Asansör aerodinamik bileşenidir kuvvetlerin bir de hareketli bir vücutta yaşadığı sıvı uygulanan dikey (hareket yönüne göre bir rüzgar ). Bu, aerodinlerle (havadan daha yoğun cihazlar) ilgilidir.
Bir hava (veya su) akışı içine yerleştirilen bir cisim aerodinamik (veya hidrodinamik ) bir kuvvete maruz kalır . Analiz için, bu kuvvet bağıl rüzgara paralel bir bileşene bölünmüştür : sürükleme (ayrıca bkz. Aerodinamik ) ve bağıl rüzgara dik bir bileşen: kaldırma.
Hareket halindeki kanat (burada yatay olarak kabul edilen hareket) belirli bir hava kütlesini aşağıya doğru yansıtır. Bu, soldaki animasyonda görülebilir: Bu animasyonda hava parçacıklarının hızları temsil edilmektedir:
Hava partiküllerinin, profile yaklaştıkça belirli (daha az belirgin) bir yukarı hareketi benimseseler bile, profili aşağı doğru bir hızla terk ettikleri görülür.
Ayrıca, "referans çerçevesinde" görüntüde, parçacıkların kaçınma hareketinin (profilden kaçınmak için hareket ederler) profilin üstünde, aşağıdan daha belirgin olduğu da görülebilir.
Göre Newton'un üçüncü yasasına , "vücut B üzerine bir kuvvet uygulayarak bir gövde, gövde B tarafından uygulanan aynı yönde, ancak zıt doğrultuda eşit yoğunlukta bir kuvvet, maruz". A kanat ve B hava ise, bu durumda kanat, yer değiştirmesi nedeniyle hava kütlesinin hareketine tepki olarak bir kuvvete maruz kalır. Hava aşağıdan fırlatıldığında, kanat yukarı doğru bir kuvvete maruz kalır.
Havada hareket eden bir kanat, iki yüzü sayesinde bu havayı yansıtabilir:
Alt yüz (intrados)Pozitif sıklığı intrados (alt yüz) intrados bir aşırı basınç ve bu nedenle yukarı doğru bir kuvveti yaratarak, olay hava aşağı doğru uzanması ve hareketli kanadın (hücum açısı) anlamına gelir..
Üst yüz (ekstralar)Coandă etkisi , viskozitesinden dolayı kubbeli bir profille karşılaşan hareketli hava kütlesinin bu profilin yüzeyini takip ettiğini açıklar; Hava akışı kanadın yüzeyine "sıkışmış" kalır. Hava kütlesi kanadın profilini takip eder ve aşağı doğru çıkıntı yapar.
Bu sadece sınırlı bir insidans için geçerlidir . Belirli bir hücum açısının ötesinde, hava akımları üst yüzeyden ayrılır ve asansör pratik olarak kaybolur, bu stall'dır .
Üst yüzeydeki daha yüksek hava hızı, kanadı yukarı çeken bir vakum oluşturur. Alt yüzeydeki daha düşük hava hızı, kanadı yukarı doğru iten aşırı basınç oluşturur. Üst yüzeydeki vakum, tipik olarak, alt yüzeydeki aşırı basınçtan iki kat daha fazla kaldırma kuvveti oluşturur.
Yaygın bir hata, üst yüzeyin dışbükey şeklinin üstte daha uzun bir yol oluşturması nedeniyle hava parçacıklarının hızlandığına ve kanat altından ve üstünden geçen hava parçacıklarının aynı anda üstte bitmesi gerektiğine inanmaktır. kanat.
Gerçekte, üst yüzeydeki parçacıkların hızı, daha uzun bir yolculuktan kaynaklanacak hızdan çok daha fazladır ve her halükarda, görüntünün solundan birlikte kalan iki hava parçacığının kendilerini yerde bulmaları için hiçbir sebep yoktur. Profili üstten veya alttan takip ettikten sonra aynı anda kanadın arka kenarında. Hatta soldaki animasyonda, üstteki siyah noktaların , önceki "siyah dikey gövdeden uzakta" alt siyah noktaları neredeyse yakaladığını görebiliriz, yani. üst yüzey boyunca akışın üst yüzeyde alt yüzeydekinden neredeyse iki kat daha hızlı olduğunu...
Sağdaki animasyon (soldakinden alınan) profilin daha önce bir dilim havadaki geçişini gösteriyor hala. Profilin geçişinden sonra, hava diliminin iki parçasının belirli bir aşağı doğru hızla (burada animasyon yavaş bir hareket olduğu için çok düşük), dolayısıyla toplamda belirli bir miktarda aşağı doğru hareketle donatıldığını gözlemliyoruz. Bu Hareket Miktarı, gezegenin yüzeyine kadar adım adım diğer hava parçacıklarına iletilecektir (parçacıklar Hareket Miktarını ilettikleri için, Hareket Miktarı olsa bile hızları orantılı olarak azalır. her zaman).
Sesaltında büyük en-boy oranına sahip bir kanadın kaldırılması, bunun etrafındaki havanın dolaşımıyla orantılıdır ( Kuta-Jukowski teoremine bakınız ). Arka kenarda sonsuz hız olmayacak şekilde dolaşımın değerini empoze eden Kutta koşuludur .
Dikey kaldırma olarak Newton bir kanadın (K) aşağıdaki gibidir:
ile:
Boyut analizinden elde edilen ve sürükleme formülüyle aynı olan bu formül, herhangi bir tutarlı birim sisteminde geçerlidir. Asansörün hızın karesiyle tam olarak orantılı olduğunu söylemediğine dikkat edin. Belirli bir durumda yalnızca testler bunu onaylayabilir veya reddedebilir. Bu testlerin sonuçlarını ifade etmek için tutarlı bir çerçeve tanımlar, boyutsuz katsayı diğer boyutsuz sayıların bir fonksiyonu olarak tanımlanır.
Uzama gibi geometrik benzerliği ifade eden boyutsuz sayılara ek olarak, fiziksel benzerliği ifade eden boyutsuz sayılar da vardır. Kaldırma için en kullanışlı sayı , sıkıştırılabilirliğin etkilerini karakterize eden Mach sayısıdır . Viskozitenin etkilerini ifade eden Reynolds sayısı , kaldırma için sürtünmeden daha az önemli bir rol oynar.
Daha genel olarak F z = q SC z , q dinamik basınç , S referans yüzey ve C z kaldırma katsayısı olarak yazıyoruz . Bu, tüm aerodinamik katsayılara genellenir :
- Kaldırma = kaldırma = q SC L (kaldırma hız vektörüne diktir)
- Sürükleme = sürükleme = q SC D (sürükleme hız vektörüne paraleldir)
- simetri düzlemindeki kaldırma için F z ve C z var
- yanal kaldırma için F y ve C y var ,
- sürükleme için F x ve C x var .
Bir akışkan yanıt için sürekli ortam yaklaştırılması bir kullanımına izin vermek için molekül ama yeterince küçük daha boyutunun daha fazla sıvı parçacıkları düşündüğü demek ki, farklılıkları , genel denklemi sıvıların mekanik olarak Navier Stokes denklemleri . İnce bir profilin kaldırma ile ilgili problemlerinde, viskozite ve türbülans genellikle ihmal edilebilir; sıvı bu nedenle çok daha basit Euler denklemlerine tabi olarak mükemmel kabul edilir .
Bunlar genellikle hız potansiyeli akışları teorisi ve daha özel olarak ince profiller teorisi tarafından ele alınır .
Bu formül aşağıdaki parametreleri içerir:
Bu formülasyonun avantajı, aerodinamik katsayılarının belirli bir konfigürasyonda ve belirli bir insidansta sabit olarak kabul edilebileceği gerçeğinde yatmaktadır . Ancak durum tam olarak böyle değildir, Reynolds sayısına ve Mach sayısına göre değişir :
Soldan sağa varsayılan bir U hızında bir akış boyunca sabitlenmiş, varsayılan sonsuz uzunlukta dairesel bir kesite sahip bir silindir düşünün: genellikle koşullara bağlı olarak birkaç orijine sahip olabilen, ancak dikey kaldırmaya sahip olmayan akış yönünde bir sürüklenme geçirir. akışa (asimetrik veya değişken girdaplar hariç ).
Silindir kendi ekseni etrafında döndürülürse, onunla temas halinde olan viskoz akışkan sürüklenir (kaymaz durum). Bu, her bir düz bölümün , çevresindeki akışkan hızlarının integrali olan bir sirkülasyonla sonuçlanır. Silindir retrograd yönde dönüyorsa, akış bozulur, böylece en yüksek noktadaki hız, dönme olmadığında hıza eklenirken, en düşük noktada çıkar. Böylece, burada uygulanan Bernoulli teoremine göre , olması gerektiği gibi, sıkıştırılamaz olduğu varsayılan bir akışkan durumunda, alt kısımda aşırı basınçlar ve üst kısımda çöküntüler vardır. Gösterilmiştir akışkan mekaniği şekilde oluşturulan kaldırma akış hız vektörüne dik olan ve sıvı yoğunluğu olarak ρ, silindirin birim uzunluk başına değer olduğunu:
L=ρsenΓ{\ displaystyle L = \ rho \, U \, \ Gama}Bu sonuç Kutta-Joukowsky teoremi olarak bilinir .
Bir konformal dönüşümle (açıları koruyan), dairesel kesitli silindiri sabit profilli bir kanada dönüştürebiliriz. Önceki teorem hala geçerlidir, ancak fiziksel problem dolaşımın kökeni ile ilgilidir. Gerçekten de, bir Magnus etkisi elde etmek için kanadı döndürmek söz konusu değildir.
Asansörün başlangıcında sirkülasyon oluşumunu anlamak için, daha önce ele alınan çemberde olduğu gibi profilde akışın iki durma noktasına sahip olduğuna dikkat edilmelidir. Trafiğin olmadığı durumlarda, akış yukarı durma noktası hücum kenarına yakın konumlanırken, aşağı akış durma noktası üst yüzeydeki arka kenarın yakınında bulunur. Sonuç, alt yüzeyi takip eden sıvı ipliğinin, bu akış aşağı durma noktasını bulmak için arka kenarda aniden dönmesi gerektiğidir, bu da sonsuz hızlara yol açacaktır ve deneyime uygun değildir. Daha sonra bu durma noktasını arka kenara iten bir sirkülasyon yaratılır: sirkülasyonu benzersiz bir şekilde sabitleyerek akışın sabit bir dengesini sağlayan Kutta koşuludur .
Hızlar için kanat referans alındığında, akışın hücum kenarı, üst yüzey, arka kenar, alt yüzey yönünde olduğu görülebilir. Aslında sirkülasyon, ters yönde “dökülen” ve viskoz sürtünmenin etkisi altında kaybolmadan önce aşağı yönde hareket eden ters yönde bir girdap yaratılarak korunur.
Profili basit bir girdap ile değiştirirsek, kaldırmayı değiştirmeyiz, kanat bir “bağlı girdaplar” çizgisi olarak görünür. Bu kaldırma, yukarı ve aşağı giden akışla da ilişkilendirilebilir.
Kaldırma, Magnus etkisi için belirtilene benzer bir formülle tanımlanır. Sirkülasyon daha sonra silindire uygulanan dönme hızı ile orantılıydı. Burada, Joukowsky koşulu, kanattan uzaklaştıkça göreli hız ile orantılı bir sirkülasyon yaratır. Kaldırma daha sonra hızın karesiyle orantılıdır ve bu nedenle ifadeyi, akışın genel yönüne dik olan bu kuvvetteki herhangi bir şeye dinamik basınç müdahale etmeden, Formülasyonda belirtilen klasik biçimde koymak mümkündür.
Sonlu kanat açıklığına sahip bir kanat için, yukarıda açıklanan girdap çizgisi kanat ucunda aniden duramaz. Aslında, ekstrados'a göre intrados'un aşırı basıncı, yüksek basınçların düşük basınçlara doğru, ya intrados'ta dışarıya ve üst yüzeyde içeriye doğru enine bir akış yoluyla kanadın sonunda bir eşitlemeye yol açar. .
Bu hareketler, kanadın uçlarından uzaklaştıkça yoğunluğu azalan, akış yönünde gelişen girdapları başlatır. Arka kenardan belirli bir mesafede, bu girdap sistemi iki sıra kanat ucu girdabına indirgenir. Bu iki çizginin ve kanada bağlı girdap çizgisinin birleşimi at nalı girdap sistemini oluşturur .
Nemli bir ortamda, bu girdapların kökeni olan gevşeme, hava neden olabilir, su ile doymuş hale için, bunun sonuçları, bazen kanat uçlarından başlayarak girdapları vurgulamak geçici yoğunlaştırma ( sözde "geçici" iz ). Bu tür izlerin oluşmasına elverişli bir koşul, sıkı hareketler (akrobasi veya gösteri uçuşları) sırasında veya düşük hızda (örneğin bir uçağın iniş aşaması) karşılaşılan yüksek bir insidanstır.
Girdapların somon kanatlarında oluşan asansör . Bu fenomen, alt yüzey ile üst yüzey arasındaki basınç farkından kaynaklanır. Bu iz türbülansı enerji tüketir, bu da indüklenen sürükleme (kaldırma ile) ile sonuçlanır .
Kanadın uçlarında, bu sapma ile -kanadın her iki tarafında bulunan- bozulmamış hava arasındaki süreksizlik, marjinal girdapların kökenindedir .
Amacı kanatçıklar olan bu azaltmak için girdapları .
Kaldırma ile ilgili bu sürüklemeye , sınır tabakadaki viskozite ile ilgili sürtünme direncinin eklenmesi tavsiye edilir .
Michell durdurucunun deneyimi sayesinde asansör ölçülebilir .