Většina křídel trpí indukovaným odporem v důsledku tlakového rozdílu nad a pod křídlem, který způsobuje proudění vzduchu kolem špičky a vytváří vír. Existuje několik způsobů, jak tyto účinky minimalizovat, například křidélka.
Nicméně při pohledu na letadlo Synergy jako příklad, křídlová křídla mají žádné špičky křídel. Bez ohledu na jiné části letadla, jsou křídla skutečně bez indukovaného odporu? Nebo stále způsobují indukovaný odpor, jen takovým způsobem, na který při omezené dynamice tekutin nemůžu myslet?
Letadlo Synergy s krabicovými křídly (obrázek zdroj )
Někde jsem četl, že tradiční bi-rovinový design je méně efektivní kvůli vzájemnému rušení křídel (zřejmě něco řešeného synergickým letadlem umístěním horního křídla dále dozadu nebo tak něco) a horní křídlo je ve skutečnosti spíše ocasní rovina, tlačí dolů, čímž dále zvyšuje rychlost letu mezi křídly, pokud tomu dobře rozumím, a eliminuje tlakový rozdíl od horní části horního křídla po spodní část dolního křídla a obě křídla by samozřejmě generoval normální odpor řezáním vzduchem, ale v tomto bodě mě zajímá pouze indukovaný odpor.
Komentáře
- vypadá jako efektní design podobný dvojplošníku.
- @ratchetfreak kromě dvojplošníků má čtyři konce křídel, toto má nulu.
- @falstro: Toto má dva konce křídel. Význam “ horního “ povrchu se mění přes svislé vzpěry, takže stejně fungují jako tipy (a pokud ne ‚ Při změně by horní povrch způsobil negativní zdvih a celá věc by neprodukovala žádný a byl by zbytečný).
- @JanHudec; ve skutečnosti horní povrch produkuje negativní vztlak (jak jsem zmínil v poslední větě otázky), sedí za dolním křídlem a funguje jako ocasní plocha jiných letadel.
- @falstro: Vzhledem k tomu, že celá věc vytváří čistý výtah, zrychluje vzduch směrem dolů a protože vzduch za ním ‚ rozpětí není zrychleno, vytváří víry v křídlech a vírové linie opouštějící systém někde podél svislých vzpěr.
Odpovědět
Křídlové pole je lepší, pouze když porovnáváte křídla se stejným rozpětím . Obě křídla skříňového křídla fungují v různých Treffzových rovinách , takže proplachování je rozloženo svisle. Rozdíl v indukovaném odporu k jednomu křídlu není velký, jen pár procent. Třecí odpor je vyšší (viz níže), stejně jako konstrukční hmota, takže skříňové křídlo musí vytvořit větší zdvih. Díky tomu je indukovaný odpor boxového křídla efektivně vyšší než u jediného křídla.
Co je to indukovaný odpor ? Je to důsledek vytvoření zdvihu v omezeném rozpětí. Křídlo vytváří vztlak odváděním vzduchu dolů. Dochází k tomu postupně přes akord křídla a vytváří reakční sílu kolmo k místní rychlosti vzduchu. To znamená, že reakční síla směřuje nahoru – a mírně dozadu. Tato zpětná složka vyvolává odpor! Konce křídel nejsou zapojeny a nejsou způsobující indukovaný odpor. Vytváření vztlaku je.
Pokud letíte rychle, za křídlem za jednotku času proudí spousta vzduchu, takže musíte vzduch jen mírně odklonit. Váš indukovaný odpor je Sames platí pro velké rozpětí: Existuje více vzduchu, který lze odklonit, takže indukovaný odpor je malý.
Křídlové křídlo potřebuje dvě štíhlá křídla na každé straně, která budou mít menší akord než jedno křídlo se stejnou povrchovou plochou. Takže jejich Reynoldsovo číslo je menší a jejich třecí odpor je vyšší. Také nosník křídla je méně silný a pro přepravu stejného výtahu bude muset být těžší!
Pokud zrušíte omezení zachování stejného rozpětí, optimální jedno křídlo si může dovolit mít větší rozpětí (kvůli jeho lepší struktuře I účinnost), a pryč jde výhoda boxu křídla. A jakmile se podíváte na celý obrázek a přidáte strukturální hmotu, boxové křídlo nikdy nemělo tuto výhodu na prvním místě.
Ano, ale co Synergy?
Synergy je chytrý design s některými výhodami, ale nemůže podvádět fyziku. Jedná se o výhody:
- Posunovací vrtule udržuje drak bez turbulencí probuzení, takže v laminárním proudění může být udržována větší plocha.
- Posunová vrtule nasává vzduch z zadní část trupu, čímž se účinně vyhýbá oddělení.
- Dva podsadité ocasní plochy a ploutve poskytují velkou ochranu oblasti vrtule na zemi.
- Kompaktní uspořádání udržuje stabilizační účinek vrtule malý , takže manévrovatelnost příliš netrpí.
- Použití kompozitů a technologie draku kluzáku snižují třecí odpor.
- Dieselový motor spotřebovává levnější palivo pro tryskové motory a je úspornější než benzínový motor.
Všimněte si, že jsem nezmínil design boxového křídla?
Tady jsou nevýhody:
- Zametání křídla ve vrtulovém letadle vypadá skvěle, ale zvyšuje odpor , protože křídlo musí být větší, aby vytvořil stejný vztlak.
- Celkově má tato konfigurace čtyři svislé ocasy, každý s vlastním interferenčním odporem a krátkým akordem, který opět zvyšuje odpor přes srovnatelný jediný svislý ocas.
- Natažený vodorovný ocas je také méně účinný než menší jediný povrch s větším množstvím akordů a větší vzdáleností od těžiště.
- Kompaktní rozložení poskytuje malé tlumení výšky nebo vybočení. Zajímalo by mě, jaké jsou jízdní vlastnosti v nárazovém počasí.
Očekával bych, že konvenčnější rozložení v duchu fs-28 by bylo ještě efektivnější.
Akaflieg Stuttgart fs-28 za letu (obrázek zdroj )
Komentáře
- Měla Wikipedie článek o Trefftzovo letadlo zpět za den? V každém případě je tento odkaz skutečně mrtvý, jen fyi.
- @AEheresupportsMonica: Děkuji, že jste mi dali vědět. Nepamatuji si, jak vypadala stránka Wikipedie před 5 lety, ale nyní má MIT mnohem lepší stránku, která ukazuje, co myslím.
Odpověď
Nejsou osvobozeni od indukovaného odporu, ale indukovaný odpor je výrazně snížen, jak ukazuje Prandtl „s Dokument NACA z roku 1924 a uvedený v této knize (viz kapitola 11)
Autoři této knihy použili výsledky na návrh tohoto letadla
Komentáře
- Super! Odkud tedy pochází indukovaný odpor?
- @falstro, křídla nikdy nebudou dokonalá, nějaká cirkulace bude stále probíhat. Rovněž vektor aerodynamické síly, v závislosti na tvaru křídla, lze mírně naklonit dozadu, čímž se vytvoří složka odporu.
- wikipedia má nějaké schematické to umožnilo křídlům C přiblížit se k křídlům skříně
- @Federico: Cirkulace kolem špiček je nějaká procenta. Možná 10 nebo 20%, ale ne více. Většina je způsobena jednoduše působením síly na vzduch a vzduch, je volně pohyblivý, zrychluje a bere kinetickou energii s sebou. S tím se nedá nic dělat. Výsledkem je, že indukovaný odpor je snížen, ale ne příliš .
- @JanHudec Mám potíže s pochopením toho, co máte na mysli, ale pokud vás správně čtu, mluvíte o celém odporu , nikoli samotná indukovaná část.
Odpověď
Otázka: Trpí křídla boxu indukovaným odporem stejně jako normální křídla?
Odpověď: Ano a č. Letadla typu Box Wing budou trpět indukovaným odporem stejně jako kterákoli jiná letadla, pokud se jedná o vozidla těžší než vzduch a používají k letu svá křídla. Indukovaný odpor je funkcí konečného zatížení pole a je moderován různými způsoby, jak zlepšit efektivitu návrhu při daném zatížení pole. Velikost tahu a způsob, jakým je vytvářen a jak se mu vyhnout, se tedy liší pro boxwingu a jednoplošník se stejným rozpětím. Dnes toto téma indukovaného odporu zahrnuje úplně jiné definice, než jaké byly učeny v klíčových odkazech na toto téma. I když hovoří o stejné věci, téma uslyší argumenty ze dvou různých táborů: těch, kteří se drží reprezentativní matematiky, a těch, kteří se případ od případu zaměřují na nekartézskou skutečnou fyziku, která není učebnicí. . Je celkem fér říci, že první mají hlasitější názor než druhý, protože poslední vědí méně až později.
Úkolem křídla je efektivně tlačit a tahat vzduch směrem dolů, jak se pohybuje vpřed . Tato akce způsobí jak Newtonovu reakci, tak Bernoulliho tlakový rozdíl, což má za následek vztlak.
Provedení vztlaku tímto způsobem způsobí také ovlivnění okolního vzduchu, což je sekundárním výsledkem závislým na čase. Musí spadnout do sestupného žlabu vzduchu „který křídla posunula dolů.
Tento sekundární pohyb způsobí (zcela nevyhnutelné) rotační pohyby v“ probuzení „zóně mezi vzduchem přímo pohybovaným křídly a blízkým nehybným vzduchem, což zahrnuje více vzdušné hmoty než letadlo potřebné k pohybu, jen aby získal potřebný výtah.(Rozdíl hybnosti je doslova indukovaný odpor, i když ho obvykle učíme způsoby, které více souvisejí s tím, jak je indukovaný odpor vizualizován a počítán ve 2-D. Ostatní zde zveřejněné odpovědi to ilustrují konvenčními výrazy.)
Indukovaný vír přetažení a probuzení NELZE eliminovat pro jakýkoli systém zvedacích křídel. Většina návrhů křídel letadel však umožňuje, aby se stalo něco jiného, což výrazně zvyšuje tyto náklady na provedení výtahu s konečným rozpětím křídel: které nechají vysoké tlaky pod křídlem buďte „příliš blízko“ nízkým tlakům nad křídlem na velikost tlakového rozdílu který se vyvinul za letu. Pokud na špičce křídla existuje vysoký diferenční tlak, vytvoří se tam silný vír podobný tornádu.
Umožňující vznik jakéhokoli silného gradientu mezi nízkým tlakem a vysoký tlak způsobí, že se vzduch bude pohybovat směrem k nízkému tlaku vysokou rychlostí, pokud to bude možné. Přetahování se exponenciálně zvyšuje s rychlostmi přenášenými do vzduchu, proto konstruktéři používají různé přístupy, aby zabránily rychlému vyrovnání. Čím pomaleji k tomu dochází, tím menší je kinetická energie dodávaná do vzduchu letadlem.
Toto je místo, kde Boxwings mají úplně jiný způsob, jak snížit indukovaný odpor, ve srovnání s normálním křídlem: postavili zeď mezi nízkým tlakem nad křídlem a všude jinde vyšší tlak. „Zeď“ může být vyšší než křidélko, protože má křídlo nahoře, které pomáhá odolávat silám, které na něj tlačí ze strany. U tohoto spojení s horním křídlem je stěna podobná svislému povrchu boxu rovněž mezi vyšším tlakem pod křídlem a nižší tlak všude jinde.
Pokud designér odvede dobrou práci s touto myšlenkou (mnozí ne), jak dvojplošníkové plochy křídel, tak svislé plochy systému boxwing zmírní rychlost gradientem indukovaného proudění vzduchu působením proti nežádoucím tokům ve 3D prostoru. V tomto se stávají efektivnějšími s většími svislými rozestupy.
Snadnějším a efektivnějším způsobem, jak snížit indukovaný odpor, je jednoduše zvětšit rozpětí křídel nebo snížit hmotnost vozidla. Jak se křídlo prodlužuje, zmenší se část výtahu, kterou musí každá jednotka křídla provést, což znamená, že bude mít nižší tlakový rozdíl mezi horním a spodním povrchem. Osvědčené postupy vyžadují minimalizaci tohoto rozdílu na špičce, takže sklon je oslaben. Výsledkem pak je, že slabší tlakový gradient a delší vzdálenost mezi nízkými a vysokými tlaky udrží vyrovnávací rychlosti na nízké úrovni.
Jak se však letadlo zhoršuje nebo zrychluje, je tento přístup nejprve velmi nákladný, pak nemožné. Omezení pevnosti materiálu stanovila určitá omezení rozpětí křídel konvenčních letadel.
Překvapivě se křídlová pole nelíbí o nic lépe … možná horší. To, co se jeví jako strukturální výhoda, ve skutečnosti pouze koncentruje ohybové síly generované každým křídlem do rohů boxu. Jejich rychlé zesílení je příliš těžké. Proto by letoun s boxovými křídly měl mít, stejně jako dvojplošník, kratší rozpětí než jednoplošník s ekvivalentním indukovaným odporem. Účinnost jeho rozpětí přináší větší ovoce u návrhů s krátkým rozpětím, než kde lze zvětšit rozpětí křídel.
Jeden by si mohl myslet, že tato výhoda pak přinese ovoce nepřímo, prostřednictvím rychlosti. Čím rychleji letadlo letí, při daném zatížení rozpětí, tím méně indukovaného odporu to udělá. Ve skutečnosti se při vysokých indikovaných rychlostech stává indukovaný odpor malou složkou celkového odporu. Zdá se však, že další aspekty konstrukce boxových křídel bránily vysokorychlostnímu řešení boxwingu; zejména stabilita; a „interferenční přetahování.“
V designu skříňového křídla existuje přední sada zvedacích křídel a zadní sadu zvedacích křídel . Při vysokorychlostním letu nemůže tato konfigurace na určité podmínky reagovat tak stabilně nebo tak rychle, jako křídlo s (dolů zvedajícím) ocasem.
Když je nastaven jako uspořádání tandemového zvedání křídla bez takového stabilizátoru, jak je typické pro moderní verze, musí
boxwings vyvažovat ve svém kombinovaném středu vzhůru , spíše než před ním, jako to dělají běžná letadla, díky stabilizačnímu vlivu tlačení ocasu v opačném směru. Toto omezení a chování při stání na tandemových křídlech kladou náročné inherentní požadavky na konstrukce boxů, které omezují jejich úspěch při vyšších letových rychlostech.
Jak je uvedeno výše, vytvářejí také interferenční tažení.Tento typ tažení lze jen těžko předvídat a je také široce nepochopen. V praxi inherentní 3-D interferenční odpor konstrukce boxového letadla výrazně snižuje 2-D teoretickou výhodu konfigurace směrem k získání indukovaných výhod odporu. Proto vůbec nejsou jako „normální křídla“.
Jak bylo zmíněno v původním příspěvku, existuje nová konfigurace letadel, která je často mylně považována za design skříňového křídla. Není to však nic jako oni. Říká se tomu konfigurace typu box-tail nebo double boxtail. Jsem konstruktérem Synergy double boxtail aircraft, což je první takové letadlo, které bylo vyvinuto.
Tyto poněkud neuspokojivé atributy jinak logické konfigurace křídlového křídla byly jádrem věcí během dlouhého období vývoje Synergy. Bylo mým přáním využít vysokou rozpětí účinnosti a laminární proudění ve vysokorychlostní konstrukci letadla a zároveň se vyhnout vysokorychlostním přistáním a nepředvídatelnému a nestabilnímu chování při nízkých rychlostech. Video modelu v měřítku 25% za letu a základní přehled najdete na synergyaircraft.com . Naleznete zde také příspěvek na téma boxwings.
Další informace o efektivitě rozpětí a nerovinných konfiguracích zveřejnil Ilan Kroo velmi důkladné přehledy tohoto tématu. Níže uvedená grafika je převzata z obrázku, který se objevil v jeho dokumentech. Ukazuje, jak lze proti indukovanému odporu bojovat ve 3D prostoru odklonem od plochého plochého křídla do vertikální dimenze. Synergy staví toto porozumění dále do podélné a časové dimenze, v souladu s koncepty, které jako první prosadil George C. Greene v NASA Langley.
Komentáře
- Vy začněte skvělým vysvětlením, proč dochází k indukovanému odporu, ale jen se dostanete do staré pasti “ vírů vytvořených prouděním kolem špičky “ jako většina ostatních. Smutné.
- @Peter Myslím, že jsi ‚ tady trochu pedantský (což by bylo v pořádku, kdybys to nenazval ‚ smutný ‚). I když je ‚ pravda, že víry nejsou příčinou indukovaného odporu, lze ukázat, že generování výtahu bez vírů by bylo ekvivalentní vytvoření výtahu s nekonečným rozpětím křídel. Stejně jako mnoho věcí ve fyzice, příčina a následek do značné míry závisí na hledisku těch, nikoli na absolutní míře.
- @sanchises: Souhlasím. Ano, jsem pedantský, ale jen proto, že jsem přesvědčen, že pouze důsledná logika povede k úplnému porozumění. Zamlžené myšlení, kde se příčina a následek zaměňují, povede k zmatenému porozumění a vysvětlení něčeho z tohoto počátečního bodu způsobí medvědí službu nováčkům, kteří tak snadno nepochopí podrobnosti. A pak znovu uslyšíte od těchto chudých lidí, kteří nikdy nedostali šanci správně se naučit věci, které víry hrotů způsobují tažení. Není ‚ správné mít z toho smutek?
- @PeterK ä mpf Ale potom, když jsem příliš soustředěný důslednost vede ke zbytečně komplikujícím věcem. Snížení vírů křídel vede ke zvýšenému efektivnímu rozpětí křídel snižujícímu indukovaný odpor – takže možná jako hrubá aproximace, říká “ víry křídel způsobují indukovaný odpor má jádro pravdy. Ale myslím, že stejně jako u všeho v letectví, ‚ jednoduché vysvětlení ‚ skutečně má relativně malou vysvětlující sílu a bude nedostatečné, když křídla boxu jsou podrobně analyzovány.
Odpověď
Hlavním důvodem indukovaného odporu je, že křídlo zrychluje vzduch nad a pod ní směrem dolů se zvyšuje její kinetická energie a kvůli zákonu zachování energie ji musí někam vzít a jediným způsobem je negativní práce na letadle, tj. vyvolání odporu.
Množství vzduchu zrychleného za jednotku času je úměrné rozpětí křídel a rychlosti letadla. Působením stejné síly na více vzduchu se rychlost vzduchu zrychlí na nižší rychlost a protože kinetická energie je úměrná druhé mocnině rychlosti, vyvolává menší odpor. „Proč jsou křídla s vysokým poměrem příjmu (s dlouhým rozpětím) efektivnější a proč indukovaný odpor klesá s rychlostí.
Víry křídel jsou jednoduše hranicemi této oblasti sestupného vzduchu. A protože nemůžete generovat vztlak bez akcelerace vzduchu směrem dolů (zákonem akce a reakce), je tento indukovaný odpor zásadní a každé křídlo s konečným rozpětím jej vyvolá. Závisí to pouze na generovaném vztlaku, rozpětí křídel a rychlosti a nic jiné.
Viz také Jak to letí, část 3.13 (obrázek je odtamtud).
Nyní existuje další indukovaný odpor způsobený vysokotlakým vzduchem proudícím kolem špičky křídla, který nepřispívá ke zvedání (nebo dokonce mírně negativně) ), ale přispívá k přetažení. Je to možná nízké desítky procent nebo něco takového. Několik procent, která lze ušetřit různými opatřeními, jsou dostatečně významná, aby stála za námahu, ale stále jsou několik procent. Zázraky nejsou možné.
Mimochodem, křídlové pole má stále tipy. Vzduch nemůže proudit mezi křídly nebo mezi nimi, ale může proudit zpod spodní vodorovné plochy nad horní. Navíc křídlo má relativně nízký poměr stran.
Odpověď
Zde je mnoho dobrých bodů ohledně redukce odporu.
Ano, indukovaný odpor lze snížit o několik procent pomocí krabicového křídla rozptýlením víru špičky křídla . Dělá rozdíl o několik procent, což je významné. Přibližně stejné jako u dvojplošníku.
SKUTEČNÁ přesvědčivá výhoda boxwings je strukturální. S křídly spojenými na špičkách je to možné a praktické navrhnout pro danou pevnost a tuhost s menším množstvím materiálu. Křídla se mohou navzájem podporovat a navzájem tlumit přirozenou rezonanci, čímž si kupují určitou rezervu proti třepetání a selhání.
Rick Gendreau, designér, Halcyon boxwing.
Odpověď
Uzavřené systémy (Box Wing je pouze konkrétní typ uzavřeného křídla), C-křídla a biwings jsou ve skutečnosti příbuzné jako pokud jde o minimalizaci indukovaného odporu.
Pokud vás zajímají technické odpovědi týkající se minimalizace / výkon indukovaného tahu Box Wings, uzavřených systémů, dvoukřídlých systémů a multiwings , všechny podrobnosti naleznete v následujících publikacích (mohu vám také zaslat papíry, pokud mi pošlete e-mail na adresu luciano.demasiATgmail.com ):
===== článek 1 =====
Demasi Luciano , Monegato Giovanni, Dipace Antonio a Cavallaro Rauno „ Věty o minimálním indukovaném odporu pro připojenou Wi ngs, Closed Systems, and Generic Biwings: Theory „, Journal of Optimization Theory and Applications, 2015, strany 1-36, DOI: 10.1007 / s10957-015-0849-y, ISSN: 0022-3239
===== Článek 2 =====
Demasi Luciano, Monegato Giovanni, Rizzo Emanuele, Cavallaro Rauno a Dipace Antonio „ Věty o minimálním indukovaném tahu pro spojené křídla, uzavřené systémy a obecné obvody: Aplikace „Journal of Optimization Theory and Applications, 2015, strany 1-25 , Doi: 10.1007 / s10957-015-0849-y, ISSN: 0022-3239
===== článek 3 =====
Demasi Luciano, Monegato Giovanni, Cavallaro Rauno „ Věty o minimálním indukovaném odporu pro vícekřídlové systémy „, 2016,4 – 8. ledna, SciTech2016, San Diego, Kalifornie, AIAA 2016-0236
===== Článek 4 =====
Demasi Luciano, Dipace Antonio, Monegato Giovanni, Cavallaro Rauno „ Invariantní formulace pro minimální podmínky vyvolaného odporu neplanárních systémů křídla „, AIAA Journal, 2014, říjen, 10,2223-2240,52, Doi: 10,2514 / 1.J052837 Url: http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/1.J052837
S pozdravem
Luciano Demasi
Komentáře
- Odkazy jsou určitě užitečné, ale zahrnutí některých informací zde v odpovědi by bylo ještě užitečnější.
- Další informace najdete na wikipedii na následujícím odkazu: en.wikipedia.org/wiki/Lift-induced_drag [je zde také zveřejněno několik obrázků] Nebo mohu poslat materiál, pokud uvedete e-mail adresa. S pozdravem Luciano Demasi