מדע: אז איך באמת מטוס טס ?

אודה למי שיעשה לי סדר מדעי בדברים (או מה שלא עניין אותי בשיעורי מדע בצעירותי מעניין אותי עכשיו)

להלן ציטוט מהוויקיפדיה:

שגיאת עקרון זמן המעבר השווה
"בספרים רבים ובכנסים מדעיים שנוגעים בנושאי תעופה וטיסה נפוץ עדיין ההסבר השגוי הנקרא "עקרון זמן המעבר השווה", הקובע שחלקיקי זרימה, שהפרופיל האווירודינמי מפריד ביניהם, ייפגשו שנית בסיום הפרופיל האווירודינמי באותו זמן. כלומר, החלקיק שמעל הפרופיל יעבור דרך ארוכה יותר בשל עקמומיות משטח הפרופיל מהחלקיק שיעבור מתחת לפרופיל, ובשל הזמן השווה מהירותו הממוצעת של החלקיק העליון תהיה גבוהה יותר, הלחץ שיופעל מעל הפרופיל נמוך יותר (עקרון ברנולי) ומכאן הפרש הלחצים המסביר את העילוי. על אף שהסבר זה הוא הנפוץ ביותר, הוא שגוי מיסוד ההנחה שבו, שהחלקיקים חייבים להיפגש בקצה האחורי של הפרופיל באותו זמן. למעשה, החלקיקים אינם עושים זאת כלל. אם הסבר זה היה נכון, מטוסים לא היו יכולים לטוס כאשר הם הפוכים על גבם, בעוד שהם יכולים. כמו כן, הסבר זה אינו מסביר היווצרות עילוי על כנפיים סימטריות לחלוטין, כפי שיש ברבים ממטוסי האווירובטיקה.
לא ברור מדוע הסבר זה צבר מספר כה רב של מאמינים, למעט על ידי חזרה מרובה של מרצים, ספרי מדע פופולרי ואולי הקלות שבשימוש בהסבר זה, שאינו דורש כל הבנה מתמטית. יחד עם זאת, שימוש בהסבר זה - ובאינטואיציה שעומדת בבסיסו - הוא שגוי. בספרות מקצועית מכובדת לא ניתן יהיה למצוא הסבר זה, ואם הוא קיים - הספר הינו בעל ערך מדעי מפוקפק. אפילו אלברט איינשטיין, בניסיונו ליצור מטוס בעל ביצועים אווירודינמיים משופרים, ועל סמך העקרון הזה, החליט ליצור מטוס בעל כנף עם חלק עליון קמור במיוחד, מתוך מחשבה שככל שהחלק העליון יהיה ארוך יותר הזרימה תאיץ יותר (כדי לאפשר לחלקיק שעובר מעל הכנף לסיים את דרכו עם החלקיק העובר מתחת לכנף) וכך הפרש הלחצים יגדל והעילוי יגדל. למותר לציין שביצועי הפרופיל הזה היו גרועים"

גם אני כמו שמובא בציטוט הבנתי את רעיון הכנף הקמורה והעילוי, ע-ד שעלתה בי השאלה המתבקשת שאם ההסבר העממי הוא ההסבר איך יתכן שמטוסים יכולים לטוס הפוך, הרי בטיסה הפוכה החלק הקמור הופך להיות מטה והחלק הישר מעלה ואם כן העילוי היה צריך להיות כלפי הקרקע !!! ....
ובערך בוויקי מצאתי שאלה זו ולא רק, זאת אלא מוסיף הכותב ואומר שיש להסבר הזה ולמי שמביאו "ערך מדעי מפוקפק"
אז מהו ההסבר ? מהו ההסבר המלא המדעי לכוח העילוי המאפשר לנו לטוס.

תודה

לפי הציטוט, הערך העיברי בוויקיפדיה לקח (באופן שטחי מאד) את הטענות מהאתר של NASA:
ההסברים השגוים:
http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/wrong1.html
http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/wrong2.html
http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/wrong3.html

וההסברים הנכונים אליבא ד-NASA (מקור די אמין בנושא 🙂 )
http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/right1.html
http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/right2.html
האחד מבוסס על הפרש לחצים והשני על סירקולציה .

ולשאלתך:
מטוס שטס הפוך טס בזווית התקפה מתאימה כדי לבטל את ה"עילוי השלילי" שמייצר הקימור ההפוך. תטוס הפוך ישרה ואופקית ב-il2 לפי הווריאו(VSI) מדוייק ב-0 ותסתכל על זווית המטוס ביחס לאופק במבט מבחוץ.
אם תטוס הפוך עם הגה גובה ממורכז אכן תטוס בהנמכה.
ואם תטוס ישר ובזווית התקפה 0(פחות או יותר הגה גובה ממורכז), עם מספיק מהירות המטוס עדיין ישאף לטפס בגלל העילוי של הכנף שנוצר כתוצאה מהקימור של הפרופיל. העילוי יהייה ביחס ישר לכוח הדחף(למהירות הזרימה). ותצטרך לטוס בזווית התקפה שלילית כדי לבטל את העילוי אם תרצה לטוס ישרה ואופקית.

מקדם העילוי(CL) תלוי גם בפרופיל הכנף(קימור) וגם בזווית ההתקפה. אם תסתכל בהסבר הנכון מס' 2 תראה באנימציה שלמעשה זווית ההתקפה יוצרת קימור בזרימת האוויר(גם כשהכנף היא קרש).

אם מישהו רוצה לקרוא קצת מהרצאת מבוא לאווירונאוטיקה בטכניון

http://ae-www.technion.ac.il/admin/serve.php?id=22638

http://ae-www.technion.ac.il/admin/serve.php?id=22634

NACA זה שמות של פרופילי כנף,ניתן לקרוא בגוגל. ההסברים אולי לא הכי נהירים (כי הם מלווים במרצה) אבל יש שם מסקנות בסיסיות.

תודה רבה muli תודה רבה RF
רק בעיה קטנה 😳 אלו אתרים שמביאים (באופן טבעי) את הנושאים בשפה האנגלית, עם אנגלית אין לי בעיה, אבל נראה לי שמדובר באנגלית מקצועית 😱
אם יש לכם חומרים, הפניות או סיכומים אישיים לנושא בעברית אודה לכם
אם לא, אתחיל לעבוד על תרגום
כמו כן אולי משהו מכם יתקן ויערוך את הערך בוויקיפדיה הרישמי או יכתוב ערך חדש בוויקיפדיה שלנו מדובר במונח יסודי בתחום התעופה לפחות שבוויקי שלנו זה יהיה ושיובא בשפה שוות נפש עד כמה שהדבר ניתן.

בשמחה כפיר,

העניין כזה,לרב המושגים אין שמות מתאימים בעברית ופשוט נהוג לדבר עם המושגים הלועזיים כי בסופו של דבר התעשיה גלובלית בתחום.

אני חושב שבלינק הראשון שהבאתי האנגלית די פשוטה ואם לא הבנת מילה או שתיים תמיד אפשר לבדוק במורפיקס/בבילון /תרגום של גוגל למילה.

אם תרצה תפנה אליי בפרטי ואני אנסה להסביר לך בכלים כמו סקייפ על מה מדובר בגדול. שים לב שעוד לא למדתי קורסים מתקדמים על זרימה אז הכל יהיה ברמת השקפים הללו

KfirC2 כתב/ה:אם יש לכם חומרים, הפניות או סיכומים אישיים לנושא בעברית אודה לכם

בפשטות:
הכנף היא סוג של משאבה שבגלל צורת הפרופיל(סוג של רמפה) בחלקה הקדמי "זורקת" אוויר כלפי מעלה(upwash) ובחלקה האחורי "במדרון"(בשל הצמיגות ונטיית האוויר להידבק ולעקוב אחר משטח הכנף) זורקת אוויר כלפי מטה (downwash). התוצאה היא סירקולציה סביב הכנף בשכבות הקרובות למשטח הכנף.
לצמיגות ולשכבת הגבול(הצמודה לכנף) יש תפקיד חשוב ביצירת הסירקולציה הזאת.

כיוון הטיסה מצויין בחץ למעלה (הסירקולציה היא למעשה בכיוון הפוך לתנועת הכנף).
בגלל(בין השאר) הסירקולציה הזאת נוצרים מערבולות נוספות בסביבת הכנף(כדוגמת מערבולות קצה כנף-vortex). לצורך העניין אפשר להתעלם מתרשימי המערבולות משני צידי הכנף ומאחוריה.
מרגע שמסכימים על הסירקולציה, אפשר כבר להסביר את העילוי על בסיס מספר אפקטים שנוצרים בשל קיומה
הכי פשוט הוא בעזרת חוק ברנולי שקובע שהלחץ הסטטי של פלואיד(נוזל/גז) הוא בייחס הפוך למהירות זרימתו.
בשל הסירקולציה ברור שהזרימה מעל הכנף מואצת(היא בכיוון הסירקולציה) והזרימה מתחת לכנף מואטת(היא בניגוד ללכיוון הסירקולציה).
התוצאה היא הפרש לחצים סטטיים: לפי ברנולי
זרימה מואצת בחלק העליון=לחץ סטטי קטן
זרימה מואטת בחלק התחתון=לחץ סטטי גדל
הפרש הלחצים בין החלק התחתון והעליון של הכנף יוצר עילוי.
אגב האפקט הזה נקרא אפקט מגנוס.

בהסבר של NASA משתמשים בחוק הפעולה והתגובה בשל הסירקולציה(הכוחות שיוצרים אותה) ע"מ להסביר את העילוי. הכוחות שגורמים להטיית הזרימה מייצרים כוחות תגובה בכיוון הפוך.

אגב קימור פרופיל הכנף בכל מקרה אחראי לעילוי(ע"י יצירת ה-upwash וה-downwash), ולכן שאלת הטיסה ההפוכה או הפרופיל הסימטרי לא רלוונטית לנכונות הסברת העילוי כתוצאה מקימור הפרופיל. כי כאמור בנוסף לתרומת פרופיל הכנף לעילוי קיימת גם תרומת זווית ההתקפה.

ולסיכום: אכן הטענה בדבר היפגשות 2 חלקיקים שנעים בחלק העליון ובחלק התחתון שגויה כי חלקיק בחלק העליון רץ הרבה יותר מהיר(ראה ערך סירקולציה) ולראיה אפשר לראות את זה בתמונת הניסוי הבאה(אגב, רואים מצויין זרימה מואצת למעלה ומואטת למטה):


ביקשת את "ההסבר המלא המדעי לכוח העילוי המאפשר לנו לטוס". קיבלת אותו במלוא אורכו(במסגרת אי כניסה לדקויות פיסיקליות ולביטויים מפחידים כדוגמת מספר ריינולס או נוסחאות מתמטיות וכד'😉.