레이싱 요트를위한 돛을 분석하는 동안, 공기 역학자 팀은 홀수 모양의 물체를 지나가는 공기의 하향 힘이 갑자기 무거운 위쪽 리프트로 변할 수있는 방식을 우연히 발견했습니다. 비행기 날개와 골프 공의 클래식하지만 일반적으로 이질적인 물리학을 결합하면 놀라운 반전은 유체가 지나가는 길을 뒤로 젖히거나 수중 글라이더와 같은 기계를 안정화시키는 새로운 유형의 기계적 스위치를 만드는 데 도움이 될 수 있습니다.
"흥미 롭습니다."G.M.이 말합니다. "Bud"Homsy, 시애틀 워싱턴 대학의 유체 역학 전문가. "나는 그런 것을 본 적이 없다."
그 효과는 놀랍습니다. 길이로 톱질 된 파이프와 같은 비대칭 무딘 물체를 가져 와서 흐르는 공기에 둥글게 놓습니다. 풍속이 낮 으면 공기가 파이프의 둥근 쪽에서 위쪽으로 휘젓고 파이프를 아래로 밀어 소위 음수 리프트를 제공합니다. 그러나 속도가 임계 값을 넘어서 증가하면, 프랑스 브레스트에있는 해군 사관학교 연구소의 패트릭 봇과 파리-사우스 대학교의 마크 라우드 (Marc Rabaud)의 패트릭 봇 (Patrick Bot)과 같은 대상은 갑자기 비행기 날개와 같이 큰 긍정적 인 리프트를 경험할 것입니다.
효과는 공과 비행기 날개의 물리학을 녹입니다. 볼이 앞으로 바르면 공기가 그 주위에 갈라져야합니다. 저속에서는 흐름이 공 주위를 완전히 감싸지 않지만 공의 가장 넓은 부분에서 분리되어 연의 플래핑 꼬리처럼 공 뒤에 뻗어있는 소용돌이와 에디가 깨어납니다. 그 "난류 깨우기"는 공을 끌어 당겨 드래그를 만들고 앞으로 진행 상황이 느려집니다.
대조적으로, 일반적으로 두꺼운 것보다 10 배 더 넓은 날개는 두 가지 이유로 드래그와 큰 리프트를 생산합니다. 날개의 상부 표면은 위쪽으로 아치형 인 반면 바닥 표면은 비교적 평평합니다. 또한 날개는 선행 가장자리보다 약간 높고 날개는 각도에 앉아 있습니다. 요인의 조합은 공기가 날개보다 더 빨리 흐르도록합니다. Bernoulli의 원리라고하는 유체 역학의 기본 개념에 따르면, 빠른 움직이는 공기는 움직이는 공기보다 압력이 낮습니다. 따라서 날개 아래의 압력은 그 위의 압력을 초과하고 날개가 위로 밀립니다.
처음에는 홍당무에서 연구원의 반 파이프는 날개보다 공과 더 밀접하게 비슷합니다. 낮은 유량 속도에서는 높은 드래그와 네거티브 리프트를 겪습니다. 그러나 공기 속도가 증가함에 따라 리프트가 갑자기 반전되고 자랍니다. 이유를 이해하려면 공의 물리학으로 돌아와야합니다.
공은 큰 난류가 깨어나기 때문에 높은 드래그를 겪습니다. 그러나 공이 충분히 빠르게 날아가면 드래그 플럼 미트. 공의 크기와 공기의 점도를 설명하는 레이놀즈 번호라는 매개 변수로 일정 속도 이상으로 공기 자체의 공기가 난류가됩니다. 난기류의 얇은 층은 나머지 공기가 공 주위의 모든 곳에서 매끄럽게 흐르도록하는 윤활제 역할을하며, 난류 깨우기의 크기와 드래그 위기 (Drag Crisis)로 알려진 현상을 최소화합니다. 디자인으로 골프 공의 딤플은 격렬한 층을 생성하고 드래그를 최소화합니다.
드래그 위기는 또한 연구원의 비대칭 반 파이프의 갑작스런 상승을 설명합니다. 흐름 속도가 임계 레이놀즈의 수를 초과함에 따라 공기는 갑자기 전체 물체 주위에서 스트리밍됩니다. 그런 다음 아치형 모양의 윤곽을 따라 공기가 그 아래보다 물체 위로 더 빨리 흐르도록 긍정적 인 리프트를 생성합니다.
.그 효과를 입증하기 위해 연구원들은 반 파이프를 공기 대신 흐르는 물로 채워진 탱크에 넣고 힘을 측정했습니다. 그들이 흐름을 강화하면서 드래그 위기가 시작되었고, 드래그가 급락했고, 리프트 포스가 반전되고 급증했습니다. 연구원들은 작은 플라스틱 구슬로 물을 묶고 레이저 라이트로 추적하여 흐름을 시각화하여 드래그 위기가 설정되면서 물체의 깨우기와 물 흐름이 물체 주위에 매끄럽게 뻗어 있음을 보여줍니다.
.과학자들은 방사선을 둥글게 경주하는 보트 앞에서 튀어 나오는 스피 노커 (spinnakers)라는 둥근 돛을 모델링하면서 그 효과를 넘어 섰습니다. 봇은 봇은 리프트에서 이상한 반전을 발견하여 더 조사하게된다고 말했다. "[효과]가 이전에 보지 못했던 이유 중 하나는 두 개의 응용 분야 사이에 약간 약간 떨어져 있기 때문일 것입니다." - 드래그와 리프트 - 그는 말합니다.
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프랑스 팔라 이소에있는 École Polytechnique의 물리학자인 Christophe Clanet은 연구자들은 절반 파이프를 날개를 고려하지 않을 것이라고 지적했다. 대조적으로, 날개는 항상 리프트를 생성하도록 보장하기 위해 항상 각도로 설정되어 있다고 그는 말했다. 클라넷은 또한 그러한 간과 된 이상한 점이 때때로 나타납니다. "당신이 놀랐다는 것에 놀랐습니다."그는 말합니다.
이 효과는 유체의 흐름을 제어하기 위해 파이프에 삽입 될 수있는 간단한 기계적 스위치를 만드는 역할을 할 수 있습니다. 봇은 아마도 대부분의 투기로 전기 센서와 전원 제어 시스템이 필요하지 않고도 완전히 기계적인 방식으로 항공기 또는 수중 글라이더를 제어하고 안정화시킬 수 있다고 말했다. 이러한 수동 시스템은 신뢰성과 안전을 증가시킬 수 있습니다. "전기 나 전력에 의존하지 않는 매우 강력한 제어 시스템을 만들 수 있어야합니다."
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