O que é o "Elevador Bernoulli" e por que ele representa apenas 20% do elevador de um avião?

Sempre que a pergunta "Por que os aviões voam?" é perguntado (por exemplo: »O que realmente permite que os aviões voem?« , »Como funciona um aerofólio?« ) em um determinado momento é citado o seguinte:

O princípio de Bernoulli representa 20% do elevador de um avião…

Numa formulação muito geral, o Princípio de Bernoulli afirma

$p_\mathrm{total} = p_\mathrm{dynamic} + p_\mathrm{static}$

Assumindo velocidades baixas ( ), isso pode ser escrito como (resultando em um erro de 5% em M = 0,3 devido à mudança de densidade):$M\ll0.3$$M=0.3$

$p_\mathrm{total} = \frac{1}{2}\rho u^2 + p_\mathrm{static}$

Quando o Princípio de Bernoulli é definido assim. Em seguida (no caso de ) que faz conta para 100% do ascensor , uma vez que descreve como a diferença de pressão estática entre os resultados de sucção e pressão secundários em arrasto e elevador (desprezando o atrito da pele).$M\ll0.3$

Quais suposições adicionais devem ser feitas para obter um aumento que representa apenas 20% do aumento real? É este o elevador que se calcularia quando a força de elevação se baseia na suposição de tempo de trânsito igual? Ou isso ocorre quando uma asa delta também apresenta um sistema de vórtice para que a definição da pressão total possa ser difícil?

O debate sobre elevação de Bernoulli-Newton já existe há muito tempo e agora tem muitas outras teorias. Esse link hiperfísico resume muito bem; http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/fluids/airfoil.html

Existem muitas explicações confusas nos dois lados da cerca. Como os 20% falsos afirmam que você se deparou ;-). É um tópico mais complexo do que a maioria das pessoas acredita e não posso dizer que estou realmente feliz com qualquer uma das definições de "livros" que encontrei ao longo dos anos. Concordo com sua avaliação matemática do princípio de Bernoulli, que explica 100% da sustentação, o que a equação faz, mas não explica os conceitos errôneos que cercam o debate. É um pouco como argumentar "o mundo é descrito por um sistema de coordenadas polar ou cartesiano?", Porque é o mesmo mundo, independentemente da maneira que você escolher descrevê-lo. Passei bastante tempo estudando esse tópico e tentarei explicar minha própria explicação (talvez termos mais leigos). Parece que você já tem um entendimento firme,

A elevação é o processo pelo qual um aerofólio que viaja através de um fluido a uma velocidade transforma uma pequena força dianteira em uma grande força perpendicular. Pense em uma asa / aerofólio como uma relação de transmissão entre força dianteira e força descendente. Asas / aerofólios diferentes têm diferentes relações de transmissão (coeficientes de elevação). A conservação do momento (por Newton) nos diz que se movermos mais ar para uma velocidade mais baixa, poderemos levantar com muito mais eficiência. Você pode fazer isso em sua mente, porque o momento tem um termo de velocidade linear (p = mv) e a energia cinética tem um termo de velocidade ao quadrado (ke = 1 / 2mv ^ 2). Assim, você pode ver que, à medida que a velocidade do ar descendente aumenta, a potência necessária aumenta exponencialmente (1-> 4-> 9-> 16-> 25) enquanto a força de elevação cresce apenas linearmente (1-> 2-> 3- > 4-> 5). É por isso que um Cessna 172 pode voar, mas não pode voar na vertical.

Esse insight é altamente útil para explicar o levantamento sozinho. Qualquer mágica que ocorra para fazer x muitos kg de ar se moverem na velocidade v está fora de nossa preocupação e ainda podemos explicar e avaliar a sustentação de forma eficaz.

Porém, quando nos aprofundamos em nosso entendimento, como quando tentamos entender por que os aerofólios param de funcionar em altos ângulos de ataque, precisamos de novas explicações para modelar a realidade. Com nosso entendimento anterior, esperávamos uma boa mudança na relação de marchas trigonométricas com base em nosso ângulo de ataque, mas como os aerofólios não se comportam dessa maneira na prática, precisamos entendê-los mais profundamente.

O princípio de Bernoulli explica por que o fluxo laminar de ar por cima da asa é essencial para elevar. Se o ângulo de ataque for muito grande ou se o fluxo de ar laminar no topo da asa for interrompido; turbulência será gerada e o aerofólio será interrompido. Em uma barraca, uma certa quantidade de ar ainda está sendo desviada para baixo pela parte inferior do aerofólio; mesmo na ausência de pressão negativa no topo da asa. Nesse caso, é gerado um "elevador" de maneira "puramente Newton", mas a proporção de deslizamento será a de uma rocha de forma triangular ;-). Há tão pouca força descendente em relação a uma grande força de avanço que não é considerada elevação.

Uma perspectiva de elevação de Newton é correta no sentido de que a asa / aerofólio, como um sistema completo, produz elevação com base na relação de transmissão desse sistema. No entanto, isso não explica por que podemos alcançar uma relação de transmissão tão alta (coeficiente de elevação) na prática. Para atender a essa necessidade, usamos o princípio de Bernoulli juntamente com muitos outros princípios de dinâmica de fluidos para ajudar a explicar a física complexa que ocorre. Outras matemáticas e teoremas podem ser usados ​​para explicar a física de maneiras mais úteis e / ou mais confusas ;-). Por exemplo, considero o Teorema de Kutta-Joukowski altamente irritante e pouco intuitivo. Dito isto, tenho certeza que salvou as pessoas de algumas equações diferenciais muito desagradáveis ​​ao longo dos anos ;-).