MasterOgon

Мир захлестнула пандемия вируса, который передается на 1,5м, и власти ввели жесткие меры. Смогут ли люди их соблюдать и при этом оставаться людьми? Смотрите в общественном транспорте

Научная статья

Аннотация: В результате экспериментов с движением в вязкой среде асимметрично колеблющихся тел было обнаружено, что общепринятое представление о таком принципе движения является не верным. Даётся описание экспериментов и наблюдаемого эффекта, а так же его интерпретация.

УДК 533.664

Введение

Целью данной статьи является обратить внимание на малоизученное явление в области аэродинамики, более детальное изучение которого, по мнению автора, даст существенный толчок развитию аэрокосмической области. Сейчас используются 4 основных принципа двигателей: винтовой; реактивный; с использованием воздушных потоков в качестве движущей силы; с использованием лёгкого газа. Все эти принципы имеют свои преимущества и недостатки, а их комбинация часто приводит к снижению общих характеристик. Новые типы двигателей, принципы которых основаны на теоретических изысканиях, так и не были найдены, а их поиски создали массу псевдонаучных идей. И при этом в природе существует самая совершенная форма полёта, которую человек так и не освоил до конца. Это машущий полёт, который как убедится читатель, является синтезом вышеперечисленных способов полёта.

Актуальность

На сегодняшний день в разных странах мира ведутся исследования с целью использования принципа машущего полёта в практических целях. Существуют некоторые роботизированные модели, имеющие машущие крылья, но по эффективности они уступают классическим летательным аппаратам. Их ресурс существенно ограничивается сложностью конструкции, что не позволяет реализовать им большую мощность. Тем не менее, уже много лет существует так и оставшееся на бумаге техническое решение этого вопроса - вибролёт.

Цели и задачи

Автор провел экспериментальную работу, целью которой было исследование способа движения в однородной среде путем асимметричных колебаний. Им были созданы макеты летательных аппаратов с вибрирующими крыльями, и проведена серия испытаний, в которых исследовались их характеристики. Автор обнаружил, что результаты его экспериментов не соответствуют общепринятой научной теории движения таких аппаратов.

Классическое описание принципа

Для начала рассмотрим общепринятые теории движения в вязкой среде асимметрично колеблющихся тел. Наиболее известным из них является объяснение принципа движения инерциоида в жидкости:

Принцип действия инерциоидов заключается в том, что их целенаправленное движение вызывается различием силы сопротивления при прямом и обратном полутакте работы. При сухом трении сопротивление медленному движению превышает сопротивление быстрому (при одном полутакте, когда прилагается малая сила, сила трения покоя не преодолевается и аппарат остаётся на месте; при обратном полутакте сила трения преодолевается, аппарат движется). В жидкостях наоборот — сопротивление быстрому движению преобладает над сопротивлением медленному движению. Объяснение эффекта в жидкостях принципиально иное (так как в жидкостях и газах нет силы трения покоя) и основано на вязкостных силах трения.

Описание принципа движения в воздухе, такое же, как и движение инерциоида в жидкой среде, имеет вибролёт:

Чтобы получить представление о механизме возникновения силы тяги, рассмотрим вначале возникновение силы тяги при перемещениях пластины в одной среде с различными скоростями прямого и обратного ходов.

Сила тяги при различных режимах прямого и обратного ходов в одной и той же среде перемещения возникает за счёт следующих двух эффектов.

1) Нелинейной зависимости сопротивления среды перемещению движителя от его скорости и ее производных - даже для симметрично выполненного движителя (например, круглой пластины, перемещающейся по нормали). За счет различного режима прямого и обратного ходов средняя сила сопротивления не будет равна нулю и может достичь величины, достаточной для осуществления движения. При перемещении движителя в рабочем ходе со скоростью, в 10 раз превышающей скорость холостого хода КПД движителя, т.е. отношение энергии, полезно используемой движителем, к энергии, полученной движителем, может достичь величины, приближающейся к 90%.

2) Несимметричность движителя относительно плоскости, перпендикулярной направлению движения, может приводить к тому, что возникает тяговое усилие даже при совпадении скоростей прямого и обратного ходов. Этот эффект - зависимость лобового сопротивления от формы тела и при ее несимметричности от направления движения - хорошо известен в аэродинамике.

Экспериментальные наблюдения явления

Если эффект вызванный разницей сопротивлений при симметричных колебаниях асимметричного тела не вызывает никаких сомнений, то в отношении асимметрично колеблющихся симметричных тел эксперимент показывает прямо противоположный теории результат - движение происходит в сторону быстрого рывка, а не медленного. Это наглядно демонстрирует простейший эксперимент: опускаем в воду прямую ладонь, делаем быстрое движение в одну сторону, медленное в другую, и при обратном движении ощущаем гораздо большее сопротивление, чем этого следовало ожидать. Происходит следующее - когда мы толкаем воду вперед, позади ладони образуется разреженная среда, и её последующее схлопывание создает давление. Это объясняется работой сил отталкивания и притяжения молекул воды, броуновского движения, которое в догоняющем турбулентном вихре становится направленным.

Таким образом, классический пример с баржей и автомобилем имеет следующее описание: судно смещается относительно центра масс, сопротивление воды слегка отталкивает его обратно, а потом, спустя некоторое время, течение, вызванное смещением судна, толкает его в сторону этого смещения. Одинаково при асимметричных колебаниях симметричного тела, и при симметричных колебаниях асимметричного тела, движение среды происходит по одному принципу.

В аэродинамике хорошо известны подобные явления. При резком снижении вертолета происходит последующая неконтролируемая потеря высоты в результате образования кольцевого вихря, вызванного движением вниз воздушной массы, которую, снижаясь, толкнул вертолет. Другой пример, это маневр "кобра", при котором истребитель резко задирает нос, чем вызывает восходящий поток под собой, позволяющий ему резко сбросить скорость и как будто зависнуть на месте.

Эксперименты

1. Гидродинамические испытания моделей лодок с вибродвигателями.

Для изучения явления был сделан механизм, с принципом аналогичным инерциоиду В.Н. Толчина с той разницей, что ускорение и замедление маятников производилось не пружиной, а магнитами. В некоторых случаях для простоты использовался только один маятник, а крутящий момент компенсировался опорой. Сначала двигатель был установлен на лодку с симметричным гидродинамическим профилем, и в ходе эксперимента было видно, что её движение в воде происходит в сторону быстрых рывков. Потом двигатель был установлен на лодку с асимметричным профилем, более обтекаемым спереди и менее обтекаемым сзади. При этом асимметричность колебаний была устранена. В ходе эксперимента не наблюдалось явного движения, вероятно, в виду относительно малой асимметричности профиля. Далее колебания были сделаны асимметричными так, чтобы лодка совершала быстрые рывки в направлении, в котором обтекаемость больше, и это позволило ей двигаться в этом направлении.

В ходе эксперимента наблюдалось образование волн разной длины, создаваемых колеблющимся корпусом лодки - короткие слабые волны распространялись по направлению движения, вперед, и длинные более сильные позади в противоположном направлении (рис. 1). Это позволяет описать данный принцип движения как волновой. Образование этих волн на примере единичного рывка выглядит следующим образом: при быстром рывке некоторая масса воды получает импульс и начинает двигаться в направлении удара по принципу кольцевого вихря, что наблюдается как поверхностная волна. При этом позади лодки образуется зона пониженного давления, которая заполняясь, отбирает энергию этой волны в процессе обтекания, что создает турбулентность. Молекулы воды под действием собственных сил отталкивания и притяжения с ускорением устремляются в зону пониженного давления, и происходит нечто подобное схлопыванию кавитационного пузыря или взрыву вакуумной бомбы. Энергия схлопывания толкает лодку сзади, и, отражаясь от неё, образует идущую назад волну. Соответственно, при медленном рывке лодки назад в результате этих взаимодействий образуется идущая вперед слабая волна.

В некоторых случаях, в частности при движении лодки с симметричным профилем, совершающей асимметричные колебания с большой частотой, при которой длина волн намного меньше длины лодки, было замечено, что движение происходит с интервалами большими частоты колебаний. Вероятно, это связано с накоплением энергии волн. В непосредственной близости лодки к стенкам емкости с водой достигнутый эффект уменьшался. Происходило прилипание корпуса лодки к стенкам, аналогичное сближению идущих рядом кораблей, которое преодолевалось прямым отталкиванием корпуса от стен.

Рис. 1. Лодка с асимметричным вибродвигателем в движении.

2. Испытания моделей вибролётов в свободном падении.

Чтобы установить, что полученное движение вызвано не перепадами высот поверхностных волн, а именно разницей давлений, были проведены эксперименты в воздухе. Был изготовлен облегченный ассиметричный вибродвигатель, который представлял собой мотор с эксцентриком, совершающим пол оборота с ускорением и пол оборота с замедлением, что осуществлялось жестко прикрепленным к корпусу магнитом, действующим на эксцентрик. Двигатель был установлен на дискообразное крыло с симметричным аэродинамическим профилем (рис. 2). Трудности выявления наличия тяги двигателя заключались в том, что фиксация результата при помощи весов привела бы к тому, что весы стали бы точкой опоры при отталкивании, и, не успевая реагировать на изменения веса, могли бы показывать его уменьшение как средний результат даже при подпрыгивании на них двигателя без крыла. Одной из особенностей инерциоидов является то, что отталкиваясь прямо и нелинейно, они используют как точку опоры все, что оказывает препятствие их колебаниям. Вероятно, это стало причиной появления псевдонаучных предрассудков относительно этого типа двигателей.

Было решено испытывать модель в свободном падении. Но и в этом случае измерение скорости падения оказалось невозможным по той причине, что при достижении максимальной скорости падения данная конструкция переворачивалась или смещалась относительно вертикали от избытка давления и после этого падала быстрей. Поэтому был применен следующий способ испытаний. Была определена максимальная высота, с которой модель падала без переворачивания и смещения (около 1,5 м.), а потом с этой же высоты производился бросок модели с включенным двигателем. При падении работающей модели происходило заметное смещение от вертикали и последующее переворачивание уже на высоте около 0,5 м.

Был учтен создаваемый двигателем крутящий момент. Для его компенсации не был использован аналогичный двигатель с противоположным крутящим моментом ввиду сложности с синхронизацией и увеличением веса. Особенностью конструкции двигателя было его самозакручивание в направлении вращения в результате влияния на эксцентрик ускоряющего и замедляющего вращение магнита. При этом эксцентрик, приближаясь к магниту, ускорялся, и создавал давлением на ось быстрый импульс в противоположном направлении, заставляя двигатель слегка прокрутиться в противоположном вращению направлении, а проходя мимо магнита, замедлялся, создавая обратный медленный импульс и притягивая вслед за собой магнит, заставлял двигатель более заметно прокрутиться в направлении вращения. Это самозакручивание не было сильным, и в значительной степени компенсировалось аэродинамической плоскостью. В большинстве случаев направление переворачивания модели не соответствовало этому крутящему моменту, и зависело, прежде всего, от других факторов, таких как случайный наклон в начале падения, кривизна плоскости, неравномерное распределение веса и приложение силы.

Рис.2. Модель вибролёта с симметричным аэродинамическим профилем крыла.

Позже был сделан усовершенствованный двигатель с вертикальной осью вращения, что исключало переворачивающий реактивный момент, и создавало гироскопический эффект для удерживания горизонтального положения модели в полете. Устройство двигателя заключалось в том, что ротор с магнитами вращался над магнитами, установленными на подвижной аэродинамической плоскости, крепящейся на пружинах. Совмещение магнитов заставляло их, притягиваясь, поднимать плоскость. Когда магниты сближались, ротор ускорялся, и замедлялся, когда магниты отдалялись. Поэтому плоскость двигалась быстрее вверх и медленнее вниз. Полностью устранить переворачивание не удалось, но при включении двигателя склонность к нему уменьшилась, а склонность к горизонтальному смещению увеличилась при тех же условиях эксперимента.

Для учёта экранного эффекта высота падения была увеличена, и в этом случае переворачивание происходило приблизительно после прохождения той же дистанции в 1 м. В виду отсутствия точных измерительных приборов было трудно судить о наличии экранного эффекта. Но, по всей видимости, он должен был оказывать влияние, создавая дополнительную опору для отталкивания на определенном расстоянии до земли. Также при броске с высоты 1 м, при котором модель не успевала перевернуться, было замечено, что на минимальном расстоянии от земли падение резко ускоряется, вероятно, из-за нарушения циркуляции воздуха.

3. Визуализация течения воздушного потока.

Для того чтобы установить, что воздух циркулирует именно так, как было описано ранее, были проведены следующие опыты. К краю пластины крепилась лента, указывающая направление воздушного потока. Пластина поднималась вверх перпендикулярно плоскости, и лента во время подъёма затягивалась под пластину в зону турбулентности, а после остановки пластины в верхней точке подъёма принимала горизонтальное положение с внешней стороны пластины, параллельно ее плоскости. Это говорит о том, что после остановки пластины под ней продолжает существовать восходящий поток воздуха, ударяющий в ее нижнюю часть, и отражаясь, распределяющийся в стороны.

Далее была собрана простая установка с электромагнитным линейным двигателем и ассиметричной аэродинамической плоскостью в виде конуса с низкой вершиной, совершающей вертикальные колебания перпендикулярно своей плоскости. Установка была подключена к генератору частот. Под плоскостью, ближе к ее кромке, располагался источник дыма. Дым естественным образом поднимался вверх, частично обтекал край плоскости, и поднимался дальше. При включении установки на режим симметричных колебаний происходило следующее: при подъеме плоскости дым полностью затягивался под нее, образуя турбулентный вихрь, а при опускании выбрасывался в сторону горизонтально, так же в виде вихря. Стоит отметить, что это происходило только при оптимальной частоте колебаний, при которой амплитуда была максимальной. Для этой установки максимальная амплитуда была около 2 мм при частоте 18 Герц. Диаметр плоскости составлял около 5 см. При значительном увеличении частоты движение дыма становилось таким же, как и без включения двигателя, но при этом в нем визуально наблюдалось наличие акустических волн одинаковой длины как сверху, так и снизу. Судя по всему, для достижения максимального эффекта необходимо учитывать оптимальный режим колебаний.

Далее был изучен единичный подъем пластины, то есть симметричного аэродинамического профиля, полностью окруженного дымом. Во время подъема пластины перпендикулярно плоскости под ней образуется зона турбулентности в виде кольцевого вихря с восходящим потоком в центре, что повторяет форму ядерного гриба (рис. 3). При остановке пластины в верхней точке кольцевой вихрь ее догоняет и обтекает, продолжая двигаться по инерции вверх. При этом вихрь превращается в тонкое кольцо, увеличиваясь в диаметре, и разрушаясь в конечном итоге в пространстве над пластиной (рис. 4). Восходящий поток в центре вихря ударяет в дно пластины, и, отражаясь в стороны, заставляет вихрь расширяться при обтекании им пластины (рис. 4). Так как пластина забирает энергию у движущейся воздушной массы, обтекая пластину вихрь разрушается. То есть единичный рывок пластины вверх перпендикулярно плоскости создает воздушный поток, толкающий пластину после ее остановки. Если обратное движение пластины будет иметь меньшую скорость, а энергия созданного ей при этом потока будет меньше, результирующая сила будет подъемной.

Рис. 3 и рис. 4. Кольцевой вихрь во время движения пластины (вверху)) и обтекание вихрем пластины после остановки (внизу)

Далее был изучен единичный подъем в дыму асимметричного аэродинамического профиля в виде полусферы, имеющей большую обтекаемость в направлении движения. При подъеме полусферы наблюдается процесс, такой же, как и подъеме пластины - кольцевой вихрь с восходящим потоком напоминающий гриб. А при остановке полусферы в верхней точке, ударяющий в нее снизу поток отражается не в стороны, как в случае с пластиной, а вниз, чему способствует форма полусферы. Во многом это напоминает реактивную струю, истекающую из ракетного сопла, Увидеть эти процессы можно при помощи простейших опытов - болтая кружкой в ведре с водой или ложкой в супе.

Кроме этого, при помощи дыма было изучено движение воздуха во время работы мембраны акустического динамика. Доступ воздуха был только к лицевой стороне мембраны, а к обратной был ограничен. Для опыта были использованы обычный смартфон с генератором звука и сигарета в качестве источника дыма. При работе динамика в широком диапазоне ультразвуковых частот окружающий воздух стягивался к динамику по бокам и выстреливался реактивной струей от его центра.

3. Испытания моделей вибролётов в полете после начального ускорения.

Для изучения данного эффекта в свободном полете после начального ускорения было создано несколько моделей виде «летающих тарелок» с разными аэродинамическими профилями и типами вибродвигателей (рис. 5 и 6). В этих экспериментах не удалось получить точного наглядного результата в виду множественных посторонних факторов, влияющих на полет и неустойчиваости аппарата. Устранение этих факторов было бы возможно в лабораторных условиях.

Рис. 5 и 6. Летающая тарелка с вибродвигателем в полете. Вверху: отражение света создает оптический эффект похожий на огни на кромке, вероятно, из-за вибрации. Внизу: размазанность фото из-за вибрации создает иллюзию искривления формы.

В ходе этих экспериментов было установлено, что "летающая тарелка" с профилем, выпуклым сверху, либо напоминающим две соединенные вместе задние половины ламинарного профиля авиационного крыла (рис. 7), может получать весьма значительный прирост подъемной силы от ветра при условии наличия силы, удерживающей ее в горизонтальном положении. Брошенная как фрисби, но с небольшой силой и сильным закручиванием для устойчивости, во время порывов ветра она резко меняла траекторию набирая высоту до тех пор, пока вращение не прекращало поддерживать ее устойчивость. Таким образом, судить об эффективности работы двигателя было невозможно.

Рис. 7. Летающая тарелка с ламинарным профилем крыла.

Для упрощения эксперимента и получения более наглядного результата простой асимметричный вибродвигатель был установлен на планер летающее крыло на центр тяжести. Во время работы он создавал быстрые рывки вверх и медленные вниз, но отсутствие необходимых условий эксперимент не позволил получить точный результат. Наглядно работа двигателя приводила к кабрированию - планер периодически набирал высоту и замедлялся.

Для большей наглядности эксперимента был сделан планер в виде крыла в форме полумесяца (рис. 8), центр тяжести которого, и соответственно двигатель, находились на самом носу. Таким образом, характеристики планера при небольшом начальном ускорении были как у метательного снаряда с оперением. Это позволило прицельно бросать его на небольшое расстояние с незначительными расхождениями условий пуска, так как на это расстояние, около 5 м, он летел почти по баллистической траектории. В результате этих модификаций стало возможным визуально наблюдать значительные изменения траектории полета.

Траектория полёта с включенным двигателем значительно отличалась от траектории контрольного полёта с выключенным двигателем, что намного превышало возможные погрешности при пуске. Первые 2-3 метра планер преодолевал по изначально заданной баллистической траектории, но, по мере того, как росло сопротивление воздуха, двигатель начинал воспринимать его как опору. Это позволяло ему отталкиваться, словно подпрыгивая на твердой поверхности. В результате этого амплитуда колебаний передней кромки росла, а частота вибрации двигателя уменьшалась. Подобная зависимость амплитуды и частоты от сопротивления справедлива и для описанных ранее гидродинамических моделей и "летающих тарелок". (Движение гидродинамической модели приводило к уменьшению частоты тактов вплоть до полного залипания маятников напротив магнита.)

Асимметричные колебания передней кромки крыла серповидной модели приводили к резкому задиранию носа, вплоть до выхода на критические углы атаки и зависания на месте с последующим падением камнем вниз. Если высота падения была достаточной, вновь возросшее сопротивление давало возможность двигателю включиться в работу, и модель резко выходила из пике. Это значительно отличалось от контрольного полета по баллистической траектории даже с погрешностью в несколько метров.

Рис. 8. Модель самолета с вибродвигателем выходит на критический угол атаки.

Результаты экспериментов

Установленное в эксперименте направление движения асимметрично колеблющихся тел в вязкой среде прямо противоположно направлению, описанному в известных автору источниках. Эффективность такого принципа движения напрямую зависит от сопротивления среды, и возрастает пропорционально с его ростом, а при соблюдении оптимальных режимов возможно накопление энергии. Ограничивающим фактором, делающим невозможным "перпетуум мобиле" в данном случае, является мощность двигателя, так как при достижении критического сопротивления исчезает возможность его преодолевать.

Модель возможной причины возникновения кольцевого вихря и движения асимметрично вибрирующих тел в сторону быстрого рывка

Рассмотрим предполагаемую модель возникновения данного явления на основе геометрических закономерностей. Представим условную однородную вязкую среду, жидкость или газ, находящуюся в состоянии абсолютного покоя в виде равноудаленных частиц, находящихся в таком положении благодаря равновесию сил притяжения и отталкивания между ними. В плоском сечении, соединив эти частицы условными линиями, мы получим решетку, состоящую из равносторонних треугольников. Это единственная структура, при которой точки могут быть равноудалены (рис. 9).

Рис. 9. Модель вихря.

Допустим, эта решетка имеет определенную упругость, что позволяет ей образовывать силу, сходную с поверхностным натяжением воды. Это является силой сопротивления данной среды. Поместим в эту среду объект. Пусть это будет частица номер один. Представим, что этот объект смещается относительно своего центра масс, совершая одиночный рывок по пути наименьшего сопротивления между двух частиц под номерами 2 , но при этом сила его рывка не превышает силы связывающей частицы вместе. Тогда он создаст некоторое напряжение в решетке, которое распространится в виде волны, поддерживаемой энергией сил отталкивания и притяжения частиц с ограниченной скоростью, свойственной этой среде. Передав сообщенный объектом 1 импульс дальше, частицы вернуться в исходное положение под действием собственных сил, и соответственно оттолкнут объект в исходное положение. Допустим это сила сопротивления, которая отталкивает назад упомянутую вначале баржу с автомобилем.

А теперь предположим, что сила рывка при смещении объекта 1 относительно центра масс превышает силу связи частиц 2. Тогда частицы, благодаря полученному ими импульсу, последовательно начинают движение по заданной траектории, и одновременно по пути наименьшего сопротивления. Если бы это были бильярдные шары, импульс каждый раз делился бы на 2, и, в конце концов, рассеялся. Но если мы учтем, что частицы имеют собственную энергию, позволяющую передавать энергию импульса посредством волн, мы получим цепную реакцию, благодаря которой импульс сможет преодолеть значительное расстояние без существенных потерь. Если мы проложим логический путь передачи импульса, и пронумеруем каждый этап, мы получим что уже на счет 6 этот импульс двумя путями, по траекториям, напоминающим восьмерку, вернется в исходную точку, и будет сообщен создавшему его объекту 1 сзади. Таким образом, объект 1 сместившись относительно центра масс вперед, получит силу, толкающую его сзади.

Стоит отметить, что в образовавшуюся из-за смещения объекта 1 зону пониженного давления, за ним сразу же устремятся и частицы, находящиеся сзади, так как на них будут действовать силы отталкивания других частиц. Из них формируется ножка описанного ранее гриба. Поэтому схлопывание этой полости при встрече всех частиц будет иметь определенную избыточную энергию, проявление которой можно наблюдать при взрыве вакуумной бомбы.

Полученная траектория в виде восьмерки вполне соответствует наблюдаемому явлению - динамике кольцевого вихря в разрезе. Частицы поочередно передают импульс друг другу и попадают в замкнутый круг, что и объясняет продолжительное существование вихря. Именно стройная организация хаотичного броуновского движения и является энергией, подпитывающей вихрь.

Если мы проследим распространение импульса дальше, мы увидим закономерность, из-за которой частицы формируют ровные фронты. Это волны, вызванные единичным смещением объекта 1. Сам объект 1 будет двигаться толкаемый частицами, образующими восьмерку или верхнюю часть гриба, замедляясь по мере того, как их энергия будет рассеиваться. Это вязкостное трение, тепловая энергия, движущая выведший импульсом ее из равновесия объект в направлении этого импулса. Это заставляет задуматься над смыслом выражения "все возвращается" с позиций логики и здравого смысла.

Соответствие модели известным явлениям

Рассмотрим эту модель на примере подъемной силы крыла самолета. Принято считать, что движение крыла через воздух является непрерывным. Но мы также знаем, что это движение всегда сопряжено с вибрацией, которая в конечном итоге приводит к флаттеру и разрушению крыла. И так же мы знаем, что турбулентность имеет ритм образования и разрушения вихрей. На примере преодолевающего звуковой барьер самолета (рис. 10), или истекания из сопла реактивной струи, можно видеть, что движение газов имеет ритмичный, волновой характер. Это происходит из-за циклического разрежения и схлопывания среды. Резонанс конструкции с этими циклами является причиной вибраций, возникающих во время движения крыла.

Рис. 10. Ударные волны во время преодоления звукового барьера и кавитация в результате заполнения воздухом пространства за ними.

Выделив из общего ритма один такой цикл, можно сказать, что крыло своей передней частью сообщает воздуху импульс в направлении вперед вверх, расталкивая его над собой. В результате этого над крылом образуется область пониженного давления, схлопывание которой происходит в направлении импульса. Из-за того, что крыло находится на пути устремляющегося в разреженность над ним воздуха, оно получает импульс направленный вперед вверх. Ламинарный профиль является более скоростным потому, что наклон его задней нижней плоскости позволяет импульсу схлопывания полости толкать крыло в направлении полёта.

Так как ритмичность этих циклов не учитывается при движении крыла, иначе говоря, крыло не останавливается, чтобы подождать догоняющую его энергию, значительная её часть остается позади самолета, и может оказывать влияние на другие воздушные суда. Давно известно, что птицы летающие клином, используют эту энергию.

Вихрь, подобный кольцевому вихрю в разрезе, также присутствует при обтекании воздухом крыла (рис. 11). Одна его часть хорошо известна в аэродинамике. Это вихрь, следующий на некотором отдалении от задней кромки крыла. Другая часть с противоположным вращением находится непосредственно у задней кромки крыла, в небольшой турбулентной зоне. Эта часть имеет очень малый диаметр, так как она сжата, и при этом в ней сконцентрирована значительная энергия, из-за чего разрушение крыла на большой скорости начинается с задней кромки. Когда сжатый вихрь у задней кромки срывается с законцовки крыла, он увеличивается в размере и образует зону турбулентности позади самолета.

Между этими двумя вихрями происходит движение воздуха под крыло из пространства над ним, о чем свидетельствуют циркуляция пограничного слоя вокруг крыла. Воздух пограничного слоя над верхней поверхностью огибает заднюю кромку и попадает под крыло. Поэтому гриб, как у кольцевого вихря, имеет асимметричную, выгнутую дугой форму, при которой ножка загнута вверх. Нагнетаемый под крыло воздух движется против полета в пограничном слое, и является причиной противотока у передней кромки крыла. Из-за этого струя дыма в аэродинамической тубе до последнего стремится обойти крыло сверху, даже при её смещении в самый низ.

На критических углах атаки, когда происходит срыв потока, сжатый вихрь с задней кромки перемещается в пространство над крылом и увеличивается в размере. Тогда поток, нагнетающий давление под крыло, перемещается за ним и начинает оказывать давление на верхнюю часть крыла. При этом крыло больше не создает подъемную силу и оказывает лишь лобовое сопротивление падению.

Рис. 11. Образование подъемной силы крыла.

Продолжение, библиографической список, рецензия находятся тут http://sci-article.ru/stat.php?i=1601957819

Видео тут https://youtu.be/IyzIT2atqw0