רציתי לדעת כיצד בדיוק נוצר תת לחץ בחלק העליון של כנף המטוס. ראיתי באינטרנט מספר הסברים אבל אף אחד מהם לא מסביר במדויק איך נוצר התת לחץ (וחלק מההסברים אפילו סותרים אחד את השני).

ההסבר "הנכון" לקיום עילוי על כנף הוא יצירת פילוג לחץ על חתך הכנף (בשל זרימת האויר עליו). פילוג לחץ זה גורם לכח העילוי. הערתו של שי בדבר "תת-לחץ" בחלקו העליון של הכנף, נכונה. כוונתו היתה שהלחץ בחלקו העליון של הכנף נמוך מחלקו התחתון - זה אחד המאפיינים לאותו פילוג הלחץ שהזכרתי מקודם.

כעת נותר להסביר כיצד נוצר אותו פילוג לחץ?

ההסבר המלא, הנכון והמקיף ביותר דורש את פיתוח משוואות הזרימה ופתרונן. יתכן שהסבר זה לא נשמע כ"הסבר", אך יש לזכור שפתרון מתמטי של בעיות פיזיקליות הוא ההסבר הטוב ביותר שיודע המדע לתת לבעיות אלו.

אין ברצוני להיכנס לנושא פיתוח המשוואות ופתרונן, רק אזכיר שקיימות דרגות שונות של משוואות החל ממשוואות "מדוייקות" הנקראות:

ומשוואות העושות שימוש בקירובים גסים יותר כגון:

Euler Equation of Flow או
Potential Flow

לא בכדי רשמתי את המילה 'מדוייקות' תחת גרשיים. יש להבין שהסבר פיזיקלי(שבבסיסו הוא מתמטי) לוקח בחשבון הנחות מהנחות שונות. נדירים המקרים בהם יש ניסוח מלא של הבעיה הפיסיקלית. במכניקת הרצף (התורה החוקרת בין השאר בעיות זרימה) קיימים עדיין פערים גדולים בין הידוע לנו לבין יכולתנו להסביר את התופעות.

אני מניח ששי מחפש אחר הסבר יותר "אינטואיטיבי" היכול לשפוך אור על התופעה מבלי להיכנס לפרטיה המדוייקים. כל הסבר שכזה לתופעת העילוי יתקל בסתירות פנימיות אך אנסה לתת הסבר פשטני.

אחת התופעות בזרימה נקראת חוק ברניולי (או משוואת ברניולי):

על פי משוואה זו ככל שמהירות זורם גבוהה, כך הלחץ אותו הוא מפעיל על משטח,נמוך. חתך הכנף עושה שימוש בתופעה זו ובשל צורתו המיוחדת גורם לאויר בחלקו העליון להאיץ במהירות גבוהה מאשר בחלקו התחתון. לפיכך הלחץ על חלקו העליון של החתך נמוך יותר.

כפי שהזכרתי, יש בהסברים פשטניים מגרעות רבות. כדי להיות הוגן אעלה שתי בעיות עיקריות בהסבר שהבאתי:

א. מדוע האויר מהיר יותר בחלקו העליון מאשר חלקו התחתון של החתך?

ב. משוואת ברניולי תקפה לזורם שאינו דחיס ואינו צמיג - האויר אינו כזה.

התשובה על השאלה הראשונה יכולה להינתן (כפי שנעשה במקרים רבים) על ידי מדידת המרחק שעובר חלקיק בחלקו העליון של חתך כנף ובחלקו התחתון - אינני מחסידי הסבר זה, אך ניתן לקבלו כהסבר מקורב.

התשובה על הבעיה השניה נובעת מהיותו של האויר גז בעל צמיגות נמוכה, ובמהירויות נמוכות מספיק - לא דחיס.

רוב התשובות ה"אינטואיטיביות" ברשת האינטרנט עושות שימוש בקירוב זה או אחר ומציגות נוסח שונה של תשובתי.

ניתן להעשיר את הידע בנושא על ידי קריאת חומר נוסף. קיימים ספרים רבים, רובם באנגלית. אני יכול להמליץ על שני מקורות טובים בעיברית.

1. ספרו של דוד אביר, אוירודינמיקה, בהוצאת משרד הביטחון, 1986. ניתן למוצאו בספריות רבות.

2. חוברת הטיסנאות, בהוצאת קלוב התעופה לישראל. ניתן לרכוש את החוברת במחיר סימלי דרך משרדי קלוב התעופה לישראל שכתובת אתר הבית שלהם היא http://www.aeroclub.org.il/Default.asp

ד"ר אוהד גור
הפקולטה להנדסת אווירונאוטיקה וחלל
הטכניון