What is lift? What causes it? Does wall shear contribute to the lift?

Passo 1

Beleza, você quer entender o que é “lift” (sustentação) em aerodinâmica, de onde ele vem e se o atrito na parede (wall shear) ajuda a gerar esse lift. O assunto é mecânica dos fluidos/aerodinâmica e vamos precisar do conceito de força de fluido sobre superfície (pressão e tensão de cisalhamento) e de como isso gera a força resultante.

Passo 2

O que é lift?
Lift é a força que o fluido (ar) exerce sobre um objeto e que fica perpendicular à direção do escoamento “livre” (o vento que chega). Imagina um perfil de asa: a gente integra sobre toda a superfície as forças de pressão e de atrito para achar a resultante. Matematicamente:
F ;=;integralSl(-p,n;+;taucdotnr),dS
Aqui:
  • é a pressão no ponto da superfície,
  • é o vetor normal externo,
  • é o tensor de tensões viscosas (relacionado ao atrito).
    O lift é a componente dessa na direção perpendicular ao fluxo livre.

Passo 3

O que causa o lift?
Basicamente, um perfil (ou ângulo de ataque) faz com que a velocidade do ar seja diferente na “superfície de cima” e na de “baixo”, criando uma diferença de pressão. Pela equação de Bernoulli (e também pelo teorema de Kutta–Joukowski para escoamentos bidimensionais), temos:
L' ;=;rhoinfty,Vinfty,Gamma
onde é a circulação em torno do perfil. Em termos mais simples:
  1. O ar acelera mais em cima do perfil → pressão menor.
  2. O ar desacelera embaixo → pressão maior.
  3. Diferença de pressão gera a força de lift.

Passo 4

O wall shear (tensão de cisalhamento na parede) contribui para o lift?
A força viscosa tangencial na superfície é
Fviscosa ;=;integralStaucdotn,dS
e tem componentes de drag (arrasto) e, em teoria, de lift. Mas, na prática, essa contribuição na direção do lift é muito pequena comparada à das pressões. Ou seja, o wall shear ajuda quase zero no lift — o que manda mesmo é a distribuição de pressão criada pela forma e ângulo de ataque.

Resposta

Lift é a força perpendicular ao escoamento livre resultante da integração de pressões e tensões viscosas sobre a superfície. Ele surge principalmente da diferença de pressão (devido a variações de velocidade e circulação) entre as faces do perfil. A tensão de cisalhamento na parede (wall shear) até faz parte do cálculo da força total, mas sua parcela na direção do lift é praticamente insignificante.

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