Comment les ailes génèrent-elles de la portance?

Question

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Juste la question fondamentale qui intéresse tout amateur d'aviation: comment une aile génère-t-elle de la portance?

Answer 1

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Pour aller au fond des choses, il peut être utile de regarder la portance au niveau moléculaire:

Chaque molécule d'air est dans un équilibre dynamique entre inertie, pression et effets visqueux:

• Inertie signifie que la masse de la particule veut continuer à voyager comme avant et a besoin de force pour être convaincue du contraire.
• La pression signifie que les particules d'air oscillent tout le temps et rebondissent sur d'autres particules d'air . Plus ils rebondissent, plus ils exercent de force sur leur environnement.
• La viscosité signifie que les molécules d'air, à cause de cette oscillation, ont tendance à prendre la vitesse et la direction de leurs voisins.

Débit sur le dessus de l'aile

Passons maintenant au flux d'air: lorsqu'une aile approche à une vitesse subsonique, la zone de basse pression au-dessus de sa surface supérieure aspirera de l'air devant elle. Voyez les choses de cette façon: au-dessus et en aval d'un paquet d'air, nous avons moins de rebondissements de molécules (= moins de pression), et maintenant le rebond non diminué de l'air en dessous et en amont de ce paquet poussera ses molécules d'air vers le haut et vers cette aile. Le paquet d'air montera et accélérera vers l'aile et sera aspiré dans cette zone de basse pression. En raison de l'accélération, le paquet sera étiré dans le sens de la longueur et sa pression chute en fonction de sa vitesse de prise de vue. La propagation se produit dans le sens du flux - le paquet est déformé et étiré dans le sens de la longueur, mais se contracte dans le sens orthogonal au flux. Cette contraction est nécessaire pour faire de la place pour cette aile; dans un flux supersonique il décélérera dans le même but. Une fois là-bas, il "verra" que l'aile en dessous s'éloigne de sa trajectoire de déplacement, et si cette trajectoire restait inchangée, un vide entre l'aile et notre paquet d'air se formerait. À contrecœur, le paquet changera de cap et suivra le contour de l'aile. Cela nécessite une pression encore plus faible pour que les molécules changent de direction. Cet air à basse pression à écoulement rapide aspirera à son tour de l'air neuf en avant et en dessous, continuera à décélérer et à retrouver son ancienne pression sur la moitié arrière de l'aile, et s'écoulera avec sa nouvelle direction d'écoulement.

Notez que la portance ne peut se produire que si le contour supérieur de l'aile s'incline vers le bas et s'éloigne de la trajectoire initiale de l'air circulant autour du bord d'attaque de l'aile. Cela peut être le carrossage ou l'angle d'attaque - les deux auront le même effet. Étant donné que le carrossage permet un changement progressif du contour, il est plus efficace que l'angle d'attaque.

Flux sur le côté inférieur de l'aile

Un paquet d'air qui finit sous l'aile subira moins de soulèvement et d'accélération, et dans la partie convexe des profils fortement cambrés, il subira une compression. Il doit également changer sa trajectoire d'écoulement, car l'aile cambrée et / ou inclinée poussera l'air en dessous d'elle vers le bas, créant plus de pression et plus de rebond par le haut pour notre paquet sous l'aile. Lorsque les deux paquets arrivent au bord de fuite, ils auront pris une certaine vitesse descendante.

Derrière l'aile, les deux paquets continueront sur leur chemin descendant pendant un moment en raison de l'inertie et pousser l'autre air en dessous d'eux vers le bas et sur le côté. Au-dessus d'eux, cet air, ayant été poussé latéralement auparavant, remplira désormais l'espace au-dessus de nos deux paquets. Macroscopiquement, cela ressemble à deux gros vortex. Mais l'air dans ces vortex ne peut plus agir sur l'aile, donc cela n'affectera pas la traînée ou la portance. Voir ici pour en savoir plus sur cet effet, y compris de jolies images.

L'ascenseur peut être expliqué de plusieurs manières équivalentes

En suivant l'image d'un champ de pression décrit ci-dessus, la portance est la différence de pression entre la surface supérieure et inférieure de l'aile. Les molécules rebondiront contre la peau de l'aile plus du côté inférieur que du côté supérieur, et la différence est la portance.

Ou vous regardez l'image macroscopique: une certaine masse d'air a été accélérée vers le bas par l'aile, et cela exigeait une force pour agir sur cet air. Cette force est ce qui maintient l'avion dans les airs: Lift.

Si vous regardez l'aile comme une boîte noire et ne faites attention qu'à l'impulsion de l'air entrant et sortant, l'aile changera le impulsion en ajoutant une composante descendante. La force de réaction de ce changement d'impulsion est la portance.

De toute façon, vous arriverez au même résultat. Au fait: la plupart des changements de direction se produisent dans la partie avant du profil aérodynamique, pas au bord de fuite!

La portance est une question de définition

La portance et la traînée induite font toutes deux partie des pressions exercées sur l'aile. Si vous additionnez toutes les forces de pression agissant sur une aile, leur vecteur résultant pointera légèrement vers l'arrière. Le composant dans le sens du courant est la traînée et le composant orthogonal à la direction du mouvement est la portance. Ceci est juste une définition, faite pour la simplicité.

Answer 2

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Réponse courte: en exerçant une force descendante sur l'air autour d'eux.

Réponse longue: Certaines personnes du centre de recherche Glenn de la NASA ont rédigé une très bonne explication de plusieurs pages, traitant individuellement de chaque effet contributif, ainsi qu'une discussion sur les raisons pour lesquelles les explications que vous pourriez avoir entendues à l'école ne fonctionnent pas. Comme la navigation y est un peu funky, je lierai chaque page individuellement avec un court résumé.

Lift from Pressure-Area

Quand un fluide se déplace sur un objet (ou vice-versa), la pression est différente en différents points. En raison de cette différence de pression, il y a une force globale. Vous pouvez utiliser l'équation de Bernoulli pour calculer cette force, mais vous devez connaître la vitesse du fluide (à chaque point de l'aile) pour commencer. Vous ne pouvez pas simplement l'expliquer avec «l'effet Bernoulli», car l'effet Bernoulli s'applique tout autant à tout ce qui se déplace dans les airs.

Lift from Flow Turning

Les deux surfaces de l'aile font tourner le flux d'air. La surface inférieure la dévie (l'air rebondit sur l'aile), tandis que la surface supérieure incurvée la plie (l'air colle à l'aile). La rotation du flux est ce qui vous donne de la portance plutôt que de la simple traînée. Vous pouvez considérer le virage comme la source de la différence de pression dans l'effet Bernoulli, ou vous pouvez le penser simplement en termes de forces égales et opposées.

Il existe une autre façon de modéliser la rotation des flux, qui n'est pas abordée sur le site de la NASA. Si vous avez entendu parler du théorème de Kutta-Joukowski, c'est à cela qu'il se rapporte. Lorsque l'air se plie autour de l'aile (ou de tout objet), il y a deux points spéciaux. À l'avant de l'aile, une partie de l'air passe par le haut et une autre par le bas, mais il y a un point entre les deux. La situation inverse se produit à l'arrière de l'aile, où l'air de la surface supérieure rencontre l'air qui est venu par le bas (mais pas le «même» air: voir la fausse théorie n ° 1 ci-dessous). Ces deux points sont appelés points de stagnation . Dans un objet normal, ils sont au même niveau verticalement l'un par rapport à l'autre, mais parce que l'arrière d'une aile est tranchant, le point de stagnation arrière se formera derrière lui lorsque l'aile se déplace assez rapidement. C'est inférieur au point de stagnation avant, ce qui implique que le mouvement net de l'air est vers le bas. C'est de là que vient la rotation du flux, et le théorème vous permet de calculer la portance que vous obtenez.

Mauvaise théorie n ° 1: temps de transit égal

Comme J'ai dit, pour invoquer l'effet Bernoulli, vous devez expliquer pourquoi l'air sur la surface supérieure se déplace plus rapidement. Les enseignants affirment souvent que c'est parce que l'air de la surface supérieure doit rencontrer l'air de la surface inférieure. C'est tout simplement faux, et il y a un bon simulateur pour le démontrer.

Mauvaise théorie n ° 2: sauter la pierre

Cette page explique quand les gens réalisent l'air " rebondit sur "la surface inférieure de l'aile, mais néglige la surface supérieure.

Mauvaise théorie n ° 3: Venturi

Certaines personnes imaginent la surface supérieure de l'aile comme la moitié d'une buse Venturi (une buse qui accélère l'écoulement du fluide en le resserrant). Cette différence de vitesse entraînerait une différence de pression (encore une fois l'effet Bernoulli), mais il s'avère que l'aile ne fonctionne pas du tout comme une buse.

Bernoulli et Newton

Cette dernière page résume simplement que les mauvaises théories commencent par une physique bien connue (lois de Newton ou effet Bernoulli), mais essayez ensuite de tout simplifier à l'excès pour qu'elles correspondent à la situation, alors elles se retrouvent avec des explications qui font des erreurs prédictions.

Answer 3

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COMMENT UN AVION GÉNÈRE UN ASCENSEUR

Il y a généralement deux domaines de pensée populaires (à l'exclusion de la théorie démystifiée du temps égal) derrière pourquoi un avion vole; certains pensent qu'il est causé par une application de la 3ème loi de Newton, et d'autres pensent qu'il est causé par une différence de pression sur le haut et le bas de l'aile. Fondamentalement, l'explication «newtonienne» et l'explication «haute / basse pression» ont raison dans une certaine mesure. La NASA le reconnaît (voir la deuxième référence ci-dessous) dans son article, mais leur explication finale est beaucoup plus axée sur l'application mathématique et moins sur une explication physique.

La troisième loi de Newton

Du côté de la 3ème loi de Newton, la force aérodynamique nette est causée par une redirection du vent relatif vers le bas (connu comme "downwash"). Si vous regardez le diagramme vectoriel décrivant les forces de l'aile sur l'air, il est montré que cette redirection est causée par une force sur le vent par l'aile qui pointe vers le bas et plus ou moins perpendiculaire à la corde de l'aile (le ligne directement entre le bord d'attaque et le bord de fuite). En raison de la 3ème loi de Newton, cela se traduit par une force du vent sur l'aile dans la direction opposée (vers le haut et plus ou moins perpendiculaire à la ligne de corde); cette force aérodynamique nette vers le haut tient compte de la portance et de la traînée induite (traînée causée par les processus de soulèvement de la voilure, à ne pas confondre avec la traînée parasite qui est la traînée causée par les surfaces de l'avion; un parachute traînant derrière l'avion contribuerait à traînée, et tous les profils aérodynamiques produisent une certaine quantité de traînée induite lorsqu'ils génèrent de la portance).

Sur le bas de l'aile, cette redirection de l'air peut être expliquée simplement. Le vent relatif frappe le fond et est éloigné du profil aérodynamique par la force normale du profil aérodynamique.

Sur le dessus de l'aile, l'air est redirigé par un phénomène connu sous le nom d'effet Coanda, résultant en un flux laminaire (le vent relatif suit l'aile et est dirigé vers le bas par elle). Je décrirai pourquoi le vent suit ce flux laminaire plus en détail lorsque j'expliquerai le deuxième phénomène majeur de génération d'ascenseur qui a à voir avec les pressions (car vous aurez besoin des informations de cette section pour comprendre l'effet Coanda)

Haute / Basse Pression

Il y a une pression d'air plus élevée sur le bas de l'aile par rapport à Patm (pression atmosphérique). En effet, les courants d'air sont concentrés lorsque leurs trajets sont bloqués et redirigés par le profil aérodynamique. Une concentration d'air plus élevée entraîne une pression plus élevée.

De même, sur le dessus du profil aérodynamique, les courants d'air sont empêchés d'atteindre directement la surface supérieure de l'aile, créant un vide là où il y a une concentration plus faible de particules d'air et donc pression inférieure. Parce que les fluides circulent naturellement de haute à basse pression, l'air à Patm bien au-dessus de l'aile est «aspiré» vers le bas et épouse la surface de l'aile. Cependant, même avec cet écoulement laminaire (comme nous l'avons vu ci-dessus), il existe toujours une zone de basse pression sur le dessus de l'aile; l'air du flux laminaire n'est toujours pas suffisant pour restaurer cette région à Patm. Cela peut être trouvé en regardant une carte de pression d'un profil aérodynamique - vous verrez qu'il y a une région de basse pression sur le dessus de l'aile même si un écoulement laminaire existe. Cette section aurait dû également répondre à la raison pour laquelle l'écoulement laminaire existe (voir la dernière partie de la troisième partie de la loi de Newton ci-dessus).

Enfin, parce que vous avez une pression plus élevée (force par unité de surface) au bas de l'aile que vous faites sur le dessus de l'aile, les forces sur la voilure sont déséquilibrées et pointent vers le haut, dans une direction similaire à la force aérodynamique nette causée par la troisième loi de Newton (détaillée ci-dessus). Cela contribue à la force aérodynamique nette.

En raison de la pression plus faible sur le haut de l'aile par rapport au bas, le flux d'air sur le haut de l'aile se déplace plus rapidement que sur le bas, selon l'équation de Bernoulli (fondamentalement dans un courant d'air, une diminution de la pression entraîne un augmentation de la vitesse et vice versa) - Voir l'organigramme en haut de cet article. C'est peut-être la raison pour laquelle la théorie du «temps égal» (selon lequel le flux d'air sur le dessus de l'aile a plus de distance à parcourir et doit donc se déplacer plus vite) est si largement acceptée. Le flux d'air sur le dessus se déplace plus rapidement, mais pas parce que la distance est plus longue.

Cela explique également les «vortex de bout d'aile» - ces tourbillons d'air qui peuvent être vus (dans certaines conditions) traînant derrière le ailes d'un avion. En effet, l'air à haute pression du bas de l'aile tourbillonne sur les extrémités de l'aile pour essayer de neutraliser la zone de basse pression sur le dessus (car les fluides ont tendance à voyager de haute à basse pression). Ils augmentent quelque peu la pression sur le dessus de l'aile (et par conséquent diminuent la pression sur le bas) quelque peu, ce qui réduit la différence de pression, mais comme l'avion se déplace, tout l'air voyageant de bas en haut n'atteint pas sa destination lorsque le profil aérodynamique s'écarte du chemin, laissant cet air tourbillonner dans un vortex circulaire. Ce flux d'air à haute pression réduit la portance (car il diminue la différence de pression). C'est pourquoi des winglets ont été inventés (Les extensions d'ailes verticales à l'extrémité des ailes) - pour bloquer une partie de ce flux et augmenter la portance (et donc le rendement énergétique). "L'effet de sol", ou le phénomène qui augmente la portance lorsqu'un avion est proche du sol, est dû au fait que le sol gêne l'air essayant de tourbillonner et de neutraliser la basse pression sur le dessus de l'aile.

Derniers commentaires

Un autre phénomène aérodynamique que je vais relier à cette explication est un "décrochage". Lorsqu'un profil aérodynamique cale, il perd une grande quantité de portance et ne peut plus contrecarrer la gravité, ce qui fait chuter l'avion au sol. En tant que pilote, j'ai pratiqué le décrochage à plusieurs reprises et il y a deux choses remarquables qui se produisent menant à un décrochage. La première est que l'avion perd considérablement sa vitesse lorsque vous commencez à augmenter l'angle d'attaque. Dans ce cas, ce qui se passe, c'est que la force totale exercée sur l'aile est inclinée vers l'arrière, de sorte qu'il s'agit principalement de la traînée induite plutôt que de la portance (jusqu'à un certain point, l'augmentation de l'angle d'attaque augmente la portance car elle augmente la force totale sur le profil aérodynamique. l'angle obtient une portance extrême commence à diminuer et la traînée continue d'augmenter). Enfin, lorsque l'avion cale, vous ressentez une secousse soudaine de l'avion vers le bas, comme si une corde le maintenant venait de couper. Dans ce cas, l'aile a atteint son angle d'attaque critique et le flux laminaire sur le dessus de l'aile (comme détaillé ci-dessus) s'est séparé (car la pression plus faible sur le dessus de l'aile ne peut plus tirer le vent vers le bas pour se conformer à sa surface en tant que force nécessaire pour modifier le vecteur de vitesse du vent de ce grand angle ne peut pas être exercée par cette différence de pression. Une fois que l'avion a calé, vous devez rattacher le flux laminaire au flux d'air pour "récupérer" du décrochage - dans un avion vous faites-le en piquant avec le joug.

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À l'avenir, j'aimerais développer cet article avec des explications plus mathématiques sur la façon de calculer la portance d'un profil aérodynamique donné ainsi que d'explorer d'autres éléments connexes tels que le coefficient de portance, le nombre de Reynolds, comment calculer l'angle d'attaque critique, et sujets connexes. Ce domaine est généralement dominé par les données empiriques et il est difficile mais amusant d'en faire partie avec des mathématiques compliquées (sans parler de la voie du futur, d'autant plus que les ordinateurs peuvent désormais traiter ces modèles mathématiques pour nous et sont beaucoup plus rapides. que les expériences peuvent l'être).

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Sources utiles:

1. allstar.fiu.edu/aero/airflylvl3.htm

2. grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/bernnew.html

3. grc.nasa.gov/www/k -12 / avion / faux1.html

4. grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/wrong2.html

5. grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/wrong3.html

6. www.youtube.com/watch?v=YyeX6ArxCYI

Answer 4

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La réponse la plus simple que je connaisse est qu'elle est toujours exacte, c'est que pour qu'un objet se déplace dans l'air, une force doit pousser l'air devant lui hors du chemin (la gravité, les moteurs, l'élan, etc. matière). Si plus d'air est poussé vers le bas puis vers le haut (par exemple, par les ailes), la différence est appelée portance.

Answer 5

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Voici un lien vers le livre Web de John S. Denker sur les profils aérodynamiques. C'est probablement l'explication définitive du fonctionnement des ailes. John Denker a un tas de sites Web qui valent le détour.

http://www.av8n.com/how/htm/airfoils.html

En résumé : pour qu'un avion de 150 000 lb reste en l'air, il doit donner 150 000 lb-pi d'élan à l'air qu'il traverse. Vous pouvez parler des différences de pression d'air (etc.) mais ce n'est que le début de l'explication. Si vous pensez que le temps de transit égal ou la courbure des ailes est ce qui fait fonctionner les ailes, c'est une lecture incontournable.

Answer 6

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Les ailes génèrent une portance poussant l'air vers le bas. Enfant, j'avais l'habitude de sortir ma main de la vitre ouverte de la voiture et de l'incliner - il y a une force ascendante. Une plaque plate fait cela.

Les ailes d'avion pourraient donc être des plaques plates, mais malheureusement les plaques plates créent beaucoup de traînée dès que ils créent de la portance puisque le flux à l'extrémité supérieure se détache immédiatement (spirale bouclée sur l'image ci-dessus). Cet effet pourrait être réduit en utilisant une plaque cambrée au lieu d'une plaque plate, réduisant le vortex sur la surface supérieure:

Mais le problème reste que dès que la plaque cambrée est inclinée davantage, cela crée beaucoup de traînée, de la même manière que la plaque plate droite. Une forme de goutte d'eau est plus efficace en traînant qu'une assiette plate, en maintenant le flux attaché. Et qu'est-ce qu'une section transversale d'aile autre qu'une plaque bombée avec une section transversale en goutte d'eau?

Cela devient un peu déroutant et tout lorsque nous examinons l'accélération de l'air à la pression supérieure et inférieure, etc., surtout si nous voulons expliquer la création de portance à partir de cela. En fin de compte, la portance est créée en accélérant l'air vers le bas, et la continuité de la masse implique que l'air du côté supérieur doit accélérer. C'est un effet plutôt qu'une cause.

Answer 7

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Un moyen simple de le comprendre est que l'aile agit comme une pale dans un ventilateur. Se déplacer dans l'air à l'angle correct provoque la formation d'un vide sur le dessus. La pointe avant doit être ronde pour permettre à l'air de se déplacer en douceur et de se dilater pour créer le vide.

Les fonds plats et autres formes maximisent simplement cet effet mais ne sont pas nécessaires. C'est pourquoi il est possible de voler à l'envers tant que l'aile frappe l'air à angle droit. (Pas à angle droit.)

Answer 8

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Update: See Own Experiments on Flow turning at the bottom of this post

I'm an independent science journalist, I did a lot of research about myths and false explanations around lift and this explanation is the outcome:

The Problem.As we know, the principle of the generation of lift in general and the Magnus effect is wrongly understood and explained false in many sources. The high flow speed around an airfoil bulge (or a spinning sphere /cylinder in the case of the Magnus effect) and the related low pressure (Bernoulli effect) is not the cause of the lift as often stated but is just assisting lift generation because it is an acceleration of the air. However, it is still an important factor in the mechanism of lift because it is part of the lift force (Force = Mass x Acceleration). This extra acceleration due to increased flow speed can be added to the normal acceleration that is involved with the force that causes a flow to turn.

The Real Cause.Also generally accepted is that the real cause of the lift is the air that is turned downwards by the angle or shape of the airfoil and this force causes a force in the opposite direction, as explained by, among others, NASA. Yet, the mechanism is still unclear for many people. I try to give a little more insight with some very easy self-developed experiments and examples that are easy to understand. (see also this video demonstration). We know that in order to turn a flow, a force is required, so the bigger the deflection, the bigger the force. A turning is actually an acceleration. During the turning there must be an equal force in the opposite direction (Newton’s third law). This is the actual lift on the airfoil. It is clear that a certain radius of flow turning (action) results in an equal radius of the opposite force (reaction). It is important to understand that the reaction of the airfoil on the accelerated airflow is caused by the interaction of the airfoil surface with the boundary layer.

Center of Pressure.The key to create action=reaction on the airfoil is the viscosity of the air as without the air sticking less or more to the airfoil, the necessary interaction would not happen.These forces act everywhere on the airfoil but the center of pressure (CP) occurs there were the average deflection is the biggest, so there is also the biggest action=reaction point. This is the point were the lift force acts on the airfoil. We can check this easily with deployed flaps. The flaps cause a bigger deflection of the air at the trailing edge, thus the center of pressure moves more to the trailing edge then without flaps.

The Real Lift Force.As the air is deflected downwards, the air exerts a force in the opposite direction which means that it adds up to the pressure on the underside of the wing with the result a bigger vector in the upward direction. But on the upper side of the wing now we have a smaller vector as the pressure is lowered because here is a deduction of the pressure caused by the force in the upward direction. The result is a net force upwards. This vertical pressure lowering is the real lift force.

Summarizing: We have a relatively low tangential pressure reduction (acting in the flow direction) which is the Bernoulli part and is the accelerating part of the lift force. And we have a huge vertical pressure reduction which is the Newtonian part of the lift force which actually causes the airfoil to move up and which determines where on the airfoil the center of pressure is located and where the resulting lift force acts. Most of the pressure we see on an isobars figure of an airfoil is vertical and only little is tangential. This corresponds to earlier measurements by aerodynamicists that the pressure reduction in the flow direction (Bernoulli) does not correspond to the actual generated lift. To understand the relation between the pressure reduction in the flow direction and the pressure reduction in the vertical direction, realize that the deflection of a flow in order to create lift is always accompanied by a pressure gradient, so if the flow speeds up over the top of the airfoil and lowers in pressure (Bernoulli’s principle) and then is turned downwards to create an upforce, the flow is decelerated and the pressure increases. This increase of pressure on the upper side of the airfoil is negligible compared to the decrease in pressure on the upper side caused by the air that is accelerated downwards, hence the airfoil moves up and we have lift.

One more Example. Imagine a flat plate wing flying at zero angle of attack with at the trailing edge a flap that is pointed downwards. Imagine only the airflow on the upper side of this wing. There is no acceleration and related pressure lowering of the flow as the flow doesn't pass any obstacle. It just encounters an adverse pressure gradient when it moves over the flap down because there is a decrease in flow speed thus an increase in flow pressure (Bernoulli). But as the flow is deflected down, a force in opposite direction acts at the same time and therefore on the upper side there is a much, much more important pressure decrease (because the force in the upward direction works against the ambient pressure coming from above). This decrease in pressure caused by the 'vertical' action is the real lift force.

Update: Own Experiments on Flow Turning. On september 26, 2018, during personal flow turning test experiments with self developed cardboard flying wing devices, I strongly found evidence for a theory that I had long suspected. This involves the importance of the distance of flow turning in relation to the steepness of the turning. Explained briefly: The distance of turning seems more important then the angle of turning. When throwing the wing, and when estimating the location of the center of pressure, the side with the longest turning always won it from the side with the steepest turning, no matter what the orientation of the wing was.

The test results:

--Short steep curve pointing downwards in the front, long less steep curve in the back pointing upwards.> Result: positive momentum, nose moves up.This is the effect of the curve in the back as a predominant down pointing curve in the front would generate a nose-down moment as this would be a negative angle of attack.

--Long less steep curve pointing upwards in the front, short steep curve in the back pointing downwards.> Result: positive momentum, nose moves up. This is the effect of the long less steep curve in the front as this is a positive angle of attack.

The results of my findings correspond to the fact that the flow turning at the leading edge of an airfoil is acually the biggest while it is not creating the biggest momentum. The turning to the trailing edge after the point of maximum camber however is longer, it wins, so it creates the CP momentum. It seems logical however that in a battle between two curves of the same length, the curve with the steepest angle wins.

One of my self-developed devices to do experiments with lift, flow turning and center of pressure: The FWSCLm Demonstrator (Flying Wing Stability & CL movement). The pen in the front can be moved in and out in order to regulate the center of gravity. The flaps in the back are used to increase or decrease the curvature of the wing profile in order to regulate the center of lift. side-view

Answer 9

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Comment une petite balle génère-t-elle une force centripète lorsqu'elle se déplace sur une surface courbe? La raison est la gravité. Lorsque la petite balle a une vitesse le long de la flèche rouge, la petite balle a tendance à partir le long de la direction normale de la surface, de sorte que la force de la petite balle sur la surface incurvée sera réduite, donc la force centripète de la petite une balle se déplaçant le long de la surface sera obtenue.

Nous changeons les petites balles à la surface en air. Lorsque l'air ne bouge pas, supposons que la force de l'air sur la surface incurvée est F, et lorsque l'air a une vitesse le long de la direction de la flèche rouge, la force de l'air sur la surface courbe est f, car l'air a une tendance à partir le long de la direction normale de la surface courbe, donc F> f. L'air a donc une force centripète se déplaçant le long d'une surface courbe, ce qui fait bouger l'air le long d'une surface courbe.

La force exercée par l'air sur la surface courbe est la pression de l'air. Une diminution de la pression atmosphérique est une diminution de la force exercée par l'air sur une surface courbe.

La surface courbe ici est similaire à l'aile.

Answer 10

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La portance est une force générée sur une aile en raison de la différence de pression . Donc, fondamentalement, si vous êtes capable d'atteindre différentes pressions au-dessus et en dessous d'une aile, vous aurez de la portance. Maintenant, à partir de la loi de base de Newton, cette force serait dirigée de la région de haute pression vers la région de basse pression (parce que la région de haute pression va pousser la surface en exerçant plus de force sur elle par rapport à la région de basse pression qui pousserait la surface avec une force relativement moindre).

Maintenant, l'important est de créer cette différence de pression. Ceci est réalisé en exploitant une propriété intéressante du fluide: un fluide à écoulement rapide a une pression inférieure par rapport à un fluide à déplacement lent. Cette propriété peut être prouvée par divers moyens mathématiques et est magnifiquement incorporée dans le principe de Bernoulli . Par conséquent, le principe de Bernoulli est une expression mathématique d'une propriété inhérente à un fluide.

Maintenant, pour obtenir de la portance, la différence de pression requise peut être créée en ayant un écoulement autour du profil aérodynamique dans de telle manière que les vitesses du fluide au-dessous et au-dessus du profil aérodynamique soient différentes. Ceci est réalisé en changeant la forme de l'aile (carrossage) de manière à ce qu'elle devienne asymétrique. L'asymétrie entraîne des vitesses différentes sur la partie supérieure et inférieure du profil aérodynamique pour la raison suivante:

Lorsqu'un fluide atteint le bord d'attaque du profil aérodynamique, une partie du fluide est déplacée vers le haut, tandis qu'une partie est déplacée vers le bas. En raison de l'asymétrie du profil aérodynamique, le fluide qui s'est déplacé vers le haut a moins de section transversale à traverser que le fluide qui est passé sous le profil aérodynamique. Cette différence de surface disponible pour le fluide pour le mouvement crée la différence des vitesses du fluide dans différentes régions. Cette propriété du fluide de se déplacer plus rapidement dans les zones de moindre section transversale et de se déplacer lentement dans les zones de plus grande section transversale peut être dérivée sous forme mathématique par application de la conservation de la masse, et est appelée principe de continuité .

Par conséquent, les changements de vitesse du fluide créent un gradient de pression qui à son tour provoque une force sur l'aile, appelée portance. Maintenant, cette portance peut être dans n'importe quelle direction (ce qui pourrait être découvert en intégrant de très petites forces sur de très petites zones de la surface de l'aile). La composante de cette force perpendiculaire à la direction de la vitesse de l’avion est appelée force de portance , alors que l’autre composante est parallèle à la vitesse de l'avion est alors inclus dans la force de traînée .

EDIT

Pour une représentation très précise des équations régissant le comportement des fluides , on peut soutenir que le principe de Bernoulli est incorrect. Dans ce cas, l'équation de Navier Stoke est valide, mais à des fins de compréhension, tout flux invariant dans le temps (stable), compressible, non visqueux peut être considéré comme obéissant à l'équation de Bernoulli.

De plus, pour un fluide réel, il n'obéirait pas la plupart du temps à l'équation de Bernoulli, mais le comportement général de la réduction de pression avec augmentation de la vitesse d'écoulement est toujours observé, bien que la perte de charge exacte ne puisse pas être calculée à l'aide de l'équation de Bernoulli. Dans de tels cas, l'équation de Navier Stoke est utilisée pour calculer correctement la perte de charge créée en raison de l'augmentation de la vitesse de l'écoulement.

EDIT 2

Pour les ailes symétriques, l'aile ne générera pas de portance si le flux voit l'aile symétriquement, de sorte que cela signifie intrinsèquement qu'une aile symétrique avec un angle d'attaque de 0 ne produira aucune portance. Pour obtenir la portance d'une aile symétrique, elle est placée à un certain angle par rapport au flux, de sorte que le flux le voit "asymétriquement" et par conséquent, l'explication ci-dessus peut être utilisée pour expliquer la vie générée dans ce cas.

EDIT 3

Explication pour les avions volant à l'envers: Pour qu'un avion normal vole, un angle d'attaque positif est nécessaire. Donnez à ce plan un roulement d'axe de vitesse de 180 degrés, vous obtenez un plan avec un angle d'attaque de -ve, et donc une portance négative. Mais un avion ne peut pas soutenir le vol avec une portance négative, donc ce que les avions volants à l'envers doivent faire est d'augmenter l'angle d'attaque -ve à positif, en tirant le nez vers le haut (ce serait pousser le nez vers le ciel à l'envers. plan descendant). Cela fait changer l'angle d'attaque et devient + ve. L'angle d'attaque + ve signifie que l'aile va maintenant vivre une vie telle qu'un avion à l'envers a une portance vers le haut (cela équivaut à un plan normal avec un angle d'attaque-cinq et donc une portance négative).

Answer 11

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Un avion vole par plusieurs mécanismes. Le premier est l'effet Bernoulli provoqué par le carrossage de l'aile qui génère un différentiel de pression poussant l'aile vers le haut lorsqu'elle se déplace vers l'avant dans l'air. Notez que les oiseaux ont des ailes cambrées. Cependant, il est possible d'avoir un avion avec des ailes complètement plates et sans carrossage du tout, c'est donc une erreur de penser que c'est la seule source de portance (comme l'ont fait certaines des réponses ci-dessus).

L'angle au pied des ailes est également important. Si vous mettez votre main à un angle par rapport à la vitre de la voiture, vous la sentirez forcée vers le haut. Ce même effet est obtenu dans un avion en inclinant légèrement les ailes vers le haut par rapport au plan du fuselage.

Enfin, vous devez être conscient que la raison pour laquelle un avion reste en altitude n'a rien à voir avec la portance, mais avec la surface qu'il présente au sol. La force principale retenant un plan est la résistance de l'air qui est fonction de cette surface. La force de cette résistance de l'air est bien supérieure à la force générée par les deux effets précédents. Par exemple, l'un des principaux critères de conception d'un avion est de savoir s'il a un fuselage carré ou un fuselage rond / ovale. Un fuselage carré présentera plus de surface au sol, offrant ainsi une plus grande efficacité à rester en altitude. Pour cette raison, presque tous les premiers avions avaient des fuselages carrés. Cependant, un fuselage rond sera plus efficace pour avancer qu'un fuselage carré, donc dans un avion construit pour la vitesse, le rond est meilleur. Un avion avec un fuselage rond va plus vite, mais est moins économe en carburant qu'un avion avec un fuselage carré.

Le même argument est vrai pour la surface de l'aile. Plus l'aile est grande, plus la résistance à l'air est élevée. Pour cette raison, les planeurs ont des ailes relativement grandes par rapport aux avions motorisés. L'inconvénient d'une grande aile est le même que celui d'un fuselage carré: l'avion va plus lentement.

Donc, pour récapituler, il y a trois facteurs qui maintiennent un avion en altitude: la résistance verticale de l'air due à la surface orientée vers le bas, l'angle des ailes au pied des ailes et l'effet Bernoulli associé au cambrure des ailes.