Вопрос к аэродинамикам - почему важна не столько площадь крыла, но и удлинение?

[Atlant]

Собственно вопрос в названии темы: почему у планеров и прочих высоко (и относительно медленно) летающих самолетов крыло длинное и узкое, а не короткое и широкое (которое проще сделать и оно будет прочнее).

Например U-2, М-17 Стратосфера, те-же В-57 когда переоборудовали в WB-57 то крыло сильно удлинили.

Почему важен именно размах крыла, а просто площадь?

[Walker]

Atlant

для начала прочитайте (например в Яндексе)-что такое аэродинамическое качество крыла. Многое станет понятно. Своими словами пересказывать-дело неблагодарное.

[Маслопузый]

Леонид, ключевая фраза в поиске: "индуктивное сопротивление крыла". Все сразу станет ясно ! 

[Serge]

Леонид, как планерист в далеком прошлом, постараюсь разъяснить , почему у планеров длинное и узкое крыло. Помимо прочего оно еще тонкое в профиль. Это снижает индуктивное сопротивление крыла при той же площади. Посмотрите какие крылья у альбатроса!"Дискусы" и прочие рядом не стояли!

Сергей.

 

[Atlant]

1 час назад, Walker сказал:

Atlant

для начала прочитайте (например в Яндексе)-что такое аэродинамическое качество крыла. Многое станет понятно. Своими словами пересказывать-дело неблагодарное.

Прочитал.  Соотношение коэффициента подьемной силы к лобовому сопростивлению при определенном угле атаки. Не понял при чем тут удлинение.  Как мне кажется при большем размахе и лобовое сопротивление должно быть больше, нет?

Увидел одну формулу, где написано что инуктивное сопротивление обратно пропорцильнально удлинению.  Вот поэтому и вопрос - кто-то "на пальцах" объяснить сможет почему это именно так?

[Маслопузый]

У прямого крыла перетекание потока из области высокого давления в область низкого происходит в основном на законцовках крыла и удобнее всего это делать воздуху вдоль кромки параллельной набегающему потоку, и если эту кромку (законцовку крыла) сделать максимально узкой, она будет генерировать небольшой вихрь, а если крыло будет короткое и широкое крыло (прямое), т.е. малого удлинения с длинной законцовкой, то и вихрь будет генерироваться мощнее за счёт того что он будет стремиться перетечь по большему расстоянию законцовки, соответственно и индуктивное сопротивление возрастёт, как и потери эффективной площади крыла для создания подъемной силы... Как-то так...

[Atlant]

О! Спасибо! это хорошее объяснение!

[Serge]

Не пойму, причем тут законцовки, нет на планерах ни винглетов, ни гребней, а у птиц и подавно. Подъемная сила перпендикулярна потоку, толстое и широкое крыло отклоняет поток так , что вектор подъемной силы  направлен немного назад, горизонтальная составляющая и есть инд. сопротивление, у тонкого крыла эта составляющая минимальна, а вот отр. крутка  крыльев  помогает т.к.  при изгибе крыла консоли крыльев имеют больший угол атаки чем корневая и средняя часть крыла. Потому обращаю еще раз внимание на птиц, которые  хорошо парят, на видео хорошо видно, все о чем сказал.

[Atlant]

Serge, а где видео??? (почему на планерах нету гребней - это понятно. на прямом крыле нету "стекания" потока вбок из-за стреловидности.)

А широкое крыло кстати совсем не обязательно дожно быть толстым. Посмотрите на F-18 к примеру - у него крыло довольно широкое (aspect ratio:4) (это даже если не считать LERX), но почти плоское, тонкое (максимальная толщина- 5% у корня и всего 3% на законцовке).

Спасибо за то, что подсказали про вектор силы вверх-назад - до этого не додумался! Но думаю что направление вектора что на длинном и ухком крыле что на широком и коротком - и там и там вверх/назад. Нет?

 

[Triela]

1 час назад, Serge сказал:

 Подъемная сила перпендикулярна потоку, толстое и широкое крыло отклоняет поток так , что вектор подъемной силы  направлен немного назад, горизонтальная составляющая и есть инд. сопротивление

Это основная часть индуктивного сопротивления. Причем, чем больше подъемная сила крыла, тем больше скос потока, сильнее наклон вектора подъемной силы и больше индуктивное сопротивление. Отсюда следует, что на величину индуктивного сопротивления влияет не столько толщина профиля, сколько его кривизна.

Еще одна составляющая индуктивного сопротивления, как было сказано выше, из-за перетекания воздуха из области повышенного давления (под крылом) в область пониженного (над крылом). Увеличение удлинения крыла позволяет снизить эту составляющую, а винглеты, шарклеты и т.д., делают то же самое, но почти не увеличивая при этом размах крыла.

Кстати, "экранный эффект", приращение подъемной силы вблизи поверхности земли, который часто ошибочно называют воздушной подушкой, связан с тем, что поток, скошенный вниз и назад крылом, встречаясь с поверхностью земли, отражается от нее, при этом наклон вектора подъемной силы соответственно уменьшается, вертикальная составляющая (собственно подъемная сила) растет, а горизонтальная (индуктивное сопротивление) уменьшается, качество крыла увеличивается.

Цитата

а вот отр. крутка  крыльев  помогает т.к.  при изгибе крыла консоли крыльев имеют больший угол атаки чем корневая и средняя часть крыла

Не совсем понял, при чем тут изгиб крыла. Геометрическая крутка крыла - изменение угла хорд к СГФ вдоль размаха. Обычно угол установки корневого профиля положительный (+2..+3 градуса), а концевого отрицательный (-1...-1.5 градуса). На больших углах атаки, когда в корневой части крыла уже начинаются срывные явления, концевые части крыла имеют еще запас по углу атаки от  критического, сохраняя тем самым поперечную устойчивость самолета.

Аэродинамическая крутка - изменение кривизны и относительной толщины профиля вдоль размаха, как правило, от толстого профиля к тонкому и даже иногда почти симметричному - также способствует снижению индуктивного сопротивления.

 

Цитата

Потому обращаю еще раз внимание на птиц, которые  хорошо парят, на видео хорошо видно, все о чем сказал.

У многих пртиц-парителей (орлы, грифы, аисты, коршуны и т.д.) перья на концах крыльев растопырены и играют роль винглетов.

Только что, Atlant сказал:

Но думаю что направление вектора что на длинном и узком крыле что на широком и коротком - и там и там вверх/назад. Нет?

 

Нет. Зависит от относительной толщины и кривизны профиля, иначе говоря, от того, как и насколько скошен поток за крылом. Например, закрылки, особенно многощелевые, сильно увеличивают не только лобовое, но и индуктивное сопротивление.

[Atlant]

Дмитрий, спасибо что подключились к обсуждению. 

Относительно вот этого:

3 минуты назад, Triela сказал:

Отсюда следует, что на величину индуктивного сопротивления влияет не столько толщина профиля, сколько его кривизна.

имеется в виду то что по английски называется camber? В таком случае симметричные профили (как в том-же примере с крылом F-18) должны иметь меньшую величину индуктивного сопротивления чем несимметричные, однако в формуле, которую я нашел нету ничего про кривизну (правда имеется величина подъемной силы, которая думаю от этого зависит).

Вариант с выпущенными закрылками изменяет геометрию крыла сильно (и хорда и угол атаки, и кривизна и площадь - много чего там меняется). у меня вопрос был про само крыло в чистом виде, без механизации вообще. По мне, так длинное и тонкое крыло обладает бОльшим лобовым сопростивлением, так?  Тогда почему планеры в основном с крыльями большого удлинения? Получается что индуктивное сопротивление гораздо меньше, что-бы компенсировать увеличение лобового. Почему? Только за счет обтекания? Так есть сейчас ламинарные профили, которые обеспечивают гораздо меньший коэффициент сопротивления, вызванный за счет срыва потока. Или все-таки именно из-за этого, из-за того что на бОльшей ширине крыла обспечить ламинарный поток гораздо сложнее, а срыв потока вызывает резкое увеличение индуктивноего сопротивления? Может именно здесь "собака порылась"?

[Triela]

55 минут назад, Atlant сказал:

В таком случае симметричные профили (как в том-же примере с крылом F-18) должны иметь меньшую величину индуктивного сопротивления чем несимметричные, однако в формуле, которую я нашел нету ничего про кривизну (правда имеется величина подъемной силы, которая думаю от этого зависит).

Индуктивное сопротивление прямо пропорционально величине подъемной силы, так как, по сути, ею же и создается, как отклонение вектора подъемной силы за счет скоса потока и как перетекание воздуха с нижней поверхности крыла к верхней. Индуктивное сопротивление симметричного профиля минимально, так как подъемная сила на нем создается только за счет угла атаки.

Для учета зависимости индуктивного сопротивления от подъемной силы данного крыла используют коэффициент Освальда

Е = 1/(Pi * L * A), где L (лямбда) - удлинение крыла, А - коэффициент индуктивности, равный A = 1/(4 * Cx0 * Kmax^2), где Kmax - максимальное качество данного крыла, а Сх0 - коэффициент лобового сопротивления при угле атаки, на котором Су = 0 (угол атаки нулевой подъемной силы).

Коэффициент полного сопротивления Cx = Cx0 + A * Cy^2

 

56 минут назад, Atlant сказал:

По мне, так длинное и тонкое крыло обладает бОльшим лобовым сопростивлением, так? 

Нет, конечно. Лобовое сопротивление (неудачное название вводит в заблуждение) складывается из сопротивления, пропорционального площади сечения крыла, перпендикулярного потоку, и сопротивления из-за трения потока о поверхность крыла. Иными словами, лобовое сопротивление пропорционально не только площади сечения, но и общей площади поверхности крыла. Если крыло широкое, то пограничный слой (часть потока вблизи поверхности крыла, заторможенного из-за сил трения) толще, а это равнозначно увеличению сопротивления.

[Atlant]

Дмитрий, огромное спасибо за объяснение!

[Serge]

Пришел профессионал и прояснил все! Спасибо,,Дмитрий !  А то пришлось бы Леониду бежать в Авиационный институт им. братьев Райт за ответом! Не надо забывать про задачи каждого ЛА, потому и крылья  у U-2  и F-18 разные.

[Serge]

Сдается мне, что перья на концах крыльев скорее механизация.

Цитата

Цитата

10 часов назад, Triela сказал:

У многих пртиц-парителей (орлы, грифы, аисты, коршуны и т.д.) перья на концах крыльев растопырены и играют роль винглетов.

 

 

 

[Triela]

49 минут назад, Serge сказал:

Сдается мне, что перья на концах крыльев скорее механизация.

 

Крыло птицы с точки зрения аэродинамики намного совершеннее самолетного, перья одновременно решают комплексные задачи.

Но разделение на "типы" есть, конечно, и  у птиц. Например, стрижи с узкими серповидными (т.е. имеющими стреловидность) крыльями могут летать нга больших скоростях, но расплачиваются за это невозможностью взлета с земли.

А взлет тяжелых птиц, лебедей, гусей, уток или даже объевшихся ворон идентичен тяжелым транспортным самолетам: после отрыва уборка шасси (поджимание лап), разгон в горизонтальном полете на малой высоте (использование "экранного эффекта" спрямления скошенного потока), и только после набора достаточной скорости - переход в набор с постепенным увеличением градиента.

[бак1]

 

[nefton_001]

Мысли предначинающего моделиста вслух... Воздух движется сильно с разными скоростями сверху крыла и снизу. И почемуто (во всяких визуализациях) приходит к концу крыла сильно в разное время, и чем больше эта разность тем больше потом вихрь (и возможно выше подьемная сила). Но чем меньше длинну воздуху надо течь - тем меньше эта разность будет. А по закону сохранения энергии чем меньше за тобой всяких вихрей - тем меньше тебе надо тратить энергии для поддержания этого полета.

[бак1]

1 час назад, nefton_001 сказал:

Мысли предначинающего моделиста вслух... Воздух движется сильно с разными скоростями сверху крыла и снизу. И почемуто (во всяких визуализациях) приходит к концу крыла сильно в разное время, и чем больше эта разность тем больше потом вихрь (и возможно выше подьемная сила). Но чем меньше длинну воздуху надо течь - тем меньше эта разность будет. А по закону сохранения энергии чем меньше за тобой всяких вихрей - тем меньше тебе надо тратить энергии для поддержания этого полета.

Неожиданно...но для начала хотел бы узнать что вы подразумеваете под концом крыла? И если я правильно понял то что вы написали, то советую прочитать самые азы аэродинамики в любой авиамодельной книжке, их много есть в сети, там ответы на все ваши вопросы.