Эйнштейн и подъёмная сила, или Зачем змею хвост

Виктор Бабинцев
«Откуда берётся подъёмная сила крыла наших самолётов
и птиц, парящих в воздухе? В этих вопросах царит полная
неясность. Должен признаться, что и в специальной
литературе я не смог найти на них даже простейшего ответа.
Я надеюсь поэтому, что читателю доставит удовольствие,
если я попытаюсь восполнить этот пробел с помощью
следующих несложных рассмотрений из теории движения
жидкости.»

А. Эйнштейн. «Элементарная теория полёта и волн на воде».
Берлин. Август. 1916.


Люди плавали по рекам и ходили по морям. И не знали Архимеда... Вот и пятый океан люди могли освоить точно так же, ведь глупые птицы тоже летают. 

«Мне пришло в голову, что несущей верхней поверхности легко придать такую форму, при которой скорости потока с обеих сторон были бы различны, и за счёт этого получить избыток давления. Таким образом, я пришел к следующей форме: сверху – большая локальная скорость (отрицательное давление), снизу – малая локальная скорость (положительное давление)». (Письмо господину Эрхардту от 7.9.54.) Речь о крыле горбатого профиля и законе Бернулли.

Статья «Элементарная теория полёта и волн на воде» была опубликована в августе 1916 года. А уже в 1917 году самолёт с изобретённым Эйнштейном горбатым профилем крыла, совершает два своих первых и, как оказалось, последних испытательных полёта.

В 1954 году известный германский лётчик Пауль Георг Эрхардт (1889-1961), лично испытывавший этот самолёт, в письме Эйнштейну с юмором описывал свои ощущения от управления неуклюжей «беременной уткой» и то непередаваемое чувство облегчения, когда "аппарат" удалось-таки посадить на землю без аварии.

В том же письме Эрхардт снисходительно объясняет всемирно известному теоретику главную роль наклона всего самолёта к набегающему потоку и его скорости в образовании подъёмной силы, а не формы горба на крыле, создающего лишь паразитное лобовое сопротивление и другие серьёзные неприятности.

Однако из ответного письма Эйнштейна от 7.9.54 года следует, что тот остался верен закону Бернулли и сожалеет лишь о том, что сделал тогда крылья на своём самолёте излишней длины и кривизны: «… чтобы избежать потерь на трение, поверхности, находящиеся в контакте с движущимся воздухом, не должны быть больше того, что необходимо для получения горба в движущемся потоке. Я должен признаться, что часто стыдился своего тогдашнего легкомыслия, но это не помешало мне получить большое удовольствие от Вашего добродушного письма. Ваш Эйнштейн.". Вот уж, действительно, хорошего теоретика даже опыт не переубедит... и более глупых людей вы не найдёте. А вот если бы маленький Альберт Эйнштейн в своё время сделал бы собственными руками воздушный змей с хвостом из мочала, то он бы, конечно, понял, что хвост нужен змею для перевеса задней части плоского змея и создания необходимого угла атаки к набегающему потоку.

В рассуждениях Эйнштейна о подъёмной силе есть только верхняя горбатая поверхность крыла и есть закон Бернулли: мол, крыло делит набегающий поток на два потока, из которых верхний, огибающий горб, всегда несколько быстрее нижнего, а раз быстрее, то и меньше давление в нём; дескать, вот вам и положительная разница атмосферного давления на крыло. Но при этом его ни разу не посетила мысль вот о чём: при увеличении скорости крыла разница в скорости верхнего и нижнего потока остаётся той же самой, то есть ничтожной; закон Бернулли действует и сверху, и снизу крыла... и как итог: при увеличении скорости самолёта подъёмная сила по закону Бернулли увеличиваться не может, то есть самолёт на горизонтальных крыльях просто-напросто не взлетит. Дундуковость учёного всегда начинается с непонимания сущей простоты... и с желания выглядеть умным. Однако некоторая подъёмная сила горизонтального горбатого крыла имеет место быть, но не по закону Бернулли, а по причине разрежения и завихрения воздуха за горбом. И сама по себе эта сила недостаточна для полёта.

Вопрос профессору на засыпку: почему у теоретиков горбатого профиля закон Бернулли действует только над крылом?

У инженеров всё, что летает, делает это по причине совсем небольшой положительной разницы или асимметрии атмосферного давления на крыло. Появление подъёмной силы как раз и обусловлено качественным законом потоков: "Давление атмосферного потока на верхнюю почти параллельную поверхность быстрого крыла тем меньше давления в самой атмосфере, чем больше хаос и разрежение частиц воздуха над ней; а давление потока на нижнюю наклонную поверхность крыла тем больше атмосферного давления, чем больше скорость крыла, его угол наклона или атаки и деформация или уплотнение упругого воздуха под быстрым крылом". Как диагональ делит прямоугольник на два равных треугольника, так и плоское крыло делит набегающий поток на две самостоятельные и равнозначные причины возникновения подъёмной силы.

Вспомним, атмосферное давление на уровне моря равно 1,0033 кг/см2. Это очень большая сила, которая давит на неподвижное плоское крыло совершенно одинаково и сверху, и снизу. Если атмосферное давление со стороны одной из поверхностей крыла убрать, то со стороны противоположной поверхности тут же возникнет сила равная 10000 кг/м2. Да, 10 тонн на каждый квадратный метр крыла! И что мы имеем: орёл весом 4 кг, имея площадь "несущих поверхностей» как раз 1м2, почти неподвижно парит в вышине при положительной разнице атмосферного давления на его крылья всего 0,04% от теоретически возможного 1 кг/см2; АН-2 («кукурузник») летает горизонтально на разности 0,4% атмосферного давления;  а скоростному современному пассажирскому авиалайнеру для горизонтального полёта достаточно и 5% от 1 кг/см2.

Как физики это узнали?.. Просто разделили вес орла или летательного аппарата на площадь его несущих поверхностей, и всё. А у математиков всё, что летает, летать не может по причине крайне не достаточной (в 6 раз меньше веса самолёта или божьей твари) подъёмной силы, вычисленной ими по самым надёжным математическим законам ньютоновской механики. Можете посмотреть по запросу «Парадокс шмеля», как математики из NASA и британские учёные вычисляли подъёмную силу. Ужас! Знание математической физики сделало их ещё глупее, чем когда они родились. И вообще, математик, считающий себя физиком, - это нечто в квадрате. Читайте по запросу "О математическом идеализме в физике" или хотя бы "О прилипании предметов к телу человека".

Идеальный аэродинамический профиль – это «беспрофиль», то есть плоское, как бритва, крыло. И это для передовых инженеров уже аксиома, а Природа это знала ещё со времён первых насекомых и птеродактилей. Так вот, асимметричное атмосферное давление на совершенно плоское крыло возникает и при его нулевом угле наклона к вектору движения набегающего атмосферного потока, если верхняя поверхность крыла испещрена микроскопическими неровностями, а нижняя – максимально гладкая. В воде "эффект хаоса над крылом" проявляется ещё значительно сильнее.

Это утверждение доказано самой эволюцией живой природы и передовой практикой авиастроения. Смотрим на расправленное крыло любой птицы: сверху оно бархатистое и может играть всеми цветами радуги, что физику говорит о дисперсии света на мельчайших неровностях на поверхности, а снизу – всегда очень плотное, гладкое и со стальным отливом. Смотрим на современный пассажирский «Боинг»: сверху он словно матовый, а снизу – зеркально гладкий. И пусть та положительная разница в атмосферном давлении на крыло, которая возникает только по причине различного качества покрытия его аэродинамических поверхностей, будет и недостаточной для полёта, но именно она и позволит самолёту или птице лететь горизонтально с меньшим углом атаки, то есть с меньшим лобовым сопротивлением, экономя силы и топливо.

Инженеры «Боинга» говорят, что уже экономят на "эффекте хаоса над крылом" до 7-ми процентов топлива, а это огромные деньги. Смотрите фотографии «Боингов» и читайте по запросу «Аэродинамика Боинг». А наши дурни из Сколково одной краской покрывают весь Боинг. Смотрите по запросу "Красим Боинг". Кожа акулы тоже только кажется гладкой, а на ощупь она сравнима с наждачной бумагой. Шершавая кожа способствует образованию хаоса в пограничном слое воды, что ещё больше уменьшает её давление на быструю акулу. И таких примеров "миллион"...

На картинке вверху не хватает отрезка прямой.


"Парадокс шмеля, или Трактат о подъёмной силе": http://www.proza.ru/2019/01/24/396

"Закон Бернулли для чайников и учёных": http://proza.ru/2020/06/20/420