Lider boksvinger af induceret træk på samme måde som normale vinger?

Boksvingen er kun bedre, når du sammenligner vinger med identisk spændvidde . De to vinger på en boksvinge fungerer i forskellige Treffz-planer , så nedskylningen spredes lodret. Forskellen i induceret træk til en enkelt fløj er ikke stor, kun et par procent. Friktionsmodstanden er højere (se nedenfor), ligesom den strukturelle masse, så boksvingen skal skabe mere løft. Dette gør den inducerede træk af en boksfløj effektivt højere end den for en enkelt fløj.

Hvad er induceret træk , alligevel? Det er konsekvensen af at skabe lift over et begrænset tidsrum. Vingen skaber løft ved at afbøje luft nedad. Dette sker gradvist over vingens akkord og skaber en reaktionskraft vinkelret på den lokale lufthastighed. Dette betyder, at reaktionskraften peger opad og lidt bagud. Denne bagudkomponent er induceret træk! Vingetip er ikke involveret og er ikke forårsager induceret træk. Oprettelse af lift er.

Hvis du flyver hurtigt, strømmer der meget luftmasse forbi vingen pr. tidsenhed, så du er kun nødt til at afbøje luften lidt. Din inducerede træk er Sames går i et stort span: Der er mere luft, der kan afbøjes, så den inducerede træk er lille.

En boksvinge har brug for to slanke vinger pr. side, som vil have en mindre akkord end en enkelt fløj af det samme overfladeareal. Så deres Reynolds-nummer er mindre, og deres friktionstræk er højere. Desuden er vingesparret mindre tykt og skal være tungere for at bære den samme lift!

Hvis du slipper begrænsningen for at holde spænding identisk, den optimale enkeltfløj har råd til at have mere spændvidde (på grund af sin bedre struktur) l effektivitet), og væk går fordelen ved boksvingen. Og når du først ser på det fulde billede og tilføjer strukturel masse, havde boksvingen aldrig denne fordel i første omgang.

Ja, men hvad med synergien?

Synergien er et smart design med nogle fordele, men det kan ikke snyde fysik. Dette er fordelene:

• Skubberstøtten holder flyrammen fri for vågeturbulens, så mere område kan holdes i laminær strømning.
• Skubberstøtten suger luften fra den bageste skrog, hvilket effektivt undgår adskillelse.
• De to stubbe halebomme og finner giver stor beskyttelse af propellerområdet på jorden.
• Det kompakte layout holder propellerens stabiliserende effekt lille , så manøvredygtighed lider ikke meget.
• Anvendelsen af kompositter og svæveflyramme-teknologier reducerer friktionsmodstanden.
• Dieselmotoren bruger billigere brændstof og er mere brændstofeffektiv end en benzinmotor. ul>

  Bemærk, at jeg ikke har nævnt boksvingedesignet?

  Her er ulemperne:

  • Fløjsfejning i et propelfly ser cool ud, men øger træk , fordi vingen skal være større for at skabe den samme lift.
  • I alt har denne konfiguration fire lodrette haler, hver af dem med sin egen interferens træk og en kort akkord, som igen øger træk over en sammenlignelig enkelt lodret hale.
  • Den udstrakte vandrette hale er også mindre effektiv end en mindre enkelt overflade med mere akkord og mere afstand fra tyngdepunktet.
  • Det kompakte layout giver lille hældning eller kæmpedæmpning. Jeg spekulerer på, hvad køreegenskaberne i vindstød er.

  Jeg forventer, at et mere konventionelt layout i retning af fs-28 ville være endnu mere effektiv.

  

  Akaflieg Stuttgart fs-28 under flyvning (billede kilde )

  Kommentarer

  • Har Wikipedia en artikel om Trefftz fly tilbage om dagen? Under alle omstændigheder er dette link faktisk dødt, bare fyi.
  • @AEheresupportsMonica: Tak fordi du fortæller mig. Jeg kan ikke huske, hvordan Wikipedia-siden så ud for 5 år siden, men nu har MIT en meget bedre side, der viser, hvad jeg mener.

De “er ikke fri fra induceret træk, men den inducerede træk mindskes kraftigt, som vist i Prandtl” s NACA-papir fra 1924 og rapporteret i denne bog (Se kapitel 11)

Forfatterne af den bog anvendte resultaterne til designet af dette fly

Kommentarer

• Cool! Så hvor kommer den inducerede træk fra?
• @falstro vingerne vil aldrig være perfekte, en vis cirkulation vil stadig ske. Den aerodynamiske kraftvektor kan, afhængigt af vingeformen, også vippes lidt bagud, hvilket skaber en trækkomponent.
• wikipedia har noget skematisk der lader C-vinger nærme sig boksvinger
• @Federico: Cirkulationen omkring spidserne er nogle procent. Måske 10 eller 20%, men ikke mere. Det meste skyldes simpelthen ved at anvende magt på luft og luft, være frit bevægelig, accelerere og tage kinetisk energi med den. Intet kan gøres ved det. Resultatet er, at den inducerede træk mindskes, men ikke meget .
• @ JanHudec Jeg har svært ved at forstå, hvad du mener, men hvis jeg læser dig korrekt, taler du om hele træk , ikke den inducerede del alene.

Spørgsmål: Lider boksvinger af induceret træk på samme måde som normale vinger?

A: Ja og nr. Box Wing-fly vil lide af induceret træk det samme som ethvert fly vil, hvis de er tungere end luftfartøjer og bruger deres vinger til at flyve. Induceret træk er en funktion af endelig spændbelastning og modereres på forskellige måder for at forbedre designeffektiviteten ved en given spændbelastning. Mængden af træk og den måde, den skabes og undgås på, adskiller sig således for en boksvinge og en monoplan af samme span. I dag inkluderer dette emne af induceret træk helt andre definitioner end hvad der blev undervist i sædvanlige referencer om emnet. Selvom man taler om det samme, vil emnet høre argumenter fra to forskellige lejre: dem, der holder sig til repræsentativ matematik, og dem, der fokuserer på den ikke-kartesiske, ikke-lærebog faktiske fysik fra sag til sag . Det er ret rimeligt at sige, at de førstnævnte er mere valsede end de sidstnævnte, for sidstnævnte ved mindre indtil senere.

En vings opgave er at effektivt skubbe og trække luft nedad, når den bevæger sig fremad. . Denne handling forårsager både en newtonsk reaktion og en Bernoulli trykforskel, hvilket resulterer i løft.

At gøre løft på denne måde får den nærliggende luft også til at blive påvirket som et tidsafhængigt sekundært resultat. Det skal ” falder ned i det faldende luftrør “, som vingerne forskydes nedad.

Denne sekundære bevægelse forårsager (fuldstændigt uundgåelig) rotationsbevægelser i” vågningszonen “mellem luft direkte bevæget af vingerne og den nærliggende stationære luft derved involverer mere luftmasse end flyet havde brug for at bevæge sig bare for at få det lift, det havde brug for.(Momentumforskellen er bogstaveligt talt den inducerede træk, selvom vi normalt lærer det på måder, der er mere relateret til, hvordan induceret træk visualiseres og beregnes i 2-D. Andre svar, der er indsendt her, illustrerer dette i konventionelle termer.)

Fremkaldt træk- og vækkehvirvel KAN IKKE elimineres til et løftevingesystem af enhver art. Imidlertid tillader de fleste flyvingedesigner, at der sker noget andet, der øger disse omkostninger ved , der gør løft med et begrænset vingefang: de lader høje tryk under vingen være “for tæt” på lave tryk over vingen for mængden af trykforskel der er udviklet under flyvning. Hvis der findes et højt differenstryk ved en vingespids, dannes der en stærk tornado-lignende vortex.

Tillader, at der dannes en stærk gradient mellem lavt tryk og højt tryk får luft til at bevæge sig mod lavt tryk ved en høj hastighed, hvis det kan. Træk stiger eksponentielt med de hastigheder, der tilføres luften, derfor bruger designere en række forskellige tilgange for at forhindre, at denne udligning sker hurtigt. Jo langsommere det sker, jo mindre kinetisk energi tilføres luften af flyet.

Dette er hvor Boxwings har en helt anden måde at reducere den inducerede træk på sammenlignet med en normal vinge: de lægger en mur op mellem det lave tryk over vingen og højere tryk overalt ellers. “Væggen” kan være højere end en winglet, fordi den har en vinge over for at hjælpe med at modstå de kræfter, der skubber på den fra siden. Ved den øvre vingeforbindelse står den væglignende lodrette overflade af en boksvinge ligeledes mellem det højere tryk under vingen, og det lavere tryk overalt ellers.

Hvis en designer gør et godt stykke arbejde med denne idé (mange gør det ikke), vil både biplane vingeflader og de lodrette overflader i boxwing-systemet moderere hastigheden af gradientinduceret luftstrømme ved at handle mod de uønskede strømme i 3D-rum. De bliver mere effektive i dette med større lodret afstand.

Den lettere og mere effektive måde at reducere den inducerede træk på er simpelthen at øge vingespændet eller reducere køretøjets vægt. Efterhånden som en vinge bliver længere, reduceres den del af liften, som hver vingeenhed skal fremstille, hvilket betyder, at den vil have en lavere trykforskel mellem de øvre og nedre overflader. Bedste praksis kræver, at denne forskel minimeres ved spidsen, så gradienten svækkes. Resultatet er, at en svagere trykgradient og en længere afstand mellem lavt og højt tryk holder udjævningshastigheder nede.

Men da et fly bliver tungere eller går hurtigere, bliver denne tilgang først meget dyr, så umuligt. Begrænsninger i materiel styrke sætter bestemte grænser for vingefangene for konventionelle fly.

Overraskende nok går boksvingene ikke bedre … måske værre. Det, der ser ud til at være en strukturel fordel, koncentrerer faktisk kun bøjningskræfterne, der genereres af hver vinge, ind i hjørnerne af kassen. At gøre dem stærke nok bliver hurtigt alt for tunge. Derfor skal et box wing-fly, ligesom en biplan, have en kortere spændvidde end en monoplan med tilsvarende induceret træk. Dens spaneffektivitet bærer større frugt blandt design med kort span, end hvor vingespænd kan øges.

Man kunne tro, at denne fordel derefter ville bære frugt indirekte gennem hastighed. Jo hurtigere et fly flyver for en given belastning, jo mindre induceret træk vil det gøre. Faktisk ved høj angivet lufthastighed bliver induceret træk en lille komponent af total træk. Imidlertid synes andre aspekter af design af boksvinger at have forhindret løsninger med høj hastighed på boksvinge; især stabilitet; og “interferens-træk.”

I et boksfløjedesign er der et forreste sæt løftevinger og et bageste sæt løftevinger . I højhastighedsflyvning kan denne konfiguration ikke reagere så stabilt eller så hurtigt på visse forhold som en vinge med en (nedadgående) hale.

Når det er sat op som et tandemløftende vingearrangement uden en sådan stabilisator, som det er typisk for moderne versioner, skal boksvinge balancere i deres samlede centrum af løft opad i stedet for foran det som konventionelle fly gør takket være den stabiliserende indflydelse af en hale, der skubber i den modsatte retning. Denne begrænsning og tandem-fløj stall adfærd stiller udfordrende iboende krav til boxwing design, der begrænser deres succes ved højere flyvehastigheder.

Som nævnt ovenfor skaber de også interferenstræk.Denne type træk kan være svær at forudsige og er også meget misforstået. I praksis reducerer den iboende, 3-D-interferensmodstand i et boxwing-flydesign i høj grad den 2-D teoretiske fordel ved konfigurationen mod opnåelse af inducerede trækfordele. Dette er grunden til, at de slet ikke er som “normale vinger”.

Som nævnt i det oprindelige indlæg er der en ny flykonfiguration, der ofte forveksles med et design af boksvinger. Det er dog ikke noget som dem. Det kaldes en box-tail eller dobbelt boxtail-konfiguration. Jeg er designeren af Synergy dobbelt boxtail-fly, det første af sådanne fly, der blev udviklet.

Disse noget skuffende egenskaber ved den ellers logiske boksvingekonfiguration var kernen i sagerne i den lange periode med Synergys udvikling. Det var mit ønske om at udnytte høj spændingseffektivitet og laminar flow i et fly med høj hastighed, samtidig med at jeg undgik landinger med høj hastighed og uforudsigelig, ustabil opførsel ved lave hastigheder. En video af en 25% skalamodel under flyvning og en grundlæggende oversigt kan ses på synergyaircraft.com . Et indlæg om emnet boxwings kan også findes der.

For mere information om spaneffektivitet og ikke-plane konfigurationer har Ilan Kroo offentliggjort meget grundige oversigter over emnet. Grafikken nedenfor er tilpasset den, der vises i hans papirer. Det viser, hvordan induceret træk kan bekæmpes i 3D-rum ved at bevæge sig væk fra en flad, plan fløj ind i den lodrette dimension. Synergy bygger denne forståelse yderligere ind i længdedimensionerne og tidsdimensionerne i overensstemmelse med de begreber, der først blev fremført af George C. Greene, mens de var på NASA Langley.

Kommentarer

• Dig start med en god forklaring på, hvorfor induceret træk sker, kun for at falde i den gamle fælde af ” hvirvler oprettet af flow omkring spidsen ” som de fleste andre her gør. Trist.
• @Peter Jeg tror, du ‘ er en smule pedantisk her (hvilket ville være i orden, hvis du ikke kaldte det ‘ trist ‘). Mens det ‘ er sandt, at hvirvler ikke er årsagen til induceret træk, kan man vise, at liftgenerering uden hvirvler ville svare til at skabe lift med et uendeligt vingefang. Ligesom mange ting i fysik afhænger årsag og virkning stort set af ens synspunkt snarere end et absolut mål.
• @sanchises: Jeg er enig. Ja, jeg er pedant, men kun fordi jeg er overbevist om, at kun streng logik vil føre til en fuldstændig forståelse. Forvirret tænkning, hvor årsag og virkning bliver udskiftelige, vil føre til forvirret forståelse, og at forklare noget fra dette udgangspunkt vil gøre en bjørnetjeneste for nybegyndere, der så let misforstår detaljerne. Og så hører du igen fra disse fattige mennesker, som aldrig fik en chance for at lære ting ordentligt, at spidshvirvlerne forårsager træk. Er det ikke ‘ det er rigtigt at være ked af dette?
• @PeterK ä mpf Men så for at være for fokuseret om strenghed fører til unødvendigt komplicerende ting. At reducere vingespidshvirvler fører til en øget effektiv vingefang, der reducerer induceret træk – så måske som en grov tilnærmelse, idet vi siger ” vingespidshvirvler forårsager induceret træk ” har en kerne af sandhed i sig. Men jeg antager, som med alt inden for luftfart, at ‘ enkel forklaring ‘ faktisk har relativt lidt forklaringskraft og vil komme til kort, når boksets vinger analyseres detaljeret.

Hovedårsagen til induceret træk er, at vingen accelererer luften over og under det nedad forøger dets kinetiske energi og på grund af loven om bevarelse af energi er det nødvendigt at tage den energi et eller andet sted, og den eneste måde er ved at udføre negativt arbejde på flyet, dvs. inducere træk.

Mængden af luft, der er accelereret pr. Tidsenhed, er proportional med vingens spændvidde og hastighed. Ved at anvende den samme kraft på mere luft accelereres den til lavere hastighed, og fordi kinetisk energi er proportional med kvadratet af hastigheden, inducerer det mindre træk. “hvorfor rationer med højt aspekt (langspænding) er mere effektive, og hvorfor induceret træk falder med hastighed.

Vingerne til vingespidsen er simpelthen grænser for dette område med faldende luft. Og fordi du ikke kan generere løft uden at accelerere luften nedad (ved lov om handling og reaktion), er dette inducerede træk principielt, og enhver endelig spændvinge vil inducere det. Og det afhænger kun af den genererede lift, vingespænding og hastighed og intet andet.

Se også Sådan flyver det, afsnit 3.13 (figuren er derfra).

Nu er der noget yderligere induceret træk forårsaget af højere trykluft, der strømmer rundt om vingespidsen, hvilket ikke bidrager til løft (eller endda lidt negativt ), men bidrager til træk. Det er måske lave snesevis af procent eller noget lignende. De flere procent, der kan spares ved forskellige tiltag, er betydelige nok til at være en indsats værd, men de er stadig flere procent. Mirakler er ikke mulige.

Forresten har boksvingen stadig tip. Luft kan ikke strømme til eller fra mellem vingerne, men den kan strømme fra under den nederste vandrette overflade til over den øverste. Plus vingen er relativt lavt sideforhold.

Mange gode punkter om trækreduktion her.

Ja, induceret træk kan reduceres nogle få procent med en boksvinge ved at diffundere vingespidsen . Gør en forskel på et par procent, hvilket er signifikant. Omtrent det samme som en biplan.

Den virkelige overbevisende fordel ved boksvinger er strukturel. Med vingerne forbundet ved spidserne er det muligt og praktisk at designe for en given styrke og stivhed med mindre materiale. Vingerne kan understøtte hinanden og dæmpe hinandens naturlige resonans og købe noget margin mod flagren og fiaskoen.

Rick Gendreau, designer, Halcyon boxwing.

Lukkede systemer (Box Wing er kun en bestemt type lukket vinge), C-vinger og biwings er faktisk relateret som hvad angår minimering af induceret træk.

Hvis du er interesseret i tekniske svar vedrørende induceret trækminimering / ydeevne af Box Wings, lukkede systemer, bi-wing-systemer og multiwings , kan du finde alle detaljerne i de følgende publikationer (jeg kan også sende dig papirer, hvis du mailer mig på adressen luciano.demasiATgmail.com ):

===== Artikel 1 =====

Demasi Luciano , Monegato Giovanni, Dipace Antonio og Cavallaro Rauno “ Minimumsinducerede dragteoremer for Joined Wi ngs, Closed Systems, and Generic Biwings: Theory “, Journal of Optimization Theory and Applications, 2015, side 1-36, DOI: 10.1007 / s10957-015-0849-y, ISSN: 0022-3239

===== Artikel 2 =====

Demasi Luciano, Monegato Giovanni, Rizzo Emanuele, Cavallaro Rauno og Dipace Antonio “ Minimumsinducerede dragteoremer for sammenføjede vinger, lukkede systemer og generiske biwinger: applikationer “Journal of Optimization Theory and Applications, 2015, side 1-25 , Doi: 10.1007 / s10957-015-0849-y, ISSN: 0022-3239

===== Artikel 3 =====

Demasi Luciano, Monegato Giovanni, Cavallaro Rauno “ Minimumsinducerede trækteoremer for Multi-Wing-systemer “, 2016,4-8 januar, SciTech2016, San Diego, Californien, AIAA 2016-0236

===== Artikel 4 =====

Demasi Luciano, Dipace Antonio, Monegato Giovanni, Cavallaro Rauno “ Invariant Formulation for de minimale inducerede trækbetingelser for ikke-plane vingesystemer “, AIAA Journal, 2014, oktober, 10,2223-2240,52, Doi: 10.2514 / 1.J052837 Url: http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/1.J052837

Med venlig hilsen

Luciano Demasi

Kommentarer

• Referencerne er bestemt nyttige, men at medtage nogle oplysninger her i svaret ville være endnu mere nyttigt.
• Du kan finde flere oplysninger på wikipedia ved følgende link: da.wikipedia.org/wiki/Lift-induced_drag [flere billeder er også indsendt der] Eller jeg kan sende materiale, hvis du giver en e-mail adresse. Med venlig hilsen Luciano Demasi