Domanda:
Perché il flusso d'aria si separa dall'ala durante lo stallo?
Nick Landell
2019-07-21 15:22:50 UTC
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Cosa causa la separazione del flusso d'aria dall'ala dell'aereo, che innesca uno stallo?

Per essere più precisi, qual è la spiegazione dettagliata della fisica per il motivo per cui la separazione del flusso si verifica a determinate velocità & angoli di attacco?

benvenuti nel sito! Al downvoter: perché il downvote? Questa è una domanda perfettamente valida. Se pensi che richieda miglioramenti, allora che ne dici di aiutare un nuovo utente invece di alienarlo?
@Notts90 100% d'accordo, troppi downvoting anonimi per domande valide.
Sono solo curioso, ma si possono vedere tutti i voti positivi e negativi? Perché sembra che sia mostrato solo il risultato netto. Personalmente spiego sempre un voto negativo. Non sono sicuro in questo caso, ma indovinare eventuali voti negativi è perché questo è un concetto così rudimentale.
@MichaelHall Gli utenti con [1.000 rep o superiore] (https://aviation.stackexchange.com/help/privileges/established-user) (tecnicamente il privilegio di "utente stabilito") possono fare clic sul conteggio netto dei voti per vedere la ripartizione in alto / downvotes.
Penso che sia una domanda più interessante riflettere sul perché il flusso regolare non si separa con un angolo di attacco. Perché "gira l'angolo" e resiste? La magia del flusso del fluido ...
Penso che il tuo titolo lo abbia al contrario. Non è la separazione del flusso d'aria e la conseguente perdita di portanza che causa lo stallo? IOW, se non si separava, potresti semplicemente continuare a volare a bassa velocità.
"* qual è la spiegazione dettagliata della fisica per il motivo per cui si verifica la separazione del flusso *", vedere anche [Air flow over an airfoil] (https://aviation.stackexchange.com/q/60199/3201)
Cinque risposte:
#1
+19
Koyovis
2019-07-21 17:29:46 UTC
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L'aria che scorre sotto l'ala ad angolo viene spinta verso il basso, indipendentemente dalla forma della superficie inferiore: l'alta pressione ha pochi limiti pratici.

L'aria che scorre sulla superficie superiore non può cambiare direzione all'improvviso perché è guidata da un gradiente di sottopressione. Può seguire una superficie curva lentamente fino al limite del differenziale di pressione tra ambiente e aspirazione, ma una curva troppo ripida e il flusso d'aria non può seguire e deve separarsi: si verifica uno stallo.

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Fonte immagine

All'OP, se non sei ancora sicuro di questo concetto dalla progressione delle figure sopra, portalo all'estremo: immagina un'ala a 90 gradi AOA, l'aria semplicemente non può girare gli angoli abbastanza velocemente da seguire la curvatura dell'ala, quindi ci sarebbe una turbolenza enorme sul lato posteriore quasi piatto. Da qualche parte tra 0 e 90 questa turbolenza inizia ad avere un effetto critico sull'efficienza di un profilo alare.
@Koyovis grazie per il tuo link sulla dinamica dei gas sopra. Chiaramente illustrato è il caso 0
@RobertDiGiovanni il secondo link del commento di @AEhere, quello che punta al sito di fisica, lo spiega meglio.
@Koyovis questa attività ha portato a 2 conclusioni positive: 1. Oh, ecco dove è andato il fattore Volume nella tua formula P (è mantenuto costante nella modellazione incomprimibile) 2. Gli aliscafi possono avere proprietà simili ai profili alari a basse velocità. Grazie!
@RobertDiGiovanni Nessun problema. Il flusso supersonico ha molto in comune con il flusso dell'acqua vicino alla superficie: il volume dell'acqua può essere facilmente “compresso” lì salendo nell'aria senza molta resistenza.
#2
+12
AEhere supports Monica
2019-07-22 04:20:17 UTC
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La separazione del flusso inizia allo strato limite, a causa di gradienti di pressione avversi ( da Wiki):

adverse pressure gradient in a boundary layer

Puoi trovare una spiegazione matematica di base nell ' articolo collegato:

L'equazione della quantità di moto streamwise all'interno dello strato limite è approssimativamente dichiarata come

$$ {\ partial u \ over \ partial s} = - {1 \ over \ rho} {dp \ over ds} + {\ nu} {\ partial ^ 2 u \ over \ partial y ^ 2} $$ dove $ s, y $ sono coordinate streamwise e normali. Un gradiente di pressione avverso è quando $ dp / ds > 0 $ , che quindi può essere visto per far diminuire la velocità u lungo se possibilmente andare a zero se il gradiente di pressione avverso è forte abbastanza.

In termini più semplici, questo significa che lo strato limite sulla superficie superiore dell'ala viene progressivamente rallentato mentre viaggia lungo la corda, finché non può spingere contro la pressione più alta ure a valle. L'aria fuori dallo strato può ancora avanzare, perché ha una quantità di moto maggiore, ma il fondo dello strato è costretto a invertire la sua direzione, staccandosi dalla superficie.

Da dove proviene questa pressione avversa , è perché l'aria accelerata sopra l'ala ha una pressione inferiore rispetto al resto del flusso d'aria libero, quindi l'aria sul bordo d'uscita spinge contro l'aria sopra l'ala (ma non può superare il suo momento).

Notare che non è garantito che il flusso si separi completamente nel punto sopra descritto. Questo processo può anche forzare una transizione laminare-turbolenta e uno strato limite turbolento può riattaccarsi.

Ma hai dimenticato di aggiungere il link. E per favore cita anche la fonte. Sembra una grafica del MIT.
@phil C'è solo un collegamento nell'articolo, ma lo ricollegherò anche più in basso nel testo. L'immagine è tratta da wikipedia, forse il MIT ha strappato la loro grafica da lì? :)
Mi spiace, non l'ho visto la prima volta. Trascorro la maggior parte del mio tempo su un altro SE che è seriamente esigente nel citare riferimenti. Quel tipo di collegamento non passa adunata e tendo a non notarli.
@PhilSweet nessun problema, l'appropriato approvvigionamento è importante, anche se io stesso sono stato conosciuto per essere lassista su SE. È un bel contrasto con gli elenchi di riferimento multipagina su ogni nota tecnica di 1 pagina dal lavoro.
#3
+5
Ralf B
2019-07-22 13:12:22 UTC
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Il commento di Jan e la spiegazione di AEhere sono essenzialmente la risposta corretta, ma lasciatemi riformulare in termini più semplici di energia, senza matematica esplicita.

Poiché il flusso viene deviato verso il basso dall'ala, la sua inerzia resiste a essere reindirizzata. L'ala lo risucchia verso il basso ed esercita una forza di reazione sull'ala: questa è la portanza. Nel processo, viene creata un'area di bassa pressione nella parte superiore della curva, dove l'ala e il flusso d'aria si strattonano a vicenda.

Il flusso d'aria attorno alla superficie superiore dell'ala (non importa il lato inferiore, perché contribuisce solo una piccola parte della portanza ad angoli di attacco utili) prima accelera, passando da una pressione più alta a una più bassa e quindi convertendo il suo surplus di pressione in velocità (per l'esattezza l'energia di pressione in energia cinetica).

Più avanti lungo la curva, il flusso supera il punto di pressione minima e inizia a muoversi contro il gradiente di pressione avverso, utilizzando la sua energia cinetica per comprimersi e salire la "collina" di pressione.

Ma, nello strato limite proprio accanto all'ala, parte dell'energia è stata persa a causa dell'attrito della pelle. Quindi c'è un deficit di energia nel flusso e non è in grado di ricomprimersi completamente; a un certo punto la sua riserva di energia cinetica si esaurisce e si ferma. Si separa dall'ala e viene trascinata lungo un percorso diverso, verso una pressione inferiore sopra e dietro l'ala, riguadagnando gradualmente energia dall'aria che circonda la scia.

Nel frattempo una bolla d'aria vorticosa è attaccata alla parte della coda della superficie dell'ala, dove il flusso non è stato in grado di raggiungere. La bolla, essendo attaccata all'ala, non genera portanza in quella zona "morta". Pertanto la portanza dell'ala inizia a ridursi in modo significativo una volta iniziata la separazione (in senso stretto, una volta che cresce oltre una certa piccola dimensione). Inoltre, le condizioni diventano altamente instabili una volta iniziata la separazione, poiché l'area interessata cambia molto anche con piccole fluttuazioni.

E perché la separazione avviene solo quando si supera un certo angolo e non prima? Perché il flusso d'aria in entrata ha una riserva di energia cinetica per cominciare, che è inizialmente sufficiente per superare la pressione avversa fino alla fine del profilo alare. È quando le perdite e i gradienti di pressione diventano più gravi con l'aumentare dell'angolo, che alla fine si verifica la separazione.

+1 Buona risposta, benvenuto nel sito.
#4
+2
Robert DiGiovanni
2019-07-21 16:15:21 UTC
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"Il flusso d'aria che si separa dall'ala" è in realtà una spiegazione molto semplicistica che non dovrebbe essere interpretata letteralmente. L'aria è un gas comprimibile e finché non ti avvicini al volo supersonico, è meglio capirlo in questo modo.

La portanza dell'ala inferiore (sotto) aumenta linearmente con l'AOA fino a 45 gradi, ma diventa enormemente trascinante.

La portanza dell'ala superiore (dalla forma del profilo alare) è molto meno drastica ed è ciò che perdi quando l'ala "si ferma".

Cambia la direzione del flusso d'aria effettivamente inizia davanti all'ala ed è vitale per la sua creazione della portanza. Quello che succede è che quando l'AOA diventa troppo alto, il flusso d'aria sopra la parte superiore diventa turbolento e disorganizzato, perdendo l'efficienza di portanza, mentre la resistenza continua ad aumentare.

La soluzione è abbassare l'AOA. Guardare i numerosi film disponibili nelle gallerie del vento e del fumo può essere di grande aiuto.

I commenti non sono per discussioni estese; questa conversazione è stata [spostata in chat] (https://chat.stackexchange.com/rooms/96504/discussion-on-answer-by-robert-digiovanni-why-does-airflow-separate-from-the-win) .
#5
-2
George Geo
2019-09-11 18:14:01 UTC
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La risposta riguarda la DECELERAZIONE del flusso d'aria sopra le ali, a causa dell'AOA aumentato sopra i margini di stallo, quindi la separazione avviene dalle radici delle ali e più vicino ai bordi di uscita e si muove attraverso le ali e verso il bordo d'attacco e allargarsi verso l'esterno fino a raggiungere la punta dell'ala (questo viene fatto dagli ingegneri aeronautici per preservare l'efficienza degli alettoni poco tempo dopo che l'ala ha iniziato lo stallo), a qualsiasi velocità. Ci sono molti video su Internet che hanno ali con "taft" sopra per visualizzare la turbolenza. A questo livello più alto dell'AOA (17-30 gradi a seconda del profilo alare) il primo strato del flusso d'aria viene deviato dalla superficie delle ali perché non è abbastanza energizzato per seguire il lato superiore e staccarsi da esso. Quindi il flusso d'aria non viene accelerato sulla superficie dell'ala.

La domanda riguarda * la fisica perché la separazione del flusso si verifica a determinate velocità e angoli di attacco? * Questa risposta non cerca di spiegare la fisica dei fluidi coinvolta.
* "Il flusso d'aria diventerà prima da turbolento laminare, poi avrà luogo la separazione" * questo non è corretto, poiché la separazione laminare è una cosa, comunque insolita su profili alari ben progettati.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 4.0 con cui è distribuito.
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