Repülés és örvények

Örvény a közeg forgó mozgása, az áramlások fontos építőköve

Örvények keletkezése Az örvények sokáig élnek, középpontjuk elmozdul, de örvényközéppont marad

Kergetőző örvények

Örvénygyűrű mozi Az örvényközéppontok zárt görbét alkotnak

Függőleges örvénygyűrűk Vízbe ejtett festékcsepp örvénygyűrűt kelt Hidrogénbomba felhője Zivatarfelhő

A felszínre kijutó örvény b) fél örvénygyűrű a) tornádó-szerű Evezéskor fél örvénygyűrűt keltünk!

A repülés Induláskor leválik egy örvény, az indulási örvény. Az impulzusnyomaték tétel miatt a szárny körül is kialakul egy örvény  felül gyors áramlás  kisebb nyomás  felhajtóerő. Induláskor leválik egy örvény, az indulási örvény.

Az indulási örvény Amíg nem szakad le, nincs felhajtóerő!

Az indulási örvény leválásának elősegítése: A fékszárny lehajtásának következménye, hogy előbb leválik az indulási örvény és nagyobb is, mint egyenes szárny esetén. A biztos repülés érdekében „megkarcoljuk” a levegőt.

Az Airbus300 lehajtott fékszárnnyal

Szárnyvégi örvény Örvények repülő mögött A szárnyak mögött egy-egy örvény alakul ki A gép mögött erős leáramlás

Szárnyvégi örvény Két kondenzcsíkot alakít ki ‘Bekunkorítja’ a felhőt, www.efluids.com Felhajtóerőt biztosít a szomszédban

A teljes örvényrendszer Szárny körüli örvény Indulási örvény Szárnyvégi örvény Zárt örvénygyűrűt alkotnak!

A szárnyvégi örvények kirajolódnak a felhőrétegben (Best photos of 2005 NBC)

Más járművek Személyautó „karosszéria széli” örvényei

Versenyautók „szárnyai”

Az ősi „szárny” A szél által kifújt nagyvitorla szárny alakot vesz fel. Az erre ható felhajtóerő hajtja a vitorlást.

A propeller A propeller: 2 szárny

Áramlás kompakt akadály mögött Örvények felváltva válnak le, periodikusan. Kármán Tódor, a repülés- tudomány nagy alakja, 1881,Bp. – 1963, USA, L. Edson: Örvények és repülők, Akadémiai, Bp. 1994 Ez a Kármán-féle örvénysor, von Karman vortices

A Kármán-féle örvénysor előfordulása A zászló lobogása Örvények földnyelvek, pillérek mögött; limány A Tacoma-híd ‘lobogása’

A Kármán-féle örvénysor előfordulása Otthon

Felhők a Guadalupe-sziget körül

Néhány Aleuti -sziget

Jan Mayen-sziget északon

Örvénysorok kölcsönhatása Örvények a Kanári-szigetek mögött a felhőrétegben, NASA Örvényút két henger mögött

Keveredés A közegtől anyagától eltérő anyag eloszlása az áramlás hatására Szálas szerkezet alakul ki. Minden egyes festékcsepp bonyolult pályán mozog. A kezdetben közeli pontok gyorsan eltávolodnak  káosz.

A teljes elkeveredés elérése előtt Szálas, fraktál mintázatok a káosz következményeként Festék glicerinen, ELTE Kármán Labor Jég Kamcsatka partjai mentén, NASA

Szennyezések terjedése Szintén szálas, fraktál szerkezetek mentén: A Kétöles patak beömlése a Szigligeti-öbölbe, BMKGE, Vízgazdálkodási Tanszék A Dnyeszter, Dnyepper, Don,… szennyezése a Fekete-tengerben, www.dfd.dlr.de/app/sea/pollution

Plankton terjedés Plankton Kármán-féle Plankton Tasmánia körül, örvénysorban, ELTE Plankton Tasmánia körül, NASA

Az izlandi Eyjafjallajökull kitörés: a vulkáni hamu terjedése a légkörben Haszpra Tímea szimulálása

Közegellenállás A közegellenállási erő a test által keltett örvények erősségével arányos. Nagy sebességnél az örvények szabálytalanok: A test mögött turbulens az áramlás

Közegellenállási erő: gömb Az FD erő függ a v sebességtől: FD/(1/2 ρ U2 A) A turbulencia mértéke hirtelen csökken, a közegellenállási erő a negyedére esik vk -nál. D=30cm esetén, vk =54 km/h. Re=UDρ/η vk ‘Zsinóron húzott labda’ (R. Carlos) Kis Re-re FD=3 π η D U

A sima repülés kialakulása, a felhajtóerő Kutta és Zsukovszkij (1902): A hátsó torlópont a kilépő élre kerül, ekkor ΓKZs=CL (α) AU/2 A felhajtóerő általában FL=ρ U Γ, Γ a cirkuláció

Feláramlások

Örvénygyűrűk zárásként