Hissi aerodynamiikkaa on komponentti voimien kokenut elin liikkeessä on neste , joka kohdistuu kohtisuoraan suuntaan liikkuvan ( suhteellinen tuuli ). Tämä koskee aerodyynejä (ilmaa tiheämpiä laitteita).
Ilmavirtaan (tai vesivirtaan) sijoitettu kappale altistuu aerodynaamiselle (tai hydrodynaamiselle ) voimalle. Analyysia varten tämä voima jaetaan suhteellisen tuulen suuntaiseen komponenttiin : vastus (ks. Myös Aerodynamiikka ) ja suhteelliseen tuuleen kohtisuoraan komponenttiin: hissi.
Liikkeessä oleva siipi (liike oletetaan tässä vaakasuorassa) heijastaa tietyn ilmamassan alaspäin. Tämä näkyy vasemmalla olevasta animaatiosta: Tässä animaatiossa ilmahiukkasten nopeudet esitetään:
On nähtävissä, että ilmapartikkelit lähtevät profiilista alaspäin, vaikka ne lähestyisivät profiilia tietyn (vähemmän merkittävän) ylöspäin suuntautuvan liikkeen.
Kuvassa "vertailukehyksessä" on myös nähtävissä, että hiukkasten välttävä liike (ne liikkuvat profiilin välttämiseksi) on merkitty enemmän profiilin yläpuolelle kuin alapuolelle.
Mukaan Newtonin kolmannen lain , "mikä tahansa elimen suorittama voiman on elin B käy läpi voima yhtä suuri intensiteetti, samaan suuntaan, mutta vastakkaiseen suuntaan, kohdistaa runko-B". Jos A on siipi ja B on ilma, siipi kokee voiman reagoimaan ilmamassan liikkeeseen siiven siirtymisen vuoksi. Kun ilma heijastuu alapuolelta, siipi kokee ylöspäin suuntautuvan voiman.
Ilmassa liikkuva siipi voi heijastaa tämän ilman sen kahden kasvon ansiosta:
Alemmat kasvot (intrados)Positiivinen esiintyvyys (kohtauskulma) liikkuvan siiven merkitsee sitä, että sisäpinnan (alapinta) ennustetaan tapaus ilma alaspäin, luoda yli-paine sisäpintaa ja siksi ylöspäin suuntautuvan voiman..
Yläpinta (extrados)Coandă-vaikutus selittää viskositeettinsa vuoksi, että kuperan profiilin kohtaavan liikkuvan ilman massa seuraa tämän profiilin pintaa; Ilmavirta pysyy "jumissa" siiven pinnalla. Ilmamassa seuraa siiven profiilia ja heijastuu alaspäin.
Tämä vain pysyy voimassa rajoitetun esiintyvyys . Tietyn hyökkäyskulman ulkopuolella ilmavirrat irtoavat yläpinnasta ja hissi käytännössä häviää, se on pilttuu .
Suurempi ilman nopeus yläpinnalla luo tyhjiön, joka vetää siiven ylöspäin. Alempi ilman nopeus alemmalla pinnalla aiheuttaa ylipaineen, joka myös työntää siiven ylöspäin. Yläpinnan alipaine aiheuttaa tyypillisesti kaksi kertaa niin suuren nostovoiman kuin alipinnan ylipaine.
Yleinen virhe on uskoa, että ilmapartikkelit kiihtyvät, koska yläpinnan kupera muoto luo pidemmän reitin yläosaan ja siiven yli ja siiven läpi kulkevien ilmapartikkeleiden on päädyttävä samanaikaisesti yläosaan. siipi.
Todellisuudessa yläpinnan hiukkasten nopeus on paljon suurempi kuin se, joka johtuisi pidemmästä matkasta, ja joka tapauksessa kahdella kuvan vasemmalta puolelta vasemmalle jääneellä ilman hiukkasella ei ole mitään syytä joutua samalla siiven takareunalla, kun he ovat seuranneet profiilia joko ylhäältä tai alhaalta. Voimme jopa huomata vasemmalla olevassa animaatiossa, että ylemmät mustat pisteet melkein saavuttavat edellisen "mustan pystysuoran kehosta pois", ts. että virtaus yläpintaa pitkin on melkein kaksi kertaa nopeampi yläpinnalla kuin alapinnalla ...
Oikealla oleva animaatio (otettu vasemmalta) osoittaa profiilin kulun aikaisemmin ilmaviipaleena edelleen. Havaitsemme, että ilmalohkon kaksi osaa on omistettu sen jälkeen, kun profiili on kulunut tietyllä laskunopeudella (tässä hyvin alhainen, koska animaatio on hidas liike), joten yhteensä tietty määrä alaspäin suuntautuvia liikkeitä. Tämä liikkeen määrä välitetään muille ilmapartikkeleille askel askeleelta ylöspäin planeetan pintaan (kun hiukkaset välittävät liikkeen määrän, niiden nopeus pienenee suhteellisesti, vaikka liikkeen määrä olisi olemassa. Aina).
Ääniäänen alapuolella suuren kuvasuhteen siiven nousu on verrannollinen ilman kiertoon tämän ympärillä (ks . Kutta-Jukowskin lause ). Se on Kutta ehto , joka määrää arvon liikkeeseen siten, että ei ole ääretön nopeus takareunan .
Pystysuora hissi on newtonia (N), joka siipi on:
kanssa:
Tämä ulottuvuusanalyysistä saatu ja identtinen vastuksen kaava on pätevä kaikissa yhtenäisissä yksikköjärjestelmissä. Huomaa, että siinä ei sanota, että hissi on tarkalleen verrannollinen nopeuden neliöön. Vain testit voivat vahvistaa sen tai kieltää sen tietyssä tapauksessa. Se määrittelee yhdenmukaisen kehyksen näiden testien tulosten ilmaisemiseksi, dimensioton kerroin määritellään muiden dimensiottomien lukujen funktiona.
Dimensiottomien numeroiden, kuten venymän, lisäksi, jotka ilmaisevat geometrisen samankaltaisuuden, on dimensiottomia lukuja, jotka ilmaisevat fyysisen samankaltaisuuden. Hyödyllisin luku hissiin on Mach-luku, joka kuvaa kokoonpuristuvuuden vaikutuksia . Reynoldsin luku , joka ilmaisee vaikutukset viskositeetin näyttelee yhtä tärkeä rooli nosta kuin drag.
Kirjoitamme yleisemmin F z = q SC z , q on dynaaminen paine , S on vertailupinta ja C z nostokerroin. Tämä yleistää kaikki aerodynaamiset kertoimet :
- Nosto = nosto = q SC L (hissi on kohtisuorassa nopeusvektoriin nähden)
- Vedä = vedä = q SC D (vastus on samansuuntainen nopeusvektorin kanssa)
- symmetriatason hissille meillä on F z ja C z
- sivuttaiselle nostolle F y ja C y ,
- vetolle F x ja C x .
Nesteelle, joka reagoi jatkuvan väliaineen likiarvoon , toisin sanoen jossa pidetään nestemäisiä hiukkasia, joiden koko on suurempi kuin molekyylien, mutta riittävän pieni sallimaan differentiaalien käytön , nesteiden mekaniikan yleiset yhtälöt ovat Navier- Stokes-yhtälöt . Ohuen profiilin nostoon liittyvissä ongelmissa viskositeetti ja turbulenssi ovat yleensä vähäisiä; neste pidetään siten täydellinen edellyttää paljon yksinkertaisempi Euler yhtälöt .
Näitä käsitellään yleensä nopeuspotentiaalivirtausteorialla ja erityisesti ohuiden profiilien teorialla .
Tämä kaava sisältää seuraavat parametrit:
Tämän formulaation etu on siinä, että aerodynaamiset kertoimet, joiden voidaan katsoa olevan vakioita, tietyssä kokoonpanossa ja tietyssä esiintyvyydessä. Tämä ei kuitenkaan ole aivan asia, se vaihtelee Reynoldsin ja Mach-luvun mukaan :
Tarkastellaan sylinteriä, jonka oletetun äärettömän pituinen pyöreä osa on kiinnitetty oletetun nopeuden U virtauksen yli vasemmalta oikealle: se yleensä vetää virtauksen suuntaan, jolla voi olla useita lähtöolosuhteita olosuhteista riippuen, mutta ei nouse kohtisuoraan virtaus (paitsi epäsymmetristen tai vuorottelevien pyörteiden tapauksessa ).
Jos sylinteriä pyöritetään akselinsa ympäri, sen kanssa kosketuksissa oleva viskoosi neste on mukana (liukumaton). Tuloksena on jokainen suora osa kiertämällä , joka on integroitu nesteen nopeuksiin sen kehällä. Jos sylinteri pyörii taaksepäin, virtaus vääristyy siten, että nopeus korkeimmassa pisteessä lisää nopeutta ilman pyörimistä, kun se vähentää alimmassa pisteessä. Täten Bernoullin lauseen mukaan , kuten tässä pitäisi olla, oletettavasti puristamattoman nesteen tapauksessa alaosassa on ylipaineita ja yläosassa painumia. Se on esitetty nesteen mekaniikka , että hissi näin luotu on kohtisuorassa nopeusvektoriin virtauksen ja kannattaa yksikön pituutta kohden sylinterin, ρ ollessa nesteen tiheys:
L=ρUΓ{\ displaystyle L = \ rho \, U \, \ Gamma}Tämä tulos tunnetaan nimellä Kutta-Joukowsky-lause .
Konformisella muunnoksella (joka säilyttää kulmat) voimme muuntaa pyöreän osan sylinterin vakioprofiiliseksi siipeksi. Edellinen lause on edelleen voimassa, mutta fyysinen ongelma koskee levityksen alkuperää. Itse asiassa ei ole kysymys siiven kiertämisestä Magnus-efektin saamiseksi.
Kierron syntymisen ymmärtämiseksi hissin alkupäässä on huomattava, että virtauksella on kaksi pysäytyspistettä profiililla kuten aiemmin tarkastellulla ympyrällä. Liikenteen puuttuessa ylävirran pysäytyspiste sijaitsee lähellä etureunaa, kun taas alavirran pysähtymispiste sijaitsee lähellä yläpinnan takareunaa. Tuloksena on, että alapintaa seuranneen nestekierteen tulisi yhtäkkiä kääntyä takareunan kohdalla löytääksesi tämän alavirran pysähdyskohdan, mikä johtaisi äärettömiin nopeuksiin eikä ole kokemusten mukainen. Sitten syntyy kierto, joka työntää tämän pysähdyskohdan takareunaan: Kutta-tila varmistaa virran vakaan tasapainon kiinnittämällä verenkierron ainutlaatuisella tavalla.
Käyttämällä siipiä vertailuna nopeuksille voidaan nähdä, että virtaus on etureunassa, yläpinnassa, takareunassa, alemmassa pinnan suunnassa. Itse asiassa verenkierto säilyy luomalla vastakkaiseen suuntaan pyörre, joka "kaadetaan" vanavedessä ja liikkuu poispäin alavirtaan ennen katoamista viskoosin kitkan vaikutuksesta.
Emme muokkaa hissiä, jos korvataan profiili yksinkertaisella pyörröllä, jolloin siipi näkyy "linkitettyjen pyörteiden" viivana. Tämä hissi voidaan liittää myös virtaukseen, joka kulkee ylävirtaan ja alavirtaan.
Nostoa kuvataan kaavalla, joka on samanlainen kuin Magnus-vaikutukselle osoitettu. Kierto oli sitten verrannollinen sylinterille asetettuun pyörimisnopeuteen. Tässä Joukowsky-tila luo verenkierron, joka on verrannollinen suhteelliseen nopeuteen pois siipestä. Nosto on tällöin verrannollinen nopeuden neliöön, ja siksi lauseke on mahdollista laittaa formulaatiossa ilmoitettuun klassiseen muotoon ilman, että dynaaminen paine puuttuu millään tavalla tässä voimassa, joka on kohtisuorassa virtauksen yleiseen suuntaan.
Äärellisen siipien kärkivaipan kohdalla yllä kuvattu pyörreviiva ei voi pysähtyä äkillisesti siipikärjessä. Itse asiassa intradojen ylipaine suhteessa ekstradoihin johtaa tasaantumiseen siiven päässä suurten paineiden poikittaisvirtauksen kautta kohti matalia paineita, joko intradon ulkopuolta kohti ja yläpinnan sisäpuolta kohti .
Nämä liikkeet alkavat pyörteitä, jotka kehittyvät alavirtaan, vähenevällä voimakkuudella, kun siirrytään siiven päistä. Jonkin etäisyyden päässä takareunasta tämä pyörrejärjestelmä supistuu kahteen siipikärjen pyörteiden viivaan. Näiden kahden linjan ja siipiin yhdistetyn pyörteiden linjan yhdistelmä muodostaa hevosenkengän pyörrejärjestelmän .
Kosteassa ilmakehässä näiden pyörteiden alkupäässä oleva rentoutuminen voi aiheuttaa ilman kyllästymisen vedellä, josta aiheutuva lyhytaikainen kondensaatio voi joskus näyttää pyörteitä siipien päistä alkaen ( ns. "Ohikiitävä" contrail ). Tällaisten polkujen muodostumista edistävä edellytys on suuri esiintyvyys, joka esiintyy tiukkojen liikkeiden (taitolento tai esittelylennot) tai matalalla nopeudella (esimerkiksi lentokoneen laskeutumisvaihe) aikana.
Pyörteiden lohen siipiin luotu hissi . Tämä ilmiö johtuu alapinnan ja yläpinnan välisestä paine-erosta. Tämä herätysturbulenssi kuluttaa energiaa, mikä johtaa indusoituun vetoon (hissillä).
Siiven päissä tämän taipuman ja häiriöttömän ilman välinen epäjatkuvuus - siiven molemmin puolin - on marginaalisten pyörteiden alku .
Tarkoituksena siivekkeiden on vähentää näitä pyörteitä .
Tähän nostoon liittyvään vetoon on suositeltavaa lisätä rajakerroksen viskositeettiin liittyvä kitkavastus .
Hissi voidaan mitata Michell-tulpan kokemuksen ansiosta .