A legtöbb szárny a szárny fölötti és alatti nyomáskülönbség miatt indukált ellenállástól szenved, amelynek következtében a levegő elcsúszik a csúcs körül, és örvényt képez. Különböző módszerek léteznek ezen hatások minimalizálására, például szárnyasok.
Azonban ha a szinergia repülőgépeket nézzük, a dobozszárnyak már nincs szárnyhegy. A repülőgép egyéb részeit figyelmen kívül hagyva, a szárnyak valóban mentesek az indukált ellenállástól? Vagy még mindig indukált ellenállást okoznak, csak olyan módon, amire a korlátozott folyadékdinamikai tapasztalataimmal nem tudok gondolni?
Dobozszárnyú Synergy repülőgépek (kép forrás )
Valahol olvastam, hogy a hagyományos két síkú kialakítás kevésbé hatékony, mivel a szárnyak interferálnak egymással (nyilván a szinergiarepülőgép úgy foglalkozik, hogy a felső szárnyat hátrébb helyezik, vagy ilyesmi), és a felső szárny valójában inkább faroksík, lefelé tolva, így tovább növelve a légsebességet a szárnyak között, ha jól értem, és kiküszöböljük a nyomáskülönbséget a felső szárny tetejétől az alsó szárny aljáig, és mindkét szárnyat természetesen normális ellenállást generálna, ha átvágnám a levegőt, de engem csak ezen a ponton érdekel az indukált ellenállás.
Megjegyzések
- kinézet mint egy divatos kétfedelű szerű kialakítás.
- @ratchetfreak, kivéve, hogy a kétsíkúaknak négy szárnyhegyük van, ennek nulla a értéke.
- @falstro: Ennek két szárnyhegye van. A ” felső ” felület jelentése változik a függőleges támaszok felett, így amúgy is tippként működnek (és ha ez nem történt meg ‘ nem változik, a felső felület negatív emelést eredményez, az egész pedig semmit sem eredményez és haszontalan).
- @JanHudec; valójában a felső felület nem hoz negatív emelést (amint azt a kérdés utolsó mondatában említettem), az alsó szárny mögött ül, és úgy működik, mint más repülőgépek síkja.
- @falstro: Mindazonáltal, mivel az egész nettó emelést eredményez, lefelé gyorsítja a levegőt, és mivel a rajta túli levegő ‘ fesztávja nem gyorsul fel, szárnyhegy-örvényeket hoz létre, miközben az örvényvonalak elhagyják a rendszert valahol a függőleges támaszok mentén.
Válasz
A dobozszárny csak akkor jobb, ha azonos szárnyú szárnyakat hasonlít össze . A dobozszárny két szárnya különféle Treffz síkokban működik, így a lefolyó vízszintesen eloszlik. Az egyetlen szárnyhoz vezető indukciós ellenállás különbsége nem nagy, csupán néhány százalék. A súrlódási ellenállás nagyobb (lásd alább), csakúgy, mint a szerkezeti tömeg, ezért a dobozszárnynak nagyobb emelést kell létrehoznia. Ezáltal a dobozszárny indukált ellenállása gyakorlatilag magasabb, mint az egyetlen szárnyé.
Amúgy indukált húzás ? Korlátozott időtartamú emelés létrehozásának a következménye. A szárny emelést hoz létre a levegő lefelé terelésével. Ez fokozatosan történik a szárny akkordján, és ortogonálisan reagál a helyi légsebességre. Ez azt jelenti, hogy a reakcióerő felfelé és kissé hátrafelé mutat. Ez a hátrafelé eső komponens ellenállást vált ki! A szárnycsúcsok nem érintettek és nem indukált ellenállást okoz. Emelés létrehozása.
Ha gyorsan repül, időegységenként sok légtömeg áramlik a szárny mellett, ezért csak kissé kell elhárítania a levegőt. kicsi. A Sames nagy fesztávú: Több a levegő, amelyet el lehet téríteni, így az indukált ellenállás kicsi.
A dobozszárnynak oldalanként két vékony szárnyra van szüksége, amelynek kisebb akkordja lesz, mint egy egyetlen szárny ugyanazon a felületen. Tehát a Reynolds-számuk kisebb, és a súrlódási ellenállásuk is nagyobb. A szárny-spar nem is olyan vastag, és nehezebbnek kell lennie ahhoz, hogy ugyanazt az emelést viselje!
Ha elveti az azonos tartási távolság korlátozását, az optimális egyetlen szárny megengedheti magának, hogy nagyobb fesztávolságú legyen (jobb struktúrája miatt) l hatékonyság), és távozik a dobozszárny előnye. És miután megnézte a teljes képet és hozzáadta a szerkezeti tömeget, a dobozszárnynak soha nem volt ilyen előnye.
Igen, de mi van a szinergiával?
A szinergia az okos kialakítás, némi előnnyel, de nem tudja megcsalni a fizikát. Ezek az előnyök:
- A tolótámasz megóvja a repülőgép vázát az ébresztő turbulenciától, így több terület tartható el a lamináris áramlásban.
- A tolótámasz elszívja a levegőt a hátsó törzs, hatékonyan elkerülve a szétválasztást.
- A két rögös farok és uszony nagy védelmet nyújt a propeller földterületén.
- A kompakt elrendezés kicsiben tartja a propeller stabilizáló hatását. , így a manőverezhetőség nem sokat szenved.
- A kompozitok és a vitorlázórepülőgép-technológiák használata csökkenti a súrlódási ellenállást.
- A dízelmotor olcsóbb sugárhajtású üzemanyagot fogyaszt és üzemanyag-takarékosabb, mint egy benzinmotor.
Ne feledje, hogy nem említettem a dobozszárny kialakítását?
Íme a hátrányok:
- A szárnyas söprés egy légcsavaros repülőgépben hűvösnek tűnik, de növeli az ellenállást , mert a szárnynak nagyobbnak kell lennie ahhoz, hogy ugyanazt az emelést hozza létre.
- Összességében ennek a konfigurációnak négy függőleges farka van, mindegyiknek megvan a maga interferencia-elhúzódása és egy rövid akkordja, ami megint növeli a vonóerőt egy összehasonlítható egyetlen függőleges farok.
- A kinyújtott vízszintes farok szintén kevésbé hatékony, mint egy kisebb, több akkorddal rendelkező és a súlyponttól nagyobb távolságra lévő egy felület.
- A kompakt elrendezés kevés hangmagasság vagy ásítás csillapítás. Kíváncsi lennék, milyen tulajdonságokkal rendelkezik viharos időben.
Arra számítanék, hogy a fs-28 mentén egy hagyományosabb elrendezés várható. még hatékonyabb lenne.
Akaflieg Stuttgart fs-28 repülés közben (kép forrás )
Megjegyzések
- A Wikipédiának volt cikke a Trefftz repülőgép a nap folyamán? Mindenesetre ez a kapcsolat gyakorlatilag halott, csak fyi.
- @AEheresupportsMonica: Köszönjük, hogy tudatta velem. Nem emlékszem, hogy nézett ki a Wikipedia oldal 5 évvel ezelőtt, de most az MIT sokkal jobb oldallal rendelkezik, amely megmutatja, mire gondolok.
Válasz
Nem mentesek az indukált ellenállástól, de az indukált ellenállás nagymértékben csökken, amint azt a Prandtl “s NACA-tanulmány 1924-ből és beszámolt ebben a könyvben (lásd a 11. fejezetet)
A könyv szerzői az eredményeket ennek a repülőgépnek a tervezéséhez
Megjegyzések
- Hűvös! Tehát honnan származik a kiváltott ellenállás?
- @falstro a szárnyak soha nem lesznek tökéletesek, némi vérkeringés mégis megtörténik. Ezenkívül az aerodinamikai erővektor a szárny alakjától függően kissé hátrafelé dönthető, létrehozva egy húzási komponenst.
- a wikipédiában van néhány sematikus hogy a C szárnyak megközelítsék a doboz szárnyait
- @Federico: A hegyek körüli keringés néhány százalékos. Talán 10 vagy 20%, de nem több. A legtöbbet egyszerűen a levegőre és a levegőre gyakorolt erő okozza, szabadon mozgatható, gyorsuló és mozgási energiát vesz magával. Semmi nem tehetõ erről. Eredmény, hogy az indukált ellenállás csökken, de nem nagyon .
- @JanHudec nehezen értem, mire gondolsz, de ha jól olvastam, akkor az egész húzásról beszélsz , nem egyedül a kiváltott részt.
Válasz
K: A dobozszárnyak ugyanúgy szenvednek az indukált húzástól, mint a normál szárnyak?
A: Igen és a Box Wing repülőgépek ugyanolyan indukált ellenállástól szenvednek, mint bármelyik repülőgép, ha a levegőnél nehezebb járművek és szárnyaikkal repülnek. Az indukált ellenállás a véges fesztávolság-terhelés függvénye, és különféle módszerekkel moderálható a tervezési hatékonyság javítására egy adott fesztávnál. Így a vonóerő mennyisége, valamint létrehozásának és elkerülésének módja különbözik a boxwing és az azonos fesztávolságú monoplánok esetében. Ma ez az indukált elhúzódás témája teljesen más definíciókat tartalmaz, mint amit a téma alapvető referenciáiban tanítottak. Még ha ugyanazon dologról is beszélnek, a téma két különböző táborból fog érveket hallani: azok, akik ragaszkodnak a reprezentatív matematikához, és azok, akik a nem-derékszögű, tankönyv nélküli tényleges fizikára koncentrálnak eseti alapon . Nagyon igazságos azt mondani, hogy az előbbiek hangosabban vélekednek, mint az utóbbiak, mert az utóbbiak kevesebbet tudnak később.
A szárny feladata, hogy hatékonyan nyomja és lehúzza a levegőt lefelé, miközben halad előre . Ez a művelet egyszerre okoz newtoni reakciót és Bernoulli-nyomáskülönbséget, emeléshez vezet.
Az emelés ily módon a közeli levegőt is befolyásolja, időfüggő másodlagos eredményként. ” esik a leszálló légvályúba “, amelyet a szárnyak lefelé mozdítottak.
Ez a másodlagos mozgás (teljesen elkerülhetetlen) forgási mozgásokat okoz a” nyom “zónában a szárnyak által közvetlenül mozgatott levegő és a közeli álló levegő között, ezáltal több légtömeg vesz részt, mint a mozgáshoz szükséges sík, csak hogy megkapja a szükséges emelést.(A lendületbeli különbség szó szerint a kiváltott ellenállás, bár általában azt tanítjuk, amely jobban kapcsolódik ahhoz, hogy az indukált ellenállást hogyan vizualizálják és kiszámítják a 2-D-ben. Más ide feltett válaszok ezt hagyományos fogalmakkal illusztrálják.)
Az indukált húzási és ébresztési örvény NEM SZAKASZHATÓ meg bármilyen típusú emelő szárnyrendszer esetében. A legtöbb repülőgépszárny-tervezés azonban lehetővé teszi, hogy valami más történjen, ami jelentősen megnöveli a véges szárnyfesztávolságú emelés költségét: A szárny alatti magas nyomások túl özel vannak a zárny feletti alacsony nyomásokhoz a nyomáskülönbség amely repülés közben alakult ki. Ha egy szárnycsúcson nagy a nyomáskülönbség, akkor ott erős, tornádószerű örvény képződik. és a nagy nyomás hatására a levegő nagy sebességgel mozoghat az alacsony nyomás felé, ha lehetséges. A húzás a levegőbe juttatott sebességgel exponenciálisan növekszik, ezért a tervezők sokféle megközelítést alkalmaznak, hogy ez az egyenlítés ne valósuljon meg gyorsan. Minél lassabban történik, annál kevesebb mozgási energiát juttat a levegőbe a repülőgép.
Itt Boxwings teljesen más módon képes csökkenteni az indukált ellenállást, mint egy normál szárny: falat helyeznek a szárny feletti alacsony nyomás és a nagyobb nyomás mindenhol másutt. A “fal” magasabb lehet, mint egy szárny, mert fent van egy szárnya, amely segít ellenállni az oldalról rá ható erőknek. Ennél a felső szárnycsatlakozásnál a bokszszárny falszerű függőleges felülete szintén között áll a szárny alatti nagyobb nyomás között, és az alacsonyabb nyomás mindenhol másutt.
Ha a tervező jó munkát végez ezzel az elképzeléssel (sokan nem), akkor mind a kétfedelű szárnyfelületek, mind a boxwing rendszer függőleges felületei mérsékelik a gradiens által kiváltott sebességet a légáramlás a nem kívánt áramlásokkal szemben a 3D-s térben. Nagyobb függőleges távolságokkal hatékonyabbá válnak ebben.
Az indukált ellenállás csökkentésének egyszerűbb és hatékonyabb módja a szárnyfesztávolság növelése vagy a jármű tömegének csökkentése. Amint egy szárny hosszabb lesz, a szárny minden egyes egységének elkészítéséhez szükséges emelésnek az a része csökken, ami azt jelenti, hogy alacsonyabb lesz a nyomáskülönbség a felső és az alsó felület között. A legjobb gyakorlat azt kéri, hogy ezt a különbséget minimalizálják a csúcson, így a gradiens gyengül. Ennek eredményeként az a gyengébb nyomásgradiens, valamint az alacsony és a magas nyomás közötti nagyobb távolság megtartja az egyenlítési sebességeket.
Azonban ahogy a repülőgép nehezebbé válik vagy gyorsabban halad, ez a megközelítés először nagyon drága lesz, akkor lehetetlen. Az anyagi szilárdság korlátai határozott korlátokat szabnak a hagyományos repülőgépek szárnyfesztávolságára.
Meglepő módon a dobozszárnyak nem járnak jobban … talán rosszabbul is. Ami strukturális előnynek tűnik, valójában csupán az egyes szárnyak által generált hajlítóerőket koncentrálja a doboz sarkaiba. Elég erőssé tétele túlságosan nehézzé válik. Ezért a dobozszárnyú repülőgépeknek, mint a kétfedelű repülőknek, rövidebb fesztávolsággal kell rendelkezniük, mint egy ekvivalens indukált ellenállású monoplán. Fesztávolság-hatékonysága nagyobb gyümölcsöt hoz a rövid fesztávolságú minták között, mint ahol a szárnyfesztávolság növelhető. Minél gyorsabban repül egy repülőgép egy adott fesztávnál, annál kevésbé váltja ki az ellenállást. Valójában a jelzett nagy sebességnél az indukált ellenállás a teljes ellenállás kis elemévé válik. Úgy tűnik azonban, hogy a dobozszárny kialakításának más szempontjai akadályozták a nagy sebességű boxwing megoldásokat; nevezetesen a stabilitás; és “interferencia elhúzódás”.
A dobozszárny kialakításában van egy emelő szárny előre halmaza , és egy hátsó emelőszárny készlet . Nagy sebességű repülésnél ez a konfiguráció nem képes olyan stabilan vagy olyan gyorsan reagálni bizonyos körülményekre, mint egy (lefelé emelő) farokkal ellátott szárny.
Ha tandem-emelő szárnyként van felszerelve ilyen stabilizátor nélkül, amint az a modern változatokra jellemző, a dobozszárnyaknak egyensúlyban kell lenniük felfelé emelés , nem pedig előtte, mint a hagyományos repülőgépek, az ellenkező irányba tolódó farok stabilizáló hatásának köszönhetően. Ez a korlátozás és a tandemszárnyú elakadási magatartás kihívást jelent, a div div id = “93c1af03ef”>
veleszületett igényeket olyan boxwing mintákra, amelyek nagyobb repülési sebesség mellett korlátozzák sikereiket.
Mint fentebb említettük, interferencia-elhúzást is létrehoznak.Ezt a típusú húzást nehéz megjósolni, és széles körben félreértik is. A gyakorlatban a boxwing repülőgépek eredendõ, 3-D interferencia-ellenállása nagymértékben csökkenti a konfiguráció 2-D elméleti elõnyét az indukált ellenállási elõnyök elérése felé. Ezért egyáltalán nem hasonlítanak a “normál szárnyakra”.
Amint az eredeti bejegyzésben említettük, van egy új repülőgép-konfiguráció, amelyet gyakran tévesztenek a dobozszárny kialakításával. Ez azonban semmi olyan, mint ők. Box-tail vagy double boxtail konfigurációnak hívják. Én vagyok a Synergy kettős boxtail repülőgép tervezője, , amely az első ilyen repülőgépet fejlesztették ki.
Az egyébként logikus dobozszárny-konfigurációnak ezek a kissé kiábrándító tulajdonságai voltak a kérdések középpontjában a Synergy hosszú fejlesztési ideje alatt. Az volt a vágyam, hogy a nagy fesztávú hatékonyságot és a lamináris áramlást nagysebességű repülőgép-tervezésnél hasznosítsam, miközben elkerülöm a nagy sebességű leszállást és a kiszámíthatatlan, instabil viselkedést kis sebességnél. A 25% -os méretarányú repülés közbeni videó és az alapvető áttekintés a synergyaircraft.com oldalon tekinthető meg. A boxwings témájú bejegyzés ott is megtalálható.
A span hatékonyságával és a nem sík konfigurációkkal kapcsolatos további információkért Ilan Kroo nagyon alapos áttekintést tett közzé a témáról. Az alábbi grafika átdolgozott abból, ami megjelenik a papírjaiban. Megmutatja, hogyan lehet az indukált ellenállást leküzdeni 3D-s térben, ha egy sík, síkbeli szárnytól a függőleges dimenzióba távolodunk. A szinergia tovább építi ezt a megértést a hossz- és idődimenziókba, összhangban a George C. Greene által a NASA Langley-nél előterjesztett koncepciókkal.
Megjegyzések
- Ön kezdje nagyszerű magyarázattal arra, hogy miért történik az indukált húzás, hogy csak a csúcs körüli áramlás által létrehozott ” örvények csapdájába essen ” mint a többség itt. Szomorú.
- @Peter szerintem ‘ itt kissé pedáns vagy (ami rendben lenne, ha nem hívnád ‘ szomorú ‘). Noha ‘ igaz, hogy az örvények nem okozzák az indukált ellenállást, megmutatható, hogy örvény nélküli emelés generáció egyenértékű lenne a végtelen szárnyfesztávolságú lift létrehozásával. Mint sok dolog a fizikában, az ok és a következmény is nagyrészt az egyik nézőponttól függ, nem pedig abszolút mértéktől.
- @sanchises: Egyetértek. Igen, pedáns vagyok, de csak azért, mert meg vagyok győződve arról, hogy csak a szigorú logika vezet teljes megértéshez. Az összezavarodott gondolkodás, ahol az ok és okozat felcserélhetővé válnak, zavaros megértéshez vezet, és ennek a kiindulópontból való elmagyarázása rossz szolgálatot tesz az újoncoknak, akik olyan könnyen félreértik a részleteket. És akkor ismét hallani ezektől a szegény emberektől, akik soha nem kaptak esélyt olyan dolgok megfelelő megtanulására, amelyek a csúcsörvények elhúzódást okoznak. Nem ‘ helyes, ha szomorúnak érzed magad emiatt?
- @PeterK ä mpf De túl koncentrált a szigor feleslegesen bonyolítja a dolgokat. A szárnycsúcs-örvények csökkentése vezet az effektív szárnyfesztávolság növekedéséhez, amely csökkenti az indukált ellenállást – így talán durva közelítésként mondhatjuk, hogy A “779e1bec44”> az igazság lényege. De azt hiszem, mint bármi másnál a repülésnél, az ‘ egyszerű magyarázat ‘ valóban viszonylag kevés magyarázó erővel bír, és elmarad, ha a doboz szárnyai részletesen elemzik.
Válasz
Az indukált ellenállás fő oka az, hogy a szárny felgyorsítja a levegőt fölötte és alatt lefelé növelve kinetikus energiáját, és az energia megmaradásának törvénye miatt ezt az energiát el kell vinnie valahová, és az egyetlen út az, ha negatív munkát végez a repülőgépen, azaz ellenállást vált ki.
Az időegységenként felgyorsított levegő mennyisége arányos a repülőgép szárnyfesztávolságával és sebességével. Ugyanezen erő nagyobb levegőre való alkalmazása alacsonyabb sebességre gyorsítja fel, és mivel a kinetikus energia arányos a sebesség négyzetével, kevesebb ellenállást vált ki. “miért hatékonyabbak a magas képarányú (hosszú fesztávolságú) szárnyak, és miért csökken az indukált ellenállás a sebességgel.
A szárnycsúcs-örvények egyszerűen a leszálló levegő ezen területének határai. És mivel nem lehet generálni az emelést anélkül, hogy gyorsítanánk a levegőt lefelé (a cselekvés és a reakció törvénye szerint), ez az indukált ellenállás a fő, és minden véges fesztávolságú szárny indukálja. És ez csak a létrehozott emeléstől, szárnyfesztávolságtól és sebességtől függ semmi más.
Lásd még: Hogyan repül, 3. szakasz.13 (az ábra onnan származik).
Most van néhány további indukált ellenállás, amelyet a szárnycsúcs körül áramló nagyobb nyomású levegő okoz, ami nem járul hozzá az emeléshez (vagy kissé negatívan is). ), de hozzájárul a húzáshoz. Talán alacsony tíz százalék vagy valami hasonló. A különféle intézkedésekkel megtakarítható több százalék elég jelentős ahhoz, hogy megérje a fáradságot, de mégis több százalék. Csodák nem lehetségesek.
Egyébként a dobozszárnynak még mindig vannak tippjei. A levegő nem áramolhat a szárnyak között vagy között, de az alsó vízszintes felület alól a felső fölé áramlik. Ráadásul a szárny viszonylag alacsony képarányú.
Válasz
Sok jó pont itt a húzáscsökkentésről.
Igen, az indukált ellenállást egy dobozszárny segítségével néhány százalékkal csökkenteni lehet a szárnycsúcs örvényének szórásával . Néhány százalékos különbséget tesz, ami jelentős. Körülbelül megegyezik a kétfedelű síkéval.
A boxwings IGAZI kényszerítő előnye strukturális. A hegyeken összekapcsolt szárnyakkal lehetséges és praktikus egy adott szilárdsághoz és merevséghez tervezni kevesebb anyaggal. A szárnyak támogathatják egymást, és csillapíthatják egymás természetes rezonanciáját, némi mozgásteret vásárolva a csapkodástól és a kudarctól.
Rick Gendreau, Halcyon boxwing tervezője.
Válasz
Zárt rendszerek (a Box Wing csak egy bizonyos típusú zárt szárny), a C-szárnyak és a kétszárnyak ami az indukált húzás minimalizálását illeti.
Ha a technikai válaszok érdeklik a Box Wings, a zárt rendszerek, a kétszárnyú rendszerek és a multiwings által indukált ellenállás-minimalizálás / teljesítmény, az összes részletet megtalálhatja a következő kiadványokban (elküldhetem Önnek a papírokat, ha e-mailt küld nekem a luciano.demasiATgmail.com címre:
===== 1. cikk =====
Demasi Luciano , Monegato Giovanni, Dipace Antonio és Cavallaro Rauno “ Minimális indukált húzási tétel az egyesített Wi-Fi-hez ngs, zárt rendszerek és általános biwings: elmélet “, Journal of Optimization Theory and Applications, 2015, 1-36. oldal, DOI: 10.1007 / s10957-015-0849-y, ISSN: 0022-3239
===== 2. cikk =====
Demasi Luciano, Monegato Giovanni, Rizzo Emanuele, Cavallaro Rauno és Dipace Antonio “ Minimálisan indukált húzási tételek egyesített szárnyakhoz, zárt rendszerekhez és általános biwingshez: alkalmazások “Journal of Optimization Theory and Applications, 2015, 1-25. Oldal , Doi: 10.1007 / s10957-015-0849-y, ISSN: 0022-3239
===== 3. cikk =====
Demasi Luciano, Monegato Giovanni, Cavallaro Rauno “ Minimálisan indukált húzási tételek többszárnyú rendszerekhez “, 2016. január 4-8., SciTech2016, San Diego, Kalifornia, AIAA 2016-0236
===== 4. cikk =====
Demasi Luciano, Dipace Antonio, Monegato Giovanni, Cavallaro Rauno “ Változatos megfogalmazása a a nem sík szárnyrendszerek minimális indukált húzási körülményei “, AIAA Journal, 2014. október, 10,2223-2240,52, Doi: 10.2514 / 1.J052837 URL: http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/1.J052837
Tisztelettel:
Luciano Demasi
Megjegyzések
- A hivatkozások minden bizonnyal hasznosak, de még hasznosabb lenne néhány információt ide beírni a válaszba.
- További információt a wikipédián talál. a következő linken: hu.wikipedia.org/wiki/Lift-induced_drag [több kép is felkerül ide] Vagy küldhetek anyagot, ha megadsz egy e-mailt cím. Üdvözlettel: Luciano Demasi