Рассуждения о природе подъемной силы крыла

[Aleksfomik]

Это нужно доказать.

Ну дык ваш эксперимент это как раз и доказал. Вы внесли в поток соломинку с пластинкой, расположенной вдоль потока, то есть с углом атаки близким к 0 градусов. Потоком пластинку повернуло, она встала поперёк потока и дальнейший её поворот остановился.

Это и есть что нинаесть стопудовое доказательство.

 

[mdp-shnik]

Ну дык ваш эксперимент это как раз и доказал. Вы внесли в поток соломинку с пластинкой, расположенной вдоль потока, то есть с углом атаки близким к 0 градусов. Потоком пластинку повернуло, она встала поперёк потока и дальнейший её поворот остановился.

Это и есть что ни на есть стопудовое доказательство.

Никак нет, это не доказательство. Это один из экспериментов. Доказательства я привёл. Искать ошибку нужно в них.

 

[Aleksfomik]

это не доказательство. Это один из экспериментов.

Ну слушайте, если та соломинка прогнулась от напора, то тогда да, не доказательство. Потому как если соломинка в эксперименте прогнулась, то система стала устойчивой уже по другой причине. А именно, система приобрела свойства парашюта. Я завтра чисто для себя попробую повторить ваш эксперимент. О результате доложу.

 

[mdp-shnik]

Ну слушайте, если та соломинка прогнулась от напора, то тогда да, не доказательство.

Дело в том, что в науке не всегда доказательство содержит только одно утверждение. Как правило приводится несколько последовательных утверждений. В данном случае мы имеем одно утверждение, а именно, полоска на спице становится перпендикулярно потоку. А дальше мы рассуждаем или как это делаю я, или как это делаете Вы. Получаем разные механизмы вращения. Это значит, что или они оба не верны, или один из них не верен.

Я вот сообразил такой опыт. Делаем П-образную рамку. В концы ножек ставим подшипники, в которые помещаем спицу с пластинкой. Верхнюю часть П соединяем со своей осью. Обе оси параллельны друг другу. Начинаем дуть на установку. Пластинка становится перпендикулярно потоку. Далее начинаем вращать рамку вокруг второй оси. Вопрос: пластинка будет по прежнему перпендикулярна набегающему потоку, или начнёт вращаться. как в свободном полёте?

Моё предположение, что будет.

 

[Иванов]

Движение полоски является одним из частных случаев математической "Задачи Стеклова о падении тяжелого твердого тела в жидкости".
Ссылка на лекцию В.В. Козлова -( академик РАН, профессор, доктор физико-математических наук ): Семинары: В. В. Козлов, Задача Стеклова о падении тяжелого твердого тела в жидкости
С 50-й минуты, как раз, про полоску бумаги.

Решение, описанное академиком, интересно тем, что в систему уравнений движения включена диссипативная составляющая. Это приближает описание движения к реальным условиям и даёт возможность определить превалирующие факторы, определяющие вид траектории движения пластинки. Тем не менее, без некоторых допущений, система уравнений движения не имеет решения. Впрочем, для тонкой и лёгкой полоски ( например, из бумаги ) эти допущения вполне корректны, что позволяет однозначно определить характер её движении в реальной среде, с учётом аэродинамических сил.

Ввывод: в вязкой жидкости ( не идеальном газе ) движение полоски, в любом случае начального движения, приходит к устойчивому циклу с постоянной угловой скоростью, по наклонной траектории. Вращение происходит верхней гранью в "отступающем направлении" ( к вершине наклонной траектории ), а нижней гранью - в "наступающем" направлении.
Причина такого поведения полоски - система рассеивающихся вихрей, сгенерированная её движением в вязкой среде. Как я понимаю, направление вращения определяется направлением ( или наличием силы ) тяжести, действующей на полоску.

Грань, на которой "садится" вихрь становится "отступающей" ( относительно нисходящего поступательного движения ), а грань с которой вихрь сорвался, под действием момента силы тяжести, "проваливается" вниз и становится "наступающей" .

Если, допустим, "заставить" каким либо образом ( временно воздействуя на полоску ) сменить текущее направление вращения "отступающей" и "наступающей" граней на противоположное, то, в следующий момент, изменится и направление наклонной траектории поступательного движения и получим исходное направление вращения, но изменение нисходящей траектории в противоположную сторону.
Такое переменное движение характерно для полосок с другими соотношениями плотности-площади, которые представлены на картинке с траекториями пластинок в лекции...

 

[mdp-shnik]

С 50-й минуты, как раз, про полоску бумаги.

Прекрасное теоретическое доказательство причин вращения полоски. Но нам этого не достаточно. Как только мы начнём разбираться в деталях полёта полоски, нам откроются подробности, которые откроют нам не доступные ранее секреты.

Попробуем стабилизировать полоску, изменяя положение её ЦМ (центра масс). Это удобно сделать, приклеив к ней соломинку. Получим самолётик без хвостового оперения. Как именно её нужно расположить, симметрично, или нет?
Наши предположения такие.
1. На полоску действует кабрирующий аэродинамический момент. Мы это знаем из эксперимента. Есть и подъёмная сила. Из аэродинамики известно, что она приложена к центру пластины. Поэтому сдвинем соломинку вперёд, чтобы создать пикирующую пару сил. По идее возможно равновесие. Устойчиво оно или нет? - более сложный вопрос.
2. ЦД (центр давления) на полоске при малом угле атаки находится в её передней половине. По мере увеличения угла атаки, ЦД смещается к центру полоски и там устойчиво остаётся. Поэтому полоска на спице становится перпендикулярно потоку. В свободном полёте полоска начинает вращаться и этим сохраняет постоянный угол атаки. В результате смещённый ЦД поддерживает её вращение. А раз так, подберём положение соломинки так, чтобы ЦМ самолётика совпал с его ЦД. При этом будет скомпенсирован и аэродинамический кабрирующий момент. Вопрос такой же - самолётик будет устойчив или нет?

Нам предстоит разобраться, как на самом деле.

 

[Иванов]

Есть предложение...
Если Вы хотите однозначного понимания читателями того, что предлагаете в качестве опыта ( эксперимента ) или высказываете предположение по физической сути процесса... Использовать устоявшиеся термины и снабжать описание опытов эскизами или картинками.

"Доцент - тупой ..." @. Часто, из описания опыта не возможно понять как предлагается располагать оси;... начальные условия или момент с которого производится наблюдение;... угол между чем и чем... и т.п.
Это не способствует привлечению внимания к поставленной задаче - читателем теряется смысл изложения и интерес к дальнейшему рассмотрению...

 

[казак]

1. На полоску действует кабрирующий аэродинамический момент. Мы это знаем из эксперимента. Есть и подъёмная сила. Из аэродинамики известно, что она приложена к центру пластины.

mdp-shnik Объясните физическую суть этого момента .. Что им движет ? Если подъёмная сила приложена к центру пластины , где размещён ЦТ откуда кабрирующий аэродинамический момент ?

 

[mdp-shnik]

снабжать описание опытов эскизами или картинками.

Дело в том, что это обсуждение уже давно продолжается. Ещё раз покажу исходные картинки. На них показано:
1. Обтекание плоскопараллельной пластины идеальной жидкостью. Фото получено экспериментально и выложено в книге Ван-Дайка "Альбом течений".
2. плоская пластинка, к которой приклеена спица перпендикулярно длинной стороне. В потоке воздуха пластинка, вращаясь вокруг спицы, поворачивается перпендикулярно ему.
3. Самолётик. К прямоугольной полоске бумаги приклеена соломинка. На одном конце стабилизатор в виде такой же, но маленькой полоски. Самолётик летает по непонятной причине. Предстоит хотя бы мысленно заставить его летать без стабилизатора. Рядом лежит полоска, которая, как мы уже знаем, может лететь, только вращаясь.

 

[Aleksfomik]

О результате доложу.

Предполагаю, что (при соблюдении следующих условий: - поток должен быть сопоставим со скоростью свободного падения вращающейся пластинки; - ось пластинки не должна прогибаться; сама пластинка от действия потока тоже деформироваться не должна) пластинка и в потоке от вентилятора будет вращаться.

Сейчас с делами закончу и подготовлюсь к проведению этого наиответственнейшего экспериментищщя.

 

[mdp-shnik]

Объясните физическую суть этого момента .. Что им движет ?

Чуть выше фото с линиями тока вокруг пластины. Обратите внимание на то, как обтекаются кромки пластины. Области повышенного давления находятся под передней и над задней кромками. Они и создают кабрирующий аэродинамический момент. Симметричное распределение линий тока относительно пластины указывает на отсутствие подъёмной силы (Во как!).
В реальном воздухе с задней кромки сходит вихрь, который мы увидим позже на фото. Повышенное давление остаётся только под передней кромкой. В результате имеем распределение подъёмной силы над профилем в виде горба, смещённого вперёд.

 

[Иванов]

Как только мы начнём разбираться в деталях полёта полоски, нам откроются подробности, которые откроют нам не доступные ранее секреты.

Вы предлагаете разобраться в каких именно деталях ?
В физике, принято считать, что если известен закон движения тела ( система уравнений, формула,... ), позволяющий определить в любой момент времени положение точек этого тела, то эта формула верно описывает процессы, влияющие на движение тела.
В этом контексте, какие дополнения в описание процесса движения полоски в вязкой среде Вы предлагаете добавить к представленным академиком В.В. Козловым уравнениям?
Иными словами, какие, по Вашему мнению, физические процессы ещё должны влиять на движение полоски и, соответственно, быть учтены в расчетах?

Или Вы предлагаете " открыть секреты" экспериментальным путем?
На этот счёт, проделана обьемная работа с многочисленными опытами и представленными результатами. Как за рубежом, так и в России. Можно воспользоваться результатами этих наблюдений... И обсудить тот или иной опыт...

 

[Aleksfomik]

И кстати. В моём эксперимента я как раз и проверю наличие следующих тенденций:

1. тенденцию к увеличению угла атаки пластинки в потоке при углах атаки от примерно пяти градусов и до допустим 30 градусов;
2. тенденцию к устойчивости пластинки при угле атаки 90 градусов.

 

[Иванов]

Чуть выше фото с линиями тока вокруг пластины.

Это изображение не корректно применять к рассматриваемому процессу свободного движения полоски...
Оно ( изображение ) получено при протекании масла с линиями краски между двумя листами стекла, расположенными с зазором 1 мм . Между листами, в зазоре, зажата пластинка ( брусок ) размерами 1 мм по ширине и несколько мм по толщине...

 

[Иванов]

ось пластинки не должна прогибаться;

Ось ещё и должна проходить через центральную ось симметрии пластинки - через её Центр Масс, чтобы не создавать асимметрию и устойчивое положение системы...
Ось ( имеющая некоторый диаметр ) наклеенная на поверхность создаёт устойчивость в положении обдува, при расположении оси вперёд против потока. И наоборот, - неустойчивость при расположении оси "за полоской", относительно потока.

Для опытов, проще загибать и приклеивать один из краев полоски, чтобы создавать смещение ЦМ. И запускать полоску в свободный полет...

 

[henryk]

-почему в 64 г. "испортили" крыло ДИСКОПЛАН2 и оно стало сверхстабильным
и летучим ???

наверно и Витольду Касперу бы понравилось...

ЗЫ=для затравки=

strangernn | В полет на ...рояле. Точнее, на летающей тарелке с начинкой рояля.

strangernn.dreamwidth.org

 

[mdp-shnik]

Вы предлагаете разобраться в каких именно деталях ?

Очень хороший вопрос. У нас форум экспериментальной авиации. Большинство участников пилоты. А пилотам, как известно, необходимы знания, которые защитят их в особых случаях полёта. Когда пилоты знают и понимают механизмы, участвующие, например, в происхождении подъёмной силы, это поможет им разобраться в неприятных свойствах своих крыльев. Все ли пилоты знают, что кроме подъёмной силы на крыло действует и аэродинамический момент и что этот момент кабрирующий? Не все. Почему? А потому, что в практической аэродинамике принято рассматривать момент всех сил, вычисленный относительно носка профиля или другой точке, а там аэродинамический момент хорошо спрятан и выплывает только тогда, когда мы рассматриваем фокус крыла. Мне этот момент помог разобраться в природе дельтапланерных кувырков ещё в 1985 году, хотя непосредственного отношения он к ним не имеет.

Я не могу сказать всё и сразу. Будем продолжать обсуждение, и постепенно будут выплывать некоторые неожиданности.

 

[henryk]

разобраться в неприятных свойствах своих крыльев.

=Игор Азарев "Опасные режимы полёта дельтаплана" ?

 

[mdp-shnik]

Игорь Азарьев?

Там не всё.

 

[казак]

сама пластинка от действия потока тоже деформироваться не должна) пластинка и в потоке от вентилятора будет вращаться.

Вы только учтите собственные замечания по поводу обдувки моей горбушки .. И кстати , 2 недели истекают вот вот а оапыта с горбушкой в ващем исполнении всё нет
Aleksfomik сказал :

@казак

В ближайшие пару недель я попробую повторить ваш эксперимент примерно с вашей горбушкой, но сделаю это более корректно чем получилось у вас

. И кстати , 2 недели истекают вот вот а опыта с горбушкой в вашем исполнении всё нет ..

В реальном воздухе с задней кромки сходит вихрь, который мы увидим позже на фото. Повышенное давление остаётся только под передней кромкой. В результате имеем распределение подъёмной силы над профилем в виде горба, смещённого вперёд.

-почему в 64 г. "испортили" крыло ДИСКОПЛАН2 и оно стало сверхстабильным
и летучим ???

наверно и Витольду Касперу бы понравилось...

ЗЫ=для затравки=

неустойчивость летающему диску придавала размещённый под диском спереди кабинет..А вот когда этот возмутитель был переведён на диск спереди, устойчивость обнаружилась.. Давно известно , что причиной срыва штопора является недостаточная и не одинаковая жесткость полукрыльев..На критическом угле крутка разная и возникает разная подъёмная сила , которая и вращает аппарат..У диска конструкция жёсткая и крутки нет..