza opuesta, sustentación, en el ala.

El otro componente de la sustentación es el flujo inclinado del aire sobre la parte superior de la superficie aerodinámica que deja una zona de semivacío que se arrastra por encima de ella, lo que de manera óptima podría ser una fuerza muy fuerte considerando el límite teórico de 1 atmósfera de presión en la parte posterior del ala.

La dinámica real de la sustentación es muy compleja y el factor CL, coeficiente de sustentación que tiene que ver con el perfil aerodinámico y su relación de aspecto, camber y longitud de cuerda y algunas otras propiedades, se determina principalmente en túneles de viento.

Hay algunas explicaciones incorrectas incluso en la literatura científica o profesional sobre el ascensor (soy piloto privado) y algunas teorías correctas pero complejas. Aquí hay un enlace a la página de Wikipedia sobre ascensores, que intenta explicar las teorías incorrectas y correctas.

Fuerza de elevación

Para el profano:

Visualice el alerón típico con la parte delantera (izquierda) ligeramente levantada:

así: '\'pero sólo un poco.

Más como esto' - .

Se mueve hacia la izquierda " <---."

El aire se mueve pasando el ala hacia la derecha.'air --> ' - . wing

Mira el fondo. Se está moviendo hacia el aire. Empuja el aire al igual que empujas el agua en una piscina cuando intentas correr. Puedes sentir la presión que provocas al empujar cuando te mueves hacia el agua. Lo mismo con el ala.

Entonces, hay un poco más de presión debajo del ala.

Por encima del ala, el aire sigue la curva. (Por cierto, esto NO es Coanda. Es un poco similar, pero no es verdaderamente Coanda). No te preocupes por qué solo sabemos que sigue la trayectoria curva sobre el ala. Además, es la TRAYECTORIA del aire lo que es importante, no simplemente la forma del ala. TRAYECTO DE FLUJO CURVADO.

Este aire está dando vueltas en una curva como tú en un tiovivo de juegos. Usted trata de ir en línea recta, pero lo jalan en una curva, por lo que USTED se está alejando del centro de la curva.

En el ala, el aire intenta alejarse de esta trayectoria curva que reduce la presión en la superficie.

[ NO Bernoulli. El aire rápido no hace que la presión disminuya. El hecho es que la presión más alta detrás de ese aire lo empuja más rápido, por eso es que se mueve más rápido cuando llega a la presión baja: la presión detrás lo empuja más rápido.]

Entonces, hay un poco menos de presión en la superficie superior.

Eso es elevación... una diferencia de presión de arriba hacia abajo: más presión hacia abajo que hacia abajo desde arriba. El resultado es un impulso ascendente 'neto'.

Además, las presiones creadas POR el MOVIMIENTO relativo (del ala y el aire) TAMBIÉN causan todo el otro movimiento de aire alrededor del ala a medida que pasa. No entraré en detalles aquí, pero vea mis referencias a continuación.

Son esas mismas presiones las que también empujan un montón de aire hacia abajo, lo que satisface la Tercera Ley de Newton que a otras personas les gusta decir que "causaron" elevación.

Resumen:

• El movimiento, empuja el aire, provocando cambios de presión.

• Afortunadamente, estos cambios empujan el ala hacia arriba Y algo de aire hacia abajo.

• Hecho.

Por favor, Déjame saber si esto ayuda.

Algunas otras respuestas abordan algo de esto, pero son bastante complicadas. - - Saludos, Steve

PS Bernoulli no nos enseña que el aire que se mueve rápidamente tiene una presión más baja. Esta es mala ciencia repetida por demasiadas personas.

Aquí están mis explicaciones completas:

https://www.quora.com/profile/Steve-Noskowicz/Understanding-Bernoullis-Principle

https://www.quora.com/profile/Steve-Noskowicz/Understanding-Lift