Jump to content

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


Atlant
 Share

Recommended Posts

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?

Link to comment
Share on other sites

Atlant

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

  • Upvote 1
Link to comment
Share on other sites

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

Link to comment
Share on other sites

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.

 

Link to comment
Share on other sites

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?

Link to comment
Share on other sites

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...

  • Upvote 1
Link to comment
Share on other sites

О! Спасибо! это хорошее объяснение!

Link to comment
Share on other sites

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.

  • Upvote 2
Link to comment
Share on other sites

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?

 

Link to comment
Share on other sites

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.

  • Upvote 2
Link to comment
Share on other sites

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"?

Link to comment
Share on other sites

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.

  • Upvote 4
Link to comment
Share on other sites

Дмитрий, огромное спасибо за объяснение!

Link to comment
Share on other sites

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

Link to comment
Share on other sites

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.

 

 

 

Link to comment
Share on other sites

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.

  • Upvote 4
Link to comment
Share on other sites

  • 5 years later...

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.

Link to comment
Share on other sites

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.

Link to comment
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.
Note: Your post will require moderator approval before it will be visible.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

 Share

×
×
  • Create New...