대부분의 날개는 날개 위와 아래의 압력 차이로 인해 유도 된 항력으로 인해 공기가 팁 주위로 몰래 들어가 소용돌이를 형성합니다. 이러한 효과를 최소화 할 수있는 다양한 방법이 있습니다 (예 : 윙렛).
그러나 시너지 항공기 를 예로 들어 보면 상자 날개는 날개 끝이 없습니다. 항공기의 다른 부분을 무시하고 날개에 실제로 유도 된 항력이 없는가? 아니면 제한된 유체 역학 경험으로 생각할 수없는 방식으로 유도 된 항력을 유발하고 있습니까?
박스 윙이있는 시너지 항공기 (사진 출처 )
기존의 이중 비행기 설계가 날개가 서로 간섭하기 때문에 효율성이 떨어지는 것을 읽은 적이 있습니다 (상단 날개를 뒤로 배치하여 시너지 항공기가 해결 한 것임). 상부 날개는 실제로 꼬리 평면에 가깝고 아래로 밀기 때문에 올바르게 이해하고 상부 날개 상단에서 하단 날개 하단까지의 압력 차이를 제거하면 익형 사이의 속도를 더 높이고 양쪽 날개 물론 공기를 절단하여 정상적인 항력을 생성하지만이 시점에서는 유도 항력에만 관심이 있습니다.
댓글
- 같은 멋진 복엽기 같은 디자인.
- @ratchetfreak 복엽기에는 4 개의 윙팁이 있고, 이것은 0 개입니다.
- @falstro : 여기에는 두 개의 윙팁이 있습니다. ” 상단 ” 표면의 의미는 수직 스트럿에서 변경되므로 어쨌든 팁 역할을합니다 (그렇지 않은 경우 ‘ 상단 표면은 음의 양력을 생성하고 모든 것은 아무것도 생성하지 않으며 쓸모가 없습니다).
- @JanHudec; 실제로 상부 표면은 음의 양력을 생성하며 (질문의 마지막 문장에서 언급했듯이) 하부 날개 뒤에 위치하며 다른 항공기의 테일 플레인처럼 작동합니다.
- @falstro : 그럼에도 불구하고 모든 것이 순 양력을 생성하기 때문에 공기를 아래쪽으로 가속하고 그 너머의 공기가 ‘의 범위를 넘어서 가속되지 않기 때문에 소용돌이 선이 시스템을 떠나는 날개 끝 소용돌이를 만듭니다. 수직 스트럿을 따라 어딘가에 있습니다.
답변
박스 윙은 동일한 범위의 날개를 비교할 때만 더 좋습니다. . 상자 날개의 두 날개는 서로 다른 Treffz 평면 에서 작동하므로 다운 워시가 수직으로 펼쳐집니다. 단일 날개에 대한 유도 항력의 차이는 크지 않고 몇 퍼센트에 불과합니다. 구조 질량과 마찬가지로 마찰 항력이 더 높으므로 (아래 참조) 상자 날개가 더 많은 양력을 생성해야합니다. 이것은 상자 날개의 유도 항력을 단일 날개의 유도 항력보다 효과적으로 높입니다.
유도 항력 은 무엇입니까? 제한된 범위에서 리프트를 생성 한 결과입니다. 날개는 공기를 아래쪽으로 편향시켜 양력을 생성합니다. 이것은 날개의 현 위에서 점진적으로 일어나고 공기의 국부적 인 속도에 직각으로 반력을 생성합니다. 이것은 반력이 위쪽과 약간 뒤쪽을 향하고 있음을 의미합니다.이 뒤쪽 구성 요소는 항력을 유발합니다! 윙팁은 관련되지 않고 포함되지 않습니다. 유도 항력을 유발합니다. 양력 생성은 다음과 같습니다.
빠르게 비행하면 단위 시간당 날개를 지나는 많은 기단이 흐르기 때문에 공기를 약간만 편향 시키면됩니다. 유도 항력은 Sames는 큰 스팬에 적용됩니다. 편향 될 수있는 공기가 더 많으므로 유도 된 항력이 작습니다.
박스 윙은 측면 당 두 개의 슬림 윙이 필요하며 이는 윙보다 코드가 더 작습니다. 동일한 표면적의 단일 날개입니다. 따라서 레이놀즈 수는 더 작고 마찰 항력은 더 높습니다. 또한 날개 스파링은 더 두껍고 동일한 양력을 수행하려면 더 무거워 야합니다!
If 스팬을 동일하게 유지하는 제한을 해제하면 최적의 단일 날개가 스팬을 더 많이 가질 수 있습니다 (더 나은 구조로 인해 l 효율), 박스 윙의 장점이 있습니다. 전체 그림을보고 구조적 질량을 추가하면 상자 날개는 처음에 이러한 이점을 얻지 못했습니다.
예,하지만 Synergy는 어떻습니까?
Synergy는 몇 가지 장점이있는 영리한 디자인이지만 물리학을 속일 수는 없습니다. 장점은 다음과 같습니다.
- 푸셔 프롭은 기체에 후류 난류가 없도록 유지하므로 더 많은 영역을 층류로 유지할 수 있습니다.
- 푸셔 프롭은 공기를 흡입합니다. 후방 동체는 효과적으로 분리를 방지합니다.
- 두 개의 뭉툭한 테일 붐과 핀은지면의 프로펠러 영역을 크게 보호합니다.
- 컴팩트 한 레이아웃은 프로펠러의 안정화 효과를 작게 유지합니다. , 그래서 기동성은 많이 고통받지 않습니다.
- 복합재와 글라이더 기체 기술을 사용하여 마찰 저항을 줄입니다.
- 디젤 엔진은 저렴한 제트 연료를 소비하고 가솔린 엔진보다 연비가 높습니다.
박스 윙 디자인에 대해 언급하지 않았습니까?
결점은 다음과 같습니다.
- 프로펠러 항공기의 윙 스윕은 멋지게 보이지만 항력은 증가합니다. , 같은 양력을 만들려면 날개가 더 커야하기 때문입니다.
- 이 구성에는 총 4 개의 수직 꼬리가 있으며, 각 꼬리에는 자체 간섭 항력과 짧은 코드가 있습니다. 비교 가능한 단일 수직 꼬리.
- 늘어진 수평 꼬리는 더 많은 코드와 무게 중심에서 더 먼 거리를 가진 작은 단일 표면보다 덜 효과적입니다.
- 간단한 레이아웃이 제공합니다. 약간의 피치 또는 요 댐핑. 바람이 부는 날씨에서 승차감이 어떤지 궁금합니다.
fs-28 라인을 따라 좀 더 일반적인 레이아웃이 될 것으로 예상합니다. 더 효율적입니다.
Akaflieg Stuttgart fs-28 비행 중 (사진 출처 )
댓글
- Wikipedia에 Trefftz 비행기로 돌아 오 셨나요? 어쨌든, 그 링크는 사실상 죽었습니다.
- @AEheresupportsMonica : 알려 주셔서 감사합니다. 5 년 전 Wikipedia 페이지가 어떻게 생겼는지 기억이 나지 않지만 이제 MIT는 내가 의미하는 바를 보여주는 훨씬 더 나은 페이지를 제공합니다.
Answer
유도 된 항력으로부터 자유롭지 는 않지만 Prandtl의 1924 년의 NACA 논문 및 이 책 (11 장 참조)에보고 됨
그 책의 저자는 결과를 이 항공기
의 디자인에 적용했습니다.
댓글
- 멋지군요! 그렇다면 유도 된 항력은 어디에서 오는 것일까 요?
- @falstro 날개는 완벽하지 않고 일부 순환은 여전히 발생합니다. 또한 날개 모양에 따라 공기 역학적 힘 벡터를 약간 뒤로 기울여 드래그 구성 요소를 만들 수 있습니다.
- wikipedia에는 몇 가지 회로도가 있습니다. C 날개가 상자 날개에 접근하게합니다.
- @Federico : 팁 주위의 순환은 몇 퍼센트입니다. 10 ~ 20 % 정도일 것입니다. 대부분은 단순히 공기와 공기에 힘을 가하고 자유롭게 움직일 수 있고 가속하고 운동 에너지를 가져옴으로써 발생합니다. 그것에 대해 아무것도 할 수 없습니다. 그 결과 유도 된 항력은 감소하지만 크게 는 안됩니다.
- @JanHudec 당신이 의미하는 바를 이해하는 데 어려움이 있지만 올바르게 읽으면 전체 항력에 대해 말합니다. , 유도 된 부분 만이 아닙니다.
답변
Q : 상자 날개는 일반 날개와 같은 방식으로 유도 항력을 겪나요?
A : 예 그리고 아니요. Box Wing 항공기는 항공기가 공중보다 무거워서 날개를 사용하여 비행하는 경우와 마찬가지로 유도 항력에 시달립니다. 유도 항력은 유한 스팬 하중의 함수이며 주어진 스팬 하중에서 설계 효율성을 개선하기 위해 다양한 방법으로 조정됩니다. 따라서 드래그의 양과 생성 및 회피 방식은 동일한 범위의 박스 윙과 단일 평면에 따라 다릅니다. 오늘날 유도 된 항력에 관한이 주제는 주제에 대한 중요한 참고 문헌에서 가르친 것과는 완전히 다른 정의를 포함합니다. 같은 것에 대해 이야기하고 있더라도 주제는 두 가지 다른 진영의 주장을 듣게 될 것입니다. 대표 수학을 고수하는 사람과 사례별로 비 직교 적, 교과서가 아닌 실제 물리학에 초점을 맞춘 사람 . 전자가 후자보다 목소리가 더 높다고 말하는 것은 상당히 공평합니다. 후자는 나중까지 잘 알지 못하기 때문입니다.
날개의 역할은 공기가 앞으로 나아갈 때 효율적으로 아래로 밀고 당기는 것입니다. .이 동작은 뉴턴 반응과 베르누이 압력 차이를 모두 유발하여 양력을 발생시킵니다.
양력을이 방식으로 만들면 시간에 따른 2 차 결과로 인근 공기도 영향을받습니다. 이 2 차적 움직임은 날개가 직접 움직이는 공기와 근처의 고정 된 공기 사이의 “깨어있는”영역에서 (완전히 불가피한) 회전 운동을 일으 킵니다. 따라서 필요한 리프트를 얻기 위해 이동하는 데 필요한 비행기보다 더 많은 공기 질량이 필요합니다.(운동량 차이는 말 그대로 유도 항력이지만, 일반적으로 유도 항력이 2D로 시각화되고 계산되는 방식과 더 관련이있는 방식으로 가르칩니다. 여기에 게시 된 다른 답변은이를 일반적인 용어로 설명합니다.)
유도 된 항력 및 후류 와류는 어떤 종류의 리프팅 윙 시스템에서도 제거 할 수 없습니다 . 그러나 대부분의 항공기 날개 설계는 유한 한 날개 길이로 리프트를 만드는 비용을 크게 증가시키는 다른 작업을 허용합니다. 날개 아래의 높은 압력 은 압력 차이 양에 대해 날개 위의 낮은 압력 에 “너무 가깝습니다”. 비행 중에 개발 된 div id = “04d24cd206”>
. 날개 끝 부분에 높은 차압이 존재하면 강하고 토네이도 같은 소용돌이가 형성됩니다.
낮은 압력 사이에 강한 기울기가 형성되도록합니다. 고압 은 가능한 경우 공기가 고속으로 저압쪽으로 이동하도록합니다. 드래그는 공기에 전달되는 속도에 따라 기하 급수적으로 증가하므로 설계자는 다양한 접근 방식을 사용하여이 균등화가 빠르게 발생하지 않도록합니다. 느리게 진행 될수록 비행기는 더 적은 운동 에너지를 공기에 전달합니다.
이것은 Boxwings가 일반적인 날개와 비교하여 유도 된 항력을 줄이는 완전히 다른 방법을 가지고있는 곳입니다. 그들은 날개 위의 저압 사이에 벽을 세우고 다른 곳에서는 더 높은 압력. “벽”은 측면에서 밀어내는 힘에 저항하는 데 도움이되는 날개가 위에 있기 때문에 윙렛보다 더 클 수 있습니다. 상단 날개 연결에서 박스 윙의 벽과 같은 수직 표면은 마찬가지로 윙 아래의 더 높은 압력 사이에 서 있습니다. 다른 모든 곳에서 더 낮은 압력.
디자이너가이 아이디어를 잘 수행하면 (대부분 그렇지 않은 경우) 복엽기 날개 표면과 boxwing 시스템의 수직 표면 모두 경사 유도 속도를 조절합니다. 3D 공간에서 원하지 않는 흐름에 대항하여 작용하여 기류. 수직 간격이 더 커지면 더 효과적입니다.
유도 된 항력을 줄이는 더 쉽고 효과적인 방법은 날개 길이를 늘리거나 차량 중량을 줄이는 것입니다. 날개가 길어질수록 날개의 각 유닛이 만들어야하는 양력 부분이 줄어들어 상부면과 하부면 사이의 압력 차가 낮아집니다. 모범 사례에서는이 차이를 팁에서 최소화해야하므로 기울기가 약해집니다. 그 결과 압력 구배가 약하고 저압과 고압 사이의 거리가 길수록 균등화 속도가 낮아집니다.
그러나 항공기가 무거워 지거나 더 빨라질수록이 접근 방식은 처음에는 매우 비쌉니다. 그런 다음 불가능합니다. 재료 강도 제한으로 인해 기존 항공기의 날개 길이에 명확한 제한이 있습니다.
놀랍게도 박스 윙 요금은 더 좋지 않습니다. 구조적 이점으로 보이는 것은 실제로 각 날개에서 생성되는 굽힘 힘을 상자의 모서리에 집중시키는 것입니다. 충분히 빨리 강하게 만드는 것은 지나치게 무거워집니다. 따라서 박스 윙 항공기는 복엽기와 마찬가지로 등가 유도 항력의 단일 비행기보다 짧은 스팬을 가져야합니다. 스팬 효율은 날개 길이를 늘릴 수있는 것보다 짧은 스팬 설계에서 더 큰 결실을 맺습니다.
이 이점이 속도를 통해 간접적으로 결실을 맺을 것이라고 생각할 수 있습니다. 주어진 스팬 하중에 대해 항공기가 더 빨리 비행할수록 유도 된 항력이 줄어 듭니다. 사실, 높은 지시 속도에서 유도 항력은 전체 항력의 작은 구성 요소가됩니다. 그러나 박스 윙 디자인의 다른 측면은 고속 박스 윙 솔루션을 방해하는 것으로 보입니다. 특히 안정성; 및 “간섭 드래그”입니다.
박스 윙 디자인에는 앞으로 리프팅 윙 세트가 있습니다. 및 후미 리프팅 윙 세트 . 고속 비행에서이 구성은 (아래쪽으로 들어 올리는) 꼬리가있는 날개처럼 특정 조건에 안정적으로 또는 빠르게 반응 할 수 없습니다.
최신 버전 에서처럼 안정기가없는 탠덤 리프팅 윙 배열로 설정할 때 박스 윙은 결합 된 중심에서 균형을 유지해야합니다. 반대 방향으로 미는 꼬리의 안정된 영향 덕분에 기존 항공기처럼 앞쪽이 아닌 위로 상승 . 이러한 제한과 탠덤 윙 스톨 동작은 더 빠른 비행 속도에서 성공을 제한하는 박스 윙 디자인에 대한 내재적 인 요구 를 어렵게 만듭니다.
위에서 언급했듯이 간섭 항력도 생성합니다.이러한 유형의 항력은 예측하기 어려울 수 있으며 널리 오해되고 있습니다. 실제로 박스 윙 항공기 설계의 고유 한 3D 간섭 항력은 유도 항력 이점을 얻기위한 구성의 2D 이론적 이점을 크게 줄입니다. 이것이 그들이 “일반 날개”와 전혀 다른 이유입니다.
원래 게시물에서 언급했듯이 상자 날개 디자인으로 종종 오인되는 새로운 항공기 구성이 있습니다. 그러나 그들과는 다릅니다. 이것은 box-tail 또는 double boxtail 구성이라고합니다. 저는 Synergy 이중 boxtail 항공기, 의 설계자입니다. 개발 된 최초의 그러한 항공기.
다른 논리적 인 박스 윙 구성의 다소 실망스러운 속성은 Synergy의 오랜 개발 기간 동안 문제의 핵심이었습니다. 저속에서 고속 착륙과 예측할 수없는 불안정한 동작을 피하면서 고속 항공기 설계에서 높은 스팬 효율과 층류를 활용하고 싶었습니다. 비행중인 25 % 축척 모델의 동영상과 기본 개요는 synergyaircraft.com 에서 볼 수 있습니다. boxwings 주제에 대한 게시물도 거기에서 찾을 수 있습니다.
스팬 효율성 및 비평면 구성에 대한 자세한 정보를 위해 Ilan Kroo는 주제에 대한 매우 철저한 개요를 게시했습니다. 아래 그래픽은 그의 논문에 나온 것입니다. 평면의 평평한 날개에서 수직 차원으로 이동하여 유도 된 항력이 3 차원 공간에서 어떻게 싸울 수 있는지 보여줍니다. Synergy는 NASA Langley에있는 동안 George C. Greene이 처음으로 발전시킨 개념에 따라 종 방향 및 시간 차원으로 이러한 이해를 더욱 발전시킵니다.
댓글
- 사용자 유도 된 항력이 발생하는 이유에 대한 훌륭한 설명부터 시작하여 ” 팁 주위의 흐름에 의해 생성 된 소용돌이의 오래된 함정에 빠지게됩니다 ” 여기에있는 대부분의 다른 사람들처럼. 슬프 네요.
- @Peter ‘ 여기서 좀 현학적 인 사람이라고 생각합니다 ( 슬픈 ‘). 소용돌이가 유도 된 항력의 원인이 아니라는 것이 ‘ 사실이지만, 소용돌이가없는 양력 생성은 무한한 날개 길이로 양력을 생성하는 것과 동일하다는 것을 보여줄 수 있습니다. 물리학의 많은 것들과 마찬가지로, 원인과 결과는 절대적인 척도가 아니라 자신의 관점에 크게 의존합니다.
- @sanchises : 동의합니다. 예, 저는 현학적이지만 엄격한 논리 만이 완전한 이해로 이어질 것이라고 확신하기 때문입니다. 원인과 결과가 서로 바뀔 수있는 혼란스러운 생각은 혼란스러운 이해로 이어질 것이고, 그 시작점에서 무언가를 설명하는 것은 세부 사항을 너무 쉽게 오해하는 초보자에게 해를 끼칠 것입니다. 그리고 나서 당신은 팁 소용돌이가 항력을 유발하는 것을 제대로 배울 기회가 없었던 가난한 사람들로부터 다시 듣습니다. ‘ 이것에 대해 슬퍼하는 것이 옳지 않습니까?
- @PeterK ä mpf하지만 너무 집중하는 것 엄격하게하면 불필요하게 복잡한 일이 발생합니다. 윙팁 와류를 줄이면 유도 항력을 줄이는 효과적인 날개 길이가 증가합니다. 따라서 대략적인 근사치로서 ” 윙팁 와류가 유도 항력을 유발합니다. “는 진실의 핵심을 가지고 있습니다. 하지만 항공 분야에서와 마찬가지로 ‘ 간단한 설명 ‘은 실제로 상대적으로 설명력이 적고 상자가 날개를 달면 부족합니다.
답변
유도 항력의 주된 이유는 날개가 공기를 가속하기 때문입니다. 운동 에너지를 위아래로 증가시키고 에너지 보존 법칙으로 인해 에너지를 어딘가에 가져와야하며 유일한 방법은 항공기에 부정적인 작업을 수행하는 것입니다. 즉, 항력을 유도하는 것입니다.
단위 시간당 가속되는 공기의 양은 항공기의 날개 길이와 속도에 비례합니다. 같은 힘을 더 많은 공기에 적용하면 속도가 낮아지고 운동 에너지가 속도의 제곱에 비례하기 때문에 항력이 적습니다. “높은 종횡비 (긴 스팬) 날개가 더 효율적이고 유도 된 항력이 속도에 따라 감소하는 이유입니다.
날개 끝 와류는 단순히이 하강하는 공기 영역의 경계입니다. 그리고 당신은 (행동과 반응의 법칙에 의해) 공기를 아래로 가속하지 않고는 양력을 생성 할 수 없기 때문에,이 유도 된 항력이 주된 것이고 어떤 유한 스팬 날개가 그것을 유도 할 것입니다. 그리고 그것은 생성 된 양력, 날개 길이와 속도와 아무것도 없습니다.
How It Flies, 섹션 3도 참조하세요.13 (그림은 거기에서 나온 것입니다.)
이제 양력에 기여하지 않는 (또는 약간 부정적으로) 윙팁 주위로 흐르는 고압 공기로 인해 유발 된 추가 항력이 있습니다. ),하지만 드래그에 기여합니다. 수십 퍼센트 정도가 낮을 수도 있습니다. 다양한 조치로 절약 할 수있는 몇 퍼센트는 노력할만한 가치가있을만큼 중요하지만 여전히 몇 퍼센트입니다. 기적은 불가능합니다.
그런데 상자 날개에는 여전히 팁이 있습니다. 공기는 날개 사이로 또는 날개 사이로 흐를 수 없지만 하단 수평 표면 아래에서 상단 표면 위로 흐를 수 있습니다. 또한 날개는 상대적으로 낮은 종횡비입니다.
Answer
여기에서 항력 감소에 대한 많은 장점이 있습니다.
예, 날개 끝 소용돌이를 확산하여 상자 날개를 사용하면 유도 항력을 몇 퍼센트 줄일 수 있습니다. . 몇 퍼센트의 차이를 만들어냅니다. 이것은 매우 중요합니다. 복엽 비행기와 거의 같습니다.
박스 윙의 진정한 장점은 구조적입니다. 날개 끝에서 날개를 연결하면 가능하고 실용적입니다. 더 적은 재료로 주어진 강도와 강성을 위해 설계합니다. 날개는 서로를지지 할 수 있으며 서로의 자연스러운 공명을 줄여서 펄럭임과 실패에 대한 여유를 확보 할 수 있습니다.
Rick Gendreau, 디자이너, Halcyon boxwing.
Answer
폐쇄 시스템 (Box Wing은 특정 유형의 폐쇄 날개 일 뿐임), C- 윙과 바이 윙은 실제로 다음과 관련이 있습니다. 유도 된 드래그의 최소화에 관한 것입니다.
에 대한 기술적 답변에 관심이있는 경우 상자 날개, 폐쇄 형 시스템, 바이 윙 시스템 및 다중 날개 의 유도 된 항력 최소화 / 성능에 대한 자세한 내용은 다음 간행물에서 확인할 수 있습니다. luciano.demasiATgmail.com 주소로 이메일을 보내 주시면 서류) :
===== Article 1 =====
Demasi Luciano , Monegato Giovanni, Dipace Antonio 및 Cavallaro Rauno “ Joined Wi에 대한 최소 유도 드래그 정리 ngs, Closed Systems 및 Generic Biwings : Theory “, Journal of Optimization Theory and Applications, 2015, 페이지 1-36, DOI : 10.1007 / s10957-015-0849-y, ISSN : 0022-3239
===== Article 2 =====
Demasi Luciano, Monegato Giovanni, Rizzo Emanuele, Cavallaro Rauno 및 Dipace Antonio “ 결합 날개, 폐쇄 시스템 및 일반 바이 윙에 대한 최소 유도 항력 정리 : 애플리케이션 “Journal of Optimization Theory and Applications, 2015, Pages 1-25 , Doi : 10.1007 / s10957-015-0849-y, ISSN : 0022-3239
===== Article 3 =====
Demasi Luciano, Monegato Giovanni, Cavallaro Rauno “ 멀티 윙 시스템을위한 최소 유도 드래그 정리 “, 2016,1 월 4-8 일, SciTech2016, 샌디에이고, 캘리포니아, AIAA 2016-0236
===== Article 4 =====
Demasi Luciano, Dipace Antonio, Monegato Giovanni, Cavallaro Rauno “ 불변 공식 비평면 날개 시스템의 최소 유도 항력 조건 “, AIAA Journal, 2014, October, 10,2223-2240,52, Doi : 10.2514 / 1.J052837 Url : http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/1.J052837
감사합니다.
Luciano Demasi
의견
- 참고 자료는 확실히 도움이되지만 답변에 몇 가지 정보를 포함하면 훨씬 더 도움이 될 것입니다.
- 위키 백과에서 더 많은 정보를 찾을 수 있습니다. 다음 링크에서 : en.wikipedia.org/wiki/Lift-induced_drag [여러 사진도 게시 됨] 또는 이메일을 제공하면 자료를 보낼 수 있습니다. 주소. 감사합니다. Luciano Demasi