Zadnje objave

5. Bernoullijeva teorija in vzgon

Bernoullijeva teorija zračnega toka
Venturijeva cevKo se zračni tok sreča s krilom se odkloni in en del potuje po zgornji, drugi pa po spodnji strani. Ta odklon je zelo zamotan, saj se spremeni hitrost in tlak zračnega toka. Če želimo, da se na krilu pojavi vzgonska sila, mora nastati razlika tlakov nad in pod krilom. Bernoullijeva teorija vključuje hitrost in tlak zračnega toka in je zelo pomembna za aerodinamiko in letenje.
Če majhen delec zraka predstavlja del glavnega toka, je ta v ravnotežju, če tlak deluje v vse smeri enako. Ko pride do razlik v tlaku, delec to občuti kot motnjo ravnotežja in pospeši ali zavira skladno s trenutnim zakonom gibanja. Hitrost naraste, če je tlak na začetku manjši kot na koncu in obratno. Zato delec pospeši proti predelu nizkega tlaka ali zavira proti predelu višjega tlaka. To deluje tudi v obratni smeri, če se hitrost delca zmanjša, se tlak poveča. Ta zakon pa ne velja samo za en delec toka zraka pač pa za celoten tok. Matematično to izrazi Bernoullijeva enačba, kjer je P stanje tlaka.
Bernoullijeva enačba
Gostota zraka je konstantna, tlak in hitrost pa se spreminjata premo sorazmerno. Če se tlak zveča se hitrost zmanjša in obratno. To lepo prikazuje venturijeva cev, kjer merimo tlak in hitrost na različno debelih mestih cevi. Kot kaže risba mora tok prehajati skozi zožen del cevi. Na zadnjem delu mora istopiti enaka količina zraka v določeni časovni enoti, kot spredaj vstopi. V zožanem delu cevi se mora zato hitrost toka povečati, to pa se sklada z Bernoullijevo teorijo, da se v tem delu cevi zmanjša tlak. Hitrost toka je na risbi lepo prikazana. Tok zraka okoli teles se podobno deformira v skladu nihanja hitrosti in tlaka, kar je zelo pomembno za razumevanje toka ob krilu.

Izvor vzgonaSimetrični profil
Pri letečem krilu se zračni tok najprej sreča z njegovim prednjim robom in ustvari se tako imenovani zastoj. To točko imenujemo zastojna točka. Hitrost zračnega toka je v tej točki glede na krilo enaka nič, zato je na tem mestu po Bernoullijevem zakonu največji tlak. V tej točki se zračni tok razdeli na dva dela, ki ločeno pospešeno potujeta po zgornji in spodnji strani krila. Pri simetričnem profilu krila, ki leti brez vpadnega kota, sta zgornji in spodnji tok enako pospešena, zato je tudi tlak na obeh straneh enak. Zaradi enakih tlakov se na takšnem krilu sila vzgona ne pojavi. Na zadnjem robu profila se zračna toka zopet združita in tlak se vrne v prvotno stanje.Simetrični profil pri pozitivnem vpadnem kotu.
Kadar krilo s simetričnim profilom leti pod določenim vpadnim kotom se zastojna točka na prednjem robu krila pomakne navzdol. V tem primeru se poti zračnega toka spremenita in toku, ki potuje po daljši strani se poveča hitrost in zmanjša tlak. Tok na ukrivljenem profiluLokalna ločitev tokaNa zgornji in spodnji strani pride do razlik tlakov in pojavi se sila vzgona.
Nesimetrični profili proizvajajo silo vzgona že pri ničnem vpadnem kotu. Zaradi nesimetrične oblike ima zgornji tok večjo hitrost kot spodnji in zato manjši tlak. Nesimetrični profili šele pri določenem negativnem vpadnem kotu dosežejo nični vzgon, ta kot pa je odvisen od oblike profila. Povprečje tlaka na zgornji in spodnji strani je v takem primeru enako. Popolna porušitev vzgonaZaradi ukrivljenosti profila, pa se oba toka nad in pod profilom lahko zelo razlikujeta in na določenih mestih pride do razlik. V takem primeru se na krilu pojavijo določeni momenti, ki vplivajo na stabilnost letala.
Lokalna ločitev toka z ločitvenim mehurčkom.Kadar vpadni kot profila zelo naraste, se zračni tok na zgornji strani odtrga in se loči od profila. Takšna ločitev zračnega toka zelo spremeni razliko tlakov, vzgonska sila se zelo zmanjša in krilu se poruši vzgon. Zračni tok se lahko loči od profila tudi v manjši meri kjerkoli pred zadnjim robom, kar imenujemo ločitveni mehur.

Teorija vrtincevKroženje toka in vrtinci
Zračni tok usmerjen navzgor pred krilom in navzdol za krilom ustvarja odklon zračne mase preko krila. Ta odklon moti ravnotežje v zračnem toku, zato se temu upira. Lahko si predstavljamo, da tako odklonjen zračni tok ustvarja nekakšen valj v katerem tok kroži. To je samo matematični model za boljše razumevanje tega efekta. Tok nad in pod krilom v resnici ne kroži, se mu pa temu primerno spreminja hitrost. Ta sprememba hitrosti ustvarja dodatni pospešek na zgornji strani profila, na spodnji pa ga zmanjšuje. Takšno kroženje toka imenujemo omejen vrtinec, saj se kot pentlja vrti vzdolž krila. Poskusi so pokazali, da takšno kroženje ustvarja vzgon. Glavni namen te teorije je matematično izraziti potek toka ob krilu, saj le na tak način dobimo dobre podatke za realno krilo. Tako lahko na katerikoli točki na krilu, s pomočjo teorije vrtincev, matematično določimo vzgon.

Dodaj odgovor

Vaš e-naslov ne bo objavljen. * označuje zahtevana polja

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.