Questão:
Se o perfil de uma asa puxa um avião para cima, por que os aviões podem voar invertidos?
Krumelur
2014-01-19 16:38:32 UTC
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Estou simplificando aqui, mas cada introdução ao voo nos mostra que o perfil de uma asa leva a uma pressão menor na parte superior da asa, portanto, a asa e o avião anexado a ela serão puxados para cima.

Tudo bem.

Como isso explica um avião voando invertido? Se a explicação estivesse certa, o avião se arrastaria em direção à terra.

obligatory XKCD: http://xkcd.com/803/
Cinco respostas:
#1
+25
yankeekilo
2014-01-19 17:45:00 UTC
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Normalmente, um aerofólio é otimizado para melhor eficiência de sustentação / arrasto (L / D) para um determinado perfil de vôo (geralmente um compromisso). Como na maioria das vezes, para a maioria das aeronaves, o vôo invertido não é um problema, você obtém um aerofólio otimizado para vôo vertical, e isso é melhor alcançado com geometrias assimétricas.

No entanto , dependendo do ângulo de ataque, qualquer aerofólio pode (e irá) gerar sustentação "negativa", apenas com muito menos eficiência do que para o regime otimizado, resultando em maior arrasto.

O ângulo de ataque desejado para aeronaves convencionais aerodinamicamente controladas é mantido pelo elevador. Para aerofólios simétricos comumente usados ​​em aviões acrobáticos, o desempenho para vôo vertical e invertido é bastante semelhante. Para 99% de todos os outros aerofólios, o vôo invertido funcionará até um certo ponto, dependendo da potência disponível, CG, a sustentação máxima e as forças de leme disponíveis antes do estol. Como resultado, para algumas aeronaves, um vôo invertido estável não pode ser mantido, enquanto para outras poderia ser (mas com penalidades variáveis ​​para o desempenho, velocidade de estol, etc.). A possibilidade aerodinâmica de vôo invertido é obviamente limitada por considerações estruturais e outras.

Não existe "elevação negativa". A asa produz uma força (sustentação) igual à aceleração de uma massa de ar longe da trajetória de vôo vezes a massa desse ar. Para voar em vôo nivelado, esse vetor massa x aceleração é igual e oposto à aceleração da gravidade. É importante não se o lado brilhante do avião estiver voltado para o céu ou para o solo.
@JimInTexas, portanto, as aspas.
@JimInTexas É claro que existe uma elevação negativa. Força é uma grandeza vetorial, tendo uma direção e uma magnitude. Para que a direção seja significativa, ela deve ser definida em relação a algum quadro de referência. Defini-lo em relação ao aerofólio é geralmente mais útil para aerodinâmica. Geralmente, este quadro de referência será definido de forma que 'o lado brilhante' seja considerado positivo. Assim, em AoA, de forma que a sustentação seja produzida na outra direção (independentemente da orientação da folha em relação ao solo), o vetor de sustentação será de fato negativo.
@reirab talvez eu deva trabalhar nesta resposta para remover um pouco da imprecisão - ou sinta-se à vontade para editar.
@yankeekilo A resposta parece boa para mim. Eu estava apenas falando sobre o comentário de Jim.
@reirab apreciado: D
#2
+11
Marcks Thomas
2014-01-19 19:58:05 UTC
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Essa relação entre a curvatura de uma asa e a diferença de pressão em ambos os lados costuma fazer parte da explicação do 'tempo de trânsito igual'; o ar do lado curvo tem que percorrer uma distância maior no mesmo tempo, portanto vai mais rápido, o que leva a uma pressão menor. Esta explicação é muito comum e completamente errada.

Em vôo normal, inclinar o nariz para cima faz com que a aeronave suba porque as asas encontram o ar em um ângulo mais acentuado; o elevador aumenta. Faz sentido que girar as asas na direção oposta diminui a sustentação. Na verdade, aponte o nariz o suficiente para baixo e as asas não produzirão sustentação. Além disso, a sustentação gerada torna-se negativa e as asas começarão a puxar a aeronave para baixo.

Durante nossa manobra hipotética, nossa atitude variou cerca de 10 °. Ainda não é exatamente voar de cabeça para baixo, o lado curvo das asas estava no topo o tempo todo. Se a sustentação estava apontando para cima ou não, dependia do ângulo em que as asas encontram o ar, o ângulo de ataque.

O mesmo é verdadeiro para o vôo invertido. Se nos encontramos em uma atitude em que as asas nos puxam para baixo, levantamos o nariz. No início, a força de sustentação para baixo desaparecerá e, em ângulos de ataque mais altos, comece a apontar para cima e a crescer. Em velocidades no ar e ângulos de ataque suficientes, temos sustentação suficiente para manter a altitude de cabeça para baixo.

Então, por que as asas precisam ser curvas? Eles não sabem. As asas planas também fornecem sustentação em ângulos de ataque diferentes de zero e são perfeitamente utilizáveis, mas não muito eficientes. Os aerofólios de formato adequado criam mais sustentação e menos arrasto. Para descobrir o motivo, consulte uma explicação mais precisa de como os aviões realmente voam.

Veja meu acompanhamento: http://aviation.stackexchange.com/questions/1157/why-is-the-wrong-explanation-of-air-travels-a-longer-distance-and-creates-a-lif
Sei que essa resposta tem mais de um ano, mas devo elogiar Marcks por sugerir (ou encontrar) uma resposta mais 'verdadeira', embora compreensível.
There's even a nice GIF demonstrating that the "equal time of flight" is simply false: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/99/Karman_trefftz.gif
PARA SUA INFORMAÇÃO. A asa do T-38 é simétrica. ou seja, não há "distância extra" para o fluxo de ar na parte superior da asa. No entanto, quando em vôo nivelado, a aeronave está na verdade cerca de 2-3 graus de nariz para cima.
@romkyns [Este vídeo] (https://www.youtube.com/watch?v=e0l31p6RIaY) é uma demonstração melhor, uma vez que mostra um conjunto física real acima. Os pontos naquele GIF poderiam ter sido programados para se moverem de qualquer maneira. (OK, eles parecem ser uma representação precisa, mas os pontos animados seguem a vontade do animador.)
#3
+3
OrangeDog
2015-02-05 21:30:24 UTC
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A resposta curta é que a explicação está errada. Como os aviões realmente geram sustentação é muito mais complicado.

#4
+1
Captn
2015-02-05 14:09:38 UTC
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O princípio de Bernoulli (formato do aerofólio) é apenas uma das forças de elevação.

Igualmente importante é a deflexão (lei de Newton) e, em aeronaves a hélice, o fluxo de ar acelerado.

Considere expandir sua resposta. Em seu estado atual, é correto, mas muito geral para ser útil se o leitor não estiver familiarizado com o tópico.
A lei de sustentação de Newton está completamente errada. Começa a ficar correto na velocidade hipersônica, mas nas baixas velocidades que Newton tinha em mente, ele estava apenas adivinhando o que acontece, e adivinhou errado. Talvez você se refira à primeira lei do movimento de Newton? Então seria mais esclarecedor falar de uma transferência de impulso entre a aeronave e o ar.
#5
+1
amI
2015-10-08 02:08:11 UTC
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A sustentação 'newtoniana' é a reação ascendente da asa à sua deflexão para baixo da corrente de ar. A maneira mais eficiente de desviar o fluxo de ar é uma aceleração gradual, realizada por uma superfície inferior côncava. A forma da superfície superior deve evitar a 'separação' prematura (redemoinhos caóticos de vácuo) do fluxo de ar superior. Uma asa simétrica ainda pode desviar a corrente de ar, dependendo de seu ângulo de ataque; tem a mesma sustentação e arrasto, seja do lado direito para cima ou invertido, o que não é tão eficiente quanto uma asa normal do lado direito, mas melhor do que uma asa normal invertida.


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