¿Los helicópteros y los aviones vuelan por motivos diferentes?

En el caso del helicóptero, está bastante claro (bueno, para mí) que se levanta empujando el aire hacia abajo. Y como consecuencia, hay más presión debajo de sus palas que arriba.

corriente descendente del helicóptero

Pero, por otro lado, cuando se habla de alas de avión, parece que la sustentación es causada por una presión más baja sobre el ala que la empuja hacia arriba, mientras que la corriente descendente es solo la consecuencia.

Si considera la configuración de los flaps para el aterrizaje (para obtener más sustentación con menos velocidad del avión), me parece que la posición de los flaps es para "enviar aire hacia abajo".

ingrese la descripción de la imagen aquí ingrese la descripción de la imagen aquí

Entonces, ¿cuál es aquí la causa y cuál es la consecuencia? ¿Son diferentes para aviones y para helicópteros?

Gracias.

Editar (para justificar la pregunta).

La respuesta más votada a ¿Qué es lo que realmente permite volar a los aviones? es

Básicamente, los aviones vuelan porque empujan suficiente aire hacia abajo y reciben un impulso hacia arriba gracias a la tercera ley de Newton.

Pero la respuesta más votada a ¿ Cuánto efecto tiene el efecto Bernoulli en la sustentación? dice

Toda la sustentación depende del principio de Bernoulli, porque la velocidad y la presión se compensan, pero la física debe entenderse correctamente.

Por lo tanto, la respuesta no es la misma para todos. Pude ver 4 opciones:

  1. El levantamiento se debe a la corriente descendente. Las diferencias de presión son una consecuencia.
  2. El levantamiento se debe a las diferencias de presión. Downwash es una consecuencia.
  3. El levantamiento se debe a la corriente descendente más las diferencias de presión (entonces: ¿cuánto contribuyen?)
  4. Son los mismos fenómenos. Puedes mirarlo de cualquier manera.

Para agregar confusión, parece que la ecuación de Bernoulli es justa para calcular la sustentación. (Pero creo que esto no prueba nada en absoluto: solo que puedes hacer un cálculo de una fuerza usando una consecuencia de esa fuerza, no midiendo la fuerza en sí).

Otro malentendido (bueno, creo) es que una mayor velocidad del aire en la parte superior de un ala es lo que causa una zona de baja presión, y esta zona de baja presión empuja el ala hacia arriba. Pero en mi humilde opinión, esto está mal: el aire se mueve más rápido debido a la baja presión: un avión puede volar con aire "detenido", por lo tanto, es el ala lo que perturba el aire (¿quizás succionándolo de vuelta?).

Por lo tanto, la imagen del helicóptero (al menos para mí) deja en claro que el aire está siendo empujado hacia abajo, aumentando la presión debajo de sus aspas. Si esto es cierto: downwash (solo) gana para el helicóptero.

Y si una hoja de helicóptero es realmente un ala disfrazada, entonces: downwash (solo) también gana para los aviones.

Vale la pena señalar que la teoría del diferencial de presión del vuelo no es la razón por la que vuelan los aviones. Cuando realmente haces los cálculos, eso no puede dar cuenta de la fuerza suficiente para mantener el avión en el aire. El perfil aerodinámico en realidad inclina el flujo de aire hacia abajo. Esto sucede tanto con las alas de un avión como con los rotores de un helicóptero; tienen formas similares
@Jim, no sé a qué se refiere la "teoría del diferencial de presión", pero es imposible que un ala genere sustentación si la presión debajo no es mayor que la presión arriba. Tal vez te estés refiriendo a ciertas teorías famosamente incorrectas de por qué ocurre la diferencia.
@JohnRennie Bueno, sabes que hay dos explicaciones: Bernoulli vs Downwash, y puedes encontrar muchos seguidores para cada uno de ellos, incluso para ambos (Bernoulli + Downwash) o incluso diciendo que son lo mismo (Bernoulli = Downwash). Tal vez esto podría resolverse a favor de Downwash (solo) si alguien prueba que downwash provoca una diferencia de presión y que la zona de baja presión provoca una mayor velocidad del flujo de aire. Los partidarios de Bernoulli dicen que el flujo de aire de mayor velocidad causa baja presión y la baja presión empuja el ala hacia arriba.
@SolomonSlow El flujo de aire de alta velocidad por encima (velocidad lenta por debajo) del ala es la consecuencia de un diferencial de presión o es la causa. La ecuación de Bernoulli es útil para calcular la sustentación, pero eso no implica necesariamente que la razón principal de la sustentación sean las diferencias de presión. Podrían ser sólo una consecuencia de la desviación del aire.
@cibercitizen1 Algo debe soportar el peso del avión. Algo debe ejercer una fuerza hacia arriba. Tiene que ser el aire porque el avión no toca nada más que aire. "Presión" es solo fuerza distribuida sobre un área. Y para que la fuerza neta sea hacia arriba, la presión que empuja hacia arriba desde debajo del ala debe ser mayor que la presión que empuja hacia abajo desde arriba. Mientras tanto, existe la tercera ley de Newton: si el aire empuja hacia arriba en el avión, entonces el avión debe empujar hacia abajo en el aire. Dado que nada impide que el aire se mueva más que su propia inercia, el aire debe moverse hacia abajo.
@cibercitizen1, La explicación de cómo funcionan las alas es más compleja de lo que la mayoría de la gente piensa. Definitivamente más complejo de lo que entiendo , por lo que no estoy calificado para ofrecer ninguna opinión sobre qué partes son "causa" y qué partes son "efecto".
@ChiralAnomaly Di mi propia "versión" aquí: physics.stackexchange.com/questions/51503/… También: mira este modelo real: youtube.com/watch?v=zp1KzGQdouI
@SolomonSlow Es cierto que un "diferencial de presión" mantiene el avión en el aire. Sin embargo, la teoría a la que me refería era la de que la diferencia de presión se debía principalmente a las diferentes velocidades del aire a ambos lados del ala. Perdón por no ser claro

Respuestas (1)

Los principios básicos son exactamente los mismos. Una pala de rotor a veces se denomina ala giratoria. Un perfil aerodinámico es un perfil aerodinámico, sin importar dónde lo coloque. Todas las alas de los aviones subsónicos, ya sean fijas o giratorias, funcionan creando una alta presión debajo del ala y una baja presión arriba. Todos ellos crean así una corriente descendente y es la fuerza hacia abajo en el aire la que, según las leyes de Newton, crea en reacción una fuerza hacia arriba en el ala. Por lo tanto, un helicóptero de 10 toneladas creará exactamente la misma fuerza descendente que un avión de 10 toneladas. Incluso con los flaps bajados, el avión aún crea 10 toneladas de fuerza descendente; la capacidad de hacer eso a la velocidad de aterrizaje es precisamente la razón por la que los flaps están ahí.

La diferencia clave que destaca es que donde la corriente descendente del avión se queda atrás y pronto se disipa, de modo que no nota más que una breve ráfaga cuando un avión pasa por encima de su cabeza, mientras que la corriente descendente del rotor es cíclica y se concentra en una columna. De hecho, cuando se considera el helicóptero como un todo, a menudo es conveniente tratar el rotor como un disco teórico que bombea aire hacia abajo, en lugar de considerar la aerodinámica de las palas individuales. Pero siguen siendo las alas giratorias las que hacen todo el trabajo.

Para responder a la larga edición del OP a la pregunta, hay tres principios principales involucrados en el ascensor: las leyes de Newton, el principio de Bernoulli y la circulación. Los tres se combinan y se refuerzan mutuamente, por ejemplo, el flujo afecta la distribución de la presión y los gradientes de presión resultantes afectan el flujo. Los tres son esenciales y ninguno puede quedar fuera de las ecuaciones. El resultado final es una sustentación simultánea en la lámina y una fuerza aerodinámica neta en el aire. Es esta carga aerodinámica neta la que crea la corriente descendente. Entonces, de las opciones presentadas, ninguna es completamente correcta, pero la 2. es la más cercana.

Estoy de acuerdo con tu respuesta al 99%. El problema es que está eligiendo la opción 2. Después de pensarlo, llegué a la conclusión de que la "desviación del aire" es la causa principal de todos los demás efectos (descarga, cambios de presión y cambios de velocidad del aire). Tenga en cuenta esta respuesta ( physics.stackexchange.com/a/295/85020 ).
@cibercitizen1 No, el problema es que has llegado a una conclusión falsa. Solo deténgase y piense en cómo se desvía el aire en primer lugar, especialmente el aire a corta distancia de la superficie. Mejor aún, lea a alguien como Clancy sobre aerodinámica . Hasta entonces no tiene sentido seguir discutiendo.
Bueno, creo que no estamos hablando de la distancia mínima ala-aire y si el ala realmente toca una molécula de aire para desviarla. Esa es una discusión diferente. Para ser claros: las opciones que me interesan serían 1) aire rápido sobre el ala => cambios de presión => ala succionada y aire desviado hacia abajo 2) aire desviado => flujo descendente y presión más baja sobre el ala => aire rápido arriba el ala 3) .... 4) ...... En resumen, tratando de establecer una cadena de causa => efecto que involucre: aire rápido sobre el ala, presión más baja sobre el ala, aire desviado, flujo descendente ... (¿algo más?)
¿Los helicópteros y los aviones vuelan por motivos diferentes?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v