Аэродинамика для чайников и учёных

Начало в «Эйнштейн и подъёмная сила, или Зачем змею хвост»:

http://www.proza.ru/2014/03/18/66


Итак, атмосферное давление проявляет себя как сила только тогда, когда есть разница этого давления. Например, выносим из тепла на мороз пустую герметичную канистру и через какое-то время видим, как атмосферное давление, которое на уровне моря даже несколько больше 1 кг/см2, деформирует металлическую канистру. Опыт с Магдебургскими полушариями и дюжиной лошадей мы ещё помним из учебников.

Задача 1. Атмосферное давление в центре торнадо равно 500 мм р. с. Вопрос: какого веса должен быть люк размерами метр на метр, обеспечивающий своим весом надёжное герметичное закрытие вертикального входа в убежище, если атмосферное давление внутри помещений убежища равно 750 мм р. с.?.. Ответ: вес такого люка должен быть существенно больше трёх тонн. К примеру, если такой люк сделать из стали, то его толщина будет около 50 см. Эта задачка решается "в уме".

Как видим, разница атмосферного давления всегда проявляет себя как реальная сила. И детский вопрос: почему так?


Если подуть струёй сжатого в объёме лёгких воздуха в пространство между двумя бумажными или даже стальными листами, подвешенными параллельно, листы сомкнутся под давлением неподвижного воздуха, действующего на внешние стороны листов. Значит, давление в сжатом потоке меньше атмосферного. Следовательно, чем больше скорость  потока, тем меньше давление в нём.

Хоть дуть струёй пониженного давления ещё никто не научился, а математик Леонард Эйлер (1707-1783) и назвал этот вывод своего друга Даниила Бернулли (1700-1782) «Великим парадоксом», именно он и был положен в основу аэро-гидродинамики. Принцип Нильса Бора - «только достаточно безумная гипотеза может стать научной теорией» - соблюдается и тут. И за 300 лет существования этого парадокса из него была сделана сложнейшая математическая наука, которую уже никто не понимает. Сейчас мы из этой математической лженауки сделаем один школьный урок природоведения.

Теорема 1. «Все жидкости и газы находятся под давлением веса собственных и выше расположенных масс и состоят из одинаковых, равноудалённых и относительно неподвижных (колеблющихся или дрожащих) частиц, находящихся в состоянии взаимного отталкивания и относительного равновесия».

Из этой теоремы следует, что давление в потоке есть характеристика напряжения взаимного отталкивания дрожащих частиц, находящихся в своих пространственных ячейках в состоянии относительного равновесия и неподвижности.

Теорема 2. «Давление потока на параллельную его движению поверхность всегда тем меньше, чем больше скорость потока и больше беспорядок в движении пограничных частиц потока».

Эту неожиданную для вас теорему или «антизакон Бернулли» мы понимаем так: конечно, давление потока на параллельную его движению поверхность зависит от давления в самом потоке, но осуществляется это давление через слой пограничных частиц потока, от характера движений которых в этом слое всё в конце концов и зависит. Проще говоря, при увеличении скорости потока, уменьшается давление потока на параллельную ему поверхность, а не давление в самом потоке, как все считают. И эту тривиальность, объясняющую все опыты Бернулли и всю практику аэродинамики, оказывается, давно знает и применяет сама Природа. К тому же, физики давно научились измерять давление в атмосферных потоках и никакой прямой зависимости скорости ветра от давления в нём не обнаружили.

Рассмотрим в профиль беспрофильный профиль, то есть плоское, как бритва, крыло. Это просто отрезок прямой. При нулевой скорости такого крыла и полном отсутствии ветра положительная разница атмосферного давления, действующего на нижнюю и верхнюю поверхности такого крыла, не возникает. При нулевом угле наклона такого крыла к вектору его движения, когда оба воздушных потока обтекают верхнюю и нижнюю поверхности плоского крыла с равными скоростями, подъёмная сила возникнуть не может тоже, так как и с низу, и сверху атмосферное давление на крыло с увеличением скорости крыла убывает совершенно одинаково. И на этом утверждении стоит вся научная аэродинамика. Но научная – значит, ошибочная.

Мы же, опираясь на знание «антизакона Бернулли», говорим: мол, подъёмная сила плоского крыла может возникнуть и при нулевом угле атаки совершенно плоского крыла, и при почти нулевом лобовом сопротивлении, если верхнюю поверхность крыла сделать шероховатой, а нижнюю – совершенно гладкой. С какой стороны крыла хаоса в движении пограничных частиц воздуха больше, с той стороны и давление воздуха всегда будет меньше. К примеру, при асимметрии атмосферного давления на крыло всего 0,05 процента от нормального атмосферного давления (1000 г/см2), то есть 0,5 грамма на сантиметр «несущих поверхностей», орёл весом в 5 кг почти неподвижно парит в вышине. Значит, площадь его «несущих поверхностей» 10 000 сантиметров квадратных. Вот почти вся «высшая математика» аэродинамики полёта. И с увеличением скорости орла эта асимметрия давлений может оставаться постоянной.

Теперь, посмотрим на расправленное крыло чёрной птицы. Примерно на половине свое длины – там, где нет мышц и костей, - это почти идеальный «беспрофиль». Нижняя поверхность крыла очень плотная, гладкая и со стальным отливом; верхняя – бархатистая на ощупь и в лучах солнечного света синим и зелёным цветом так и сверкает. Удивительную по красоте дисперсию света на испещрённых микроскопическими неровностями верхних поверхностях идеальных беспрофилей мы можем видеть при солнечном свете и у стрекоз, а у бабочек верхняя поверхность беспрофильных крыльев словно покрыта тончайшей пудрой (чешуйками). В опытах Бернулли тоже никогда не было идеально гладких поверхностей, но этого никто не заметил. Поэтому в таком природном летательном аппарате как "Платяная моль" самой аэродинамики больше, чем в научной.

Ещё со времён птерозавров и птеродактилей Природа знала о большой подъёмной силе совершено плоского крыла, но дать его своим птицам она не смогла. Однако вынужденный горбатый профиль крыла птицы в области его «арматуры» Альберт Эйнштейн и Николай Жуковский и сочли аэродинамическим.

Большая подъёмная сила совершенно плоского крыла возникает даже при небольших углах атаки. Тут она обусловлена разрежением и завихрением воздуха за верхней режущей кромкой крыла  - это одна самостоятельная причина и уплотнением упругого воздуха под быстрым атакующим крылом – это вторая причина. Тут непонятного тоже нет.

Преимущества совершенно плоского крыла на сверхзвуке ещё очевиднее. Но тут конструкторам удалось создать такое плоское крыло «новой аэродинамики», какое не смогла изобрести даже сама Природа. Верхнюю поверхность плоского крыла они сделали параллельной продольной оси фюзеляжа, а нижнюю поверхность наклонили примерно на один градус угла атаки. Получилось очень тонкое крыло с профилем «острый перевёрнутый прямоугольник». И крыло такого профиля принесло нашей авиации несколько мировых рекордов («МиГ-21»). На несущих винтах «перевёрнутой аэродинамики» летает самый тяжёлый в мире вертолёт – «Ми-26». Сейчас военные конструкторы работают над созданием крыла «переменного профиля», то есть крыла с подвижной и управляемой нижней плоскостью. Это и будет идеальное аэродинамическое крыло для наших самолётов на все последующие времена.

Альберт Эйнштейн, зная закон Бернулли, все надежды возлагал на большой горб в верхней передней части крыла и на более быстрое его обтекание набегающим потоком. Николай Жуковский  понадеялся на большой горб посередине крыла, якобы порождающий сильные «присоединённые вихри» под крылом. Самолёты обоих – «беременная утка» и «шестикрылый монстр доаэродинамического периода» - не полетели, так как эти учёные ничего своим самолётам, кроме большого лобового сопротивления, дать не смогли. Однако именно они, а не Природа являются основоположниками научной аэродинамики, в которой нет даже правильного понимания подъёмной силы крыла птиц и наших самолётов.



Как автор "беспрофиля", рад поздравить читателя В.А. Прохорова с дипломом победителя первой степени 2 Международного конкурса научно-исследовательских работ учащихся "Старт в науке" (2016) за отличную работу "Идеальный бумажный самолётик".

На рисунке вверху не хватает отрезка прямой линии.

"Парадоксальная и простая физика": http://www.proza.ru/2018/03/20/543

"О парадоксальном законе Бернулли": http://www.proza.ru/2018/07/12/531


Рецензии
На это произведение написано 6 рецензий, здесь отображается последняя, остальные - в полном списке.