l
  • Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Temat nie został wyczerpany?
    Zapraszamy na Forum Naukowy.pl
    Jeśli posiadasz konto w serwisie Facebook rejestracja jest praktycznie automatyczna.
    Wystarczy kilka kliknięć.

    Siła nośna



    Podstrony: [1] 2 [3]
    Przeczytaj także...
    Mechanika płynów (ang. fluid mechanics) - dział mechaniki ośrodków ciągłych zajmujący się analizą ruchu płynów. Przez płyny rozumie się tutaj zarówno ciecze jak i gazy. Rozwiązaniem zagadnień mechaniki płynów zwykle jest określenie własności płynu (takich jak gęstość, temperatura) i własności danego przepływu (podanie pola prędkości, ciśnienia), w zależności od współrzędnych przestrzennych i czasu.Stępka – główny wzdłużny element konstrukcyjny szkieletu statku wodnego. Stępka występuje w postaci belkowej i płaskiej. Na stępce opierają się wręgi, a na żaglowcach w nadstępkach także pionowe maszty.
    Profile lotnicze[ | edytuj kod]

    Elementy nośne (skrzydła samolotów, łopaty wirników śmigłowców) kształtuje się tak, by osiągnąć wymagane właściwości, między innymi jak największą siłę nośną, przy możliwie najmniejszej sile oporu w określonych warunkach lotu. Ich przekroje wzdłużne, zwane profilami lotniczymi są przedmiotem opracowań teoretycznych i badań doświadczalnych.

    Wszechświat – wszystko, co fizycznie istnieje: cała przestrzeń, czas, wszystkie formy materii i energii oraz prawa fizyki i stałe fizyczne określające ich zachowanie. Słowo „wszechświat” może być też używane w innych kontekstach jako synonim słów „kosmos” (w rozumieniu filozofii), „świat” czy „natura”. W naukach ścisłych słowa „wszechświat” i „kosmos” są równoważne.Bracia Orville Wright (ur. 19 sierpnia 1871, zm. 30 stycznia 1948) i Wilbur Wright (ur. 16 kwietnia 1867, zm. 30 maja 1912), amerykańscy pionierzy lotnictwa. Uważani są powszechnie za konstruktorów pierwszego udanego samolotu.

    Dla większości profili przy niezbyt dużych kątach natarcia α, poniżej 0,25 radiana (około 15°), współczynnik siły nośnej można wyrazić wzorem: C_z = 2m( \alpha - \alpha_0)

    gdzie: m - współczynnik zależny tylko od kształtu profilu, dla profili lotniczych wynoszący około 3, α - kąt natarcia \alpha_0 -kąt natarcia, dla którego siła nośna jest równa zero.

    Po przekroczeniu pewnego kąta, zwanego granicznym, współczynnik siły nośnej zaczyna spadać. Przyczyną spadku siły nośnej, a także wzrostu oporu jest odrywanie się strug powietrza od powierzchni profilu, w której stronę skierowana jest siła nośna. Maksymalne wartości współczynnika C_z osiągają 1,4-1,7.

    Opór aerodynamiczny - składowa wektora siły aerodynamicznej równoległa do kierunku ruchu ciała względem płynu (w szczególności powietrza) i skierowana zawsze przeciwnie do kierunku ruchu ciała. Siła aerodynamiczna powstaje podczas ruchu ciała w płynie; gdy ruch ciała ustaje, siła oporu zanika. Opór aerodynamiczny traktować można jako rodzaj siły biernej, przyłożonej do poruszającego się ciała.Żagiel – rodzaj pędnika wiatrowego stosowanego do napędów żaglowców, jachtów, bojerów, żaglowozów itd. Jest to odpowiednio ukształtowany płat tkaniny (ew. innego tworzywa) rozpięty na omasztowaniu jednostek żaglowych, stawiany fałami, a kierowany szotami lub brasami (wszystko najczęściej przy użyciu wielu lin pomocniczych). Zespół żagli tworzy ożaglowanie jednostki i służy do napędzania jej. Pierwotnie żagle były szyte z brytów tkaniny (bawełna, dacron, nylon, kevlar), obecnie stosuje się też inne metody wytwarzania żagli (laminowanie, klejenie). Żagle podzielić można według kształtu, abstrahując od rodzaju ożaglowania, na trójkątne i czworokątne.

    Istnieją olbrzymie zbiory danych określające charakterystyki zmienności C_z różnych profili w funkcji kąta natarcia, co pozwala na obliczenie siły nośnej każdego klasycznego skrzydła.

    Powstawanie siły nośnej[ | edytuj kod]

     Osobny artykuł: powstawanie siły nośnej.

    Ogólne wnioski na podstawie zasad dynamiki Newtona[ | edytuj kod]

    Siła nośna powstaje gdy ciało poruszające się względem płynu zmienia całkowitą ilość ruchu ( pęd ) otaczającego to ciało płynu w kierunku prostopadłym do tego ruchu.

    Supermarine Spitfire — brytyjski, jednomiejscowy myśliwiec zbudowany w wytwórni Supermarine w Southampton w Anglii. Jeden z najsłynniejszych używanych podczas II wojny światowej samolotów bojowych, na którym walczyli również Polacy.Turbina (z łac. turbo, burza, trąba powietrzna) – silnik przepływowy wykorzystujący energię przepływającego płynu do wytwarzania energii mechanicznej. Elementem wirnika oddziałującym z płynem są specjalnie ukształtowane łopatki.

    Ciało działa wtedy na płyn siłą określoną przez drugą zasadę dynamiki. Płyn w reakcji działa na opływane ciało siłą o takiej samej wartości ale przeciwnym zwrocie (trzecia zasada dynamiki).

    Siła ta jest bezpośrednio wynikiem ciśnień, występujących na powierzchni ciała. Ciśnienia te na skutek ruchu są różne dla różnych punktów tej powierzchni, a siła nośna jest składową sumy wektorowej wszystkich elementarnych sił, wynikających z działania ciśnień na odpowiadające im elementarne powierzchnie ciała.

    Powierzchnia to dwuwymiarowy odpowiednik pojęcia krzywej. Także potoczne określenie pola powierzchni (np. mówiąc o "powierzchni w km²" mamy na myśli właśnie pole powierzchni).Przepływ - ruch płynu, podstawowe pojęcie z zakresu kinematyki płynów. W ujęciu ogólnym przepływ można scharakteryzować tzw. metodą Eulera przez podanie pola prędkości płynu, czyli zależności prędkości od współrzędnych przestrzennych i czasu.

    Jeżeli zmiana ruchu płynu następuje w kierunku prostopadłym do kierunku ruchu ciała względem płynu, to z zasad dynamiki wynika: m\cdot V_z=P_z\cdot t

    gdzie: Pz - siła nośna m – masa płynu, którego prędkość uległa zmianie, V_z – średnia zmiana prędkości płynu w kierunku prostopadłym do ruchu ciała. t - czas

    Nie znając 'm' ani 'V_z' nie można z tego wzoru obliczyć siły nośnej. Można jednak oszacować jakiego rzędu jest wielkość obszaru płynu, który bierze udział w jej powstawaniu. W czasie ‘t’ przez obszar ten przepływa masa płynu ‘m’, a zatem biorąc pod uwagę poprzednią zależność:

    Samolot – statek powietrzny cięższy od powietrza (aerodyna), utrzymujący się w powietrzu dzięki wytwarzanej sile nośnej za pomocą nieruchomych, w danych warunkach względem statku, skrzydeł. Ciąg potrzebny do utrzymania prędkości w locie poziomym wytwarzany jest przez jeden lub więcej silników.Ster – ruchome urządzenie będące częścią jednostki pływającej lub statku powietrznego (patrz: powierzchnie sterowe samolotu), służące zarówno do utrzymywania jak i do zmiany kierunku ruchu. Działanie steru zmienia kątową orientację jednostki w przestrzeni.
    {m\over t} = {P_z \over V_z}
    Lądujący prom kosmiczny, widoczna wywołana siłą nośną kondensacja pary wodnej w obszarze niskiego ciśnienia nad skrzydłem, jak również rdzenie swobodnych wirów brzegowych

    - można ocenić, że – dla przykładu - dla samolotu o wadze setek ton lecącego z prędkością kilkuset km/h i przy stosunku prędkości 'V_z' do prędkości lotu rzędu bezwymiarowej miary kąta natarcia, czyli 0.1, masa powietrza, której pęd ulega zmianie prostopadłe do kierunku lotu – jest rzędu dziesiątek ton na sekundę, co odpowiada dziesiątkom tysięcy metrów sześciennych powietrza na sekundę.

    Dynamika płynów – dział mechaniki płynów zajmujący się ruchem płynu (czyli cieczy lub gazu), a w szczególności siłami powodującymi ten ruch.Wirnik, (rotor) - element maszyny lub mechanizmu, który w czasie pracy wiruje wokół stałej osi. Najczęściej stosowany w pompach, sprężarkach, wentylatorach, dmuchawach, maszynach elektrycznych, silnikach, prądnicach i turbinach.

    Siła działająca na ciało poruszające się w płynie zależy zatem nie tylko od bezpośredniego otoczenia ciała, ale od obszaru płynu znacznie większego od rozmiarów poruszającego się ciała.

    Gdyby zmiana prędkości ’V_z’ polegała na przyroście modułu tej składowej od zera do 'V_z’, za skrzydłem pozostawał by poruszający się w kierunku prostopadłym do wytwarzanej siły nośnej z prędkością ‘V_z’ strumień powietrza, którego masa powiększała by się w każdej sekundzie o ‘m’. Ten przyrost energii kinetycznej płynu stwarzałby opór indukowany przez siłę nośną określony (w przybliżeniu) zależnością:

    Profil lotniczy – obrys przekroju skrzydła samolotu, łopaty śmigła itp. w płaszczyźnie prostopadłej do osi biegnącej wzdłuż rozpiętości skrzydła (lub promienia śmigła czy wirnika). Cechą charakterystyczną profilu lotniczego jest zdolność do efektywnego wytwarzania siły nośnej pod wpływem powietrza opływającego profil (płat).Skrzydło samolotu (płat nośny) – zespół płatowca, jeden z głównych elementów konstrukcyjnych stałopłatów (samolotów, szybowców) służący do wytwarzania siły nośnej. W przekroju skrzydło ma kształt profilu lotniczego. Na krawędzi skrzydła umieszczone są lotki i często urządzenia do zwiększenia siły nośnej (sloty, klapy). Skrzydło tworzy często zespół konstrukcyjny w skład którego mogą wchodzić gondole silnikowe, podwozie, zbiorniki paliwa oraz pomieszczenia na ładunek użytkowy.
    P_xi = {P_z\cdot V_z\over V}

    Doświadczenia, tak jak i rezultaty rozważań aerodynamiki teoretycznej wskazują jednak, że tak nie jest: opór indukowany jest zależny od wydłużenia skrzydła i dla dużych wydłużeń jest zdecydowanie mniejszy, natomiast dla wydłużenia nieskończenie dużego zdąża do zera.

    Wynika z tego, że zmiana ruchu powietrza nie polega tylko na wytwarzaniu przez skrzydło podmuchu w stronę przeciwną do siły nośnej (ang. 'downwash'), lecz także albo w przeważającej mierze na zmianie kierunku przepływu, czyli zmianie zwrotu prostopadłej do kierunku ruchu profilu składowej prędkości.

    Płyn idealny (płyn doskonały) (ang. ideal fluid) – płyn nielepki, w którym nie występują naprężenia ścinające i transport ciepła, a którego własności zależą jedynie od gęstości i ciśnienia. Model płynu doskonałego można w niektórych sytuacjach stosować do przybliżonego opisu powolnego przepływu cieczy o małej lepkości i gazów, choć wskazana jest daleko idąca ostrożność w tym zakresie.Program Apollo – seria amerykańskich lotów kosmicznych przygotowywanych od roku 1961 zrealizowanych w latach 1966-1972. Celem programu było lądowanie człowieka na Księżycu, a następnie jego bezpieczny powrót na Ziemię. Zadanie zostało zrealizowane w 1969 roku, w czasie misji Apollo 11. Program był kontynuowany do roku 1972 w celu przeprowadzenia dokładniejszej naukowej eksploracji Księżyca. Całkowity koszt programu wyniósł 25,4 miliarda dolarów. Ilość pozyskanego i dostarczonego na Ziemię materiału to 381,7 kg.

    Powietrze przed profilem ma już zatem tę składową (ang. 'upwnwash') o zwrocie takim, jaki ma siła nośna, natomiast za profilem - składową o tym samym kierunku lecz o przeciwnym zwrocie.

    Teoria ruchu płynu opływającego ciało[ | edytuj kod]

    Ruch opływającego ciało płynu opisuje mechanika płynów, stosująca zasady Newtona i prawa termodynamiki już do elementów płynu poruszającego się w określonym warunkami brzegowymi obszarze. Rozwiązanie jej ogólnych równań, a tym samym wyznaczenie prędkości, ciśnień, gęstości i temperatury płynu w funkcji współrzędnych i czasu uznaje się za jeden z najważniejszych problemów współczesnej fizyki.

    Pęd w mechanice – wektorowa wielkość fizyczna opisująca mechanikę, a więc ruch i oddziaływania obiektu fizycznego. Pęd mogą mieć wszystkie formy materii, np. ciała o niezerowej masie spoczynkowej, pole elektromagnetyczne, pole grawitacyjne.Śmigło – urządzenie napędowe, przetwarzające energię w postaci momentu obrotowego na pracę ciągu. Zamiana ta jest efektem oddziaływania śmigła na ośrodek go opływający (w zastosowaniach lotniczych – powietrze). Po raz pierwszy zostało użyte jako śruba okrętowa do napędzania statków, a począwszy od 1903 roku służy do napędu statków powietrznych (do napędu sterowców szkieletowych od 1900 roku).

    Zastosowanie komputerów o dużych mocach obliczeniowych pozwala obliczyć cyfrowo parametry płynu z dostateczną dokładnością w wymaganym obszarze i określić na przykład działające na konstrukcję samolotu ciśnienia i temperatury płynu, co pozwala także określić wszystkie interesujące siły i momenty.

    Metody cyfrowe stosowane są przy obliczeniach dotyczących samolotów o wysokich osiągach lub niekonwencjonalnych konfiguracjach.

    Siła aerodynamiczna – siła wywierana na ciało przez powietrze lub inny gaz, w którym ciało jest zanurzone, będąca wynikiem ruchu ciała względem gazu lub cieczy. Siła wynika z dwóch przyczyn:Atmosfera — gazowa powłoka otaczająca planetę o masie wystarczającej do utrzymywania wokół siebie warstwy gazów w wyniku działania grawitacji. Ta definicja stosuje się do planet skalistych i księżyców. W przypadku gazowych olbrzymów, takich jak Jowisz, oraz gwiazd (por. atmosfera słoneczna) terminem atmosfery określa się tylko zewnętrzne (przezroczyste) warstwy gazowej powłoki, z których promieniowanie dociera bezpośrednio do obserwatora.

    Analityczne metody aerodynamiki klasycznej, przedstawione w skrócie w artykule powstawanie siły nośnej, oparte na pracach Żukowskiego, Kutty, Czapłygina, Prandtla z pierwszych lat XX wieku mają jednak nie tylko znaczenie historyczne i dydaktyczne. Stosowane są szeroko tak przy tworzeniu i optymalizacji konstrukcji klasycznych, jak i zawsze tam, gdzie potrzebne jest „inżynierskie” i wręcz intuicyjne rozumienie związanych zjawisk fizycznych.

    Ziemia (łac. Terra) − trzecia, licząc od Słońca, a piąta co do wielkości planeta Układu Słonecznego. Pod względem średnicy, masy i gęstości jest to największa planeta skalista Układu Słonecznego.Ciało (ciało fizyczne) – termin fizyki i innych dziedzin nauki, oznaczający zbiór cząstek o niezerowej masie spoczynkowej, traktowany jako całość. W odróżnieniu od ciała fizycznego posiadającego niezerową masę spoczynkową, zbiór cząstek o masie spoczynkowej zerowej (będący nośnikiem oddziaływań grawitacyjnych lub elektromagnetycznych) stanowi pole fizyczne. Określenie ciało fizyczne jest podstawowym pojęciem używanym w definicjach i prawach fizycznych w mechanice klasycznej jak i kwantowej, elektrodynamice i innych. Zastępuje słowa: materia, bryła, organizm, obiekt astronomiczny, przedmiot itp.

    Mechanizm powstawania siły nośnej[ | edytuj kod]

    Rys.2 Szkic opływu profilu
    Rys.3 Szkic opływu profilu na początku ruchu, bez cyrkulacji
    Rys.4 Szkic nieustalonego opływu profilu
    Rys.5 Szkic opływu profilu z cyrkulacją

    W przypadku płynu doskonałego i przepływu płaskiego, co odpowiada nieskończenie dużemu wydłużeniu skrzydła, moduły składowych ‘V_z’( o których mowa w punkcie „Ogólne wnioski na podstawie zasad dynamiki Newtona”) są w stanie ustalonym identyczne. W tym przypadku różnica całkowitej ilości ruchu przepływającego płynu w kierunku prostopadłym do kierunku niezakłóconego przepływu między płaszczyzną X1-X1 a X2-X2 (rys.2) powoduje (za pośrednictwem ciśnienia płynu) powstanie siły nośnej. Wartość tej siły przy opływie cieczą doskonałą z prędkością dużo niższą od prędkości dźwięku dana jest teoretycznym wzorem Żukowskiego dla profilu Żukowskiego:

    Kąt natarcia – jest to (umowny) kąt pomiędzy kierunkiem strugi napływającego powietrza, a cięciwą powierzchni nośnej (skrzydła) lub płata wirnika. Kąt natarcia ma kluczowy wpływ na powstawanie siły nośnej działającej na skrzydło i odpowiedzialnej za unoszenie się samolotu w powietrzu.Miecz nazywany dawniej też szwert lub szwerta – ruchomy płat nośny, element konstrukcyjny żaglowych jednostek pływających. Dzięki swoim własnościom hydrodynamicznym umożliwiający żeglugę kursami ostrymi. Zadaniem miecza jest ograniczanie znoszenia bocznego (dryfu) jednostki przy wietrze innym niż prosto z rufy.
    P_z = C_z\cdot{\rho V^2\over 2}\cdot S C_z = 2\pi\cdot \alpha

    Obliczenie energii płynu w płaszczyznach X1-X1 i X2-X2 wskazuje, że w przypadku cieczy doskonałej i przepływu płaskiego nie zachodzi zmiana energii cieczy na skutek generowania siły nośnej, czyli brak powodowanego w ten sposób oporu.

    Dla innych profili i płynów takich, jak powietrze i woda, wartości współczynnika Cz są w rzeczywistości zbliżone.

    Przepływ wokół profilu wytwarzającego siłę nośną charakteryzuje się powstaniem szczególnych pól ciśnień i prędkości, przy czym pole prędkości musi mieć różną od zera cyrkulację.

    Płyn – każda substancja, która może płynąć, tj. charakteryzuje się wielką łatwością zmieniania wzajemnego położenia poszczególnych elementów nawet dla niewielkich sił, w przeciwieństwie do ciał stałych, które przy niewielkich siłach wykazują proporcjonalność odkształcenia do naprężeń. W wyniku czego płyn może swobodnie przemieszczać się (przepływać).

    Na poglądowym szkicu (rys.2) przedstawiony jest przepływ płaski wokół profilu wytwarzającego siłę nośną. Pokazany jest tu układ ciśnień i związane z nim pole prędkości, które oznaczać się musi (gdy istnieje siła nośna) istnieniem cyrkulacji, będącej charakterystyczną cechą takiego pola prędkości, którego składową jest ruch okrężny; cyrkulacja jest wtedy sumą iloczynów składowej prędkości stycznej do pokazanej na rysunku niebieskiej obejmującej profil krzywej przez długości odpowiadających elementarnych odcinków tej krzywej (i jest taka sama dla każdej innej krzywej zamkniętej obejmującej ten profil). Pokazany na rys.2 przebieg linii prądu i rozkład ciśnień dotyczy stanu ustalonego.

    Bezpośrednio po rozpoczęciu ruchu z daną prędkością i kątem natarcia przepływ jest bezcyrkulacyjny i siła nośna nie występuje (rys.3). Taki przepływ jest jednak niestabilny; na krawędzi spływu zachodzi gwałtowna zmiana kierunku ruchu płynu, co prowadzi do formowania się tak zwanego wiru początkowego (rys.4), który w pewnym momencie odrywa się i oddala wraz z przepływem od profilu, w wyniku czego - jako swoista reakcja -wokół profilu pojawia się cyrkulacja i omówiony wyżej stan ustalony, charakteryzujący się między innymi tak zwanym "spływem na ostrzu", czyli gładkim przejściem krawędzi spływu profilu (rys.5). Ilość ruchu okrężnego wokół profilu, określona wartością cyrkulacji i proporcjonalnej do niej siły nośnej, ma ten sam moduł lecz przeciwny kierunek, jak ilość ruchu okrężnego oddalającego się wiru startowego.

    Każda zmiana prędkości lub kąta natarcia powoduje powstanie i oderwanie się wiru, zmniejszającego lub zwiększającego cyrkulację i siłę nośną.

    Pojęcie cyrkulacji ma istotne znaczenie dla zrozumienia procesu powstawania siły nośnej i jest też przydatne dla niektórych obliczeń; szczegółowiej ta sprawa omówiona jest w artykule powstawanie siły nośnej.

    Siła nośna płata o skończonym wydłużeniu[ | edytuj kod]

    Rys.6 Szkic powierzchni wirowej za płatem.
    Rys.7 Model układu wirów za płatem.
    Rys. 8 Wiry swobodne za skrzydłami samolotu transportowego. Wizualizacja przy pomocy dymu. Widoczny wirowy charakter smug, przy pełnym powiększeniu widać rdzenie wirów

    Doświadczenia wykazują, że w opływie płynem lepkim za płatem wytwarzającym siłę nośną występuje cienki obszar silnie zawirowanego płynu, który może być uważany za „powierzchnię wirową”. Rozdziela się ona w pewnej odległości od płata wzdłuż płaszczyzny symetrii i zwija w dwa tak zwane wiry krawędziowe. Suma wirowości po każdej stronie płaszczyzny symetrii, mierzona wartością cyrkulacji (oznaczonych kolorem czerwonym na rys.6), jest równa wartości cyrkulacji wokół profilu (oznaczonej kolorem zielonym na tym rysunku) w płaszczyźnie symetrii, gdzie cyrkulacja ta osiąga maksimum.

    Istnienie powierzchni wirowej - lub w przypadku modelu uproszczonego, gdzie zakłada się opływ cieczą doskonałą a powierzchnię wirową zastępuje w celu obliczeń układem wielu tzw. wirów podkowiastych (rys.7)- implikuje rozpraszanie energii w postaci energii kinetycznej wirów swobodnych. Powstaje zatem opór związany ze współczynnikiem siły nośnej, zwany oporem indukowanym. Dla płata nośnego mającego optymalny kształt obrysu zewnętrznego współczynnik oporu indukowanego wyraża się wzorem:  C_xi = {C_z^2 \over \pi\cdot \lambda} gdzie \lambda nazywa się wydłużeniem skrzydła i określone jest zależnością:  \lambda = {l^2\over S } gdzie:

  • l - rozpiętość skrzydła (odległość pomiędzy końcówkami),
  • S - pole jego powierzchni,
  • C_z – współczynnik siły nośnej
  • Mechanizm powstawania tego oporu pokazany jest graficznie na rys.7, gdzie niezdefiniowany wektor Viz to prędkość płynu przed płatem, indukowana przez wiry związane.

    Uzasadnia to stosowanie długich wąskich skrzydeł u szybowców i innych latających z wykorzystaniem dużych współczynników siły nośnej samolotów, a także wskazuje przyczynę, dla której współczesny wyczynowy jacht żaglowy ma smukły kil, miecz i ster - oraz wysokie i wąskie żagle. Przy pewnych założeniach dodatkowych minimalny dla danego wydłużenia opór indukowany uzyskuje się dla eliptycznego obrysu płata; taki obrys miał słynny w latach Drugiej Wojny Światowej myśliwiec Spitfire.

    Siła nośna przy prędkości naddźwiękowej[ | edytuj kod]

    Rys.10 Poglądowy szkic przedstawiający naddźwiękowy opływ płaskiego profilu wytwarzającego siłę nośną.

    Powstawanie siły nośnej przy prędkości naddźwiękowej wyjaśnia się (i w prostszych przypadkach oblicza) stosunkowo prosto na podstawie własności gazów doskonałych oraz fal uderzeniowych i rozrzedzeniowych. Współczynnik siły nośnej Cz jest tu też w przybliżeniu liniowo zależny od kąta natarcia, lecz jego pochodna względem tego kąta jest zdecydowanie mniejsza niż w przepływie z małymi prędkościami i szybko maleje wraz ze wzrostem prędkości.

    Popularne błędne objaśnienia powstawania siły nośnej[ | edytuj kod]

    Podstawowe teorie dotyczące siły nośnej zostały opracowane w pierwszych dziesięcioleciach XX wieku i wraz z szybko rozwijającymi się metodami badawczymi oraz danych doświadczalnych umożliwiających weryfikowanie teorii, stały się podstawą obliczeń i konstrukcji samolotów jako urządzeń technicznych.

    Jednocześnie jednak od początku istnienia lotnictwa fascynowało ono nie tylko szerokie rzesze ludzi, ale również angażowało uwagę popularyzatorów nauki. Powstało w związku z tym wiele nieprawidłowych objaśnień powstawania siły nośnej.

    Dwa najpopularniejsze opisano poniżej.

    Model "puszczania kaczki po wodzie"[ | edytuj kod]

    Rys.11 W przypadku opływu płynem błędny model - cząsteczki uderzając w dolną część płata powodują powstawanie siły nośnej

    Nazwa tej teorii wzięła się od wyrzucanego, płaskiego kamienia, który rzucony pod odpowiednim kątem i z odpowiednią siłą, wielokrotnie odbija się od tafli wody (tzw. puszczanie kaczek). Taki model poprawnie przypisuje powstawanie siły nośnej zmianie pędu ośrodka w kierunku prostopadłym do kierunku ruchu, ale pomija oddziaływanie płynu z górną częścią płata. To założenie jest słuszne przy ruchu ciała w płynie z prędkością znacznie większą od prędkości dźwięku (np. podczas pierwszej fazy powrotu statku kosmicznego na ziemię) oraz przy opływie profilu przez medium nieciągłe - strumień piłeczek pingpongowych, piasku. Przy opływie ośrodkiem ciągłym i dla prędkości porównywalnych lub mniejszych od prędkości dźwięku założenie to jest zupełnie niesłuszne i obliczana w ten sposób siła nośna jest kilkakrotnie niższa od rzeczywistej.

    Niepoprawne szacowanie siły nośnej było nawet przyczyną pewnego opóźnienia w podejmowaniu prób tworzenia aparatów latających cięższych od powietrza, poglądy z końca XIX wieku nie dawały szans na lot przy użyciu ciężkich i słabych wtedy silników. Jeden z zasłużonych polskich uczonych wycofywał swój artykuł na ten temat, który ukazał się w tym samym czasie, kiedy bracia Wright dokonali pierwszego udanego lotu (14 lub 17 grudnia 1903).

    Teoria ta dobrze sprawdza się w kosmosie, przy ruchu promu kosmicznego wchodzącego w atmosferę Ziemi (mała gęstość, prędkości rzędu 16 000 km/h).

    Model "dłuższej drogi i konieczności spotkania się cząstek"[ | edytuj kod]

    Usiłuje się tu posłużyć elementami mechaniki płynów, ale przyjmuje błędne założenie, że odpowiednie cząsteczki poruszające się powyżej płata oraz poniżej muszą spotkać się za płatem (rys.12). Ponieważ na skutek wypukłości górnej części płata mają one do przebycia dłuższą drogę - prędkość przepływu nad górną częścią płata jest większa niż nad dolną. Większej prędkości musi odpowiadać mniejsze ciśnienie – zgodnie z prawem Bernoulliego. Różnica ciśnień powoduje powstanie siły nośnej.

    W rzeczywistości cząsteczki będące obok siebie przed płatem nie spotykają się za płatem jak na rysunku. Próby obliczenia siły nośnej na podstawie takiego przebiegu prowadzą do rezultatów niezgodnych z rzeczywistością. Według tej teorii siła nośna zależy tylko od kształtu skrzydła, a nie od kąta natarcia, co jest niezgodne z doświadczeniem. Nie próbuje nawet wyjaśnić tego, że samolot może lecieć lotem odwróconym, gdy siła nośna działa w przeciwnym niż „normalnie” kierunku.

    Podstrony: [1] 2 [3]



    w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)


    Reklama

    tt