Jak doopravdy vzniká vztlak na křídle?

[YenyaKas]

odporucal by som zalozit si vlastne vlakno niekde ke na to narazi vetronari

Já jsem si založil vlákno vedle, na podobné téma. Zatím z toho mám podle tamních doporučení závěr, že profil není téměř vůbec důležitý, pokud člověk nezvolí způsob stavby, který by umožňoval ten profil dodržet. Ale že jsou nejspíš důležité věci typu štíhlost křídla, asi vzepětí, poměr hloubky profilu mezi kořenem a koncem křídla, atd. Tohle ovlivní chování letadla asi daleko víc a daleko spolehlivěji, než volba profilu.

[zelkar]

S lítostí jsem musel vlákno na čas opustit a teď se snažím vše dočíst...
Zkusím shrnout základní body, na kterých se zkušení modeláři zde zřejmě shodují (pominu OT):

1. Pro konstrukci modelů (natož k vlastnímu létání) není potřeba žádná matematická či fyzikální teorie. Stačí vhodný profil, zohlednění úhlu náběhu a rychlosti. Vlastnosti profilu si může každý vyhledat nebo modelovat nějakým programem.
(To ale nebylo předmětem původního dotazu.)

2. Ke vzniku vztlaku je nutná dostatečná rychlost proudění kolem křídla.
„Obvyklý“ profil je obtékán vyšší rychlostí shora než zdola. Tento rozdíl rychlostí souvisí s velikostí vzniklého vztlaku.
(To je empirický popis stavu věci, nikoliv nalezení příčin.)

Otázka ale zněla „JAK doopravdy vzniká vztlak na křídle letounu?“

Z předchozí diskuse se dá problém redukovat na otázku „Stačí k vysvětlení důvodu vzniku vztlaku z rozdílných rychlostí pouhá Bernoulliho rovnice?“ (Řada učebnic a leteckých škol dodnes pouze takto vztlak vysvětluje.)
Byl jsem sám dlouho přesvědčený, že to opravdu stačí. Jenže jak zde bylo řečeno, věda a „fyzika se stále mění, takže za pár let může být vysvětlení úplně jiné“. I když jde o menšinový názor, jsem dnes přesvědčen, že pouhá Bernoulliho rovnice nestačí.

...nebavi ma bojovat s veternymi mlynmi alternativnych fyzik, dalej uz bojuj sam..

Tak jo, aspoň se o to v následujícím pokusím

[zelkar]

Už jsem zde víckrát opakoval otázku: „Bude létat zvlněný profil?“
Podle Bernoulliho rovnice létat musí. Konečně této odpovědi se mi i dostalo:

Ak dovolis na nezmyselne otazky odpovedat nejdem, nevidim dovod preco by nemohol lietat.

Tak dobrá. Proč se teda nikde nepoužívá??
Viděl ho někdo - ať se prosím ozve. Je spousta videí nejrůznějších experimentálních letadel. Tento profil by se dal udělat velmi snadno třeba z vlnité střešní krytiny, spodek rovný laminát a hotovo. Navíc bude mít malý průřez, takže je to tenký profil s malým odporem a velkým vztlakem.
Tak proč se s tím ještě nelítá?? Nechce někdo udělat prototyp a zbohatnout na patentu?

Pokud to ovšem nelítá, něco s Bernoullim nehraje

[zelkar]

Abych si nevymýšlel vlastní teorie, položil jsem raději onu otázku svému známému, který je expertem a specialistou na proudění - řeší fyzikální modely proudění v různých potrubích a strojích pro velké zahraniční firmy. Odpověděl mi toto (mírně zkráceno):

Nejde o hraní s Bernoulliho rovnicí. Co vlastně znamenají ty rychlosti a tlaky v rovnicích a kde se vzaly? Vztlak je integrální veličina, takže ho těžko z tlaku můžeme počítat bodově. Navíc Bernoulliho rovnice platí jen pro ideální nestlačitelnou kapalinu s nulovou viskozitou.
Hlavním argumentem proti podobným "výpočtům" je, že se dá ukázat, že v případě nevazkého proudění neexistuje ani vztlak ani odpor (D'Alambertuv paradox) … Mám za to, že žádné intuitivní vysvětlení pro vznik vztlaku, které by využívalo pouze aparátu středoškolské fyziky, není. Ono řešit vazké proudění i na hodně zjednodušených geometriiích je i s vysokoškolskou matematikou problém. Inženýři to obvykle obcházejí Kutta-Žukovského podmínkou přidanou k rovnicím pro nevazké proudění.

Netroufám si názor experta nějak komentovat. Jen z toho pro mne vychází, že k odvození vztlaku pouhá Bernoulliho rovnice nestačí. Jakkoliv je to lákavě jednoduché. Jakkoliv se tím některé jevy dají částečně "vysvětlit".
(Rozuměl jsem tomu tak nakonec už i z příspěvku pana Hořejšího.)

Proudeni se ted resi soustavou parcialnich diferencialnich rovnic:
Rovnice kontinuity
Pohybova rovnice Eulera (nevazke) nebo Navier-Stokes (vazke)
Energeticka rovnice

a k tomu Bernoulliho rovnice

[LV]

Zatím z toho mám podle tamních doporučení závěr, že profil není téměř vůbec důležitý, pokud člověk nezvolí způsob stavby, který by umožňoval ten profil dodržet. Ale že jsou nejspíš důležité věci typu štíhlost křídla, asi vzepětí, poměr hloubky profilu mezi kořenem a koncem křídla, atd. Tohle ovlivní chování letadla asi daleko víc a daleko spolehlivěji, než volba profilu.

To si príliš zjednodušil.
Ono je dôležité vybrať vhodný profil ku ktorému sa chceš pri výrobe priblížiť. Sú "overené" profily ktoré pre danú aplikáciu fungujú.
Nebude ti ale fungovať ak použiješ najmodernejší profil napríklad pre F3X, F5X a budeš ho chcieť aplikovať inou cestou ako kompozit vo forme. Tenké výkonné profily sú obvykle náchylnejšie na presné dodržanie tvaru.
Na vetrone vyrábané inak ako vo forme fungujú profily s hrúbkou okolo 12%. Tam už je dostatočná stavebná (konštrukčná) výška pre nosník.

[igorb]

Já jsem si založil vlákno vedle, na podobné téma. Zatím z toho mám podle tamních doporučení závěr, že profil není téměř vůbec důležitý, pokud člověk nezvolí způsob stavby, který by umožňoval ten profil dodržet. Ale že jsou nejspíš důležité věci typu štíhlost křídla, asi vzepětí, poměr hloubky profilu mezi kořenem a koncem křídla, atd. Tohle ovlivní chování letadla asi daleko víc a daleko spolehlivěji, než volba profilu.

LV to uz napisal, ale napisem to drevorubacskejsie, ci dodrzis alebo nedodrzis dostarocne tvar profilu, tak na pomalom termickom vetroni kde potrebujes male opadanie nebude dobre fungovat polosymetricky profil aky pouzijes u hotlinera, proste to bude na prd a rovnako ak das na hotlinera klenuty profil z termickej A1 a natlacis v ocakavani zihadla, budes tiez sklamany, proste sa nerozbehne.

Cize to co pises ma logiku az v momente ze ten profil je "orinentacne" +/- OK, to ta dotiahne do tych spominanych 90% vykonov, mozno aj 95.

[igorb]

Už jsem zde víckrát opakoval otázku: „Bude létat zvlněný profil?“
Podle Bernoulliho rovnice létat musí. Konečně této odpovědi se mi i dostalo:Tak dobrá. Proč se teda nikde nepoužívá??
Viděl ho někdo - ať se prosím ozve. Je spousta videí nejrůznějších experimentálních letadel. Tento profil by se dal udělat velmi snadno třeba z vlnité střešní krytiny, spodek rovný laminát a hotovo. Navíc bude mít malý průřez, takže je to tenký profil s malým odporem a velkým vztlakem.
Tak proč se s tím ještě nelítá?? Nechce někdo udělat prototyp a zbohatnout na patentu?

Pokud to ovšem nelítá, něco s Bernoullim nehraje

A aka logika tohto univerza ta vedie k tomu ze by na tej vlnovke mala byt vyssia rychlost prudenia (lebo to vyzaduje Bernoulliho rovnica0? Ako to fakt??? Preboha kde sme sa dostali?

[igorb]

No tak si to vyjadrenie nemal skracovat pretoze teraz to dost postrada logiku

Navíc Bernoulliho rovnice platí jen pro ideální nestlačitelnou kapalinu s nulovou viskozitou.

Nepochybne, bolo to hned prve co som povedal v prvom prispevku, tu nie je cas na riesenie viskozity a medznych vrstiev atd, na to si treba precitat trochu hrubsie knizky, aj ked to hafo plevelu co je tu vo vlakne by uz za knihu dalo, cileom bolo vysvetlit mechanizmus, nie detailne kvantifikovat

Hlavním argumentem proti podobným "výpočtům" je, že se dá ukázat, že v případě nevazkého proudění neexistuje ani vztlak ani odpor (D'Alambertuv paradox)

No tu by som asi skoncil, D'Alambertuv paradox nehovori o vztlaku ale frikcnom odpore. Tu ale ide o to ci mi funguje vypocet podla bernoulliho rovnice (cize bez vplyvu viskozity, cize v idealnom plyne). Nie o teoreticke paradoxy alebo vyjavy zo zivota mikrohmyzu.

A aby ma niekto neupodozrieval ze mystifikujem ja, a ze moj papier znesie vsetko, tak na internetovy paprier zacitujem z realneho papiera ktory asi hikto nespochybni:

Vysvetlenie: v texte sa jasne pise ze to odvodenie je urobene pre idelany plyn co je v priamom rozpore s vyjadrenim >>>v případě nevazkého proudění neexistuje ani vztlak <<< Proste SA to tak urobi a tak to funguje.

to same vidim na obrazkoch A a B .. na obrazku A by nemal vzniknout podla experta rozdiel tlakov, obrazok sice nehovori o valci, ale profil je len trochu pokruteny valec, akakolvek nesymetria tvaru valca vytvara nesymetriu toho Cp , inak povedane vznika rozdiel tlakov cize nejaka aerodynamicka sila a teda po rozlozeni vztlak a odpor, zatial co pises >>>v případě nevazkého proudění neexistuje ani vztlak ani odpor<<<

takze sory ze fungue bernoulliho (vela krat odskusana) rovnica stale verim a tak zostanem pri starom co doviedlo letectvo do dnesneho stavu :- ))

EDIT: trosku som to upravil aby nevznikol pocit prisnej "prudkosti" :- ))))

[DAF]

...Zatím z toho mám podle tamních doporučení závěr, že profil není téměř vůbec důležitý, pokud člověk nezvolí způsob stavby, který by umožňoval ten profil dodržet. ...

LV igorb ti to snad vysvětlili dostatečně. U profilů např typu Clark Y malá odchylka nebude mít výrazný vliv na výkony. U laminárních profilů je přesnost zásadní pro zachování parametrů.To také na vysvětlenou pro Atta.

[YenyaKas]

Zatím z toho mám podle tamních doporučení závěr, že profil není téměř vůbec důležitý, pokud člověk nezvolí způsob stavby, který by umožňoval ten profil dodržet. Ale že jsou nejspíš důležité věci typu štíhlost křídla, asi vzepětí, poměr hloubky profilu mezi kořenem a koncem křídla, atd. Tohle ovlivní chování letadla asi daleko víc a daleko spolehlivěji, než volba profilu.

To si príliš zjednodušil.
Ono je dôležité vybrať vhodný profil ku ktorému sa chceš pri výrobe priblížiť. Sú "overené" profily ktoré pre danú aplikáciu fungujú.

Ano, takto nějak jsem to myslel s tím, že profil není téměř vůbec důležitý. Nebo konkrétně na YT lze vidět spousty staveb, kde jim na pěnovém větroni bez motoru nebo jen s velmi slabým motorem relativně funguje i KFm2, a se zakulaceným profilem to může být ještě lepší.

Na vetrone vyrábané inak ako vo forme fungujú profily s hrúbkou okolo 12%. Tam už je dostatočná stavebná (konštrukčná) výška pre nosník.

Mohl bys toto prosím rozvést (nejlépe tam, ať neunášíme tohle vlákno)? Zmiňuješ aerodynamické vlastnosti, ale podpíráš to konstrukčním argumentem.

[Atto]

Už jsem zde víckrát opakoval otázku: „Bude létat zvlněný profil?“

Vo vedomostiach o aerodynamike síce nie som ako Igor (škoda), ale dovolím si vyjadriť svoj názor:

Lietať do bude a vlastnosti budú niečo medzi rovnou doskou a spuchnutými "hajzlovými dverami".

Podstatné je, že prúd vzduchu na hornej strane nebude taký ako je nakreslené na obrázku: nebude absolvovať tú horskú dráhu, ale v každej preliakline vznikne vír a prúdnice nad tým chaosom už budú čím ďalej rovnejšie.

Ale ak tá doska bude mať náklon pár stupňov (aby mala vztlak), tak na jej hornej strane tak či tak vzniká (jeden veľký) vír, takže nejakých pár menších vírov navyše tento "superprofil" nijako nevyvedie z rovnováhy.

[coro]

Neviem sa zapojiť do vedeckej diskusie, ale výnimočne môžem prispieť praxou - vyrobil som si krídlo na metrového mustanga,
ktoré sa profilom chcelo podobať na nejaký pekný profil ala Clark-Y.. Relatívne tenký, cca 10 percent ak nie menej.
Olaminoval som ho tak aby zostala na povrchu jemná štruktúra 25g/m2 tkaniny, urobil krásne ostrú odtokovku, proste som bol so sebou spokojný.., a šup do vzduchu.
- A neletelo to.-
Teda zaviselo trochu smerom hore za vrtuľou, ale pokus o prechod do vodorovna skončil vždy úplne neriadeným pádom.

To krídlo, držané v ruke za jeden koniec keď sa s ním zatočíte, a čakáte vztlak (t.j. náklonom by sa malo brať do hora alebo tlačiť aj dole), malo vlastnosť takmer dokonalej guľatiny. Bez reakcie na uhol nábehu, a to do rýchlosti ako som sa len dokázal točiť. Ani len odpor sa nejak rozpoznateľne nemenil, točilo sa naplocho rovnako ako nábežkou vpred (aj vzad).. Proste guľatina.
Vysvetliť to teoreticky neviem. Ale kolegovia na letisku to videli..

Možno tá vlnovka na obrázku by letela výrazne lepšie, možno dokonca až tak že by si ju niekto pochvaľoval - bez testu to nedokážem určiť..

[horejsi]

Tak se taky pokusim. Navazu na Igora, pise spravne.

B. rovnice je rovnice zachovani energie. To nikdo nezpochybni. Napsana slovy a "na hulvata, nepresne" zni: soucet tlaku a rychlosti je konstanta. Konstanta neni spadla z nebes. je to jen tlak pri nulove rychlosti (= tlak zabrzdenecho proudu, stagnacni tlak, celkovy tlak ...).

Do homogenniho paralelniho proudu vzduchu (volny proud) vlozime profil. Proud se tim deformuje. Na horni, vyboulene strane profilu se obecne zvysi rychlost a tedy snizi tlak. Profil se "pricucne" nahoru. Na dolni se rychlost snizi a zvysi tlak (profil se "odtlaci"). Presne rozlozeni je zavisle na tvaru profilu a jeho uhlu nastaveni. Jen nahodne se muze stat, ze treba na dolni strane je rychlost/tlak konstantni. To zavisi na tvaru profilu a jeho nastaveni.
Zbyva dokazat, ze plyn odchazi z ostre odtokove hrany. Nebudu do toho zabrusovat, staci rict, ze to odpovida pozorovani. Horni a dolni proud se moc neovlivnuji, takze za odtokovou hranou nejsou jejich rychlosti totozne. Vyrovnavaji se vznikem virove rady odchazejicich viru.

Ze znalosti rozlozeni rychlosti (tlaku) na profilu se da napocitat vztlak. Na to mame treba MATEMATICKOU velicinu "cirkulace". Neznamena to, ze kolem kridla je nejaky vir. (Jde o krivkovy integral ze soucinu tecne rychlosti a krivky podel celeho obvodu profilu). Vztak je umerny cirkulaci. Pro presnou hodnotu vztlaku se musi cirkulace nasobit nejakymi konstantami.

"Hrbaty" profil: to uz jsme jinde. Vazkost. Hrby budou nejspis podporovat odtrzeni proudu spojene s totalni ztratou vztlaku. Asi uz pri nizkem uhlu nabehu a pri nizsi rychlosti. Radeji bych to nezkosel. Let by mohl byt hooodne nepredvidatelny.

Mustang mel specialni profil, podobny modernim LDA (Low Drag Airfoil, ted se pouzivaji na ruznych modelech, vcetne volnych. Resp. "superkriticky". Az poletite na dovolenou, mrknete se profil kridla lineru. V predni casti je skoro soumerny, nahore hodne plochy aby se snizila intezita razove vlny. Prohnuti je spis hodne vzadu.
Profil Mustang je i v poslednim stupni starsi parni turbiy Skoda 100MW, jen je vic prohnuty

Pokud by byl zajem vysvetlit jak je to s tou stlacitelnosti, jsem k dispozici

[StrycAlois]

Igore,
teď mi Ivan tak poněkud nechtěně nahrál. Mám na mysli to, jak jsme se bavili, jak jsou všeobecně vysvětlovány tlakové poměry nad a pod křídlem:

Informace, že na spodní straně křídla neklesavě letícího letounu nebo modelu vůbec nemusí být vyšší tlak, než tlak okolního vzduchu, je pro mne opravdu nová a hodně překvapující. Ačkoliv se přetlak na spodní straně křídla jako vysvětlení, proč letadlo letí, uvádí téměř všude.

I takový zkušený harcovník, jako je Ivan, to vysvětluje podobně:

Na horni, vyboulene strane profilu se obecne zvysi rychlost a tedy snizi tlak. Profil se "pricucne" nahoru. Na dolni se rychlost snizi a zvysi tlak (profil se "odtlaci").

On sice tento fakt podmiňuje tvarem profilu a úhlem jeho nastavení, ale z toho celého tak nějak vyplývá, že přetlak (vůči okolnímu tlaku) na spodní straně křídla je převládající záležitost a není-li tam přetlak, tak je to více méně výjimka.

Jen nahodne se muze stat, ze treba na dolni strane je rychlost/tlak konstantni.

Avšak ze závěrů tohodle 10-ti stranového vlákna spíše vyplývá, a shodli jsme se na tom, že pro normální letový režim, tedy pro ne-příliš velké úhly náběhu a pro převládající profily, tedy profily symetrické i nesymetrické, ale né klenuté, je na spodní straně křídla buď malý podtlak anebo neutrální stav: ani podtlak ani přetlak.
Pouze klenuté prifily za normálních letových podmínek a ostatní profily při větším úhlu náběhu vyvozují pod křídlem přetlak.

[coro]

No ale vlákno sa pýtalo na krídlo, a nie na nekonečne dlhý dokonalý profil v ideálnom plyne,
takže by sa podľa mňa patrilo od toho poodstúpiť trochu ďalej a zobrať to ako niečo neurčité, čo ovplyvňuje vzduchovú masu
dosť ďaleko pred nábežkou (pri podzvukových..), a dosť vysoko nad a hlboko pod.. a zostáva za tým kadejaký vír..
Nechcem podceňovať kvalitné a dokonale vyrobené profily, len chcem pripomenúť trup a winglety,..