Gostujuća kolumna: Krila

Pulsmedia portal

Obavijest

Primijetili smo da koristite AdBlock. Razumijemo, ali F1puls je toliko posjećen da su mjesečni troškovi servera jako visoki.

Dio tih troškova podmirujemo samim prikazom reklama, a one nisu napadne i ne morate klikati ako vas ne zanimaju. Stoga molimo, razmislite da ga na ovoj stranici onemogućite. Hvala.

Najnovije s foruma

Forum portala je otvoren samo za članove. Molimo, registrirajte se.

Kolumna

Gostujuća kolumna: Krila

Pulsmedia portal

Problem je sljedeći: znam da krilo na F1 bolidu radi kao naopačke okrenuto avionsko krilo, ali ne znam kako točno radi avionsko krilo. Kao aerodinamički laik (ali istodobno aerodinamički entuzijast), naletio sam na puno različitih objašnjenja kako funkcionira avionsko krilo. Ni jedno objašnjenje mi nije imalo smisla.

Za mene je ključ razumijevanja tajne krila u razumijevanju svojstva zraka koji okružuje sva živa bića na Zemlji.

Čestice zraka imaju neka svojstva koja ih čine jako sličnim Šimi (mom mačku). Ekspanzija/kontrakcija koja ovisi o temperaturi. To svojstvo nije tako bitno za objasniti krilo. Nastojanje da pobjegne iz zone visokog pritiska u zonu manjeg pritiska. To je već bitno za objasniti krilo. Niska viskoznost tj. prilagodljivost površini na kojoj leži. To je još bitnije, a najbitnije za objasniti kako radi krilo je masa. Čestice zraka imaju određenu masu.

Masa nekog tijela određuje inerciju – sila koja nastoji zadržati tijelo u trenutnom kinetičkom stanju. Ako mačak leži, njegova inercija će ga držati u stacionarnom položaju. Ako se kreće prema zdjelici za hranu, njegovu inerciju mora nadvladati onaj tko ga želi zaustaviti.

Koliko je zrak težak? Kad se nalazimo na razini mora, na našoj glavi i ramenima stoji stup Zemljine atmosfere težak oko jedne tone. Mi ne doživljavamo tu masu jer „plivamo“ kroz zrak kao riba kroz vodu – atmosferski pritisak djeluje na nas iz svih smjerova, ne samo odozgo. Recimo samo da je zrak poprilično lagan, mislim da se svi slažemo.

Mogu si samo zamisliti kako su ljudi prije 1783. bili ljubomorni na ptice. Te je godine u Francuskoj poletio prvi balon na vrući zrak. Također, mogu si zamisliti kako je nakon 1783. i dalje bilo frustrirajuće gledati ptice kako lete dok ljudi mogu samo visjeti u zraku. Staviti pogon na letjelicu malo je pomoglo, ali kad se letjelica oslanja na činjenicu da je lakša od zraka, to i dalje nije pravi let nego plovidba.

Kako labud može poletjeti? Nije punjen helijem, znači teži je od zraka. Što se točno događa kad labud maše krilima? Pokreti prednjim ekstremitetima gore-dolje s ciljem podizanja vlastitog tijela… pa to podsjeća na zgibove, ne?
Zamislite se da radite zigibove. Povlačite šipku prema dolje kako bi svoje tijelo gurnuli prema gore jer ste svjesni Trećeg Newtonovog zakona. Ta je šipka dio sprave koja stoji na podu teretane, koji je na prvom katu poslovne zgrade, koja je izgrađena na čvrstim temeljima. To znači da kad povlačite prema dolje, Vi se borite protiv inercije planeta Zemlje. Masa Zemlje je ogromna tako da svaki džul koji Vaši mišići ulože – izravno rezultira da Vaše tijelo ide prema gore.

Labud pomiče čestice zraka prema dolje kako bi sebe vinuo u… zrak. Čestice zraka imaju jako malu masu, time i malu inerciju. Jedan zamah krilima će rezultirati prije svega pomicanjem puno čestica zraka prema dolje, a jako malo uzgona za njegovo tijelo. Zato labud mora mahati krilima jako brzo kako bi pomaknuo čim više zraka. Niska viskoznost zraka ne pomaže pernatom avionu jer mu većina čestica klizne od ispod krila prema gore.

Inercija je sila koju treba nadvladati kad želimo pomaknuti (ili promjeniti smjer kretanja) nešto s masom. Moglo bi se reći da je labudu lako letjeti jer micati zrak nije teško zato što zrak ima malu masu. Nemojmo zaboraviti da labud mora nadvladati inerciju vlastitih krila koja moraju mijenjati smjer brzo. Svaka čast labudu.

Svatko od nas može letjeti ako pomakne prema dolje dovoljno zraka kako bi inercija čestica zraka nadvladala težinu našeg tijela (tko ima formalnu edukaciju iz fizike će vjerojatno završiti na aparatima nakon što pročita ovu rečenicu, ali nama laicima je ovo dovoljno logično). Ovo mogu labudovi, helikopteri i zrakoplovi. Nama su zanimljivi zrakoplovi jer imaju (skoro) nepomična krila.

Krilo zrakoplova pomiče zrak prema dolje i na taj način diže zrakoplov prema gore – jednako kao i labud. Po meni, to je najintuitivnije objašnjenje principa zračnog profila. Onu najpoznatiju priču sam slušao godinama: gornji dio krila generira niski tlak, a donji generira visoki tlak što gura avion gore. Ovo je najčešće objašnjenje na koje će te naletjeti (pun intended) na internetu zato što je „najlijenije“ objašnjenje. Ne velim da ovo objašnjenje nije točno, ali bez da razumijem Bernoulijevu jednanžbu to mi ne znači puno.

Zanimljivo je kako malo tko razumije kako avion leti, a kako puno ljudi vjeruje u chemtrailse.

Ja bih opisao zračni profil kao izduženu suzu (ili kap) koja je odrezana s donje strane. Krilo šalje zrak prema dolje na način da prisili zračnu struju na gornjoj strani krila u putanju prema dolje. U ovom nam je trenutku inercija ključna za razumjevanje: čestice zraka koje se kreću uz gornju stranu krila (lagani smjer prema dolje) žele radržati svoj smjer kretanja. To znači da jednom kad napuste krilo, one se nastavljaju kretati prema dolje. Voila. Objasnili smo kako krilo šalje zrak prema dolje.

Zračni profil zahtjeva zračnu struju – ne može funkcionirati ako se čestice zraka ne kreću brzo po površini profila. Zato zrakoplov ne može poletjeti s mjesta kao helikopter ili golub. Mislili ste da ću napisati „labud“? Ne, labud je pretežak da bi poletio s mjesta. Zato se djelom mora oslanjati na zračni profil svojih krila na način da „trči po vodi“: Labud doslovno ne može na suho.

Zanimljivo bi bilo analizirati kako sve avionsko krilo manipulira zračnom strujom, ali ovo je F1 kolumna. Okrenimo zračni profil naopačke i pričajmo oko čega glavu lome inžinjeri u F1.

Iako rade na istom principu, krila na bolidu uvelike se razlikuju od onih na zrakoplovu. Prvo: šalju zrak u suprotnom smjeru (prema gore). Drugo: krila su na bolidu relativno fiksnog nagiba (osim DRS-a). Treće, manja su od avionskog krila. Četvrto: gutaju manje zraka jer bolid može postići samo 300-injak km/h. Peto: šarena su sa svakojakim natpisima.

Slabija struja i manja površina znači da je krilu na bolidu jako teško baciti dovoljno zraka u vis. „Pa nek’ ga savinu jače prema gore“ – bilo bi logično reći. Problem je opet u tome što zrak ima masu, a time i inerciju! Jednom kad zračna struja ima svoj smjer kretanja, ona ga ne mijenja samo tako. Ako je Vaša površina prestrma, struja je neće htjeti slijediti nego će se odvojiti i nastaviti svoj smijer kretanja niz bolid. Kad se dogodi to odvajanje, iza krila se stvori „praznina“ između dvije začne struje. Ta praznina je popunjena turbulentnim zrakom, a takav zrak ima nizak tlak.

Ostavljati iza sebe zonu niskog tlaka koja vas pokušava usisati prema natrag normalna je – to Vam se događa na Vašem autu, kad vozite bicikl i događa se F1 bolidu. Međutim, ako se fokusiramo samo na krilo, to se ne smije dogoditi jer umjesto downforcea i otpora imate samo otpor.

Još jedan efekt pridonosi odvajanju struje od donje površine krila, a to je činjenica da je bolid blizu staze – to znači da ako želimo poslati zrak prema gore prisiljavamo istu količinu zraka da zauzme veći prostor. Jednaka količina na istom prostoru rezultira smanjenju tlaka. Baš kao i moja baka, zrak ima problema s niskim tlakom. Umjesto da pije ljekove, zrak jako brzo želi izjednačiti tlak, a može to jer je niske viskoznosti.

Da bi se spriječilo preljevanje zraka s prednje strane krila na stražnju stranu zbog razlike u tlaku, krila imaju procjepe, tj. krilo je podijeljeno na više elementa. Ti prekidi u krilu pomažu izjednačavanju tlaka i time pospješuju zadržavanje zračne struje na stražnjem dijelu krila.

Primjećujemo da je jako veliki izazov zadržati zračnu struju priljubljenu uz donji/stražnji dio krila. Ima smisla. Struja neće imati problema s time da bude priljubljena uz prednji dio krila jer inercija bolida i inercija zraka direktno se sukobljavaju. Baš kao što ni bageru nije problem ostvariti kontakt zemlje s prednjim djelom lopate. Zadržati zrak priljubljen uz stražnji dio krila puno je delikatniji zadatak – zakrivljenost krila mora biti dovoljno nježna da privuče zrak koji želi nastaviti svojim putem. Aerodinamika nas uči ljubavnim vezama, tko bi rekao.

Još samo jednom ćemo se dotaknuti labuda. Preferira se stražnje krilo montirati na tzv. labuđi vrat – nosač koji drži krilo za gornji dio aero-profila, ne donji. Na taj se način ne prekida zračna struja na onoj osjetljivojoj – donjoj strani.

Do sad smo gledali krilo iz profila i pravili se kao da nema rubova. Budući da se na prednjem djelu nakuplja visoki, a na stražnjem niski tlak znamo da se ti tlakovi moraju nekako izjednačiti. Ako naše krilo uspješno baca zrak u vis, najbrži put prema izjednačavanju tlakova je onaj na samim rubovima. Kako bi se ublažilo stvaranje vrtloga na vrhovima krila (a time i smanjila „prikolica“ od turbulentnog zraka) stavit ćemo tzv. endplate (ploča na rubu krila). Čak i zrakoplovi imaju nešto slično na vrhovima krila te tako znatno umanjuju otpor zraka.

Došli smo do vrtloga i aerodinamičkog otpora – vrijeme je da stanemo i ostavimo te teme za neki drugi puta. Bitno da smo saznali zašto F1 krila imaju više elemenata i zašto na rubovima imamo endplate. Također, nadam se da sam objasnio princip avionskog krila na jasan način bez ulaženja u dubinu s pojmovima kao laminarna struja, granični sloj, brzine/gustoće/tlaka/viskoznosti fluida i ostalih jako zamršenih djelova dinamike fluida.

Dodatno štivo

Objasnili smo let zrakoplova na temelju Trećeg Newtonovog zakona (pomicanja zraka prema dolje) jer taj princip koriste i labudovi i bolidi F1. Međutim, ajmo razložiti i ono lijenije objašnjenje „aero profil na zrakoplovu generira niski tlak iznad i visoki tlak ispod krila“ (http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Fluids/airfoil.html). Bernoulijeva jednadžba nam govori da fluid koji je prisiljen iz šireg u uži prostor ubrzava i time gubi pritisak. To se događa na gornjoj površini krila koja svojom zakrivljenošću stvara svojevrsno „usko grlo“. Taj efekt je kod zrakoplova dovoljno izražen da posluži kao objašnjenje leta, međutim definitivno se ne može koristiti na labudove, a vrlo vjerojatno niti na F1 krila jer bolidi ne razvijaju dovoljnu brzinu i krilo nema dovoljno površine. Bernoulijeva jednandžba se u F1 može iskoristiti (opet pretpostavljam) samo u slučaju podnice jer se površina staze iskorištava kao čvrsta granica za „usko grlo“.

Braziliščanec Masa

Podrži nas

Zadnji donatori:
Ibarac00
avalentic

Top donatori:
wapi
Jester
Crash

F1puls autori su dosad napisali 9511 vijesti i tekstova. Ako cijenite što radimo svaki dan već 7 godina, podržite nas
💳 kreditnom karticom, PayPalom ili Revolutom.
Više informacija »

Pulsmedia portal
Pulsmedia autor
155 članaka Više o autoru

Primijetili smo da koristite AdBlock. Razumijemo, ali Pulsmedia portal je toliko posjećen da su mjesečni troškovi servera jako visoki.

Dio tih troškova podmirujemo samim prikazom reklama, a one nisu napadne i ne morate klikati ako vas ne zanimaju. Stoga molimo, razmislite da ga na ovoj stranici onemogućite. Ako želite u potpunosti ukloniti reklame, možete postati donator portala. Hvala.

Komentiraj

21 komentara

  1. Fernando Alonso 14 Orao Prikaži

    Bravo opet odlična kolumna, jako zanimljiva i poučna kao i ona prošla. ?



    12

    0
  2. David Croft Frantic Donator Prikaži

    Odlično, svaka čast! :pivo:

    “Pozdrav” i Šimi :mrgreen:



    13

    0
  3. Sebastian Vettel 5 Crash Donator Prikaži

    Svaka cast…
    Vrlo onteresantno….

    Ovo me “otkinulo”
    “Zanimljivo je kako malo tko razumije kako avion leti, a kako puno ljudi vjeruje u chemtrailse.”



    15

    1
  4. Niki Lauda wapi Donator Prikaži

    Neki fizičar bi te izmasakrirao za izjavu da Bernoulijeva jednadžba ne vrijedi za F1….
    Ali ako netko shvati ponešto aerodinamike iz ovog članka postigao je svrhu.

    Ja bi još spomenuo vezu uzgona i otpora zraka, kao glavni trade-of u dizajnu aerodinamike bolida….

    U svakom slučaju lijep članak sa već tradicionalno lijepim ilustracijama.



    13

    0
    • Zahvaljujem :)
      Ne bježim od činjenice da sam zakoračio u “preduboko” za svoje kapacitete.



      9

      0
      • Sebastian Vettel 5 Pastor Prikaži

        Nisam baš siguran u objašnjenje endplatea. Od 2022. neće ga ni biti iznad krila… A krilo iz više dijelova, odnosno dva, je zbog pravila, odnosno uvođenja DRS-a? Kakva je razlika u prorezima na endplateu iznad krila, koja su nedavno zabranjena, pa se počelo sa sličnim rješenjima ispod krila?



        1

        0
        • -Istina, od 2022 izgleda da stražnje krilo nema endplatea. Možda su ga ukinuli baš zato što je jako bitno za efikasnost krila.
          -Stražnje kilo ima dva elementa zbog pravila. Prednje krilo, prije nego je bilo strogo regulirano, je imalo i do 6 elementa: https://cutt.ly/ShC6c2J ugl poanta mi je bila da više elementa je bolje od jednog elementa.
          -naslovni crtež prikazuje krilo koje ima proreze gore. Ti prorezi su služili tome da olakšaju izjednačavanje tlakova ispod i iznad krila i na taj način ublažavaju onaj vrtlog koji se vidi na zadnjem crtežu lijevo. Pretpostavljam da su ekipe te gornje proreze jednostavno zamjenile donjima jer opet se olakšava izjednačavanje tlakova, ovaj puta u drugom smjeru.



          1

          0
        • Niki Lauda wapi Donator Prikaži

          Objašnjenje endplatea je ok. Endplate (na avionima winglet) spriječava kratki spoj dvije strane krila.
          ako nemaš winglet/endplate onda je efekt kako da ti krilo malo kraće jer njegov krajnji dio je u kratkom spoju i ne doprinosi uzgonu nego samo otporu.

          Spriječavanje tog kratkog spoja će postići i endplate koji je samo ispod krila (kao što na avionima ide samo iznad krila). Ono što se dobiva ukidanjem endplatea iznad krila je manje usmjereni zrak iza bolida. pa se valjda nadaju manje prljavom zraku i lakšem praćenju. Također sigurno će pasti downforce tog krila jer će dio zraka pobjeći s krila u stranu prije nego prijeđe cijelo krilo…



          2

          0
    • Jenson Button Lotus Prikaži

      Ja bi još spomenuo vezu uzgona i otpora zraka, kao glavni trade-of u dizajnu aerodinamike bolida….

      Nije nužno trade-of, kod difuzora i podnice se stvara downforce bez išta drag-a



      1

      0
  5. Ferrari sisavac Donator Prikaži

    Pridruzujem se pohvalama za clanak. Odlicno objasnjeno bez komplikacija. I super su crtezi. ?
    Mene je isto ko wapija bocnulo u oko ovo za Benoullievu jednadzbu, al oprosteno. ?



    3

    0
  6. “naletio sam na puno različitih objašnjenja kako funkcionira avionsko krilo. Ni jedno objašnjenje mi nije imalo smisla.”

    Inženjeri gube vrijeme u školama. Nek se tebi jave. On nije našao smisleno objašnjenje kako radi avionsko krilo., ahahaha



    1

    12
  7. Mercedes Jester Donator Prikaži

    Krilo zrakoplova pomiče zrak prema dolje i na taj način diže zrakoplov prema gore…

    Potpuno krivo jer krilo ne pomiče zrak prema dolje, niti bilo gdje. Krilo razdvaja strujnice zraka te napadni kut i zakrivljenost aeroprofila stvaraju razliku tlakova između gornje i donje površine te ovisno o brzini kretanja istog generiraju veću ili manju količinu uzgona.

    Ako te zanima više, imaš na ovom linku i dobro je objašnjeno https://www.skybrary.aero/index.php/Aerofoil

    Inače, skroz ok stranica za proučavanje.



    3

    0
    • Kako su onda braća Wright letjela s krlima bez aero profila (plosnata površina, zakrivljena prema dolje)?
      Nadalje, kad putnički zrakoplov ide u poljetanje, on spusti one “flapove” tako da maksimizira downwash. Kad mu treba najviše lifta ide za max downwash – zato mi je i dalje jedino logično downwash okriviti za lift.


      0

      0
      • Ayrton Senna OffLiberyMedia Prikaži

        Obori “flapove” da bi postigao veću ekspanziju zraka i time stvorio dodatnu razliku pritisaka..


        0

        0
        • Zašto onda krila na F1 bolidu su multi-element tj. takva da namjerno dopuštaju ublažavanje razlike u tlakovima iznad i ispod?


          0

          0
        • Ayrton Senna OffLiberyMedia Prikaži

          Gdje si to pročitao? Krila sprečavaju turbulenciju i sluze za kreiranje razlike pritisaka a ne za smanjenje
          Zašto F1 prođe onako brzo kroz krivinu jedan je odgovor – downforce

          Sad na sve to igra ulogu i centar mase, naravno. Cilj je da se sa razlikom pritisaka osigura homogenost bolida, to kada se ne postigne onda se vozači zale na balans itd. Sve u svemu poenta je da se aerodinamicke sile suprostavljaju centrifugalnim, a ne mehanicka sila trenja.


          0

          0
        • Na ovo sam mislio pod multi-element krila: https://www.youtube.com/watch?v=JVF3tERIl7w
          Dakle, krila koja imaju više “slojeva” (npr današnja prednja krila s onom “lepezom”) koja su takva da ublaže razliku u tlakovima iznad i ispod krila. Namjerno izjednačavanje tlakova s ciljem više potiska – suprotno od tvog objašnjenja da je cilj baš velika razlika u tlakovima.



          1

          0
        • Ayrton Senna OffLiberyMedia Prikaži

          Drug moj, da bi se ostvario potisak mora biti razlika pritisaka.

          F=p*A

          Ako uzmemo da je A (povrsina) ista onda tamo gdje je veci pritisak, u pravcu njegovog dejstva djelovace i rezultujuca sila. F=(p1-p2)*A

          Ovo sto si ti poslao je približavanje idealnom strujanju, izbjegavanje probijanja zvučnog zida te usmjeravanje struje vazduha. Vazduh koji prođe kroz kanal koji je nacrtao covjek iz klipa ce da ekspandira pri izlasku i opet ce se stvoriti vakuum. Dakle ako spojis gornji i donji dio krila to ne znači da je pritisak isti. Naprotiv, da je isti ne bi postojao nikakav flow. Osobina fluida je da ide iz okoline viseg u okolinu nižeg pritiska te da dođe do spontanog izjednačenja pritisaka.

          Znači to sto je spojen gornji i donji dio ne znači da su pritisci isti. Pogledaj ulogu difuzora i mlaznica u mehanici fluida. Jedino šta ostaje isto pri prolazu kroz ovakve kanale je statička entalpija, no ona je nebitna za ovu priču


          0

          0
  8. Blue Flag dFixxx3r Prikaži

    Fun fact: jedrilica funkcionira kao i avion.
    Profil krila/oblik jedra uzrokuje da zrak prolazi brže po jednoj strani a sporije po drugoj.
    Ta razlika u brzinama zraka ispred/iza jedra odnosno iznad/ispod avionskog krila stvara razliku u pritisku/tlaku te se krilo/jedro povlači na stranu nižeg tlaka – tamo gdje je tendencija stvaranja “vakuuma”/đepa niskog tlaka zraka. zbog toga avion ide gore a jedrilica naprijed, a krilo bolida stišće prema dolje.



    3

    0
  9. Ayrton Senna OffLiberyMedia Prikaži

    Solidno za amatere, no može bolje. Koga zanima detaljnije predlažem knjige teorija leta 1, 2 i 3. Društvo iz Zagreba je lako mogu nabaviti a za ostale postoji PDF na internetu.


    0

    0