Domanda:
Perché l'effetto suolo ha un risultato così diverso per ali e auto?
ROIMaison
2015-11-03 16:59:36 UTC
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Ho un po 'di confusione riguardo all'effetto suolo. Se prendiamo due applicazioni: Aerei e Auto, sembrano avere effetti completamente opposti.

Aerei

Da Effetto suolo (aerodinamica), possiamo leggere:

Durante il volo normale, la superficie alare superiore subisce una ridotta pressione statica dell'aria e la superficie inferiore statica relativamente più elevata pressione dell'aria. Volare vicino a una superficie aumenta la pressione dell'aria sulla superficie dell'ala inferiore, soprannominato l'effetto "ariete" o "cuscino", e quindi migliora il rapporto tra portanza e resistenza dell'aereo. Più bassa / vicina è l'ala rispetto al suolo, più pronunciato diventa l'effetto suolo.

Posso capirlo, l'aria rimane 'intrappolata' tra l'ala e la superficie (e di conseguenza la pressione sulla parte inferiore dell'ala aumenta)

Auto

Tuttavia, da Effetto suolo (auto) leggiamo:

I progettisti hanno spostato i loro sforzi per comprendere il flusso d'aria attorno al perimetro, le minigonne del corpo e la parte inferiore del veicolo per aumentare la deportanza con meno resistenza rispetto all'utilizzo di un'ala.

Questo tipo di effetto suolo è facilmente illustrabile tirando fuori un telone in una giornata ventosa e tenendolo vicino al suolo: si può osservare che quando è abbastanza vicino al suolo il telo verrà tirato verso il suolo. Ciò è dovuto al principio di Bernoulli; man mano che il telo si avvicina al suolo, la sezione trasversale disponibile per il passaggio dell'aria tra esso e il suolo si restringe. Ciò fa sì che l'aria acceleri e di conseguenza la pressione sotto il telo diminuisce mentre la pressione sulla parte superiore non è influenzata, e insieme questo si traduce in una forza netta verso il basso. Gli stessi principi si applicano alle auto.

L'area della sezione trasversale diminuisce, provocando una maggiore velocità. Questa maggiore velocità diminuisce la pressione, facendo scendere il tarpualin.

Questo mi confonde, poiché sembra che la stessa situazione (un piatto in prossimità di una superficie) provochi due effetti completamente opposti.

Sia la "pressione dell'aria intrappolata -> sale" pure come "intrappolare l'aria -> la velocità aumenta -> la pressione scende" mi sembra ragionevole.

Questo mi ha fatto pensare:

Perché l'effetto suolo ha un tale risultato diverso per ali e auto?

Se ho una piastra sotto un angolo vicino al suolo, l'aria sarà intrappolata, creando un cuscino d'aria che spinge la piastra verso l'alto, o l'aria accelerare, provocando la spinta verso il basso della piastra? Ha a che fare con un certo grado di diminuzione dell'area?

"Come mai" è una pessima scrittura in inglese, per favore cambia in "perché" in tutte le occasioni.
@quietflyer grazie per il commento. Perché è considerato un cattivo inglese? Sembra essere abbastanza comune, vedi questo [Google Ngram] (https://books.google.com/ngrams/graph?content=how+come&year_start=1500&year_end=2008&corpus=15&smoothing=3&share=&direct_url = t1% 3B% 2Chow% 20come% 3B% 2Cc0)
@quietflyer Non vedo perché la scrittura informale dovrebbe essere scoraggiata su Av.SE. Non c'è motivo di essere così pedanti (e se c'è, abbi la cortesia di usare la grammatica e le maiuscole corrette).
Sei risposte:
#1
+41
Sanchises
2015-11-03 17:46:04 UTC
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In realtà ha esattamente lo stesso risultato! Bene, al contrario.

Le ali generano portanza forzando l'aria verso il basso (in un modo o nell'altro, non entriamo nei dettagli). Quando le ali sono vicine al suolo, l'aria che viene spinta verso il basso non può togliersi di mezzo, il che si traduce in una pressione maggiore.

Le auto generano deportanza forzando l'aria verso l'alto. Quando l'aria vicino al suolo viene spinta verso l'alto, non può essere facilmente sostituita da aria "nuova". Ciò si traduce in una bassa pressione, che risucchia l'auto verso il basso.

L'effetto suolo è quindi esattamente lo stesso in entrambi i casi: l'aria che viene espulsa o aspirata non può essere reintegrata abbastanza rapidamente a causa del suolo essere d'intralcio. La differenza nel risultato è perché un'ala è fissata con un angolo positivo rispetto al suolo, mentre un'auto ha la forma di un'ala molto spessa con un angolo negativo.

Un confronto potrebbe essere un hovercraft da un lato , che viene sollevato da terra quasi esclusivamente per effetto suolo (se dovessi far cadere un hovercraft da un aereo, non avrebbe molta importanza se fosse acceso o meno). D'altra parte, un aspirapolvere, che viene risucchiato fino al pavimento esclusivamente dall'effetto suolo (in effetti, l'esperimento dell'irrigazione di Feynman ti dirà che non viene aspirato a causa dell'accelerazione dell'aria verso l'alto - solo la parte "motore" del tuo aspirapolvere viene spinta verso il basso dallo scambio di quantità di moto. Provalo tenendo il vuoto nell'aria: non lo sentirai affatto "tirare").

Poi ho un'altra domanda correlata. Supponiamo di avere una piastra piatta nella parte inferiore della nostra macchina. Tuttavia, utilizzando pannelli laterali (schermando ad esempio i pneumatici) creiamo un canale di restringimento. Ciò farà aumentare la velocità nella gola e di conseguenza la pressione diminuirà e verrà generata una maggiore deportanza. Tuttavia, l'aria non viene forzata su o giù. Se il carico aerodinamico viene generato solo spostando l'aria verso l'alto, come mai solo un aumento della velocità aumenterà anche il carico aerodinamico?
Scusa se ti ho confuso; Volevo spiegare che l'effetto suolo non è dovuto allo scambio di quantità di moto ma all'aumento o alla diminuzione della pressione. In che modo esattamente questa pressione viene ridotta non viene affrontato; Ho usato la forzatura dell'aria come esempio per stare vicino all'analogia dell'aereo.
Le ali generano portanza essendo spinte verso l'alto dall'aria, non costringendo l'aria verso il basso.
@ptgflyer questa è la terza legge di Newton per te.
Non forzano l'aria verso il basso a meno che l'ala non sia inclinata verso l'alto. Formano un'area di bassa pressione, che fa sì che l'area di alta pressione spinga verso l'alto l'ala. Cosa viene spinto verso il basso? (Non mi riferisco al movimento verso l'alto ostacolato.)
@ptgflyer Stavo accennando al concetto di [** downwash **] (https://en.wikipedia.org/wiki/Downwash). La terza legge di Newton dice che, per sollevare l'ala, * qualcosa * deve essere spinto verso il basso - confronta il terreno che si ammacca leggermente quando ci stai sopra.
Oh ok. più parole per completare il requisito di lunghezza
#2
+19
aeroalias
2015-11-03 18:03:00 UTC
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Perché sono progettati in modo diverso. Come hai sottolineato tu stesso, mentre un aereo produce portanza, le auto da corsa producono deportanza, ovvero portanza diretta verso il basso. La figura seguente mostra il design dell'ala di un aereo e dell'ala anteriore di un'auto da corsa.

Ground Effect

Immagine da Ground Effect Aerodynamics di Erjie Cui e Xin Zhang

Fondamentalmente, il carico aerodinamico delle auto è l'ascensore verso il basso.

  • Quando le ali sono vicine al suolo, accadono due cose: l'apertura effettiva è aumentata a causa dell'interferenza del terreno con i vortici (all'interno di un'apertura alare).

Ground effect vortices

Fonte: ghdstudios.com

  • Ancora più vicino al suolo (circa 1/4 di campata), l'aria il flusso tra l'ala e il suolo viene compresso per formare un cuscino d'aria. La pressione sulla superficie inferiore dell'ala aumenta creando una portanza aggiuntiva.

Il risultato netto è l'aumento della portanza e la diminuzione della resistenza (indotta).

In caso delle auto, succede la stessa cosa, con la forza verso il basso. Poiché l'aria è "intrappolata" nello spazio tra la superficie di aspirazione (parte inferiore nel caso di un'auto) e il suolo, inizialmente accelera. Man mano che l'altezza si riduce, il flusso accelera maggiormente, con conseguente minore pressione e maggiore deportanza.

Penso che ci sia di più che capovolgere semplicemente l'ala (come fai nella tua prima foto). Sono d'accordo con il wiki quando dice: "A partire dalla metà degli anni '60, le 'ali' sono state abitualmente utilizzate nella progettazione di auto da corsa per aumentare la deportanza (questo non è un tipo di effetto suolo)" Alla fine hai menzionato che vicino a il suolo il flusso d'aria tra l'ala e il suolo viene compresso provocando un cuscino d'aria, perché non dovrebbe accadere nella parte inferiore dell'auto?
@aeroalias E le normali auto che non hanno ali che producono portanza negativa? Hanno anche un effetto suolo.
@mezzanaccio La forza verso il basso può essere prodotta dal corpo dell'auto. In effetti, circa la metà del carico aerodinamico in un'auto da corsa è prodotta dalla carrozzeria. Le ali vengono utilizzate perché sono semplicemente più efficienti.
@ROIMaison Perché le ali creano un downwash, che non viene fatto dalle auto. Questo fondamentalmente crea qualcosa di simile alla pressione del pistone in un'ala vicino al suolo, che è assente nell'auto, che ha una superficie piana.
#3
+6
Peter Kämpf
2015-11-03 19:51:10 UTC
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Ricorda che portanza significa accelerazione verso il basso di una massa d'aria. Questo piega il vettore della forza aerodinamica all'indietro, quindi una piccola parte della forza di pressione agisce contro la direzione del movimento.

Se il terreno blocca questa flessione, meno della forza aerodinamica sarà percepita come resistenza. Questo è vero indipendentemente dalla direzione di questa forza: può essere su o giù. Più è vicina la distanza tra l'ala e il suolo, più si può osservare questo effetto.

La differenza tra l'effetto suolo di un aereo e quello di un'auto è il loro angolo di attacco e la conseguente direzione di sollevamento: in alto nel caso dell'aereo e in basso nel caso dell'auto. L'entità della forza risultante non è cambiata molto, solo la sua inclinazione all'indietro è ridotta, il che si traduce in una drastica diminuzione della resistenza.

La carrozzeria della vettura funge anche da ala, sebbene con un piccolo allungamento. Tutto ciò che i progettisti dell'auto da corsa hanno fatto è stato sostituire l'ala montata in alto (che non ha sentito molto effetto suolo) con la carrozzeria stessa (che è molto più vicina al suolo). Mantenendo l'area di ingresso sotto il paraurti anteriore più piccola dell'area di uscita sotto il paraurti posteriore, la carrozzeria dell'auto si comporta come un'ala con un angolo di attacco negativo e l'effetto suolo rende la creazione di carico aerodinamico abbastanza efficiente.

Widening gap between car body and ground in side view

Ampliamento dello spazio tra la carrozzeria e il terreno nella vista laterale (immagine fonte). Le minigonne lo rendono più efficiente impedendo l'ingresso di aria laterale, ma nel tiro alla fune in continua evoluzione tra ingegneri di auto da corsa e regolatori, questi e alcuni aspetti della modellatura del fondo delle auto sono diventati meno efficienti negli ultimi tempi.

Ma se seguo questa spiegazione, allora l'esempio con il telone non ha molto senso per me ... Se si sposta a terra, significa che accelera l'aria verso l'alto?
Quindi la tua comprensione dell'esperimento del telone non è corretta. È un cattivo esempio, comunque, perché è floscia mentre ala e macchina sono rigide. L'idea è di tenere il lato sopravvento del telone vicino al suolo, quindi il vento lo piegherà verso il basso. Se si sposta l'intero telone verso il basso su tutti e quattro i bordi simmetricamente, non è visibile alcun movimento predominante; invece, sbatterà in modo casuale.
Spero che tu possa aiutarmi a migliorare la mia comprensione. Nei commenti sotto questa rispostahttp: //aviation.stackexchange.com/a/22643/4197, fornisco un esempio di flusso che non ha uno scambio di quantità di moto verticale, ma fornisce una forza verso l'alto. Questo mi dà alcuni problemi con la spiegazione della deflessione dell'aria ..
Penso di capirlo adesso. Nel caso dell'ala, c'è uno scambio di quantità di moto, e questo effetto è reso più forte dall'effetto suolo. Nel caso, al piatto inferiore, (se assumiamo un fondo diritto piastra) non c'è scambio di quantità di moto, ma a causa del restringimento del canale sotto l'auto, il flusso accelera, provocando deportanza. Corretta?
@ROIMaison: Lo scambio di quantità di moto è solo una parte del processo: alla fine, la quantità di moto dell'aria provoca un campo di pressione al suolo. Nell'effetto suolo, accade lo stesso, ma è coinvolta molta meno aria e meno movimento, perché il suolo è molto più vicino. Il tuo esempio non crea una portanza priva di slancio, ma solo una portanza che comporta un minor movimento dell'aria.
Una cosa ancora mi lascia perplesso. Hai detto che la portanza è il risultato dell'accelerazione della massa verso il basso. Quindi, se il terreno è vicino e blocca il flusso verso il basso, non avremmo una minore accelerazione verso il basso e quindi una minore portanza?
@ROIMaison: L'aria è ancora accelerata verso il basso, ma il movimento risultante viene interrotto dal suolo prima che si possa sviluppare il normale sistema a vortice. Questo non è molto diverso dal volo libero, solo la decelerazione avviene vicino all'ala e su un'area di terra molto più piccola.
#4
+3
mezzanaccio
2015-11-03 17:11:24 UTC
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La principale differenza tra i due casi è che l'ala genera portanza inducendo una componente del vento verso il basso. Quando questa componente del vento verso il basso è abbastanza vicina al suolo, si verificherà un aumento della portanza secondo la spiegazione che hai pubblicato.

I due effetti hanno lo stesso nome, ma sono spiegati da principi fisici diversi. Basti pensare alle distanze tra un'ala e il suolo (pochi metri) e tra il telaio di un'auto e il suolo (pochi centimetri). Un'auto non è un corpo che si solleva e non indurrà un sottovento, quindi questo non causerà una forza verso l'alto.

L'effetto suolo dell'auto è solo "un altro" effetto suolo, che è spiegato correttamente dalla tua citazione.

Dipende ovviamente dal design, ma un'auto in realtà è un corpo sollevabile. L'intero scopo di ali, spoiler e dighe d'aria anteriori è creare deportanza per contrastare la portanza prodotta dal corpo alle velocità più elevate di un'auto da corsa. Ho portato la mia Mustang GT dell'83 fino a 120 una volta e ho potuto effettivamente sentire l'auto che si alzava e si alleggeriva sulle gomme. Non qualcosa che vuoi negli angoli!
#5
+2
Greg Taylor
2015-11-04 13:13:50 UTC
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Ci sono state alcune ottime risposte qui con fantastiche informazioni, ma non credo che nessuna di esse affronti la premessa della domanda, che credo non sia corretta.

La premessa è che è l'effetto suolo a creare una forza che mantiene l'auto a terra. Questo non è accurato. Un'auto da corsa si attacca al suolo perché è progettata per superare l'effetto suolo.

Un aeroplano in effetto suolo può comunque essere facilmente fatto volare nel terreno con un angolo di attacco sufficientemente negativo, o per mancanza di portanza dovuta allo stallo alare. Un'auto può essere fatta aderire al suolo con un carico aerodinamico sufficiente, nonostante l'effetto suolo, non a causa di esso.

Se è consentito un flusso d'aria sufficiente sotto l'auto, con un angolo di incidenza positivo, sperimenterà assolutamente lo stesso esatto effetto suolo di un aereo.

Al contrario, un l'aereo può essere guidato lungo la pista a velocità di crociera senza decollare se si tiene l'ascensore fino in fondo, anche se non lo consiglierei. L'effetto suolo non è una forza di levitazione magica, riduce semplicemente la resistenza e può essere facilmente superato. In caso contrario, l'atterraggio sarebbe impossibile.

La carrozzeria di un'auto da corsa è progettata per superare l'effetto suolo. Anche il fondo di molte auto da corsa è progettato per massimizzare il vantaggio della bassa pressione, ma questo non è effetto suolo. Questo effetto può essere descritto in modo aneddotico con l'esperimento del bambino di posizionare un giornale su un tavolo sopra un righello, con l'estremità del righello fuori dal tavolo, e poi colpire il righello, che romperà il righello grazie alla pressione dell'aria sulla parte superiore del foglio. Quando l'auto cerca di staccarsi dalla strada, la stessa forza aiuta a mantenerla bloccata, ma quella forza non è l '"effetto suolo" a cui ci riferiamo quando si fa volare un aereo vicino al suolo.

+2 se potessi. Questa è l'unica risposta corretta alla domanda, IMHO.
@HannoBinder: Perché? L'effetto suolo riguarda principalmente la resistenza indotta ridotta, non la portanza. La direzione dell'ascensore è secondaria. La comprensione di Greg e della tua su cosa sia l'effetto suolo è diversa da quella di tutti gli altri, IMHO.
Strano, penseresti che dal momento che ho anche detto la stessa cosa sulla resistenza ridotta che hai appena fatto.
Più ci penso e più penso che il problema sia che l'effetto suolo è un termine sovraccarico. Il ragazzo dell'auto descrive una forza completamente diversa quando usa il termine effetto suolo.
@PeterKämpf Sono abbastanza sicuro che si tratti di entrambi; Wikipedia dice "migliora il rapporto tra portanza e resistenza aeronautica", motivo: meno vortici e più cuscino d'aria sotto le ali, e "Mentre nell'effetto suolo, l'ala richiede un angolo di attacco inferiore per produrre la stessa quantità di portanza. "
"L'effetto suolo può dare al pilota la sensazione che l'aereo" fluttui "" sembra supportare l'importanza dell'aumento della portanza. La resistenza ridotta sarebbe percepita solo come accelerazione longitudinale, no?
@HannoBinder: No, la resistenza ridotta è percepita come l'aereo che galleggia lungo la pista corta e non si assesta in tempo. In questa situazione, un angolo di incidenza inferiore di mezzo grado è irrilevante, ma il fatto che sto per scavalcare e precipitare è ** molto più rilevante **.
#6
+1
Paul Hedderly
2015-11-05 06:12:54 UTC
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Penso che ci siano molte ottime informazioni nelle risposte qui, ma mancano l'ovvio. Riguarda l'angolo di attacco.

Anche un'ala inclinata verso il basso vicino al suolo non genererà portanza: creerà una pressione inferiore sotto / dietro l'ala (così come una pressione maggiore sopra) e "succhiarlo" (e spingerlo) nel terreno. Ed è quello che si desidera e si progetta con le auto.



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 3.0 con cui è distribuito.
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