ほとんどの翼は、翼の上下の圧力差により誘導抗力が発生し、空気が先端の周りにこっそりと渦を形成します。ウィングレットなど、これらの影響を最小限に抑えるにはさまざまな方法があります。
ただし、例としてシナジー航空機を見ると、ボックスウィングには翼端はありません。航空機の他の部分を無視して、翼は実際に誘導抗力がないのですか？それとも、限られた流体力学の経験では考えられないような方法で、誘導抗力を引き起こしているのでしょうか？
ボックスウィング付きシナジー航空機（写真ソース）
私はどこかで、従来のバイプレーン設計は、翼が互いに干渉しているために効率が悪いことを読みました（明らかに、上翼をさらに後ろに配置することによってシナジー航空機によって対処されたもの）、そして上翼は実際にはテールプレーンのようなもので、押し下げているため、正しく理解していれば、翼間の空気速度がさらに速くなり、上翼の上部から下翼の下部、および両方の翼までの圧力差がなくなります。もちろん、空中を切断することで通常の抗力を生成しますが、私はこの時点で誘導抗力にのみ関心があります。
コメント
- 見た目のような派手な複葉機のようなデザイン。
- @ratchetfreak。ただし、複葉機には4つの翼端があり、これにはゼロがあります。
- @falstro：これには2つの翼端があります。 “上部”の表面の意味は、垂直支柱上で変化するため、とにかくヒントとして機能します（そうでない場合は’変更すると、上面は負の揚力を生成し、全体が何も生成せず、役に立たなくなります。
- @JanHudec;実際、上面は負の揚力を生成します（質問の最後の文で述べたように）、それは下翼の後ろにあり、他の航空機の水平尾翼のように機能します。
- @falstro：それにもかかわらず、全体が正味の揚力を生成するため、空気を下向きに加速し、それを超える空気は加速されないため、’スパンを超えた空気は加速されず、システムを離れる渦線で翼端渦を生成します垂直尾翼に沿ったどこか。
回答
ボックスウィングは、同じスパンのウィングを比較した場合にのみ優れています。 。ボックスウィングの2つのウィングは、異なるトレフ平面で機能するため、ダウンウォッシュは垂直方向に広がります。単一の翼への誘導抗力の違いは大きくなく、ほんの数パーセントです。構造質量と同様に、摩擦抵抗が高くなるため（以下を参照）、ボックスウィングはより多くの揚力を生み出す必要があります。これにより、ボックスウィングの誘導抗力はシングルウィングの誘導抗力よりも効果的に高くなります。
とにかく、誘導抗力とは何ですか？これは、限られたスパンでリフトを作成した結果です。翼は空気を下向きにそらすことで揚力を生み出します。これは翼の弦上で徐々に発生し、空気の局所速度に直交する反力を生成します。これは、反力が上向きでわずかに後方を向いていることを意味します。この後方成分は誘導抗力です。翼端は関与せず、関与しません。誘導抗力を引き起こします。誘導抗力が発生します。
高速で飛行する場合、単位時間あたりに翼を通過する空気の量が多いため、空気をわずかに偏向させるだけで済みます。誘導抗力は小さい。同じことが大きなスパンにも当てはまります。偏向できる空気が多いため、誘導抗力は小さくなります。
ボックスウィングには、片側に2つのスリムなウィングが必要です。これにより、弦がaよりも小さくなります。同じ表面積の単一の翼。したがって、レイノルズ数が小さくなり、摩擦抵抗が大きくなります。また、翼の桁は厚くなく、同じ揚力を運ぶには重くする必要があります！
Ifスパンを同じに保つという制限をなくすと、最適な単一の翼はより多くのスパンを持つことができます（より良い構造のため） l効率）、そして離れてボックスウィングの利点がなくなります。そして、全体像を見て構造的な質量を追加すると、ボックスウィングにはそもそもこの利点がありませんでした。
はい、しかしシナジーはどうですか？
シナジーはいくつかの利点がある巧妙な設計ですが、物理学をだますことはできません。利点は次のとおりです。
- プッシャープロペラは機体を後方乱気流から保護するため、より多くの領域を層流に保つことができます。
- プッシャープロペラは後部胴体は、効果的に分離を回避します。
- 2つのずんぐりしたテールブームとフィンは、地面のプロペラ領域を強力に保護します。
- コンパクトなレイアウトにより、プロペラの安定効果を小さく保ちます。 、そのため、機動性はそれほど損なわれません。
- コンポジットとグライダー機体技術の使用により、摩擦抵抗が減少します。
- ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンよりも安価なジェット燃料を消費し、燃料効率が高くなります。
ボックスウィングの設計については触れなかったことに注意してください。
デメリットは次のとおりです。
- プロペラ航空機のウィングスイープは見た目はかっこいいですが、抗力が増加します。 、同じ揚力を生み出すには翼を大きくする必要があるためです。
- この構成には合計4つの垂直尾翼があり、それぞれに独自の干渉抗力と短い弦があり、これも抗力を増加させます。同等の単一の垂直尾翼。
- 引き伸ばされた水平尾翼は、弦が大きく、重心からの距離が長い、小さな単一の表面よりも効果が低くなります。
- コンパクトなレイアウトにより、ピッチまたはヨーの減衰はほとんどありません。突風の中での乗り心地はどうなっているのだろうか。
fs-28に沿ったより一般的なレイアウトが期待されます。 はさらに効率的です。
飛行中のAkafliegシュトゥットガルトfs-28 （画像ソース）
コメント
- ウィキペディアに記事がありましたか当時のトレフツ飛行機？とにかく、そのリンクは事実上死んでいます、ただfyi。
- @AEheresupportsMonica：私に知らせてくれてありがとう。 5年前のウィキペディアのページがどのようになっていたか思い出せませんが、今ではMITのページがはるかに良くなり、私の意味がわかります。
回答
誘導抗力から自由ではありませんが、Prandtlの 1924年のNACA論文であり、この本で報告されています（第11章を参照）
その本の著者は、結果をこの航空機の設計に適用しました
コメント
- かっこいい！では、誘導抗力はどこから来るのでしょうか？
- @falstro翼は決して完璧ではなく、ある程度の循環は起こります。また、翼の形状に応じて、空気力ベクトルをわずかに後方に傾けて、ドラッグコンポーネントを作成できます。
- ウィキペディアにはいくつかの概略図があります Cウィングをボックスウィングに近づける
- @Federico：先端の周りの循環は数パーセントです。おそらく10または20％ですが、それ以上ではありません。ほとんどは、空気と空気に力を加え、自由に移動し、加速し、運動エネルギーを取り込むことによって発生します。 それについては何もできません。その結果、誘導抗力は減少しますが、それほど大きくはありません。
- @JanHudec意味を理解するのは難しいですが、正しく読んでいれば、抗力全体について話します。 、誘導された部分だけではありません。
回答
Q：ボックスウィングは通常のウィングと同じように誘導抗力に悩まされますか？
A：はいボックスウィングの航空機は、航空機よりも重く、翼を使って飛行している場合、他の航空機と同じように誘導抗力に悩まされます。誘導抗力は有限スパン荷重の関数であり、さまざまな方法で緩和されて、特定のスパン荷重での設計効率を向上させます。したがって、抗力の量、およびそれが作成および回避される方法は、同じスパンのボックスウィングと単葉機では異なります。今日、誘導抗力のこのトピックには、この主題に関する独創的な参考文献で教えられたものとは完全に異なる定義が含まれています。同じことについて話している場合でも、トピックは2つの異なる陣営からの議論を聞くでしょう：代表的な数学に固執する人々と、ケースバイケースで非デカルト、非教科書の実際の物理学に焦点を当てる人々。 。前者は後者よりも声に出して意見が分かれていると言っても過言ではありません。後者は後になるまであまり知らないからです。
翼の仕事は、前進するときに空気を効率的に押し下げたり引き下げたりすることです。 。そのアクションは、ニュートン反応とベルヌーイ圧力差の両方を引き起こし、揚力をもたらします。
このように揚力を行うと、時間依存の二次的な結果として、近くの空気にも影響が及びます。翼が下向きに変位した「下降する空気の谷に落ちる」。
この二次的な動きは、翼によって直接移動した空気と近くの静止空気との間の「航跡」ゾーンで（完全に避けられない）回転運動を引き起こします。そのため、必要な揚力を得るためだけに移動するのに必要な飛行機よりも多くの気団が必要になります。（運動量の違いは文字通り誘導抗力ですが、通常、誘導抗力が2Dで視覚化および計算される方法に関連する方法で教えます。ここに投稿された他の回答は、これを従来の用語で示しています。）
誘導抗力と後方乱気流は、あらゆる種類の揚力翼システムで排除することはできません。ただし、ほとんどの航空機の翼の設計では、有限の翼幅で揚力を上げるためのこのコストを大幅に増加させる何か他のことが起こります： 翼の下の高圧は、圧力差の量に対して翼の上の低圧に「近すぎます」飛行中に開発されたdivid = “04d24cd206”>
。翼端に高い差圧が存在する場合、そこに強い竜巻のような渦が形成されます。
低圧間で強い勾配が形成されるようにします。また、高圧を使用すると、可能であれば、空気が低圧に向かって高速で移動します。抗力は、空気に与えられる速度とともに指数関数的に増加するため、設計者はさまざまなアプローチを使用して、この均等化がすぐに発生しないようにします。それが遅くなるほど、飛行機によって空気に与えられる運動エネルギーは少なくなります。
これは、ボックスウィングが通常のウィングと比較して、誘導抗力を低減するまったく異なる方法を持っている場所です。ウィングの上の低圧とウィングの間に壁を立てます他のどこでもより高い圧力。 「壁」は、側面から押し付ける力に抵抗するのに役立つ翼が上にあるため、ウィングレットよりも高くすることができます。その上部の翼の接続では、ボックスウィングの壁のような垂直面も同様に翼の下のより高い圧力との間に立っています。他のすべての場所でより低い圧力。
設計者がこのアイデアで良い仕事をした場合（多くはそうではありません）、複葉機の翼面とボックスウィングシステムの垂直面の両方が勾配によって引き起こされる速度を緩和します3D空間の望ましくない流れに対して作用することによる気流。垂直方向の間隔が大きくなると、この点でより効果的になります。
誘導抗力を減らすためのより簡単で効果的な方法は、単に翼幅を増やすか、車両の重量を減らすことです。翼が長くなると、翼の各ユニットが行う必要のある揚力の部分が減少します。つまり、上面と下面の間の圧力差が小さくなります。ベストプラクティスでは、この差を先端で最小化する必要があるため、勾配が弱くなります。その結果、圧力勾配が弱くなり、低圧と高圧の間の距離が長くなると、等化速度が低く抑えられます。
ただし、航空機が重くなったり速くなったりすると、このアプローチは最初は非常に高価になります。その後、不可能です。材料強度の制限により、従来の航空機の翼幅に明確な制限が課せられます。
驚くべきことに、ボックスウィングの性能は良くありません…おそらく悪くなります。構造上の利点と思われるものは、実際には、各翼によって生成された曲げ力をボックスの隅に集中させるだけです。それらをすぐに十分に強くすると、過度に重くなります。したがって、ボックスウィング航空機は、複葉機のように、同等の誘導抗力の単葉機よりもスパンが短い必要があります。そのスパン効率は、翼幅を増やすことができる場合よりも、短スパン設計の間でより大きな成果をもたらします。
この利点は、速度を通じて間接的に実を結ぶと考えるかもしれません。与えられた翼幅荷重に対して航空機が速く飛ぶほど、誘導抗力は少なくなります。実際、指示された対気速度が高い場合、誘導抗力は総抗力の小さな要素になります。ただし、ボックスウィングの設計の他の側面が、高速ボックスウィングソリューションを妨げているようです。特に安定性;および「干渉抗力」。
ボックスウィングの設計では、前方の揚力ウィングのセットがあります、および後部の揚力翼のセット。高速飛行では、この構成は、（下向きに持ち上げる）尾を持つ翼ほど安定してまたは特定の条件に迅速に応答することができません。
このようなスタビライザーなしでタンデムリフティングウィングアレンジメントとしてセットアップする場合、最新バージョンで一般的であるように、ボックスウィングは尾を反対方向に押すことによる安定した影響のおかげで、従来の航空機のように前方ではなく、上方に持ち上げます。この制限とタンデム翼の失速動作は、より高い飛行速度での成功を制約するボックスウィングの設計に対する固有の要求を困難にします。
上記のように、干渉抵抗も発生します。このタイプの抗力は予測が難しい場合があり、広く誤解されています。実際には、ボックスウィング航空機設計に固有の3D干渉抗力は、誘導抗力の利点を得るための構成の2D理論上の利点を大幅に減らします。これが、「通常の翼」とはまったく異なる理由です。
元の投稿で述べたように、ボックス翼の設計と間違われることが多い新しい航空機構成があります。しかし、それは彼らのようなものではありません。これは、ボックステールまたはダブルボックステール構成と呼ばれます。私は Synergyダブルボックステール航空機の設計者です。開発された最初のそのような航空機。
それ以外の場合は論理的なボックスウィング構成のこれらのやや残念な属性は、Synergyの開発の長い期間中の問題の中心でした。高速の着陸や低速での予測不可能で不安定な挙動を避けながら、高速航空機の設計で高いスパン効率と層流を利用することが私の望みでした。飛行中の25％スケールモデルのビデオと基本的な概要は、 synergyaircraft.com で見ることができます。ボックスウィングのトピックに関する投稿もそこにあります。
スパン効率と非平面構成の詳細については、IlanKrooが主題の非常に徹底的な概要を公開しています。以下の図は、彼の論文に掲載されているものを基にしています。これは、平らな平面の翼から垂直方向に移動することにより、誘導抗力が3D空間でどのように戦うことができるかを示しています。 Synergyは、NASAラングレーにいる間にGeorge C. Greeneが最初に進めた概念に従って、その理解を縦方向と時間の次元にさらに構築します。
コメント
- あなた誘導抗力が発生する理由の優れた説明から始めて、先端の周りの流れによって作成された”渦の古いトラップに陥るだけです”ここの他のほとんどの人がそうであるように。悲しい。
- @Peterあなたは’ここで少し衒学者になっていると思います（ sad ‘）。 ‘は、渦が誘導抗力の原因ではないことは事実ですが、渦のない揚力の生成は、無限の翼幅を持つ揚力の作成と同等であることを示すことができます。物理学の多くのものと同様に、原因と結果は絶対的な尺度ではなく、人の視点に大きく依存しています。
- @sanchises：同意します。はい、私は衒学者ですが、厳密な論理だけが完全な理解につながると確信しているからです。原因と結果が交換可能になる思考の混乱は理解の混乱につながり、その出発点から何かを説明することは、詳細を簡単に誤解する初心者に不利益をもたらします。そして、翼端渦が抗力を引き起こすことを正しく学ぶ機会がなかったこれらの貧しい人々から再びあなたは聞きます。 ‘これについて悲しむのは正しいですか？
- @PeterK ä mpfしかし、集中しすぎています厳密にすると、物事が不必要に複雑になります。翼端渦を減らすと、誘導抗力を減らす効果的な翼幅が増加します。おそらく、大まかな概算として、”翼端渦は誘導抗力を引き起こします”には真実の核心があります。しかし、航空業界のあらゆるものと同様に、’簡単な説明’は確かに説明力が比較的少なく、ボックスウィングの場合は不十分になると思います。詳細に分析されます。
回答
誘導抗力の主な理由は、翼が空気を加速することです。その上下で運動エネルギーが増加し、エネルギーの保存の法則により、そのエネルギーをどこかに持っていく必要があります。唯一の方法は、航空機に負の作業を行うこと、つまり抗力を誘発することです。
単位時間あたりに加速される空気の量は、航空機の翼幅と速度に比例します。同じ力をより多くの空気に加えると、より低速に加速され、運動エネルギーは速度の2乗に比例するため、誘導抗力が少なくなります。 「高アスペクト比（長スパン）の翼がより効率的であり、誘導抗力が速度とともに減少する理由。
翼端渦は、この下降する空気の領域の単なる境界です。また、（作用と反作用の法則により）空気を下向きに加速せずに揚力を生成することはできないため、この誘導抗力が主であり、有限スパンの翼がそれを誘導します。また、生成される揚力、翼幅、速度、および何も他にありません。
飛ぶ方法のセクション3も参照してください。13 （図はそこからのものです）
これで、揚力に寄与しない（またはわずかに負の値でさえも）翼端の周りを流れる高圧空気によって引き起こされる追加の誘導抗力があります。 ）、しかしドラッグに貢献します。それはおそらく数十パーセントかそのようなものです。さまざまな手段で節約できる数パーセントは、努力する価値があるほど重要ですが、それでも数パーセントです。奇跡はあり得ません。
ちなみに、ボックスウィングにはまだヒントがあります。空気は翼の間を行き来することはできませんが、下の水平面の下から上の水面の上に流れることができます。さらに、翼は比較的低いアスペクト比です。
回答
ここでの抗力低減に関する多くの良い点。
はい、翼端渦を拡散させることにより、ボックスウィングで誘導抗力を数パーセント低減できます。 。数パーセントの違いがあり、これは重要です。バイプレーンとほぼ同じです。
ボックスウィングの本当の魅力的な利点は構造的です。翼が先端で接続されているため、それは可能で実用的です。より少ない材料で所定の強度と剛性を実現するように設計します。翼はお互いを支え合い、お互いの自然な共鳴を弱め、羽ばたきや失敗に対してある程度のマージンを確保します。
ハルシオンボックスウィングのデザイナー、リック・ゲンドロー。
回答
クローズドシステム（ボックスウィングは特定のタイプのクローズドウィングのみです）、Cウィングとバイウィングは実際には次のように関連しています。誘導抗力の最小化に関する限り。
に関する技術的な回答に興味がある場合ボックスウィング、クローズドシステム、バイウィングシステム、およびマルチウィングの誘導抗力の最小化/パフォーマンス、以下の出版物ですべての詳細を見つけることができます（私はあなたに送ることもできます luciano.demasiATgmail.com のアドレスにメールを送った場合の書類）：
=====第1条=====
Demasi Luciano 、Monegato Giovanni、Dipace Antonio、Cavallaro Rauno “結合Wiの最小誘導抗力定理ngs、Closed Systems、and Generic Biwings：Theory “、Journal of Optimization Theory and Applications、2015、pages 1-36、DOI：10.1007 / s10957-015-0849-y、 ISSN：0022-3239
===== Article 2 =====
Demasi Luciano、Monegato Giovanni、Rizzo Emanuele、Cavallaro Rauno、Dipace Antonio “結合翼、閉じたシステム、および一般的なバイウィングの最小誘導抗力定理：アプリケーション “Journal of Optimization Theory and Applications、2015年、1〜25ページ、Doi：10.1007 / s10957-015-0849-y、ISSN：0022-3239
=====第3条=====
Demasi Luciano、Monegato Giovanni、 Cavallaro Rauno “マルチウィングシステムの最小誘導抗力定理“、2016、4-8 1月、SciTech2016、サンディエゴ、カリフォルニア、AIAA 2016-0236
=====第4条=====
Demasi Luciano、Dipace Antonio、Monegato Giovanni、Cavallaro Rauno “不変の定式化非平面翼システムの最小誘導抗力条件 “、AIAA Journal、2014年10月、10,2223-2240,52、Doi：10.2514 / 1.J052837 Url： http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/1.J052837
誠意をこめて
ルチアーノデマシ
コメント
- 参考文献は確かに役立ちますが、ここにいくつかの情報を回答に含めるとさらに役立ちます。
- 詳細についてはウィキペディアをご覧ください。次のリンクで： en.wikipedia.org/wiki/Lift-duced_drag [いくつかの写真もそこに投稿されています]または、メールを提供していただければ資料を送信できます住所。よろしくお願いいたします。LucianoDemasi