Как работает Гидрофойл

[mm7]

Сообщение от Urry1

3. Если обтекаемость тела не обязательна, то почему палка не летит?

круглая палка полетит как крыло, если будет вращаться (низ вперед, верх назад).
так же подрезанный мяч летит "площе".

[ALEX3M]

Сообщение от latad

Если к простейшей физике пристроить обратную связь, да выйти за пределы линейного рассмотрения хотя бы на два измерения, то вполне объясняет.
Из правила неразрывности потока следует, что идущая вниз часть потока должна как-то немедленно замещаться и задняя часть подтягивает к себе переднюю, а не профиль толкает поток вверх.
Ещё можно для наглядности разложить движение потока на поступательное и вращательное, центробежное ускорение при ненулевой угловой скорости (а она всегда не нулевая кроме точки носика, если поток следует вдоль поверхности профиля) имеет компонент вектора центробежного ускорения, направленный вверх и при подъёме потока, и при опускании. А компонент поступательного движения не создаёт никаких ускорений поперёк движения в принципе.
Возьмём простейший случай профиля из сегмента окружности и увидим, что подъёмную силу создаёт именно центробежная сила, а изменение давления на крыле - уже следствие неразрывности потока.
Итого, если взять тонкий профиль типа паруса, то центростремительное ускорение объясняет, почему подъёмная сила возникает на обеих поверхностях, а чистый незамутнённый бернуллий с его разницей скоростей - нет, потому что нет этой разницы.

ЦСУ замечательно обьясняет и распределение ПС в соответствии с кривизной поверхности и скоростью потока.
А теперь берем не движущийся поток, а неподвижный, сквозь который двигается крыло.
Откуда берется ЦСУ частиц потока?

[lop]

Сообщение от mm7

...
Лифт будет не потому, что какие-то углы совпадут. А по законам природы.

Это ты хорошо сказал!

Они там на видео говорят о перенаправлении потока от задней кромки вниз. А случае с УА=0 его там нет.
Можно даже закрылок чутка вверх загнуть. Лифт уменьшится но будет положительным.

Так в том-то и дело, что "перенаправление потока" от задней кромки вниз и означает создание подъёмной силы, а без такого перенаправления подъёмной силы не будет. Тут только понимать нужно, что направление потока в разных точках (вертикального) сечения его сразу или на небольшом расстоянии за задней кромкой не будет постоянным, поскольку поток это не стрелочки, которые мы умозрительно можем нарисовать на картинке, а "векторное поле", в нашем случае - поле скоростей, в каждой точке которого величина и направление скорости могут отличаться друг от друга. И говоря "поток меняет направление", мы имеем в виду некоторое "осреднённое" вдоль линии/плоскости вертикального сечения за крылом направление множества этих векторов в разных точках сечения.
Поэтому и для плоско-выпуклого крыла с нулевым (к хорде=нижней поверхности) углом атаки поток за задней кромкой будет направлен назад и вниз, а не чисто назад. И даже у крыла с отогнутой вверх задней кромкой, поток за ней "в среднем" будет направлен назад и вниз, иначе на таком крыле и при таком угле атаки подъёмная сила не будет положительной.

В видео рассматриваются ещё три распространённых, хотя и неверных, версии механизма образования подъёмной силы на крыле.

Сообщение от ALEX3M

Ставим плоскую пластину и плосковыпуклый профиль на угол атаки ноль.
У пластины ноль подьемной силы, а у профиля - есть.
Вот где весь фокус.

Тоже мне - фокус! Ставим плосковыпуклый под отрицательным углом атаки, и подъёмная сила пропала, хотя выпуклость осталась и центростремительное ускорение тоже никуда не делось. А на плоской пластине без выпуклостей и центростремительных ускорений появилась подъёмная сила, отрицательная.

Есть еще одно "обьяснение" - на задней верхней половине крыла частицы потока получают ускорение вниз.что по закону соххранения импулься, должно придавать крылу ускорение вверх.
Но оно не обьясняет, почему максимум ПС находится в передней части крыла, где поток получает ускорение вверх, и по простейшей физике, переднюю часть крыла поток должен давить вниз.
А имеем- наоборот.

Это тупиковый метод - делить поток на части и рассматривать их по отдельности с помощью "простейшей физики", что недавно продемонстрировал другой, номерной Алекс. Частицы потока непосредственно не взаимодействуют с задней верхней частью крыла, они не отталкиваются от поверхности лапками, подобно бегущему таракану, передавая ей свой импульс. На поверхности крыла частицы вязкой жидкости вообще не движутся. А взаимодействуют частицы потока с крылом, главным образом, посредством изменения поля (скалярного) давлений, которое тесно связано с (векторным) полем скоростей этих частиц. И там, где скорости частиц вблизи поверхности максимальны, давление минимально, и наоборот - в этом смысле закон Бернулли работает, добросовестно участвуя в создании подъёмной силы, хотя и не являясь её первопричиной. В передней части большинства (хотя и не всех) крыльев скорости действительно максимальны, поэтому там же находится и минимум давления на поверхности крыла, и, соответственно, максимум "локальной подъёмной силы". Вот только в создании этого максимума скорости участвует не верхняя передняя поверхность крыла, а всё крыло целиком и его ориентация по отношению к набегающему потоку. Отрежьте от крыла одну эту верхнюю переднюю поверхность, и весь максимум скорости и соответствующая ему локальная подъёмная сила исчезнут в неизвестном направлении.

[ALEX3M]

Сообщение от lop

Тоже мне - фокус! Ставим плосковыпуклый под отрицательным углом атаки, и подъёмная сила пропала, хотя выпуклость осталась и центростремительное ускорение тоже никуда не делось. А на плоской пластине без выпуклостей и центростремительных ускорений появилась подъёмная сила, отрицательная.
. И там, где скорости частиц вблизи поверхности максимальны, давление минимально, и наоборот - в этом смысле закон Бернулли работает, добросовестно участвуя в создании подъёмной силы, хотя и не являясь её первопричиной. В передней части большинства (хотя и не всех) крыльев скорости действительно максимальны, поэтому там же находится и минимум давления на поверхности крыла, и, соответственно, максимум "локальной подъёмной силы". Вот только в создании этого максимума скорости участвует не верхняя передняя поверхность крыла, а всё крыло целиком и его ориентация по отношению к набегающему потоку. Отрежьте от крыла одну эту верхнюю переднюю поверхность, и весь максимум скорости и соответствующая ему локальная подъёмная сила исчезнут в неизвестном направлении.

1. Таким образом вы обьясняете причину возникновения пс на несимметричном профиле?

2.Можете объяснить, почему ПС в передней части, гораздо бодьше, , несмотря на то, что скорости на разных участках отличаются намного меньше?

[Urry1]

Сообщение от lop

И там, где скорости частиц вблизи поверхности максимальны, давление минимально, и наоборот - в этом смысле закон Бернулли работает, добросовестно участвуя в создании подъёмной силы, хотя и не являясь её первопричиной. В передней части большинства (хотя и не всех) крыльев скорости действительно максимальны, поэтому там же находится и минимум давления на поверхности крыла, и, соответственно, максимум "локальной подъёмной силы". Вот только в создании этого максимума скорости участвует не верхняя передняя поверхность крыла, а всё крыло целиком и его ориентация по отношению к набегающему потоку. Отрежьте от крыла одну эту верхнюю переднюю поверхность, и весь максимум скорости и соответствующая ему локальная подъёмная сила исчезнут в неизвестном направлении.

Ну вот это уже ближе к делу...
А что является первопричиной У?

[latad]

Сообщение от ALEX3M

ЦСУ замечательно обьясняет и распределение ПС в соответствии с кривизной поверхности и скоростью потока.
А теперь берем не движущийся поток, а неподвижный, сквозь который двигается крыло.
Откуда берется ЦСУ частиц потока?

Ровно оттуда же. Нас интересует реакция крыла? Берём систему координат связанную с крылом, остальное, что пляшет вокруг крыла - внешнее воздействие.
Правильный выбор инварианта сильно упрощает рассмотрение и делает его наглядным. Неправильный всё равно должен привести к решению, но с совершенно другими затратами и абсолютно неочевидными представлениями, в логике которых ещё надо не наделать ошибок.

[mm7]

Сообщение от lop

Так в том-то и дело, что "перенаправление потока" от задней кромки вниз и означает создание подъёмной силы, а без такого перенаправления подъёмной силы не будет.
...
Поэтому и для плоско-выпуклого крыла с нулевым (к хорде=нижней поверхности) углом атаки поток за задней кромкой будет направлен назад и вниз, а не чисто назад. И даже у крыла с отогнутой вверх задней кромкой, поток за ней "в среднем" будет направлен назад и вниз, иначе на таком крыле и при таком угле атаки подъёмная сила не будет положительной.
...

Я понимаю о чем ты говоришь, и читал об этом тоже.

Вот люблю этот симулятор. https://physics.weber.edu/schroeder/fluids/

Тут я нарисовал в нем профиль в виде плоской кепки с длинным козырьком назад. Поставил рисовать плотность и силу. Пустил по потоку трэйсеры. Визуально никакого даунвоша не видать. А плотность над кепкой пониженная.
И вектор ПС на 2 часа.

Вообще глядя на трейсеры, создается впечатление, что они (частицы) отскакивают от передней кромки вверх, как-бы перелетают область над профилем, тем самым создавая понижение давления в этой области.

А еще нашел интересный эффект. Нарисовал тапок-шлепанец. ПС есть.
Стер подошву. ПС нет! :)

[Urry1]

Так а смысл тогда шлифовать крыло? Можно сделать треугольный короткий носок, а за ним обычную плоскую пластину. Отрывающийся пузырь по теории должен всё равно создавать разрежение. А угол атаки создаст скос ( отклонение ) потока. Как вы на это смотрите?

[lop]

Сообщение от Urry1

Так а смысл тогда шлифовать крыло? Можно сделать треугольный короткий носок, а за ним обычную плоскую пластину. Отрывающийся пузырь по теории должен всё равно создавать разрежение. А угол атаки создаст скос ( отклонение ) потока. Как вы на это смотрите?

Подъёмная сила будет, раз будет отклонение потока. Для того, чтобы на тело действовала подъёмная сила, то бишь не равная нулю проекция полной силы, поперечная к изначальному направлению обтекающего тело потока, достаточно этого самого отклонения потока. При этом не важно даже, является ли поток сплошной (неразрывной) средой, а тело - хорошо обтекаемым. Просто разговоры о причине возникновения подъёмной силы, и связанные с этим мифы обычно ведутся в неявном предположении о том, что подъёмная сила возникает только на крыле, а потому "секрет" её появления ищется в особых, отличных от прочих тел, свойствах формы крыла. Тогда как на самом деле в самом возникновении подъёмной силы никаких особых секретов нету, форма крыла лишь способ добиться большего, чем у прочих тел, отношения величины подъёмной силы к сопротивлению.

Сообщение от Urry1

Только лишь с углом атаки, и очень ограниченным.

Подъёмная сила на пластине будет иметь место при любых углах атаки, кроме 0° и 90°.

И больше за счёт давления потока на нижнюю поверхность.

От этого она не перестаёт быть подъёмной.

Возьмите себе абсолютно плоский фин и покатайтесь с ним. Почувствуйте разницу.

Ну, брал, катался. Если ехать быстро и не слишком остро, то вполне себе плавник. В заездах на скорость почти такие и ставят.

Можете и гидрофойл плоским сделать, будет ещё нагляднее. Изменение тангажа на пару градусов и сразу он перестанет работать. Если вообще начнёт... самолёт можайского был с плоским крылом, с углом атаки. Он не летал. Не из-за крыла, а технологий не хватило. Но тем не менее, потом пришли к профилю, созданному природой— как у птиц.

Да ладно, пару градусов. Градусов до 7-8 вполне нормально пластина работает, на малых скоростях даже лучше обычных крыльев. У передней кромки отрыв возникает, в виде небольшой застойной зоны, за которой поток снова течёт вдоль поверхности.
Кстати, именно для подводных крыльев самолётные профиля "как у птиц" подходят плохо, вентиляция/кавитация на них начинается на заметно меньшей скорости, чем у специальных, для ПК, профилей.

1. Не надо рассматривать поток как трубочку...

Не надо. Никто не сомневается в справедливости закона Бернулли. Просто его справедливости недостаточно для создания подъёмной силы. На асимметричное крыло при угле нулевой подъёмной силы тоже действует закон Бернулли, но подъёмной силы не создаёт.

2. Про плоскую пластину. Поместите пластину в течение реки под углом к течению. И бросьте лёгкий плавучий предмет у переднего края пластины. Он будет вращаться на « подветренной стороне» пластины или доски. Эффект « подсасывание». А с « наветренной» стороны давление обычное, что и смещает пластину в «подветренную» сторону. Плюс ещё отклонение потока действует, добавляя давления на « наветренную» сторону.

И что? Подъёмная сила-то на пластине образуется, не смотря на её "плоскоту".

Лёгкий плавучий предмет у переднего края пластины при малых углах (< 5-7°) не будет вращаться, его сразу унесёт потоком. На больших углах вращаться будет, но тоже будет двигаться вдоль пластины по потоку. На "наветренной" стороне пластины, как и на "подветренной" давление не будет "обычным", оно будет переменным вдоль обеих поверхностей пластины и зависеть от угла атаки. И закон Бернулли действует с той и с другой стороны. Даже если пластину поставить строго поперёк потока, то на ней будет возникать небольшая подъёмная сила, переменная во времени и меняющая направление, хотя на первый взгляд (и по закону Бернулли) такого быть не должно.

3. Если обтекаемость тела не обязательна, то почему палка не летит?

Палка? Ещё как летит. Даже деревья летят, если ветер посильнее случится.

Беспорядочное огибание кривой поверхности тела разбивает поток на множество микропорывов, как пена после обрушившейся волны. Беспорядочное движение воздуха не может создать подъёмную силу.

Разумеется может, просто и подъёмная сила будет "беспорядочная".

Почему существует явление « штопор», или сваливание? Потому что обтекание нарушено. А самолёт летит вниз плашмя на пузе и имеет охеренный импульс снизу.
...

И подъёмная сила на его крыльях имеецо. Просто её величины не достаточно для компенсации веса самолёта, ещё более охерненного - скорость потока мала.

Ну, прочее вообще к механизму создания подъёмной силы отношение имеет слабое, только к её величине.

Сообщение от ALEX3M

1. Таким образом вы обьясняете причину возникновения пс на несимметричном профиле?

Причина, что на симметричном, что на несимметричном одна и та же - отклонение потока.

2.Можете объяснить, почему ПС в передней части, гораздо бодьше, , несмотря на то, что скорости на разных участках отличаются намного меньше?

Гораздо больше, намного меньше... Поставь парус мачтой назад и задней шкаториной вепрёд и "ПС" в передней части станет меньше, чем в задней. Строго говоря, ПС действует не на разные части крыла, а на крыло в целом. А на части крыла действует (локальное) давление р, которое зависит от (локальной) скорости v как р = A*v² + Б (спасибо Бернулли), А и Б - константы (для рассматриваемых скоростей). То есть, скорость меняется вдвое, а давление (и создаваемая им часть ПС) - вчетверо. Это гораздо больше, или не гораздо?

[ALEX3M]

Сообщение от lop

Причина, что на симметричном, что на несимметричном одна и та же - отклонение потока.

Гораздо больше, намного меньше... Поставь парус мачтой назад и задней шкаториной вепрёд и "ПС" в передней части станет меньше, чем в задней. Строго говоря, ПС действует не на разные части крыла, а на крыло в целом. А на части крыла действует (локальное) давление р, которое зависит от (локальной) скорости v как р = A*v² + Б (спасибо Бернулли), А и Б - константы (для рассматриваемых скоростей). То есть, скорость меняется вдвое, а давление (и создаваемая им часть ПС) - вчетверо. Это гораздо больше, или не гораздо?

Я не спрашиваю про общую картину, а про причину.
И где вы на крыле нашли отличие скоростей обтекания в 2 раза?

[lop]

Сообщение от ALEX3M

Я не спрашиваю про общую картину, а про причину.

Если "отклонение потока" непонятно, то пусть будет несимметрия обтекания тела. Так понятней?

И где вы на крыле нашли отличие скоростей обтекания в 2 раза?

2 - просто для примера. Пусть скорость потока перед крылом - 10м/с. В критической точке на передней кромке, где поток разделяется, скорость равна нулю. А где-нибудь в точке на поверхности скорость потока равна... ну пусть те же 10м/с. То есть, скорости в двух точках будут отличаться в 10/0= сумашедшее число раз.

[Urry1]

А, ну да, логично. Любое воздействие на поверхность крыла или любого предмета можно назвать подъёмной силой, вопрос в силе воздействия, или отношения У/Х.
На малых скоростях обычная пластина работает лучше? Да ну. Обоснуйте. На малых скоростях на профильном крыле зоны застоя даже не возникает.
Никому не навязываю, но при одних скоростях ПС образуется за счёт кривизны верхней обшивки, через разрежение газа, при других она прирастает при отклонении потока.
Плоский— вполне себе плавник, и оговорка есть, если остро не кататься.. нет уж, он не плоский, он у гонщиков имеет профиль. Такой, чтоб Х меньше было. А совершенно плоский в спинаут легче срывается.
Про Профиль ПК согласен, у воды вязкость и плотность другие. Только отличия не сильно различимы. Мне нравится профиль Вальхнера. Но надо ещё поэкспериментировать.

[ALEX3M]

Сообщение от lop

Если "отклонение потока" непонятно, то пусть будет несимметрия обтекания тела. Так понятней?


2 - просто для примера. Пусть скорость потока перед крылом - 10м/с. В критической точке на передней кромке, где поток разделяется, скорость равна нулю. А где-нибудь в точке на поверхности скорость потока равна... ну пусть те же 10м/с. То есть, скорости в двух точках будут отличаться в 10/0= сумашедшее число раз.

1. никак не понятней.
2. Распределение ПС на крыле может отличаться в 4 раза. а скорости потока- до 2 - раз не дотягивают.
В точке разделения потока давление не интересует.
обсуждается движение потока дальше по профилю.
Там ПС отличается в разы, а скорость почти постоянна.

[lop]

Сообщение от Urry1

А, ну да, логично. Любое воздействие на поверхность крыла или любого предмета можно назвать подъёмной силой, вопрос в силе воздействия, или отношения У/Х.
На малых скоростях обычная пластина работает лучше? Да ну. Обоснуйте.

...

Лехко:

[mm7]

Сообщение от Urry1

Так а смысл тогда шлифовать крыло? Можно сделать треугольный короткий носок, а за ним обычную плоскую пластину. Отрывающийся пузырь по теории должен всё равно создавать разрежение. А угол атаки создаст скос ( отклонение ) потока. Как вы на это смотрите?

Пробовать надо.
Это же, хоть и довольно реалистичный, но симулятор.

Вообще у водоизмещающих лодок делают срезанный транец, вместо длинного сужающегося "хвоста". Вода отрывается от транца и все равно повторяет форму несуществующего "хвоста". А трения нет.