بيت » Kutta-Joukowski Theorem

Kutta-Joukowski Theorem

1902
  • Martin Kutta
  • Nikolai Zhukovsky (Joukowski)

The Kutta-Joukowski theorem quantifies the lift force generated by an airfoil. It states that the lift per unit span ([latex]L'[/latex]) is directly proportional to the fluid density ([latex]\rho[/latex]), the free-stream velocity ([latex]V[/latex]), and the circulation ([latex]\Gamma[/latex]) around the body: [latex]L’ = \rho V \Gamma[/latex]. This links the abstract concept of circulation to the physical force of lift.

The Kutta-Joukowski theorem provides the essential mathematical link between the abstract concept of circulation and the physical force of lift. Circulation ([latex]\Gamma[/latex]) is a measure of the macroscopic rotation of a fluid in a given area. For an airfoil, circulation is generated because the air travels faster over the top surface than the bottom. This velocity difference, integrated around a closed loop enclosing the airfoil, results in a net non-zero circulation.

The theorem elegantly shows that to generate lift, there must be circulation. This resolved a major issue in early aerodynamic theory. However, the theorem itself does not explain how an airfoil of a specific shape generates the required amount of circulation. This is where the Kutta condition comes in. Proposed by Martin Kutta, the condition states that for an airfoil with a sharp trailing edge, the flow must leave the trailing edge smoothly. It cannot wrap around the sharp edge. This physical condition uniquely determines the exact amount of circulation ([latex]\Gamma[/latex]) for a given airfoil shape, angle of attack, and airspeed. By combining the Kutta-Joukowski theorem with the Kutta condition, one can theoretically calculate the lift on a 2D airfoil, a cornerstone of wing design.

The theorem also perfectly explains the Magnus effect, where a spinning object moving through a fluid experiences a force perpendicular to its motion. The spinning surface drags the fluid around with it due to viscosity, creating circulation. This circulation, combined with the forward velocity, generates a lift force according to the theorem, causing the object to curve.

UNESCO Nomenclature: 2210
– Mechanics

النوع

Theorem

Disruption

Foundational

الاستخدام

Widespread Use

Precursors

  • Helmholtz’s theorems on vortices
  • Lord Kelvin’s circulation theorem
  • Potential flow theory
  • Conformal mapping techniques developed by Riemann and others

التطبيقات

  • theoretical calculation of lift on airfoils
  • explaining the magnus effect on spinning balls (e.g., in baseball, golf, tennis)
  • design of flettner rotors for ship propulsion
  • development of advanced propeller and turbine blade profiles
  • understanding the lift generated by vortices

براءات الاختراع:

NA

Potential Innovations Ideas

!!مستويات !!! العضوية مطلوبة

يجب أن تكون عضوًا !!! مستويات!!! للوصول إلى هذا المحتوى.

انضم الآن

هل أنت عضو بالفعل؟ سجّل الدخول هنا
Related to: kutta-joukowski, lift, circulation, airfoil, magnus effect, kutta condition, fluid dynamics, potential flow

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

متاح للتحديات الجديدة
مهندس ميكانيكي، مدير مشروع أو بحث وتطوير
تطوير المنتج الفعال

متاح لتحدي جديد في غضون مهلة قصيرة.
تواصل معي على LinkedIn
تكامل الإلكترونيات المعدنية والبلاستيكية، التصميم حسب التكلفة، ممارسات التصنيع الجيدة (GMP)، بيئة العمل، الأجهزة والمواد الاستهلاكية متوسطة إلى عالية الحجم، الصناعات الخاضعة للتنظيم، شهادات CE وFDA، التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD)، Solidworks، الحزام الأسود Lean Sigma، شهادة ISO 13485 الطبية

نحن نبحث عن راعي جديد

 

هل شركتك أو مؤسستك متخصصة في التقنية أو العلوم أو الأبحاث؟
> أرسل لنا رسالة <

احصل على جميع المقالات الجديدة
مجاني، لا يوجد بريد عشوائي، ولا يتم توزيع البريد الإلكتروني ولا إعادة بيعه

أو يمكنك الحصول على عضويتك الكاملة -مجانًا- للوصول إلى جميع المحتويات المحظورة >هنا<

Related Invention, Innovation & Technical Principles

Scroll to Top

قد يعجبك أيضاً