sanningen om lyftkraft

[senmathal]

Läste denna artikel http://www.gluefox.com/flygsim/wingf...ygbernoull.htm som antyder att detn klassiska förklaringen om vad som alstrar lyftkraften hos en vinge är ifrågasatt. Någon som vet hur allmänt detta ifrågasättande är. Jag antar att de flesta någon gång funderat över varför ett flygplan flyger så pass bra upp och ner utifrån det man lärt sig om att den största lyftkraften är det undertryck som alstras på vingens översida.

/Mats

[bem]

Det var en artikel (elller artikelserie) för många år sen i Modellflygnytt har jag för mig där en aerodynamiker förklarade lyftkraft och klargjorde en del saker som helt enkelt var fel men som tydligen många förr fått lära sig. Nån som kommer ihåg vilket/vilka nr det var det stod i. Har ju slängt alla gamla Modellflygnytt jag hade (dum som jag var då...).

/Bo

[dumbo]

Någon som vet hur allmänt detta ifrågasättande är.

Hur ifrågasatt det är vet jag inte, men redan på 80-talet när jag hade "Fria Aktiviteter" i skolan och skulle bygga modellflygplan fick jag veta att större delen av den alstrade lyftkraften består i att man accelerar luft neråt. Detta var inte någon lärare som höll i dock. I fysiken fick man däremot lära sig det vanliga om att det är vingens välvning som är hela förklaringen. När jag så tog segelflygcert så fick jag åter igen veta att det är den accelererade luften som till största delen skapar lyftkraften. Det är ju helt logiskt då en helt platt vinge åxå flyger.

[senmathal]

Ja inte bara en helt platt vinge utan en välvd vinge som är upp och ner flyger. Man tycker att med all teknik och mätutrustning som finns tillgänglig skulle man kunna mäta de krafter som påverkar en vinge.

Ett experiment som dock talar för en lyftkraft/sugkraft över vingens välvning är då man blåser över en pappersremsa som man håller mellan tumme och pekfinger. Då man blåser förbi remsan på dess översida så lyfter den, enkelt att testa. Jag har även sett diskussioner om hur ett segel på en segelbåt funger vid kryss, Där verkar teorin om sugkraften pga av den ökade vindhastigheten förbi välvningen vara helt dominerande. Åtminstonde i böcker typ, Seglingens ABC. I dett fall går det ju inte riktigt att förklara med luft som pressa neråt eller i det här fallet bakåt eftersom ingen framåtdrivande kraft utom vinden finns. Jag vet inte men jag tvivlar på att ett helt platt segel skulle driva båten framåt.

/Mats

[matbos]

Här är några länkar om detta.

http://www.e.kth.se/~e99_tse/proj1.html

http://www.gluefox.com/flygsim/wingfoils/flygbernoull.htm

http://www.flygplan24.se/flygteknik/

[senmathal]

Länken i mitten kände jag igen

/Mats

[Michael]

Diskussionerna om lyftkraftens uppkomst drogs igång för en del år sedan då vissa flygingenjörer började hävda att Bernoullis teorem och Newtons lagar inte var för sig kunde förklara uppkomsten av lyftkraften runt en vinge. Detta ledde till en hetsk debatt på temat "Newton eller Bernoulli?" Diskussionen blev till slut helt meningslös eftersom flera av debattörerna dels inte visste riktigt vad de diskuterade och dels beroende på att frågan "Bernoulli eller Newton?" i grunden är felaktigt ställd.

För att göra det hela så enkelt som möjligt så uppstår lyftkraften då en vinge accelererar luft åt ett håll (vanligtvis nedåt) varvid det uppstår en reaktionskraft riktad åt motsatt håll, helt och hållet i enlighet med Newtons lagar. Denna reaktionskraft kan delas upp i två komponenter (lyftkraft och luftmotstånd). Accelerationen av luftflödet uppstår dels genom att vingen genom sin utformning och anfallsvinkel tenderar att avlänka luftflödet och dels genom att friktionskrafter mellan molekyler (viskösa krafter) påverkar flödet i ett gränsskikt runt vingen och tenderar att ge upphov till virvelbildning nära vingens bakkant som bidrar till luftens avlänkning.

Att fysikaliskt förstå varför luftmolekyler avlänkas är ett komplicerat problem som måste lösas på molekylär nivå. Eftersom det ur ingenjörsteknisk synpunkt är ohanterligt att göra beräkningar på en sådan mikroskopisk nivå har man utvecklat förenklade modeller för att kunna beräkna krafterna som uppstår på en vinge. En vanlig (men ur förklaringssynpunkt felaktig) modell som generationer av flygingenjörer använt är Kutta-Zukhovskys cirkulationsmodell. I denna modell antar man att luft som strömmar förbi en vingprofil utsätts för en cirkulation som ger upphov till en hastighets- och tryckfördelning (bild nedan). Utgår man från en given form på vingprofilen går det matematiskt ganska enkelt att beräkna cirkulationen och därigenom bestämma hastighets- och tryckfördelningen runt vingen jämfört med om man skulle göra beräkningarna på mikroskopisk nivå. Summeras tryckfördelningen över hela vingens yta kan lyftkraft och luftmotstånd samt även det vridande moment som uppstår på vingen beräknas. Genom att utforma vingprofiler med olika tjocklek och välvning så kan man maximera lyftkraften och minimera luftmotståndet inom olika fartområden.

För närvarande är "state of the art"-förklaringen en modell som i viss mån kan sägas likna cirkulationsmodellen ovan men som istället för en 2-dimensionell cirkulation runt hela vingprofilen antar att en 3-dimensionell virvelbildning uppstår strax framför vingens bakkant. Det är en betydligt mer komplicerad, men samtidigt mer realistisk modell av verkligheten.

En vingprofil med flat undersida (exv. Clark-Y) kan även i inverterat läge generera lyftkraft genom att accelerera luft nedåt om man ger profilen en tillräckligt stor anfallsvinkel. Eftersom den inverterade vingens profil är "upp och ner" så blir dock luftmotståndet väldigt högt och vingen orkar inte heller generera samma maximala lyftkraft som den kan göra rättvänt.

Ett vanligt missförstånd är att både Newtons lagar och Bernoullis teorem (vissa inkluderar även även Coandaeffekten) behövs för att förklara den totala lyftkraftens storlek. Detta är fundamentalt fel. Bernoullis teorem är ett resultat av Newtons lagar och talar endast om att då det finns en hastighetsfördelning i ett flöde, så finns det också en motsvarande tryckfördelning. Många av er känner till "energiprincipen" för fasta kroppar som säger att i avsaknad av friktion är summan av rörelseenergi och potentiell energi (lägesenergi) konstant. Bernoullis teorem är "energiprincipen" omformulerad för att passa en gas eller vätska och säger kort och gott att i avsaknad av viskösa krafter (friktion) är summan av dynamiskt tryck (rörelseenergi per volymenhet) och statiskt tryck (potentiell energi per volymenhet) konstant.

Bernoullis teorem behövs överhuvudtaget inte för att förklara hur lyftkraft uppstår, den är däremot ett praktiskt verktyg för att exv. genom mätningar av lokala tryck kunna bestämma hastighetsfördelningen kring en vingprofil eller tvärtom.

[MagnusStrömqvist]

Precis vad jag tänkte säga

[freddan_6]

Där verkar teorin om sugkraften pga av den ökade vindhastigheten förbi välvningen vara helt dominerande. Åtminstonde i böcker typ, Seglingens ABC. I dett fall går det ju inte riktigt att förklara med luft som pressa neråt eller i det här fallet bakåt eftersom ingen framåtdrivande kraft utom vinden finns. Jag vet inte men jag tvivlar på att ett helt platt segel skulle driva båten framåt.

/Mats

Helt fel, jag har byggt enkel r/c båt till min grabb med platt segel, fungerar fin-fint. Går lite långsammare än traditionellt segel, men tar bättre höjd (mot vindögat alltså). Om nu sugkraften står för 5-10% av lyftkraften för en välvd vinge på ett plan, så tror jag helt säkert att den står för 5-10% av drivkraften för ett segel, det är ju samma sak fast lodrät i stället för vågrät.

[kristianb]

Detta ämne poppar upp med jämna mellanrum, Jag var en agitator i början av 80-talet när framförallt Martin Ingelmann-Sundberg bidrog till att sprida en fysikaliskt trovärdig förklaring i Sverige. Övriga världen sladdar betänkligt, men det är inte ovanligt.
Som sagt, en vinge skyfflar luft nedåt för att skapa lyftkraft. Idioterna som hävdar längre väg och Bernoullis teorem. Klassisk aerodynamik bygger detta på den förutfattade meningen att luft inte är kompressibel. Vilket är fysikaliskt felaktigt och dessutom blir ett jätteproblem när man ska prata överljudsaerodynamik som handlar jättemycket om kompressionseffekter.... Vad tomtarna säger är att luften ändrar sina fysikaliska egenskaper beroende på hastigheten på flygplan som finns i närheten!

Allting hänger samman, när vingen skyfflar luft nedåt blir det brist på luft bakom/över vingen. Dvs ett lägre tryck som kan mätas exempelvis i en vindtunnel. Under vingen blir det naturligtvis ett högre tryck. Luften vill då förflytta sig från det tätare området till området med tunnare luft, det skapas en virvelformad luftström som startar i gränsområdet där tryckskillnaden är störst, dvs vingspetsen.
Och plötsligt hänger allt samman, Newton, Bernoulli och vingspetsvirvlar i en skön symbios! Det är nästan så man blir tårögd....
KristianB

[Thomas]

OK!
Så en del av lyftkraften genereras av övertryck på vingens undersida, och en del av lyftkraften generareras av undertryck på vingens översida... så länge vingprofilen är någorlunda semisymmetrisk eller har flat undersida.
Symmetriska (eller flata) vingar måste, med sunt förnuft, flyga med en aning positiv attackvinkel för att generera tillräcklig lyftkraft.
Sen lär elliptiska vingspetsar vara bäst när det gäller att INTE skapa bromsande spetsvirvlar. Nackdelen är ju att man tappar lyftkraft i spetsen med sådana vingspetsar.
Mondärna vingspetsar har ju winglets, där man s.a.s. flyttar ut spetsturbulensen, som därmed inte blir lika bromsande.
Alternativet är neråtsvepta vingspetsar... i MIN värld så håller dom kvar en del av lyftkraften i spetsen, på bekostnad av högre motstånd/ lägre hastighet.

Så fick jag lära mig en gång på det glada sjuttiotalet!

[anspe]

Gör den här liknelsen om det känns mer relevant:

Vad är det som gör att propellern ger dragkraft?

Är det undertrycket framför propellern? Nja.... Eller är det luften som accelererats bakåt av propellern?

Gissa vilken falang jag tillhör?


Anders

[Skalman]

Gör den här liknelsen om det känns mer relevant:

Vad är det som gör att propellern ger dragkraft?

Är det undertrycket framför propellern? Nja.... Eller är det luften som accelererats bakåt av propellern?

Gissa vilken falang jag tillhör?


Anders

Om propellern accelererar luft bakåt, så måste den väl ta luften nånstans?

[senmathal]

Ja när det gäller en propeller är det nog ganska solklart att det skapas ett rejält vacum framför propellern. Undertryck framför propellern och övertryck bakom. Jag har en känsla av att jämförelsen med propellern haltar lite då den rör sig genom luften på ett lite annorlunda sätt.

/Mats

[kristianb]

Fysik är fysik, oavsett om det är propellrar eller vingar man diskuterar!
Vi har ju vingen som är direkt kopplad till motorn. Det är det man kallar rotorblad. De accelererar luft nedåt, vilket alla klarar av att notera om man ställer sig under en hovrande helikopter.
Sen måste luften som accelereras nedåt ersättas av ny luft som strömmar in från alla riktningar för att jämna ut tryckskillnaden.
Försök att fatta att gränsen mellan högt och lågt tryck är ving/eller rotorspetsen där eventuella virvlar startar. Men förlusterna där är enbart strömningsförluster. "Vingspetsvirvlarnas" styrka är enbart beroende på hur kraftigt luften accelereras nedåt, dvs styrkan i de sk vingspetsvirvlarna är direkt proportionerliga mot det inducerade motsåndet! Det inducerade motståndet är proportionerligt mot anfallsvinkeln, dvs hur kraftigt luften accelereras nedåt!
Alltså: Lyftkraft skapas av att luft accelereras nedåt! De tryckskillnader som uppstår är mekanismen som överför kraften från den nedåtaccelererade luften till vingen!
KristianB