Kurze Antwort: Ja, unser Verständnis des Auftriebs ist vollständig, aber das Lösen der Gleichungen für einige praktische Fälle erfordert mehr Ressourcen als technisch sinnvoll.

Der Auftrieb ist eine Frage der Definition

Erstens ist der Auftrieb nur ein Teil der aerodynamischen Kräfte. Es ist die Komponente senkrecht zur Luftströmungsrichtung. Da das Flugzeug den lokalen Fluss um sich selbst verzerrt, wird diese Richtung idealerweise in einer unendlichen Entfernung genommen, in der die Luft ungestört ist.

Die andere Komponente ist natürlich der Luftwiderstand. Es ist definiert als der Teil der aerodynamischen Kräfte parallel zur Luftströmungsrichtung.

Die aerodynamischen Kräfte sind die Summe aller lokalen Drücke, die orthogonal auf die lokale Oberfläche des Flugzeugs wirken, und der Scherkräfte

Als die Aerodynamik zuerst erforscht wurde, waren elektrische Felder neu und aufregend, und dieselben Gleichungen, die zur Berechnung elektromagnetischer Kräfte beitragen, konnten zur Berechnung aerodynamischer Kräfte verwendet werden. Daher wurden abstrakte Konzepte wie Quellen oder Senken verwendet, um die Aerodynamik zu erklären. Dies machte es nicht einfacher zu verstehen, und viele Autoren versuchten, einfachere Erklärungen zu finden. Leider waren sie meistens zu einfach und nicht korrekt, aber die nächste Generation von Autoren kopierte meistens das, was zuvor geschrieben worden war, so dass immer noch die falschen Konzepte diskutiert wurden.

Um dem auf den Grund zu gehen, Es könnte hilfreich sein, den Auftrieb auf molekularer Ebene zu betrachten:

Jedes Luftmolekül befindet sich in einem dynamischen Gleichgewicht zwischen Trägheits-, Druck- und viskosen Effekten:

• Trägheit bedeutet, dass die Masse des Partikels möchte sich wie zuvor fortbewegen und benötigt Kraft, um sich davon zu überzeugen.
• Druck bedeutet, dass Luftpartikel die ganze Zeit schwingen und in andere Luftpartikel springen. Je hüpfender, desto mehr Kraft üben sie auf ihre Umgebung aus.
• Viskosität bedeutet, dass Luftmoleküle aufgrund dieser Schwingung dazu neigen, die Geschwindigkeit und Richtung ihrer Nachbarn anzunehmen.

Alle drei Beiträge sind gut verstanden und mit den Navier-Stokes-Gleichungen Sie können vollständig mathematisch ausgedrückt werden. Was sich noch verbessert, ist unsere Fähigkeit, diese Gleichungen zu lösen, und bei turbulenter Strömung ist die charakteristische Länge, die erforderlich ist, um alle Effekte zu erfassen, so gering, dass es praktisch unmöglich ist, diese Gleichungen mit endlicher Zeit und Ressourcen vollständig zu lösen.

Strömung über die Oberseite des Flügels

Nun zum Luftstrom: Wenn sich ein Flügel mit Unterschallgeschwindigkeit nähert, saugt der Niederdruckbereich über seiner Oberseite Luft vor sich an. Sehen Sie es so: Über und stromabwärts eines Luftpakets prallen weniger Moleküle ab (= weniger Druck), und jetzt drückt das unverminderte Aufprallen der Luft unter und stromaufwärts dieses Pakets seine Luftmoleküle nach oben und in Richtung dieses Flügels. Das Luftpaket steigt auf und beschleunigt in Richtung Flügel und wird in diesen Niederdruckbereich gesaugt. Aufgrund der Beschleunigung wird das Paket in Längsrichtung gedehnt und sein Druck fällt synchron mit seiner Aufnahmegeschwindigkeit ab. Die Ausbreitung erfolgt in Flussrichtung - das Paket ist verzerrt und in Längsrichtung gedehnt, zieht sich jedoch in der Richtung orthogonal zum Fluss zusammen. Dort wird es "sehen", dass sich der Flügel darunter von seinem Fahrweg weg krümmt, und wenn dieser Weg unverändert bleiben würde, würde sich ein Vakuum zwischen dem Flügel und unserem Luftpaket bilden. Widerstrebend (weil es Masse und daher Trägheit hat) ändert das Paket seinen Kurs und folgt der Kontur des Flügels. Dies erfordert einen noch geringeren Druck, damit die Moleküle ihre Trägheit überwinden und ihre Richtung ändern können. Diese schnell strömende Niederdruckluft saugt ihrerseits neue Luft vor und unter ihr an, bremst weiter ab und gewinnt ihren alten Druck über die hintere Flügelhälfte zurück und strömt mit ihrer neuen Strömungsrichtung ab.

Beachten Sie, dass ein Anheben nur möglich ist, wenn die obere Kontur des Flügels nach unten und vom ursprünglichen Luftweg, der um die Vorderkante des Flügels strömt, abfällt. Dies kann entweder Sturz oder Anstellwinkel sein - beide haben den gleichen Effekt. Da der Sturz eine allmähliche Änderung der Kontur ermöglicht, ist er effizienter als der Anstellwinkel.

Strömung über die Unterseite des Flügels

Ein Luftpaket, das unten endet Der Flügel erfährt weniger Auftrieb und Beschleunigung, und im konvexen Teil stark gewölbter Tragflächen tritt eine Kompression auf. Es muss auch seinen Strömungsweg ändern, da der gewölbte und / oder geneigte Flügel die Luft darunter nach unten drückt, wodurch mehr Druck und mehr Sprungkraft von oben für unser Paket unter dem Flügel erzeugt wird. Wenn beide Pakete an der Hinterkante ankommen, haben sie eine gewisse Abwärtsgeschwindigkeit erreicht.

Hinter dem Flügel setzen beide Pakete eine Weile ihren Abwärtspfad fort aufgrund der Trägheit und drücken Sie andere Luft unter ihnen nach unten und zur Seite. Über ihnen wird diese Luft, die zuvor seitwärts gedrückt wurde, nun den Raum über unseren beiden Paketen füllen. Makroskopisch sieht dies aus wie zwei große Wirbel. Die Luft in diesen Wirbeln kann jedoch nicht mehr auf den Flügel einwirken, sodass der Luftwiderstand oder das Anheben nicht beeinträchtigt werden. Weitere Informationen zu diesem Effekt finden Sie unter hier, einschließlich hübscher Bilder.

Das Anheben kann auf verschiedene äquivalente Arten erklärt werden.

Folgen Sie dem Bild eines Druckfelds oben ist der Auftrieb die Druckdifferenz zwischen der oberen und unteren Oberfläche des Flügels. Die Moleküle prallen mehr an der Unterseite als an der Oberseite gegen die Flügelhaut, und der Unterschied ist der Auftrieb.

Oder Sie sehen sich das makroskopische Bild an: Eine bestimmte Luftmasse wurde um nach unten beschleunigt der Flügel, und dies erforderte eine Kraft, um auf diese Luft zu wirken. Diese Kraft hält das Flugzeug in der Luft: Heben.

Wenn Sie den Flügel als Black Box betrachten und nur den Impuls der ein- und ausströmenden Luft berücksichtigen, ändert der Flügel den Impuls durch Hinzufügen einer Abwärtskomponente. Die Reaktionskraft dieser Impulsänderung ist der Auftrieb.

In beiden Fällen erhalten Sie das gleiche Ergebnis. Übrigens: Der größte Teil der Richtungsänderung findet im vorderen Teil des Tragflügels statt, nicht an der Hinterkante!

Überschallströmung

Wenn sich das Flugzeug schneller bewegt als sich Druckänderungen in der Luft ausbreiten, sind die Druckänderungen nicht mehr gleichmäßig, sondern plötzlich. Das Flugzeug schiebt die Luftmoleküle beiseite und erzeugt einen Kompressionsschock. Hinter dem Stoßfrontdruck sind Temperatur und Dichte höher als davor, und der Anstieg ist proportional zur lokalen Änderung der Strömungsrichtung. Die inkrementelle Druckänderung $ \ delta p $ aufgrund des Aufpralls des Flugzeugs auf die Luft mit einem inkrementellen Winkel von $ \ delta \ vartheta $, ausgedrückt als ungestörter Fluss mit dem Index $ \ infty $, ist proportional zur Änderung der Stromlinien : $$ \ delta p = - \ frac {\ rho _ {\ infty} \ cdot v ^ 2 _ {\ infty}} {\ sqrt {Ma ^ 2 _ {\ infty} - 1}} \ cdot \ delta \ vartheta $$

Der Gasdruck auf molekularer Ebene ist die Anzahl und Schwere der Partikelkollisionen. Die Luftmoleküle erfahren mehr Kollisionen auf der stromabwärtigen Seite des Schocks, da der Luftdruck dort höher ist. Die durchschnittliche Richtung der zusätzlichen Kollisionen ist in der Tat orthogonal zum Schock, da es die Grenze zwischen glückselig ahnungslosen Molekülen bei Umgebungsdruck vor dem Schock und ihren verletzten Brüdern stromabwärts ist, die gerade diese Grenze überschritten haben. Sobald ein Molekül den Schock passiert hat, treten die Kollisionen von allen Seiten wieder gleichmäßig auf und seine Geschwindigkeit ändert sich nicht mehr.

Wenn sich die Oberfläche von der lokalen Strömungsrichtung weg krümmt, erzeugt die Luft ein Expansionslüfter, der die alten Druck- und Dichtewerte zurücksetzt, wenn die Luft wieder in ihre ursprüngliche Richtung strömt.

Reiner Überschallhub ist nur eine Frage des Einfallswinkels, und eine lokale Krümmung des Flügels ändert den Gesamthub nicht (erhöht jedoch den Luftwiderstand). Jetzt ist die gesamte aerodynamische Kraft normal zum Flügel und der Luftwiderstand wird proportional zum Einfallswinkel. Bei Hyperschallströmung erhalten Sie gute Ergebnisse mit der ehrwürdigen Aufpralltheorie, die zuerst von Isaac Newton formuliert wurde.

Getrennte Strömung

Dies geschieht, wenn die Luftmoleküle nicht mehr folgen können die Kontur des Flugzeugs. Stattdessen erhalten Sie ein chaotisches, oszillierendes Flussmuster, das sehr schwer genau zu berechnen ist. Dies ist wirklich der einzige Teil der Aerodynamik, der nicht genau vorhergesagt werden kann, obwohl die Auswirkungen gut verstanden werden. Eine getrennte Strömung erzeugt ebenfalls einen Auftrieb, jedoch weniger als die angeschlossene Strömung. In Delta-Flügeln wird diese Trennung absichtlich erzeugt, um einen sogenannten Wirbelaufzug zu erzeugen.

Aus diesem Artikel:

Das Prinzip der gleichen Transitzeiten gilt nur für einen Flügel mit null Auftrieb. [!!]

[...]

Die Luft strömt über den Flügel und ist nach unten gebogen. Newtons erstes Gesetz besagt, dass sie eine Kraft in der Luft sein müssen, um sie zu biegen (die Aktion). Newtons drittes Gesetz besagt, dass es eine gleiche und entgegengesetzte Kraft (nach oben) auf den Flügel geben muss (die Reaktion). Um einen Flügel zu heben, muss viel Luft nach unten umgeleitet werden.

[...]

Wie leitet ein dünner Flügel so viel Luft um? Wenn die Luft um die Oberseite des Flügels gebogen wird, zieht sie die Luft darüber an und beschleunigt diese Luft nach unten. Andernfalls würde es über dem Flügel Hohlräume geben. Luft wird von oben gezogen. Durch dieses Ziehen wird der Druck über dem Flügel geringer. Es ist die Beschleunigung der Luft über dem Flügel nach unten, die den Auftrieb ermöglicht.

Wir (diejenigen von uns, die dies lesen) können Folgendes über unser (allgemeines) Verständnis des Auftriebs von der Menschheit schließen :

• Wir verstehen es sicherlich gut genug, um Flugzeuge zu entwerfen, und es kann Überschneidungen mit diesem Wissen in anderen Bereichen geben, beispielsweise bei der Konstruktion von Windkraftgeneratoren.
• Viele glauben wir haben ein ziemlich vollständiges Verständnis des Auftriebs.

Die zweite Kugel ist keineswegs unpassend für die hervorragende (und herausfordernde!) Arbeit, die in der Geschichte in Flüssigkeit geleistet wurde Dynamik, Luftfahrtphysik und Luftfahrttechnik. Es soll lediglich die Möglichkeit zukünftiger Paradigmenwechsel in unserem Verständnis dieser Themen berücksichtigen, auch wenn diese Änderungen keine Auswirkungen auf die gängige Entwurfspraxis oder praktische Diskussionen über den Auftrieb haben. Ein historisches Beispiel für diesen letzten Punkt wäre die Allgemeine Relativitätstheorie als Paradigmenwechsel in unserem Verständnis der Schwerkraft, während die Newtonsche Gravitationstheorie noch für das Mondprogramm verwendet wurde und immer noch weit verbreitet gelehrt und für Situationen verwendet wird, die keine extreme Präzision erfordern.

Zusätzlich zu den Links in Fredericos Kommentar siehe auch: https://physics.stackexchange.com/questions/290/what-really-allows-airplanes-to-fly

Edit:

Diese NASA-Seite diskutiert die Kontroverse von "Bernoulli gegen Newton" und kommt zu dem Schluss, dass beide Erklärungen des Auftriebs "korrekt" sind und dass da noch mehr dran ist. Die Euler-Gleichungen und die Navier-Stokes-Gleichungen werden erwähnt. Diese Seite in derselben Reihe auf der NASA-Website legt nahe, dass Lift von Experten ziemlich gut verstanden wird, aber in den meisten populären Quellen schlecht erklärt wird:

Es gibt viele Erklärungen zur Erzeugung von Auftrieb in Enzyklopädien, in grundlegenden Physiklehrbüchern und auf Websites. Leider sind viele der Erklärungen irreführend und falsch. Theorien über die Erzeugung von Auftrieb sind zu einer Quelle großer Kontroversen und zu einem Thema für hitzige Auseinandersetzungen geworden. Um Ihnen das Verständnis des Auftriebs und seiner Ursprünge zu erleichtern, werden auf einer Reihe von Seiten die verschiedenen Theorien und das Scheitern einiger populärer Theorien beschrieben.

Der Auftrieb tritt auf, wenn ein sich bewegender Gasstrom von einem festen Objekt gedreht wird. Die Strömung wird in eine Richtung gedreht, und der Auftrieb wird gemäß dem dritten Newtonschen Wirkungs- und Reaktionsgesetz in die entgegengesetzte Richtung erzeugt. Da Luft ein Gas ist und sich die Moleküle frei bewegen können, kann jede feste Oberfläche eine Strömung ablenken. Bei einem Flugzeugflügel tragen sowohl die obere als auch die untere Oberfläche zur Strömungsdrehung bei. Das Vernachlässigen des Teils der oberen Oberfläche beim Drehen der Strömung führt zu einer falschen Theorie des Auftriebs.

Das Problem hierbei ist, dass "Korrelation keine Kausalität impliziert". Weder Bernouillis Prinzip noch Newtons Bewegungsgesetze erklären den Auftrieb. Beide geben gültige Methoden zur Berechnung der Auftriebskraft aus dem Luftströmungsmuster um den Flügel an, aber keiner von beiden erklärt , warum das Strömungsmuster das ist, was es ist .

Ideen wie "gleiche Transitzeit" versuchen zumindest , einen Grund "warum" anzugeben, aber Experimente, die das Strömungsmuster mit Rauch visualisieren, zeigen, dass dies nur falsch em ist >.

Die beste "Ein-Wort-Erklärung" für die Ursachen des Auftriebs ist die Viskosität der Luft. Die Viskosität ist der Grund, warum es im gesamten Flussmuster * keine Diskontinuitäten geben kann. Insbesondere müssen die Luftgeschwindigkeiten auf beiden Seiten der relativ scharfen Hinterkante des Flügels gleich sein, sonst würde sich der Effekt der Viskosität an diesem Punkt stromaufwärts durch die Luft ausbreiten (mit der Geschwindigkeit von Ton) und ändern Sie das globale Strömungsmuster.

Wenn es keine Viskosität gäbe, würde kein Flügel irgendeiner Form einen Auftrieb oder eine Widerstandskraft erzeugen.

* Beschränken wir diese Diskussion auf Unterschallströme. Das Einführen von Stoßwellen in den Luftstrom macht eine nicht mathematische Diskussion mit "Handbewegung" komplizierter, macht jedoch den wesentlichen Punkt, den ich versuche, nicht ungültig.

Wie vollständig ist unser Verständnis?

• Vollständig genug, um eine Reihe komplexer Flugzeuge unterschiedlicher Größe, Form und Anwendung zu entwerfen und zu fliegen.
• Vollständig genug, um damit Strom zu gewinnen.

Grundsätzlich ist Auftrieb die Kraft, die erzeugt wird, wenn der Festkörper Flüssigkeit „dreht“ und dabei die Erhaltungsgesetze erfüllt. Das Problem ist nicht, dass wir nicht wissen, was Lift ist, aber es gibt keinen Konsens darüber, wie es zu erklären ist. Die meisten "Theorien" des Aufzugs sind nur Modelle, die versuchen, dasselbe anhand der Sichtweisen der beteiligten Personen zu erklären.

Die Art und Weise, wie der Pilot den Aufzug betrachtet, unterscheidet sich von der eines Ingenieurs oder ein Mathematiker. Für den Piloten ist der Auftrieb eine Kraft, die das Flugzeug in der Luft hält (und proportional zu $ ​​\ rho V ^ {2} S $ und dem Anstellwinkel, zumindest bis zum Stillstand), während ein Mathematiker diesen Auftrieb sagen kann. ' folgt natürlich 'durch Lösen der Navier-Stokes-Gleichung (ob sie realistisch gelöst werden kann oder nicht, ist eine andere Sache) für einige Bedingungen. Dies ist natürlich weder für den Ingenieur noch für den Piloten von praktischem Nutzen. Beide können (zu Recht) behaupten, dass sie korrekt sind, während ein Physiker einwenden kann, dass NS davon ausgeht, dass die Flüssigkeit ein Kontinuum ist, während dies in Immobilien nicht der Fall ist.

Dies ist der Grund für so viele Theorien des Aufzugs. Da der Flüssigkeitsfluss äußerst komplex ist, wird in jeder Theorie eine gewisse Vereinfachung vorgenommen (z. B. das Weglassen der Viskosität im Euler oder die Theorie des potenziellen Flusses). Aufgrund der Vereinfachung ist die Theorie entweder in einigen (oder den meisten) Situationen nützlich oder völlig falsch.

Welche Bits sind noch umstritten und welche Bits werden vollständig akzeptiert?

Fast alle "Theorien" des Auftriebs akzeptieren, dass der Auftrieb eine Kraft und ihre Anforderungen ist. Was das Engineering betrifft, ist die Frage, welche Teile für das vorliegende Problem erforderlich sind.

Zum Beispiel kann die Potentialströmungstheorie den Auftrieb vorhersagen, solange wir uns nicht dem Stall nähern. Danach sind alle Wetten geschlossen. Es macht keinen Sinn, über ein Ergebnis einer Theorie zu streiten, nachdem sie in einer Situation verwendet wurde, für die sie überhaupt nicht entwickelt wurde.

Dies ist der Grund für Argumente zum Thema Aufzug. Einige Theorien werden entwickelt, um eine bestimmte Situation zu beschreiben (zum Beispiel einen nichtviskosen Fluss) und dann allgemein angewendet, was offensichtlich zu Verwirrung und Streit führt.

Was das Engineering betrifft, haben wir genug Verständnis für den Auftrieb, um etwas zu erzeugen Die Flugmaschinen brauchen wir allerdings nicht so sehr, um alles, was passiert, genau zu erklären.

Wissenschaftlich gesehen ist Lift perfekt verstanden. Der Auftrieb ist lediglich die vertikale Komponente der Kraft, die von einem Körper erzeugt wird, der sich durch eine Flüssigkeit bewegt. Und wir wissen genau, wie man Kräfte auf einen Körper berechnet, der sich durch eine Flüssigkeit bewegt, seit die Navier-Stokes-Gleichungen 1822 veröffentlicht wurden. Das heißt, wir kennen die Physik davon und sie hat mit der Viskosität von Flüssigkeiten zu tun (in der Fall von Flugzeugen, Luft).

Die Verwendung der Navier-Stokes-Gleichungen zum Entwerfen eines Flügels ist jedoch wie der Versuch, mit Quantenelektrodynamik (QED) das perfekte Steak zuzubereiten. Da die Schwerkraft nicht an der Perfektion des Steaks beteiligt ist, benötigen Sie nur QED, um ein perfektes Steak zu formulieren.

Die Navier-Stokes-Gleichungen berechnen die Kräfte auf einen einzelnen Punkt des Flügels. Daher müssen Sie die Berechnungen über den gesamten Flügel wiederholen, um den Auftrieb zu berechnen. In den letzten mehr als 190 Jahren haben Mathematiker und Ingenieure einfachere Algorithmen zur Berechnung des Ergebnisses der Navier-Stokes-Gleichungen formuliert. In den letzten 30 Jahren haben wir Computer zur Berechnung des Auftriebs verwendet. Sie können jedoch sehen, dass dies nicht die ideale Form für die Erzeugung der gewünschten aerodynamischen Eigenschaften darstellt. Sie können auch sehen, dass dies "Heben" nicht in Begriffen erklärt, die ein Mensch verstehen kann. Es sind alles nur große Zahlenreihen.

Ist es möglich, den Auftrieb mit Begriffen zu erklären, die ein Mensch verstehen kann? Vielleicht. Wir haben sicherlich Namen gegeben, wie bestimmte Formen bestimmte Ausgaben erzeugen, wenn sie den Navier-Stokes-Gleichungen unterzogen werden. Namen wie "Coanda-Effekt" und "Bernoulli-Prinzip" usw. Letztendlich ist es der Natur / Physik egal, welchen Namen wir unserer Interpretation des Ergebnisses der Navier-Stokes-Gleichungen geben - wenn die Berechnung der Gleichungen zu einer Vertikalen führt Kraftvektor nach oben Sie haben Auftrieb. Vielleicht werden wir wie in der Quantenphysik nie ein vollständiges intuitives Verständnis dafür bekommen, was Auftrieb ist. Aber wir haben sicherlich die vollständige Theorie, um dies zu erklären.

Zusätzlicher Hinweis: Die Navier-Stokes-Gleichungen sind nicht nur nicht hilfreich bei der Formulierung einer Theorie des Flügeldesigns, sondern auch problematisch, da sie rechenintensiv sind. Zum Beispiel ist es oft nicht praktikabel, die Navier-Stokes-Gleichungen zu verwenden, um Turbulenzen zu simulieren (obwohl dies theoretisch möglich ist). Daher verwenden wir häufig Verknüpfungen für bestimmte Formen von Simulationen, indem wir andere einfachere, aber weniger perfekte Gleichungen verwenden.

TL; DR : Wir können aerodynamische Kräfte auf Mikroebene sehr genau modellieren. Wir können das Verhalten auf Makroebene vernünftigerweise vorhersagen, indem wir Modelle auf Mikroebene (CFD) aggregieren. Wir haben keine universell anwendbare Geschichte darüber, warum das Verhalten auf Makroebene so ist, wie es ist Ein bisschen pedantisch werde ich ein paar Abstraktionsschritte unterstützen, um ein vollständigeres Bild zu erhalten.

Die gesamte aerodynamische Kraft auf einen Körper wird in Vektoren zerlegt, die normal zur Richtung von sind Fahrt und parallel zur Fahrtrichtung, die mit "Heben" bzw. "Ziehen" gekennzeichnet sind; Sie sind keine eigenständigen Kräfte in & von sich. Die aerodynamische Kraft selbst wird oft in einem anderen Maßstab in Druck-&-Reibung zerlegt. Zum größten Teil trägt die Reibung nur zur 'Luftwiderstandskomponente' bei, während der Druck zu beiden 'Auftriebs'-&-Luftwiderstandskomponenten beiträgt.

Es wird versucht, eine stilisierte Geschichte darüber zu erzählen, warum der integrierte Druck &-Reibung über Das Ergebnis des gesamten Körpers in einer bestimmten Nettokraft ist bestenfalls eine Herausforderung, da es von den Eigenheiten jedes Körpers beeinflusst wird. Verschiedene Modelle (wie Venturi, Downwash, &-Zirkulation) bieten Designern von &-Analysten nur grobe Faustregeln innerhalb bestimmter Flugregime.

Dieser letzte Punkt ist wichtiger als es scheint. Sobald Sie in den transsonischen Flug eintreten (eine Mischung aus Unterschall-&-Überschallströmung an der Körperoberfläche), steigt der Luftwiderstand steil an (stehende Stöße, die nachteilige Druckgradienten erzeugen). Wenn Sie zum Vollüberschallflug übergehen, finden Sie eine weitere Reihe von Verhaltensweisen (da der führende Schock die Druckverteilung auf den Körper radikal verändert). Lassen Sie mich nicht einmal mit dem Hyperschallfluss beginnen (bei dem die Temperaturänderung über die Stöße ausreicht, um das N2 & O2 aus der Luft selbst zu zersetzen).

Bearbeiten Die Antwort von Peter Kampf behandelte die meisten der gleichen Themen wie meine mit Bildern. Der Vollständigkeit halber füge ich dies einfach hinzu:

Auftrieb wird erzeugt, weil Luftmoleküle sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite in das Schaufelblatt prallen und von diesem abprallen. Es ist der Unterschied in der Menge des bei diesen Kollisionen übertragenen Impulses, der Auftrieb erzeugt. Es ist (offensichtlich) nur die Geschwindigkeit der Luftmoleküle, die normal (senkrecht) zum Strömungsprofil ist, die Auftrieb erzeugt.

Das Bernoulli-Prinzip ist wahr, da der GESAMT-Durchschnittsimpuls eines Luftmoleküls in inkompressiblem (Unterschall-) Fluss eine Konstante ist. Wenn daher die Geschwindigkeit der Luft parallel zum Schaufelblatt zunimmt, muss die normale Komponente der Geschwindigkeit abnehmen, um die Gesamtkonstante konstant zu halten.

Wenn sich die Luft also schneller bewegt, muss die normale Komponente langsamer sein und der Druck (gegen das Schaufelblatt) muss niedriger sein.

Das Argument der größeren Entfernung zum Reiseweg ist also nur dann falsch, wenn Sie davon ausgehen, dass es nur von einem asymmetrischen Tragflächenprofil erzeugt werden kann. Andere Dinge können auch die Verfahrstrecke (und die resultierende Geschwindigkeit) der Luft über das Tragflächenprofil ändern. Wenn ein symmetrisches Strömungsprofil zum relativen Wind geneigt ist, muss die Luft, wenn die Luft auf der Seite, auf der sich das Strömungsprofil von der Strömung wegbiegt, über das Strömungsprofil strömt, eine längere Strecke zurücklegen (um die durch die Neigung erzeugte Lücke zu füllen) als Luft strömt auf der anderen Seite über die Oberfläche, wo die Oberfläche in den relativen Wind geneigt ist, und muss entweder das Schaufelblatt komprimieren (Überschallströmung) oder sich vom Tragflügel wegbewegen (Richtung ändern).

Dies liegt daran, dass die Luft bei Unterschallströmung (inkompressibel) keine sofortige Richtungsänderung vornehmen kann, wenn sie die Vorderkante des Schaufelblatts erreicht. Wenn der Anstellwinkel 10 Grad betrug, ändert die Luft die Ionenrichtung nicht sofort um 10 Grad. Ab dem Punkt der Vorderkante vom Tragflügel weg ändern sich die Richtungsänderung und der daraus resultierende Druck allmählich, wenn Sie sich weiter weg bewegen. Das Ergebnis ist, dass der Luftstrom auf dieser Seite des Schaufelblatts einem gekrümmten Pfad folgt und eine längere Strecke zurücklegt als auf der anderen Seite, selbst bei einem symmetrischen Schaufelblatt.

Die Prinzipien der Aerodynamik und Fluiddynamik sind das, was Sie als "gut verstanden" bezeichnen würden.

Die Mehrdeutigkeit liegt bei dem, was als "Auftrieb" bezeichnet wird, was ein nebulöses Konzept sein kann. Wenn Sie beispielsweise ein Stück Papier fallen lassen, driftet es langsam zu Boden, im Wesentlichen eine Form des Gleitens. Der gleiche Luftwiderstand ist die Grundkraft, die ein Flugzeug in der Luft hält. Würden Sie diesen "Aufzug" in Betracht ziehen? Sobald Sie sich mit diesen Argumenten zur Semantik befassen, werden die Dinge vage.

Genau wie ein Beispiel für die Verrücktheit erfordert der FAA-Test, den Sie auch durchführen, dass Sie die "vier Kräfte des Fliegens" kennen. bei dem der sogenannte "Auftrieb" die Kraft ist, die das Flugzeug in der Luft hält. Das einzige Problem ist, dass Sie den Auftrieb anhand von Gleichungen berechnen können, die in jedem Buch über Aerodynamik enthalten sind. Wenn Sie dies tatsächlich tun (wie ich), werden Sie feststellen, dass die erzeugte Kraft bei weitem nicht ausreicht, um a zu halten Flugzeug am Himmel. Wenn "Auftrieb" die Kraft wäre, die ein Flugzeug hochhält, würde es wie ein Stein fallen, daher sind die FAA-Richtlinien einfach völlig falsch. Es ist nur ein riesiger semantischer Haarball, der nicht so schnell verschwinden wird.

Das Schlimmste daran ist, dass JEDER Pilot (oder Möchtegern-Pilot), den ich jemals gekannt habe, glaubt, genau zu wissen, was "Lift" ist und noch schlimmer, ihre Überzeugungen fallen im Allgemeinen in eine von 5 oder 6 verschiedenen Kategorien mit widersprüchlichen Prinzipien. Dies führt zu großen Auseinandersetzungen, wenn das Thema auftaucht. Nach 15 Jahren versuche ich nur, mich da rauszuhalten, außer den Anfängern zu sagen, dass sie nicht den gleichen Fehler machen sollen (wie ich es Ihnen jetzt sage).

Es wird viel über "Kraft" gesprochen, ohne dass erklärt wird, was Kraft ist oder wie sie entsteht. Also könnte ich es genauso gut versuchen und erklären, wie es mir erklärt wurde.

Kraft liegt in der dynamischen Beziehung zwischen dem Atom und dem Elektron. Gegenwärtiges Verständnis von Elektronen in Atomen (neben der Ordnungszahl) ist, dass das Elektron überall gleichzeitig im Atom existiert wie ein dichter dichter Nebel. Es ist kein einsamer Agent, der im Orbit um die Kerne kreist, es ist wie eine riesige Fischschwarm, die reagieren und sich bewegen, als wären sie eines einzigen Geistes.

Das Elektron ist so klein, dass nichts fest daran ist . Teilchen können betäubend klein sein, und in der Zeit, in der Sie diesen Satz gelesen haben, sind 100 Billionen Neutrinos durch Ihren Kopf in die Erde und auf die andere Seite gelangt, wo sie nicht einmal ein anderes Teilchen berührt haben. So klein sind sie. Elektronen sind auch klein.

Einige Elektronen leben in Atomen. Wenn das Elektron die Größe eines Kindermarmors hat, haben die Atome die Größe eines Heißluftballons. Und doch wohnt das Elektron überall in diesem Raum gleichzeitig. (Ich denke mir das nicht aus, es ist wahr.)

Ich bin fast da ... die Kraftsache.

Wenn sich das Vakuum oben auf dem Flügel befindet, können die Elektronen unter dem Flügel das Vakuum darüber sehen. Der massive Metallflügel des Flugzeugs ist für das Elektron nicht fest, es ist eher wie ein Kettenzaun, und das Elektron kann durch den Zaun sehen, genau wie Sie und ich durch den Maschendrahtzaun sehen können. Wenn die "Herde" von Elektronen das Vakuum durch die poröse Haut des Flügels sieht (zumindest für sie), "verschieben" sie die Last innerhalb des Atoms und bewegen sich in der Masse, um die Lücke zu füllen, und wenn sie zur Metallhaut gelangen - Sie werden gestoppt - weil das Atom zu groß ist, um in die Kettengliedersperre zu gelangen. Wenn das Atom in die Haut des Flügels gezogen wird, wird die Energie vom Potential in die Kinetik umgewandelt, da dies Teil des Rezepts ist. Der Druck in den Oberflächenraum ist der Ort, an dem Energie umgewandelt wird.

Der Druck entsteht durch den dynamischen inneren Kampf zwischen der Elektronenherde und ihrer Verbindung zum Atom. Während die Elektronen vom inneren Bauch des Atoms weiter drücken, wird der Körper des Atoms in die Metallhaut des Flügels gedrückt. Es ist zu groß, um hineinzugehen. Dies erzeugt eine kontinuierliche Druckwelle, da diese verdammten Elektronen im Inneren immer wieder vorwärts und rückwärts drücken und niemals aufhören werden.

Die Menge der Energie, die umgewandelt wird, wird durch zwei berechnet Dinge: Die physikalische Dimension des Vakuums oben auf dem Flügel und die Druckdifferenz des Vakuums zur Atmosphäre. 1 PSI weniger als 14,7 PSI über 163.440 Quadratzoll eines Boeing 737-Flügelraums reichen aus, um das 150.000-Pfund-Flugzeug anzuheben, dies kann jedoch erst geschehen, wenn der Luftstrom über dem Flügel über 150 MPH liegt. Wenn das Flugzeug schneller und schneller fliegt, sinkt der Druck, die Elektronen ziehen immer härter am armen Atom und die Energie, die umgewandelt wird, wird berechnet, indem die Druckdifferenz mit dem verfügbaren Oberflächenraum multipliziert wird.

Wir haben Auftrieb - und hoffentlich haben wir alle eine gute Zeit in Hawaii ...