Aripile de cutie suferă de tragere indusă la fel ca aripile normale?

Aripa de cutie este mai bună doar atunci când comparați aripi cu interval identic . Cele două aripi ale unei aripi de cutie funcționează în diferite planuri Treffz , astfel încât spălarea descendentă este răspândită pe verticală. Diferența de tragere indusă către o singură aripă nu este mare, doar câteva procente. Tracțiunea de frecare este mai mare (vezi mai jos), la fel ca și masa structurală, astfel încât aripa cutiei trebuie să creeze mai multă ridicare. Acest lucru face ca tragerea indusă a unei aripi de cutie să fie efectiv mai mare decât cea a unei singure aripi.

Ce este, oricum, tragerea indusă ? Este consecința creării ridicării pe o durată limitată. Aripa creează ridicarea prin devierea aerului în jos. Acest lucru se întâmplă treptat peste coarda aripii și creează o forță de reacție ortogonală față de viteza locală a aerului. Aceasta înseamnă că forța de reacție este îndreptată în sus – și ușor înapoi. Această componentă înapoi este indusă de tragere! Vârfurile aripilor nu sunt implicate și nu sunt provocând tragere indusă. Crearea ridicării este.

Dacă zburați repede, există o mulțime de masă de aer care trece pe aripă pe unitate de timp, deci trebuie să deviați aerul doar ușor. Tragerea dvs. indusă este Sames merge pe o rază mare de acțiune: există mai mult aer care poate fi deviat, astfel încât tragerea indusă este mică.

O aripă de cutie are nevoie de două aripi subțiri pe fiecare parte, care vor avea o coardă mai mică decât o o singură aripă a aceleiași suprafețe. Deci, numărul lor Reynolds este mai mic și rezistența la frecare este mai mare. De asemenea, aripa aripii este mai puțin groasă și va trebui să fie mai grea pentru a transporta aceeași ridicare!

Dacă renunțați la restricția de menținere a intervalului identic, aripa unică optimă își poate permite să aibă mai mult interval (datorită structurii sale mai bune Eficiența), și dispare avantajul aripii cutiei. Și odată ce priviți imaginea completă și adăugați masă structurală, aripa cutiei nu a avut niciodată acest avantaj în primul rând.

Da, dar ce zici de Synergy?

Synergy este un design inteligent cu unele avantaje, dar nu poate înșela fizica. Acestea sunt avantajele:

• Dispozitivul de împingere păstrează celula fără turbulențe de trezire, astfel încât mai multă suprafață poate fi păstrată în flux laminar.
• Propulsorul de împingere aspiră aerul din fuzelajul din spate, evitând în mod eficient separarea.
• Cele două bare și aripioare stufoase oferă o protecție excelentă pentru zona elicei de pe sol.
• Aspectul compact păstrează micul efect de stabilizare al elicei , deci manevrabilitatea nu suferă mult.
• Utilizarea tehnologiilor compozite și a cadrelor plane pentru a reduce rezistența la frecare.
• Motorul diesel consumă combustibil mai ieftin și este mai eficient decât un motor pe benzină.

Rețineți că nu am menționat designul aripii cutiei?

Iată dezavantajele:

• Măturarea aripii într-o aeronavă cu elice arată rece, dar crește , deoarece aripa trebuie să fie mai mare pentru a crea aceeași ridicare.
• În total, această configurație are patru cozi verticale, fiecare dintre ele având propriul său glis de interferență și o coardă scurtă care, din nou, mărește glisarea peste o coadă verticală simplă comparabilă.
• Coada orizontală întinsă este, de asemenea, mai puțin eficientă decât o singură suprafață mai mică, cu mai multă coardă și mai multă distanță de centrul de greutate.
• Aspectul compact oferă puțină înălțime sau amortizare a gulerului. Mă întreb care sunt calitățile călătoriei pe vreme rafală.

M-aș aștepta la un aspect mai convențional de-a lungul liniilor fs-28 ar fi și mai eficient.

Akaflieg Stuttgart fs-28 în zbor (poza sursă )

Comentarii

• A avut Wikipedia un articol despre Avionul lui Trefftz înapoi în ziua aceea? În orice caz, legătura respectivă este în mod efectiv moartă, doar fyi.
• @AEheresupportsMonica: Vă mulțumim că m-ați informat. Nu-mi amintesc cum arăta pagina Wikipedia acum 5 ani, dar acum MIT are o pagină mult mai bună, care arată ce vreau să spun.

Nu sunt libere de tragerea indusă, dar tragerea indusă este mult diminuată, așa cum se demonstrează în Prandtl „s Hârtie NACA din 1924 și raportată în această carte (Vezi capitolul 11)

Autorii acelei cărți au aplicat rezultatele proiectării a aeronavei

Comentarii

• Super! Deci, de unde provine tracțiunea indusă?
• @falstro aripile nu vor fi niciodată perfecte, se va mai întâmpla o anumită circulație. De asemenea, vectorul forței aerodinamice, în funcție de forma aripii, poate fi ușor înclinat înapoi, creând o componentă de tracțiune.
• wikipedia are câteva scheme care lasă aripile C să se apropie de aripile casetei
• @Federico: circulația în jurul vârfurilor este de aproximativ o sută. Poate 10 sau 20%, dar nu mai mult. Cea mai mare parte este cauzată pur și simplu de aplicarea forței asupra aerului și aerului, fiind liber liberă, accelerând și luând cu sine energia cinetică. Nimic nu se poate face în acest sens. Rezultatul este că tragerea indusă este diminuată, dar nu foarte mult .
• @JanHudec Am dificultăți în a înțelege ce vrei să spui, dar dacă te citesc corect, vorbești despre întreaga tragere , nu partea indusă singură.

Î: Aripile cutiei suferă de tragere indusă la fel ca aripile normale?

A: Da și nr. Aeronavele Box Wing vor suferi de tragere indusă la fel ca orice aeronavă, dacă sunt vehicule mai grele decât aerul și își folosesc aripile pentru a zbura. Tracțiunea indusă este o funcție a încărcării cu durată finită și este moderată de diferite moduri de a îmbunătăți eficiența proiectării la o anumită încărcare a duratei. Astfel, cantitatea de tragere și modul în care este creată și evitată diferă pentru un boxwing și un monoplan de aceeași durată. Astăzi, acest subiect al tragerii induse include definiții complet diferite de ceea ce a fost predat în referințele seminale pe acest subiect. Chiar dacă se vorbește despre același lucru, subiectul va auzi argumente din două tabere diferite: cei care aderă la matematică reprezentativă și cei care se concentrează pe fizica reală non-carteziană, care nu este manuală, de la caz la caz. . Este destul de corect să spunem că primii sunt mai avizați vocal decât cei din urmă, pentru că aceștia din urmă știu mai puțin până mai târziu. Această acțiune provoacă atât o reacție newtoniană, cât și o diferențială de presiune Bernoulli, rezultând o ridicare. cad în jgheabul descendent de aer „pe care aripile s-au deplasat în jos.

Această mișcare secundară determină mișcări de rotație (complet inevitabile) în zona de” trezire „între aerul mișcat direct de aripi și aerul staționar din apropiere, implicând astfel mai multă masă de aer decât avionul necesar pentru a se deplasa doar pentru a obține ascensorul de care avea nevoie.(Diferența de impuls este literalmente tracțiunea indusă, deși o predăm de obicei în moduri mai legate de modul în care tracțiunea indusă este vizualizată și calculată în 2-D. Alte răspunsuri postate aici ilustrează acest lucru în termeni convenționali.)

Vârtejul de tragere și trezire indus NU POATE fi eliminat pentru un sistem de aripi de ridicare de orice fel. Cu toate acestea, majoritatea proiectelor de aripi de aeronave permit să se întâmple altceva care crește foarte mult acest cost al realizării ascensiunii cu o anvergură aripă finită: presiunile ridicate sub aripă să fie „prea aproape” de presiunile scăzute deasupra aripii pentru cantitatea de diferența de presiune care s-a dezvoltat în zbor. Dacă există o presiune diferențială ridicată la vârful aripii, se va forma un vortex puternic, asemănător unei tornade.

Permițând formarea oricărui gradient puternic între presiunea scăzută iar presiunea înaltă va face ca aerul să se deplaseze spre presiunea scăzută la o viteză mare, dacă poate. Tragerea crește exponențial cu viteza transmisă aerului, prin urmare proiectanții folosesc o varietate de abordări pentru a împiedica această egalizare să se întâmple rapid. Cu cât se întâmplă mai lent, cu atât mai puțin energie cinetică este transmisă aerului de către avion.

Aici Boxwings are un mod total diferit de a reduce rezistența indusă, comparativ cu o aripă normală: pun un perete sus între presiunea scăzută deasupra aripii și presiune mai mare peste tot. „Peretele” poate fi mai înalt decât o aripă, deoarece are o aripă deasupra pentru a ajuta la rezistența forțelor care o împing pe lateral. La acea conexiune aripii superioare, suprafața verticală asemănătoare peretelui unei aripi boxe, de asemenea, se află între presiunea mai mare sub aripă și presiunea mai mică peste tot în altă parte.

Dacă un designer face o treabă bună cu această idee (mulți nu o fac), atât suprafețele aripilor biplane, cât și suprafețele verticale ale sistemului boxwing vor modera viteza gradientului indusă fluxurile de aer acționând împotriva fluxurilor nedorite în spațiul 3D. Acestea devin mai eficiente în acest sens cu o distanță verticală mai mare.

Modul mai ușor și mai eficient de a reduce rezistența indusă este pur și simplu de a crește anvergura aripilor sau de a reduce greutatea vehiculului. Pe măsură ce o aripă devine mai lungă, porțiunea de ridicare pe care trebuie să o facă fiecare unitate de aripă este redusă, ceea ce înseamnă că va avea un diferențial de presiune mai mic între suprafețele superioare și inferioare. Cele mai bune practici solicită ca acest diferențial să fie minimizat la vârf, astfel încât gradientul să fie slăbit. Rezultatul este că un gradient de presiune mai scăzut și o distanță mai mare între presiunile scăzute și cele ridicate vor menține viteza de egalizare scăzută.

Cu toate acestea, pe măsură ce un avion devine mai greu sau merge mai repede, această abordare devine în primul rând foarte scumpă, atunci imposibil. Limitările de rezistență a materialelor pun limite certe asupra anvergurii aripilor aeronavelor convenționale.

În mod surprinzător, aripile cutiei nu sunt mai bune … poate mai rele. Ceea ce pare a fi un avantaj structural de fapt concentrează doar forțele de îndoire, generate de fiecare aripă, în colțurile cutiei. A le face suficient de puternice devine rapid excesiv de greu. Prin urmare, o aeronavă cu aripi cu cutie ar trebui, ca un biplan, să aibă o întindere mai scurtă decât un monoplan cu rezistență indusă echivalent. Eficiența sa de întindere dă roade mai mari printre modelele cu durată scurtă, decât în cazul în care anvergura aripilor poate fi mărită.

S-ar putea crede că acest avantaj ar da apoi fructe indirect, prin viteză. Cu cât o aeronavă zboară mai repede, pentru o încărcare de întindere dată, cu atât va fi mai puțin indusă. De fapt, la viteze ridicate indicate, tracțiunea indusă devine o componentă mică a tracțiunii totale. Cu toate acestea, alte aspecte ale proiectelor de aripi de cutie par să fi împiedicat soluțiile de mare viteză; stabilitate în special; și „tracțiune de interferență.”

Într-un design de aripă de cutie, există un set de aripi de ridicare înainte , și un set din spate de aripi de ridicare . În zborul de mare viteză, această configurație nu poate răspunde la fel de stabil sau la fel de rapid la anumite condiții ca o aripă cu o coadă (ridicată în jos).

Atunci când este configurat ca un aranjament de aripi de ridicare în tandem fără un astfel de stabilizator, așa cum este tipic pentru versiunile moderne, boxwings trebuie să se echilibreze în centrul lor combinat de ridicați în sus , mai degrabă decât în fața ei, așa cum o fac avioanele convenționale, datorită influenței stabilizatoare a unei cozi care împinge în direcția opusă. Această limitare și comportamentele de așteptare în aripi tandem plasează provocări, cerințe inerente pentru proiectele boxwing care le limitează succesul la viteze de zbor mai mari.

După cum s-a menționat mai sus, acestea creează și interferențe.Acest tip de tragere poate fi greu de prezis și este, de asemenea, înțeles greșit. În practică, tracțiunea de interferență 3-D inerentă a unui proiect de aeronavă cu cutie reduce foarte mult avantajul teoretic 2-D al configurației pentru obținerea de beneficii de tracțiune induse. Acesta este motivul pentru care nu seamănă deloc cu „aripile normale”.

Așa cum s-a menționat în postarea originală, există o nouă configurație a aeronavei care este adesea confundată cu un design de aripă cutie. Cu toate acestea, nu seamănă cu ele. Se numește configurație box-tail sau double boxtail. Sunt proiectantul aeronavă Synergy dublu boxtail, care este prima astfel de aeronavă care a fost dezvoltată.

Aceste atribute oarecum dezamăgitoare ale configurației aripioarelor de cutie altfel logice au fost în centrul problemelor în perioada lungă de dezvoltare a Synergy. Mi-am dorit să folosesc o eficiență mare și un flux laminar într-un proiect de aeronave de mare viteză, evitând în același timp aterizări de mare viteză și comportamente imprevizibile și instabile la viteze mici. Un videoclip al unui model la scară de 25% în zbor și o prezentare generală de bază pot fi văzute la synergyaircraft.com . Un post despre subiectul boxwings poate fi găsit și acolo.

Pentru mai multe informații despre eficiența intervalului și configurațiile non-planare, Ilan Kroo a publicat o prezentare generală foarte detaliată a subiectului. Grafica de mai jos este adaptată după una care apare în lucrările sale. Arată modul în care poate fi combătută tragerea indusă în spațiul 3D, îndepărtându-se de o aripă plană și plană în dimensiunea verticală. Sinergia construiește această înțelegere în continuare, în dimensiunile longitudinale și de timp, în acord cu conceptele avansate mai întâi de George C. Greene în timp ce la NASA Langley.

Comentarii

• Tu începeți cu o explicație excelentă a motivului pentru care se întâmplă tragerea indusă, doar pentru a cădea în vechea capcană a ” vârtejuri create de fluxul în jurul vârfului ” la fel ca majoritatea celorlalți de aici. Trist.
• @Peter cred că ‘ ești un pic pedant aici (ceea ce ar fi OK dacă nu l-ai numi ‘ trist ‘). Deși este ‘ adevărat că vortexurile nu sunt cauza antrenării induse, se poate arăta că generarea de lifturi fără vortexuri ar fi echivalentă cu crearea de lifturi cu o aripă infinită. Ca multe lucruri din fizică, cauza și efectul depind în mare măsură de un punct de vedere, mai degrabă decât de o măsură absolută.
• @sanchises: Sunt de acord. Da, sunt pedant, dar numai pentru că sunt convins că doar o logică riguroasă va duce la o înțelegere completă. Gândirea amestecată în care cauza și efectul devin interschimbabile va duce la o înțelegere confuză, iar explicarea a ceva din acel punct de plecare va face un serviciu novicilor care vor înțelege atât de ușor detaliile. Și apoi veți auzi din nou de acești bieți oameni care nu au avut niciodată șansa să învețe lucrurile în mod corespunzător pe care vârtejurile vârfurilor le provoacă. Nu este ‘ corect să te simți trist în legătură cu acest lucru?
• @PeterK ä mpf Dar, fiind prea concentrat pe rigoare duce la complicarea inutilă a lucrurilor. Reducerea vârtejurilor vârfului aripilor face o creștere a anvergurii aripilor eficiente, reducând rezistența indusă – deci poate ca o aproximare aproximativă, spunând ” vârtejurile vârfului aripii cauzează antrenarea indusă „779e1bec44”>

Motivul principal al tragerii induse este acela că aripa accelerează aerul deasupra și dedesubtul ei crescând energia cinetică a acesteia și datorită legii conservării energiei, trebuie să ducă acea energie undeva și singura modalitate este făcând lucrări negative la aeronavă, adică inducând tragere.

Cantitatea de aer accelerată pe unitate de timp este proporțională cu întinderea aripii și viteza aeronavei. Aplicarea aceleiași forțe la mai mult aer accelerează la o viteză mai mică și deoarece energia cinetică este proporțională cu pătratul vitezei, aceasta induce mai puțină rezistență. „De ce aripile cu rație de aspect înaltă (de lungă durată) sunt mai eficiente și de ce tracțiunea indusă scade odată cu viteza.

Vârtejurile vârfurilor aripilor sunt pur și simplu margini ale acestei zone de aer descendent. Și pentru că nu puteți genera ridicarea fără a accelera aerul în jos (prin legea acțiunii și reacției), această rezistență indusă este principală și orice aripă cu deschidere finită o va induce. Și va depinde doar de ridicarea generată, anvergura aripilor și viteza și nimic altceva.

Consultați și Cum zboară, secțiunea 3.13 (figura este de acolo).

Acum există o rezistență suplimentară indusă cauzată de aerul de presiune mai mare care curge în jurul vârfului aripii, care nu contribuie la ridicare (sau chiar ușor negativ) ), dar contribuie la tragere. Este probabil zeci de procente reduse sau ceva de genul acesta. Câțiva procente care pot fi salvate prin diferite măsuri sunt suficient de semnificative pentru a merita efortul, dar sunt încă câteva procente. Miracolele nu sunt posibile.

Apropo, aripa de cutie are încă vârfuri. Aerul nu poate curge către sau dinspre aripi, dar poate curge de sub suprafața orizontală inferioară până deasupra celei superioare. În plus, aripa are un raport de aspect relativ scăzut.

Multe puncte bune despre reducerea tragerii aici.

Da, tracțiunea indusă poate fi redusă cu câteva procente cu o aripă de cutie, prin difuzarea vârtejului vârfului aripii . Face o diferență de câteva procente, ceea ce este semnificativ. Aproape la fel ca un biplan.

AVANTUL convingător REAL al boxwings este structural. Cu aripile conectate la vârfuri, este posibil și practic pentru a proiecta pentru o rezistență și rigiditate date cu mai puțin material. Aripile se pot susține reciproc și se pot umple rezonanța naturală, cumpărând o anumită marjă împotriva flutterului și eșecului.

Rick Gendreau, designer, Halcyon boxwing.

Sisteme închise (Box Wing este doar un anumit tip de aripă închisă), aripile C și aripile bi sunt de fapt legate ca în ceea ce privește minimizarea tragerii induse.

Dacă sunteți interesat de răspunsuri tehnice referitoare la minimizat / performant indus de tracțiune Box Wings, sisteme închise, sisteme cu două aripi și multiwings , puteți găsi toate detaliile în următoarele publicații (vă pot trimite, de asemenea, lucrări dacă mă trimiteți prin e-mail la adresa luciano.demasiATgmail.com ):

===== Articolul 1 =====

Demasi Luciano , Monegato Giovanni, Dipace Antonio și Cavallaro Rauno „ Teoreme minime de tragere induse pentru Wi-ul conectat ngs, sisteme închise și biwings generice: teorie „, Journal of Optimization Theory and Applications, 2015, paginile 1-36, DOI: 10.1007 / s10957-015-0849-y, ISSN: 0022-3239

===== Articolul 2 =====

Demasi Luciano, Monegato Giovanni, Rizzo Emanuele, Cavallaro Rauno și Dipace Antonio „ Teoreme minime de antrenare induse pentru aripi îmbinate, sisteme închise și biwings generice: aplicații „Journal of Optimization Theory and Applications, 2015, paginile 1-25 , Doi: 10.1007 / s10957-015-0849-y, ISSN: 0022-3239

===== Articolul 3 =====

Demasi Luciano, Monegato Giovanni, Cavallaro Rauno „ Teoreme minime de inducere pentru sistemele multi-aripi „, 2016,4-8 ianuarie, SciTech2016, San Diego, California, AIAA 2016-0236

===== Articolul 4 =====

Demasi Luciano, Dipace Antonio, Monegato Giovanni, Cavallaro Rauno „ Formulare invariantă pentru condițiile minime de tragere induse ale sistemelor de aripi nonplanare „, Jurnalul AIAA, 2014, octombrie, 10,2223-2240,52, Doi: 10.2514 / 1.J052837 Url: http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/1.J052837

Cu stimă,

Luciano Demasi

Comentarii

• Referințele sunt cu siguranță utile, dar includerea unor informații aici în răspuns ar fi și mai utilă.
• Puteți găsi mai multe informații pe Wikipedia la următorul link: en.wikipedia.org/wiki/Lift-induced_drag [mai multe poze sunt postate acolo] Sau pot trimite material dacă furnizați un e-mail abordare. Cu stimă, Luciano Demasi