Lider boksvinger av indusert drag på samme måte som normale vinger?

Boksvingen er bare bedre når du sammenligner vinger med identisk spenn . De to vingene til en boksvinge fungerer i forskjellige Treffz-plan , slik at nedvasket blir spredt vertikalt. Forskjellen i indusert drag til en enkelt fløy er ikke stor, bare noen få prosent. Friksjonsmotstanden er høyere (se nedenfor), i likhet med den strukturelle massen, så boksvingen må skape mer løft. Dette gjør indusert drag av en boksvinge effektivt høyere enn for en enkelt ving.

Hva er indusert drag , uansett? Det er konsekvensen av å skape løft over et begrenset spenn. Vingen skaper løft ved å avbøye luft nedover. Dette skjer gradvis over vingens akkord, og skaper en reaksjonskraft ortogonalt til den lokale hastigheten på luften. Dette betyr at reaksjonskraften peker oppover og litt bakover. Denne bakoverkomponenten er indusert motstand! forårsaker indusert luftmotstand. Løfting er.

Hvis du flyr raskt, strømmer det mye luftmasse forbi vingen per tidsenhet, så du trenger bare å avlede luften. Den induserte dra er liten. Sames har et stort spenn: Det er mer luft som kan avbøyes, så den induserte dra er liten.

En boksvinge trenger to slanke vinger per side, som vil ha et mindre akkord enn en enkelt vinge med samme overflate. Så Reynolds-tallet deres er mindre, og friksjonen deres er høyere. Dessuten er vingesparet mindre tykt og må være tyngre for å bære samme heis!

Hvis du mister begrensningen for å holde spenn identisk, den optimale enkeltfløyen har råd til å ha mer spenn (på grunn av den bedre strukturen l effektivitet), og bort går fordelen med boksvingen. Og når du først har sett hele bildet og lagt til strukturell masse, hadde boksvingen aldri denne fordelen i utgangspunktet.

Ja, men hva med Synergy?

Synergy er en smart design med noen fordeler, men den kan ikke jukse fysikk. Dette er fordelene:

• Pusher prop holder airframe free of wake turbulence, so more area can be held in laminar flow.
• Pusher prop suger luften fra den bakre skroget, og unngår effektivt separasjon.
• De to stumpe halebommene og finnene gir god beskyttelse for propellområdet på bakken.
• Den kompakte utformingen holder propellens stabiliserende effekt liten. , så manøvreringsevnen lider ikke så mye.
• Bruk av kompositter og glideskyteteknologier reduserer friksjonsmotstanden.
• Dieselmotoren bruker billigere flydrivstoff og er mer drivstoffeffektiv enn en bensinmotor.

Merk at jeg ikke nevnte boksvingedesignet?

Her er ulempene:

• Vingesveip i et propellfly ser kult ut, men øker drag , fordi vingen må være større for å skape samme heis.
• Totalt sett har denne konfigurasjonen fire vertikale haler, hver av dem med sin egen interferensdrag og en kort akkord som igjen øker drag over en sammenlignbar enkelt vertikal hale.
• Den utstrakte horisontale halen er også mindre effektiv enn en mindre enkelt overflate med mer akkord og mer avstand fra tyngdepunktet.
• Det kompakte oppsettet gir lite stig- eller gjengedemping. Jeg lurer på hva kjøreegenskapene i stormfullt vær er.

Jeg forventer at et mer konvensjonelt oppsett i tråd med fs-28 ville vært enda mer effektivt.

Akaflieg Stuttgart fs-28 i flukt (bilde kilde )

Kommentarer

• Hadde Wikipedia en artikkel om Trefftz-fly tilbake på dagen? I alle fall er den lenken faktisk død, bare fyi.
• @AEheresupportsMonica: Takk for at du ga meg beskjed. Jeg kan ikke huske hvordan Wikipedia-siden så ut for 5 år siden, men nå har MIT en mye bedre side opp som viser hva jeg mener.

De er ikke fri fra indusert drag, men den induserte drag er betydelig redusert, som vist i Prandtl «s NACA-papir fra 1924 og rapportert i denne boka (Se kapittel 11)

Forfatterne av den boka brukte resultatene til utformingen av dette flyet

Kommentarer

• Kult! Så hvor kommer den induserte dra fra?
• @falstro vingene vil aldri være perfekte, noe sirkulasjon vil fortsatt skje. Den aerodynamiske kraftvektoren kan, avhengig av vingeformen, også vippes litt bakover, noe som skaper en dragkomponent.
• wikipedia har noe skjematisk som lar C-vinger nærme seg boksvinger
• @Federico: Opplaget rundt spissene er noen prosent. Kanskje 10 eller 20%, men ikke mer. Det meste skyldes bare å bruke kraft på luft og luft, være fritt bevegelig, akselerere og ta kinetisk energi med seg. Ingenting kan gjøres med det. Resultatet er at den induserte drag er redusert, men ikke veldig .
• @ JanHudec Jeg har vanskeligheter med å forstå hva du mener, men hvis jeg leser deg riktig, snakker du om hele drag , ikke den induserte delen alene.

Spørsmål: Lider boksvingene av indusert drag på samme måte som normale vinger?

A: Ja og nr. Box Wing-fly vil lide av indusert luftmotstand på samme måte som alle fly vil, hvis de er tyngre enn luftfartøyer og bruker vingene til å fly. Indusert drag er en funksjon av endelig spennbelastning, og modereres på forskjellige måter for å forbedre designeffektiviteten ved et gitt spennbelastning. Dermed er mengden motstand, og måten den skapes og unngås på, forskjellig for en boksving og en monoplan med samme spennvidde. I dag inkluderer dette emnet indusert drag helt andre definisjoner enn det som ble undervist i seminalreferanser om emnet. Selv om man snakker om det samme, vil temaet høre argumenter fra to forskjellige leire: de som holder seg til representativ matematikk, og de som fokuserer på den ikke-kartesiske, ikke-lærebokens faktiske fysikk fra sak til sak. . Det er ganske rettferdig å si at førstnevnte er mer stemmemessige enn de sistnevnte, for de sistnevnte vet mindre til senere. . Denne handlingen forårsaker både en newtonsk reaksjon og en Bernoulli trykkdifferensial, som resulterer i løft.

Å gjøre løft på denne måten fører til at også nærliggende luft påvirkes, som et tidsavhengig sekundært resultat. Det må » falle i det nedadgående luftrøttet «som vingene forskjøvet nedover.

Denne sekundære bevegelsen forårsaker (helt uunngåelig) rotasjonsbevegelser i» våknesonen «mellom luft som beveges direkte av vingene og den nærliggende stasjonære luften og involverer derved mer luftmasse enn flyet trengte å bevege seg bare for å få heisen det trengte.(Momentumforskjellen er ganske bokstavelig talt den induserte dra, selv om vi vanligvis lærer det på måter som er mer relatert til hvordan indusert drag visualiseres og beregnes i 2-D. Andre svar som er lagt ut her illustrerer dette i konvensjonelle termer.)

Indusert dra og wake-vortex KAN IKKE elimineres for et løftevingesystem av noe slag. Imidlertid tillater de fleste flyvingedesigner at noe annet kan skje som i stor grad øker denne kostnaden for å løfte med et endelig vingespenn: de lar høyt trykk under vingen vær «for nært» lavtrykk over vingen for mengden trykkforskjell som har utviklet seg under flyturen. Hvis det eksisterer et høyt differensialtrykk ved en vingespiss, vil det dannes en sterk, tornado-lignende virvel der.

Tillater at det dannes en sterk gradient mellom lavt trykk og høyt trykk vil få luft til å bevege seg mot lavtrykket med høy hastighet, hvis det kan. Drag øker eksponentielt med hastighetene som blir gitt til luften, derfor bruker designere en rekke tilnærminger for å forhindre at denne utjevningen skjer raskt. Jo tregere det skjer, jo mindre kinetisk energi tilføres luften av flyet.

Dette er hvor Boxwings har en helt annen måte å redusere den induserte motstanden, sammenlignet med en normal vinge: de setter en vegg opp mellom lavtrykket over vingen, og høyere trykk overalt ellers. «Muren» kan være høyere enn en winglet, fordi den har en vinge over for å motstå kreftene som skyver på den fra siden. Ved den øvre vingeforbindelsen står den vegglignende vertikale overflaten på en boksvinge mellom det høyere trykket under vingen, og lavere trykk overalt ellers.

Hvis en designer gjør en god jobb med denne ideen (mange ikke gjør det), vil både biplane vingeflater og de vertikale overflatene til boxwing-systemet moderere hastigheten på gradientindusert luftstrømmer ved å virke mot uønskede strømmer i 3D-rom. De blir mer effektive i dette med større vertikal avstand.

Den enklere og mer effektive måten å redusere den induserte luftmotstanden er ganske enkelt å øke vingespennet, eller redusere kjøretøyets vekt. Når en vinge blir lengre, reduseres den delen av heisen hver enhet av vingen må lage, noe som betyr at den vil ha en lavere trykkdifferensial mellom øvre og nedre overflate. Beste praksis krever at denne differensialen minimeres på spissen, slik at gradienten blir svekket. Resultatet er da at en svakere trykkgradient og en lengre avstand mellom lavt og høyt trykk vil holde utjevningshastighetene nede.

Når et fly blir tyngre eller går raskere, blir denne tilnærmingen først veldig dyr, da umulig. Begrensninger for materiell styrke setter bestemte grenser for konvensjonelle flys vingespenn.

Overraskende nok går boksvingene ikke bedre … kanskje verre. Det som ser ut til å være en strukturell fordel, konsentrerer faktisk bare bøyingskreftene, generert av hver vinge, inn i hjørnene på boksen. Å gjøre dem sterke nok blir raskt for tungt. Derfor bør et boksvingefly, som en biplan, ha et kortere spenn enn en monoplan med tilsvarende indusert luftmotstand. Dens spenningseffektivitet bærer større frukt blant design med kort spenn, enn der vingespenn kan økes.

Man kan tro at denne fordelen da vil bære frukt indirekte, gjennom hastighet. Jo raskere et fly flyr, for en gitt spennbelastning, desto mindre indusert luftmotstand vil det gjøre. Faktisk, ved høyt indikerte flyhastigheter, blir indusert drag en liten komponent av total drag. Imidlertid ser det ut til at andre aspekter ved design av boksvinge har hindret høyhastighets løsninger for boxwing; spesielt stabilitet; og «interferensdrag.»

I en boksvinge-design er det et fremre sett med løftevinger , og et aktersett med løftevinger . I høyhastighetsflukt kan denne konfigurasjonen ikke reagere så stabilt eller så raskt på visse forhold som en vinge med en (nedadgående) hale.

Når den er satt opp som et tandemløftende vingearrangement uten en slik stabilisator, som er typisk for moderne versjoner, må boksvinge balansere i sitt kombinerte sentrum av løft oppover , i stedet for foran det som vanlige fly gjør, takket være den stabiliserende innflytelsen til en hale som skyver i motsatt retning. Denne begrensningen og den tandem-vingede oppførselen stiller utfordrende, iboende krav til boxwing-design som begrenser deres suksess ved høyere flyhastigheter.

Som nevnt ovenfor, skaper de også interferensdrag.Denne typen drag kan være vanskelig å forutsi, og er også misforstått. I praksis reduserer den iboende 3-D-forstyrrelsesmotstanden til en design av en boksvinget fly den 2-D teoretiske fordelen med konfigurasjonen mot å oppnå induserte dragfordeler. Dette er grunnen til at de overhode ikke er som «normale vinger.» Imidlertid er det ingenting som dem. Det kalles en box-tail eller dobbel boxtail-konfigurasjon. Jeg er designeren av Synergy dobbel boxtail-fly, det første slike fly som ble utviklet.

Disse noe skuffende egenskapene til den ellers logiske boksvingekonfigurasjonen var kjernen i saken i den lange perioden med Synergys utvikling. Det var mitt ønske om å benytte høy spenningseffektivitet og laminær flyt i en høyhastighets flydesign, samtidig som jeg unngikk høyhastighetslandinger og uforutsigbar, ustabil oppførsel ved lave hastigheter. En video av en 25% skalamodell i flukt og en grunnleggende oversikt kan sees på synergyaircraft.com . Et innlegg om temaet boxwings kan også finnes der.

For mer informasjon om spennvidde og ikke-planar konfigurasjoner, har Ilan Kroo publisert veldig grundige oversikter over emnet. Grafikken nedenfor er tilpasset den som vises i papirene hans. Den viser hvordan indusert drag kan bekjempes i 3D-rom ved å bevege seg bort fra en flat, plan vinge inn i den vertikale dimensjonen. Synergy bygger den forståelsen videre, inn i lengdedimensjonene og tidsdimensjonene, i samsvar med konseptene som ble fremført først av George C. Greene mens han var på NASA Langley.

Kommentarer

• Du start med en god forklaring på hvorfor indusert drag skjer, bare for å falle i den gamle fellen til » virvler opprettet av flyt rundt spissen » som de fleste andre her gjør. Trist.
• @Peter Jeg tror du ‘ er litt pedantisk her (noe som ville være greit hvis du ikke kalte det ‘ trist ‘). Selv om det ‘ er sant at virvler ikke er årsaken til indusert drag, kan man vise at heisgenerering uten virvler ville være ekvivalent med å skape heis med et uendelig vingespenn. Som mange ting i fysikk, er årsak og virkning i stor grad avhengig av synspunkt i stedet for et absolutt mål.
• @sanchises: Jeg er enig. Ja, jeg er pedant, men bare fordi jeg er overbevist om at bare streng logikk vil føre til en fullstendig forståelse. Forvirret tenkning der årsak og virkning blir utskiftbare vil føre til forvirret forståelse, og å forklare noe fra det utgangspunktet vil gjøre en bjørnetjeneste for nybegynnere som så lett vil misforstå detaljene. Og så hører du igjen fra disse stakkars menneskene som aldri fikk sjansen til å lære ting ordentlig at spissen virvler forårsake drag. Er det ikke ‘ t å være lei seg over dette?
• @PeterK ä mpf Men da, for å være for fokusert på strenghet fører til unødvendig kompliserende ting. Å redusere vingespissvirvler fører til en økt effektiv vingespenn som reduserer indusert drag – så kanskje som en grov tilnærming, og sier » vingespissvirvler forårsaker indusert drag » har en kjerne av sannhet i seg. Men jeg antar som med alt innen luftfart, ‘ enkel forklaring ‘ har faktisk relativt liten forklaringskraft, og vil komme til kort når boksvinger blir analysert i detalj.

Hovedårsaken til indusert drag er at vingen akselererer luften over og under den nedover og øker den kinetiske energien, og på grunn av loven om bevaring av energi, må den ta den energien et sted, og den eneste måten er å gjøre negativt arbeid på flyet, dvs. indusere luftmotstand.

Mengden luft akselerert per tidsenhet er proporsjonal med flyets vingespenn og hastighet. Bruk av samme kraft på mer luft akselererer den til lavere hastighet, og fordi kinetisk energi er proporsjonal med hastighets kvadrat gir det mindre luftmotstand. «hvorfor høyresideforhold (lange spenn) vinger er mer effektive og hvorfor indusert drag reduseres med hastighet.

Vinger med vingespiss er rett og slett grenser til dette området med nedadgående luft. Og fordi du ikke kan generere heis uten å akselerere luften nedover (etter handlingsloven og reaksjonen), er denne induserte luftmotstanden prinsipiell, og en hvilken som helst endelig spenningsfløy vil indusere den. ingenting annet.

Se også Hvordan det flyr, avsnitt 3.13 (figuren er derfra).

Nå er det noe ekstra indusert drag forårsaket av høyere trykkluft som strømmer rundt vingespissen som ikke bidrar til løft (eller til og med litt negativt ), men bidrar til drag. Det er kanskje lave titalls prosent eller noe sånt. De flere prosentene som kan spares ved forskjellige tiltak er betydningsfulle nok til å være verdt innsatsen, men de er fortsatt flere prosent. Mirakler er ikke mulig.

Forresten har boksvingen fortsatt tips. Luft kan ikke strømme til eller fra vingene, men den kan strømme fra under den nedre horisontale overflaten til over den øvre. Pluss at vingen er relativt lavt sideforhold.

Mange gode poeng om dragreduksjon her.

Ja, indusert drag kan reduseres noen få prosent med en boksvinge, ved å diffundere vingespissvirvelen . Gjør en forskjell på noen få prosent, noe som er betydelig. Omtrent det samme som en biplan.

Den virkelige overbevisende fordelen med boksvinge er strukturell. Med vingene koblet til spissene, er det mulig og praktisk. å designe for en gitt styrke og stivhet med mindre materiale. Vingene kan støtte hverandre og dempe hverandres naturlige resonans og kjøpe margin mot flagring og svikt.

Rick Gendreau, designer, Halcyon boxwing.

Lukkede systemer (Box Wing er bare en bestemt type lukket vinge), C-vinger og biwings er faktisk relatert som når det gjelder minimering av indusert drag.

Hvis du er interessert i tekniske svar angående indusert dra-minimering / ytelse av Box Wings, lukkede systemer, bi-wing-systemer og multiwings , kan du finne alle detaljene i følgende publikasjoner (jeg kan også sende deg papirer hvis du sender meg en e-post på adressen luciano.demasiATgmail.com ):

===== Artikkel 1 =====

Demasi Luciano , Monegato Giovanni, Dipace Antonio og Cavallaro Rauno « Minimum induserte 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

===== Artikkel 2 =====

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

===== Artikkel 3 =====

Demasi Luciano, Monegato Giovanni, Cavallaro Rauno « Minimum induserte dragteoremer for Multi-Wing Systems «, 2016,4-8 januar, SciTech2016, San Diego, California, AIAA 2016-0236

===== Artikkel 4 =====

Demasi Luciano, Dipace Antonio, Monegato Giovanni, Cavallaro Rauno « Invariant Formulation for de minimale induserte dragforholdene 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 vennlig hilsen,

Luciano Demasi

Kommentarer

• Referansene er absolutt nyttige, men å ta med litt informasjon her i svaret vil være enda mer nyttig.
• Du finner mer informasjon på wikipedia. på følgende lenke: en.wikipedia.org/wiki/Lift-induced_drag [flere bilder er også lagt ut der] Eller jeg kan sende materiale hvis du gir en e-post adresse. Vennlig hilsen Luciano Demasi