הדפסה עקרון העלוי.
smallairplane2.jpg מה גורם בעצם לאווירון להיות מסוגל להישאר באוויר? כיצד ניתן ליישם את שלושת החוקים של ניוטון ואת חוק ברנולי שעליהם קראנו בדפים הקודמים, כדי להבין את עקרון העלוי?
לעיתים אנחנו מוציאים את היד שלנו מחלון מכונית נוסעת. אנחנו יכולים להחזיק את כף היד כשהיא מקבילה לכביש/לקרקע. אנחנו יכולים גם להחזיק אותה בזוית כזאת שכף היד מופנית כלפי כוון הנסיעה (ואז היד "עפה" לאחור עקב התנגדות זרם האוויר שנוצר כתוצאה ממהירות הנסיעה).

 

 אם נציב את כף היד כשהיא שטוחה, במקביל לפני הקרקע או הכביש, תיווצר הפרעה קטנה יחסית לזרם האוויר ויהיה לנו קל לשמור את כף היד במקומה. אם לעומת זאת נטה את כף היד בזוית באופן שהאצבעות של כף היד, אשר מופנות עם כוון הנסיעה, יהיו בזוית קלה כלפי מעלה, היד כולה תישאף להתרומם, ויהיה לנו קשה להחזיק את היד במקומה. מה קרה כאן בעצם? נוצר כח/תגובה, המושפע ממהירות הנסיעה של המכונית וכן מהזוית שבה נחזיק את כף היד. ככל שהמהירות גבוהה יותר, או ככל שהזוית תהיה גדולה יותר (ביחס למישור המקביל לכביש), הכח הכללי שיפעל על כף היד וישאף להרים אותה כלפי מעלה, יהיה גדול יותר.

 

כף היד מפעילה התנגדות/גרר, הנובע מעצם שטח הפנים שלה המפריע לזרימת האוויר. האוויר מצידו מגיב בכח בעצמה זהה להתנגדות שמייצרת כף היד והמשקל שלה וגורם להדיפתה כלפי מעלה.

 

אם במקום כף יד נוציא מחלון מכונית נוסעת, לוח עץ שטוח או "דיקט", תחול תופעה זהה. אם נטה את לוח העץ בזוית כלפי מעלה, הוא ישאף להתרומם אל-על.

 

pricinipleoflift.jpg

 


על לוח העץ שלנו זורם אוויר. בחלק הקדמי שלו, כלומר החלק שפוגש את מולקולות האוויר, ישנו זרם ש"עולה" או "מטפס" על הלוח. לעליית זרם האוויר על הלוח, אנחנו קוראים UPWASH. לשפה הקדמית של לוח העץ שלנו, זו שפוגשת את מולקולות האוויר לראשונה, אנחנו קוראים "שפת התקפה". באנגלית LEADING EDGE.

 

זרם האוויר זורם על הלוח ו"יורד" ממנו בחלק האחורי שלו. ל"ירידת" זרם האוויר מהלוח אנחנו קוראים DOWNWASH. לשפה האחורית של לוח העץ שלנו, זו שממנה "יורד" זרם האוויר, אנחנו קוראים "שפת זרימה". בלעז TRAIL EDGE.

 

עד לרגע זה, הדבר העיקרי שדחף את לוח העץ או את כף היד כלפי מעלה, היה כח התגובה (החוק הראשון של ניוטון).

 

כעת נניח שבמקום לוח עץ שטוח, נוציא אל מחוץ לחלון המכונית הנוסעת, לוח עם קימור עליון, שנקרא לו לצורך הענין "פרופיל אווירודינמי".

shapes.jpg

הפרופיל שלנו, שהוצאנו אותו מחוץ לחלון המכונית, פוגש מאת מולקולות האוויר. נדמיין לעצמנו קבוצת מולקולות אוויר שפוגשת את שפת ההתקפה של הפרופיל שלנו. כלומר קבוצת מולקולות פוגעת בחלק הקדמי של הפרופיל, שמופנה לכוון הנסיעה שלנו.

 

colourprofile.jpg



קבוצת המולקולות "נשברת" ומתחלקת למולקולות שיעברו מתחת לפרופיל, ולמולקולות שיעברו מעל הפרופיל (בדומה למולקולות שפגשו צינור וונטורי. בשיעור שעסק בצינור דיברנו על מולקולות שעוברות בתוך הצינור ומולקולות שעוקפות אותו מסביב).

 

קבוצת המולקולות שואפת להיפגש שוב ולהתאחד, בקצה האחורי של הפרופיל שלנו = בשפת הזרימה שלו.

הן המולקולות שעוברות מתחת לפרופיל והן אלה שעוברות מעליו, מתחילות את דרכן בשפת ההתקפה, ומסיימות אותה בשפת הזרימה. ההבדל הוא רק, במהירות הזרימה שלהן ביחס לפרופיל. 
המולקולות שעוברות מעל הפרופיל זורמות במהירות גבוהה יותר ואילו המולקולות שעוברות מתחת לפרופיל - עוברות במהירות נמוכה יותר.

 

AIRFOIL.jpg

 

אם המולקולות העוברות מעל הפרופיל, זורמות במהירות גבוהה יותר, הן מייצרות לחץ דינמי גבוה יותר. למה? כי למדנו בחוקי היסוד, שלחץ דינמי שווה למהירות בריבוע כפול מחצית צפיפות האוויר:
(V² ½Þ= Pd).
צפיפות האוויר נשארת זהה, ורק המהירות גדלה. לכן הלחץ הדינמי גדל.

 

אם הלחץ הדינמי מעל הפרופיל גדל, הלחץ הסטטי באותו מקום חייב לקטון. תזכורת: הלחץ הסטטי הפועל על החלק העליון של הפרופיל, הוא הכח שמופעל על הפרופיל "מלמעלה" על ידי האוויר הזורם עליו ו"דוחף" את הפרופיל כלפי מטה. כלומר, יש פחות כח ש"דוחף" את הפרופיל כלפי מטה!

 

מה קורה באותו זמן מתחת לפרופיל? המולקולות שעוברות מתחת לפרופיל עושות דרך קצרה באותו זמן. כלומר מהירות נמוכה. אם המהירות נמוכה, הלחץ הדינמי בהכרח קטן.

 

אם הלחץ הדינמי מתחת לפרופיל קטן, הלחץ הסטטי מתחת לפרופיל גדל. במילים אחרות, הכח שפועל על הפרופיל שלנו "מלמטה" גבוה. כלומר, הלחץ הסטטי הגדול מתחת לפרופיל, "דוחף" את הפרופיל כלפי מעלה.

מסקנה: אם נוציא פרופיל אווירודינמי מחוץ לחלון של מכונית נוסעת, יהיה לו לחץ סטטי גבוה מתחת לפרופיל (וזה ישאף לדחוף אותו כלפי מעלה) ולחץ סטטי נמוך מעל הפרופיל (וזה יאפשר לו להידחף כלפי מעלה כי אין לחץ גבוה מלמעלה).

 

ויודגש: העילוי נוצר מההאצה היחסית של זרימת האוויר על הכנף כתוצאה מהקימור האווירודינמי, ולא ממהירות ההתקדמות של המטוס (או הפרופיל שלנו שאותו הוצאנו מחלון המכונית הנוסעת).

 

כמובן שכל התופעה הזאת מתרחשת רק באזור הצמוד לפרופיל הכנף, מפני שמשקל עמודת האוויר שישנה מעל הפרופיל, אינו משתנה, והפרופיל שלנו לא משנה את כל מערכת הלחצים בכל כדור הארץ.

 

לשכבת האוויר הצמודה לפרופיל ואשר זורמת סביבו, אנחנו קוראים "שכבת הגבול".

הכח הדוחף את הפרופיל שלנו כלפי מעלה, בניצב לזרימת האוויר הוא "כח העילוי" או "העילוי".

 

הרכיב המתנגד לתנועת הפרופיל, ופועל במקביל לזרימה היחסית של האוויר ("מושך לאחור") הוא ה"גרר" (או "ההתנגדות").

 

מסקנה: להבדיל מלוח עץ שטוח, על פרופיל קמור, פועל גם עילוי שהוא תוצאה של הפרשי לחצים לפי חוק ברנולי (ולא רק כח התגובה של זרם האוויר לפי החוק הראשון של ניוטון).

 

spacer.png, 0 kB