Аэродинамические характеристики профилей

[Zakhar]

Анатолий гордится тем, что знает очевидные для всех вещи и может пересказывать учебник. Беда только в том, что он не понимает физику. Я выше описывал разницу потерь на создание подъёмной силы в идеальной жидкости и в воздухе. Рассчитывать их по одинаковым формулам вы, конечно, можете, только разница между расчетным значением и истинным может достигать десятков процентов. И что значит фраза " в слегка сжимаемом воздухе?" Так является воздух сжимаемым и вязким, или нет? Можно ли к нему применять формулы, выведенные для идеальной жидкости?
Можете доказать эту (ошибочную) фразу-" Эта проекция одинакова для любого вида профиля при соблюдении равенства подъемной силы, скорости обдува и размаха крыла. "

 

[daredevil]

То есть обязательно появится скос обтекающей среды.

- Я согласен. И это ваш ответ на первый вопрос. Крыло бесконечного удлинения тоже создаёт скос, чтобы создать подъёмную силу.

Дальше:
2) Раз создаётся скос - то можно ли говорить об отклонении подъёмной силы и соответствующей компоненте сопротивления крыла бесконечного удлинения?
3) Если можно - то в чём качественная разница между этой компонентой и индуктивным сопротивлением??

 

[Anatoliy.]

- Я согласен. И это ваш ответ на первый вопрос. Крыло бесконечного удлинения тоже создаёт скос, чтобы создать подъёмную силу.
Дальше:

Что бы продолжить отвечать на Ваши вопросы Вам придется ответить на мой вопрос:
Ответьте на утверждение физики про единственный способ создания силы в безопорном пространстве при отсутствии действия полей только путем отбрасывания масс с определенной скоростью.
Иначе разговор будет похож на общение глухого со слепым.
А тратить время на пустые разговоры не входит в мои планы.
Итак, ответ за Вами.

 

[daredevil]

Ответьте на утверждение физики про единственный способ создания силы в безопорном пространстве при отсутствии действия полей только путем отбрасывания масс с определенной скоростью.

- Это не вопрос. Сформулируйте вопрос так, чтобы на него можно было ответить. И заодно объясните, как это поможет вам ответить на мои вопросы. Если это не имеет отношения к моим вопросам - то вы ведёте себя невежливо. Я первый спросил.

 

[Anatoliy.]

- Это не вопрос. Сформулируйте вопрос так, чтобы на него можно было ответить. И заодно объясните, как это поможет вам ответить на мои вопросы.

Странно, я полагал, что вопрос сформулирован предельно ясно.
Может там я забыл в конце поставить вопросительный знак?
Повторю вопрос слегка изменив его:
Согласны ли Вы, что по законам физики существует единственный способ создания силы в безопорном пространстве при отсутствии действия полей только путем отбрасывания масс с определенной скоростью?

Я заметил, что если я задаю больше одного вопроса сразу, то ответа можно не ожидать или вообще, или не на все вопросы.
В зависимости от Вашего ответа можно будет ответить зачем меня интересует Ваш ответ на этот вопрос.

 

[daredevil]

Согласны ли Вы, что по законам физики существует единственный способ создания силы в безопорном пространстве при отсутствии действия полей только путем отбрасывания масс с определенной скоростью?

- Это очень корявая формулировка, но в общем я согласен. И? Не забывайте мои вопросы.

 

[tern]

Согласны ли Вы, что по законам физики существует единственный способ создания силы в безопорном пространстве при отсутствии действия полей только путем отбрасывания масс с определенной скоростью?

Cогласен в целом с мыслью, но всё-таки сила связана с ускорением, а не со скоростью отбрасываемых масс.

 

[Zakhar]

- Это очень корявая формулировка, но в общем я согласен. И? Не забывайте мои вопросы.

зря вы раскормили тролля. Он будет и дальше задавать вопросы из учебника и писать оттуда азбучные истины. На заданные ему действительно важные вопросы он не отвечает, предпочитая цитировать учебник.
По вашей теме с крылом бесконечного удлинения в идеальной жидкости ответ другой. Скоса потока не будет. Жидкости просто некуда будет деваться. Но все эти задачи абсурдны, потому что ни крыла бесконечного удлинения ни идеальной жидкости не бывает

 

[Anatoliy.]

зря вы раскормили тролля. Он будет и дальше задавать вопросы из учебника и писать оттуда азбучные истины. На заданные ему действительно важные вопросы он не отвечает, предпочитая цитировать учебник.
По вашей теме с крылом бесконечного удлинения в идеальной жидкости ответ другой. Скоса потока не будет, а подъёмная сила будет равна бесконечности. Жидкости просто некуда будет деваться. Но все эти задачи абсурдны, потому что ни крыла бесконечного удлинения ни идеальной жидкости не бывает

О, ответили правильно, хотя не хотите отвечать на мои вопросы.

Cогласен в целом с мыслью, но всё-таки сила связана с ускорением, а не со скоростью отбрасываемых масс.

Это тот же закон Ньютона что и об импульсе силы, который так же принадлежит Ньютону.
Ускоряя некую массу мы прикладываем силу, но если эта масса не покинет тот объект который ускоряет массу, то в результате не получим никакой силы.
Можно эту связь обнаружить в ракетном двигателе.
За счет не важно чего (была бы та самая ускоряющая сила) внутри ракетного двигателя разгоняется некая масса, а затем она покидает ракетный двигатель с некой достигнутой скоростью.
Если секундный расход рабочего тела известен и известна скорость истечения, то сила тяги ракетного двигателя считают через импульс силы.
Замечание, сила появляется не только за счет ускорения.
Например сила реакции появляется как противосила по одному из законов Ньютона.
Если нас интересует подъемная сила крыла как итоговый результат, то достаточно пользоваться импульсом силы.

И еще важный вывод из ответа на мой вопрос.
Если признается в соответствии с законами физики только один способ возникновения силы в безопорном пространстве, то это означает, что все, кто разделяет это утверждение должны забыть как кошмарный сон всё что связано с уравнениями Бернулли в делах создания подъемной силы крыла.

 

[daredevil]

Скоса потока не будет, а подъёмная сила будет равна бесконечности.

- Скоса потока не будет в случае конечной подъёмной силы и бесконечного размаха. Но это соответствует бесконечно малой подъёмной силе секции, т.е. бесконечно малому аэродинамическому углу атаки. Способ уйти от бесконечных величин - оперировать удельными.

Возьмём формулу индуктивного сопротивления (ИС)

(1)

Учитывая, что S = L^2 ∙ λ и λ ∙ S = L^2 , где L - размах крыла - формулу (1) можно переписать как

Fi = 2 Y^2 /π /L^2 /ρ /v^2
или
Fi = 2 (Y/L)^2 /π /ρ /v^2

Учитывая, что в горизонтальном полёте подъёмная сила Y= mg,

Fi = 2 (mg/L)^2 /π /ρ /v^2

То есть индуктивное сопротивление пропорционально квадрату нагрузки на размах. Независимо от удлинения, площади и т.д. В том числе у бесконечного крыла. Значит, у бесконечного крыла индуктивное сопротивление в общем случае ЕСТЬ, а нет его только при бесконечно малой нагрузке на размах (конечной подъёмной силе при бесконечном размахе).

____________________
Не лишне вспомнить, что формула индуктивного сопротивления (1) может быть выведена по законам сохранения энергии и импульса. У нас подъёмная сила образуется за счёт "отбрасывания" воздуха вниз, и энергия для придания воздуху вертикального импульса берётся из энергии поступательного движения крыла, больше ей взяться неоткуда. А "отъём" энергии поступательного движения и есть сопротивление. Вывод формулы см. здесь на стр. 290 книги (стр. 283 электронного документа). Ключевым моментом в выводе является эллиптическое распределение подъёмной силы (и скоса) по размаху. Это условие (и формула) соответствует минимуму ИС. При нарушении этого условия мы вынуждены сообщать меньшей массе воздуха бОльшую скорость (и бОльшую энергию) при том же импульсе.

Кроме потерь, связанных с необходимостью сообщать воздуху бОльшую энергию, IRL у нас есть потери из-за того, что эффективность перевода кинетической энергии крыла в вертикальную составляющую кинетической энергии воздуха отлична от 100%. Не только за счёт вязкого трения, но и за счёт избыточного вихреобразования (мы ведь можем вертикальные составляющие скорости генерировать не только "вниз", но и "вверх", а фактически на отдельных участках - то "вниз", то "вверх" (нестационарное обтекание). И эффективность перевода кинетичечкой энергии крыла в полезную вертикальную составляющую кинетической энергии воздуха зависит от профиля. Но индуктивным сопротивлением эти потери не считаются (по определению), хотя среди них ЕСТЬ потери от избыточного вихреобразования, то есть избыточное вихревое сопротивление.

Кроме того, профиль влияет на конфигурацию зон срыва - а значит, на распределение подъёмной силы и опять же на ИС.

 

[Anatoliy.]

- Это очень корявая формулировка, но в общем я согласен. И? Не забывайте мои вопросы.

Как справедливо заметил и ответил Zakhar
Никто , никогда и нигде не продувал крыло с бесконечными размерами.

Продувают обычно крыло с определенным удлинением и потом математически преобразуют результаты измерения для теоретического крыла с бесконечным размахом. Это сделано для дальнейшего упрощения расчета крыла с требуемым удлинением.

Теперь отвечу на второй вопрос :

2) Раз создаётся скос - то можно ли говорить об отклонении подъёмной силы и соответствующей компоненте сопротивления крыла бесконечного удлинения?

Теоретически крыло с бесконечными размерами создает бесконечно большую подъемную силу даже если удельная (погонная) подъемная сила на крыле стремиться к нулю.
Если удельная подъемная сила стремиться к нулю, то и скос обтекающей среды так же стремиться к нулю.
Следовательно, теоретически крыло с бесконечными размерами в пределе не имеет скоса обтекающей среды.
Но это именно теоретически потому, что никогда не будет соответствовать реальному крылу.
И вот, измеряя силы конкретного крыла с конкретным удлинением имеют дело с суммарной силой сопротивления в которую входят компоненты сопротивления:
1. Профильное сопротивление, которое зависит от того как, в какую сторону и на какую величину профиль "раздвигает" обтекающую среду вверх и вниз, а потом "возвращает" её обратно.
2. Сопротивление трения поверхности об эту обтекающую среду, которое зависит от гладкости поверхности.
3. Сопротивление интерференции, которое появляется за счет того как близкорасположенные к крылу поверхности изменяют траекторию обтекания отличную от траектории при отсутствии этих поверхностей.
4. Позже, когда стали исследовать обтекание на околозвуковых и выше скоростях обнаружили волновое сопротивление обусловленное скачками уплотнения в обтекающей среде.
5. И наконец в общем сопротивлении присутствует некое сопротивление которое строго зависело от тог, на какой угол скашивается поток обтекающей среды.

Математически эту пятую составляющую сопротивления быстро вычислили как проекцию отклоненной подъемной силы.
А поскольку эта проекция появлялась (наводилась) исключительно только наклоном вектора подъемной силы в скошенном потоке, или другими словами индуцировалась, то её и назвали индуктивным сопротивлением.
Понятно, что эта компонента зависела только от наклона подъемной силы и ни коим образом не была связана с теми процессами на поверхности крыла будь то шероховатость, интерференция, размеры поперечного сечения крыла, или форма обводов.
Все эти перечисленные выше причины влияли каждая на свою компоненту в общем сопротивлении, но не коим образом не на индуктивное сопротивление.

Про это индуктивное сопротивление можно сказать иначе терминами физики.
Это есть скатывающая сила.
Если эта сила препятствует движению то её считают сопротивлением.
Если же эта сила помогает движению, то то её уже не называют сопротивлением и можно её назвать движущей силой.
Такой силой пользуются при планировании или при авторотации.

 

[daredevil]

Если удельная подъемная сила стремиться к нулю

- Вот здесь ваша ошибка. У бесконечного крыла удельная подъёмная сила вовсе не обязательно стремится к нулю. И чтобы уйти от нулей, бесконечностей и неопределённостей - надо оперировать удельными величинами. См. моё предыдущее сообщение.

 

[Anatoliy.]

Я нахожусь у компьютера не без отрыва и впридачу печатаю только двумя пальцами. Поэтому и припоздал с ответом на Ваши вопросы.
Но всё же ответил хоть и на 20 минут позже Вашего гневного сожаления.
Справедливости ради отмечу, что и Вы не сильно спешите отвечать на мои вопросы.

А вот Вас не удивило присутствие в формуле индуктивного сопротивление величины ПИ ???
Обычно число ПИ связано с окружностью (длинна), кругом (площадь) и шаром (объем), и больше ни с чем.
Не показалось ли Вам это странным?

Вот меня это заинтересовало и математически привело к тому отбрасыванию эквивалентного секундного отбрасывания (расхода) заключенного в цилиндр с диаметром описывающим размах крыла и с длиной цилиндра численно равного скорости относительно среды выраженной в м/с.

Ключевым моментом в выводе является эллиптическое распределение подъёмной силы (и скоса) по размаху.

Эллипс один из частных случаев окружности.
Это так, для размышления.

 

[tern]

Если признается в соответствии с законами физики только один способ возникновения силы в безопорном пространстве, то это означает, что все, кто разделяет это утверждение должны забыть как кошмарный сон всё что связано с уравнениями Бернулли в делах создания подъемной силы крыла.

Предлагаю разделять движение в безопорном пространстве и движение в среде. Я соглашался с Вашим утверждением для первого случая, поэтому закон Бернулли пока остаётся актуальным. Для меня во всяком случае.

 

[tern]

Эллипс один из частных случаев окружности.

Вообще-то считается наоборот: окружность является частным случаем эллипса.

 

[Anatoliy.]

- Вот здесь ваша ошибка. У бесконечного крыла удельная подъёмная сила вовсе не обязательно стремится к нулю. И чтобы уйти от нулей, бесконечностей и неопределённостей - надо оперировать удельными величинами. См. моё предыдущее сообщение.

Да нет никакой ошибки.
Напомню, математика это продажная девка - кто чего у неё попросит, тому она не откажет.
Вы же понимаете, что оперировать с бесконечностью ровно как и с нулем приводит к бесконечному множеству ответов.
Поэтому доказывать, что если мы эту бесконечность умножим на исчезающе малую величину или на конкретную величину то можно получить некий конкретный результат и оспаривать его как конкретный результат.

Если Вы вычлените в том гипотетическом крыле с бесконечной длиной некий участок, то он по всем законам физики будет иметь все атрибуты включая и индуктивное сопротивление обусловленное скосом обтекающей среды.

Значительно проще использовать теоретическими (вычисленными, а не полученными при продувках) коэффициентами, которые очищены от индуктивного сопротивления и после добавить индуктивное сопротивление уже связанное с конкретным размахом и скоростью полета.
Заметьте, если разделить Су на Сх профиля при условии бесконечного крыла, то получим теоретическое значение аэродинамическое качество никогда недостижимое в реальных конструкциях крыльев или лопастей.
Если это теоретическое АК у некоторых профилей заскакивает за сотню, то самолет с таким профилем имеет АК порядка 8 - 20.
И вина в этом не наличие фюзеляжа и всевозможных торчалок в потоке, а в основном из за индуктивного сопротивления.

Эта тема посвящена аэродинамическим характеристикам профилей.
Многие мечтают заиметь для своих конструкций супер-пупер профиль с чудодейственными параметрами рыща по атласам и по отчетам тех или иных лабораторий.
На деле параметры крыла очень и очень далеки от ожидаемого чуда.
Вот и появляется желание найти еще более лучший профиль.

Правильно тут заметили, что вначале надо думать про лонжероны, про прочность крыла, про баки в крыле, про проводку управления, про наличие отклоняемых частей, про материалы, про технологию сборки, а про профиль почти в последнюю очередь.
Останется всего несколько вариантов из множества профилей.
Вот у меня в базе почти 2 тысячи профилей.
И еще замечание.
Есть крылья с плоско выпуклым крылом, с несимметричным профилем крыла, с S-образным самоустойчивым профилем и даже с симметричным профилем.
И все они летают.
Понимаете какой разброс в обводах имеют эти крылья и все остальные крылья?

 

[Anatoliy.]

Предлагаю разделять движение в безопорном пространстве и движение в среде. Я соглашался с Вашим утверждением для первого случая, поэтому закон Бернулли пока остаётся актуальным. Для меня во всяком случае.

Вам вот такой факт для осмысления справедливости применения законов Бернулли в части аэродинамических сил.
Не странным ли покажется Вам, что подъемная сила появляется только тогда, когда обтекающая среда движется по криволинейной траектории обтекая тело?
Если обтекающая среда движется прямолинейно и даже присутствует огромная разница скоростей, то законы Бернулли не действуют вообще.
Вы можете лопнуть от натуги дуя вдоль плоской поверхности, но подъемной силы не возникнет.

Напротив, если среда движется по криволинейной траектории, то в соответствии с законами Ньютона возникают центробежная и центростремительная силы, а когда движение прямолинейно, то по законам Ньютона не возникают никакие силы.
Вот и получается, что законы Ньютоны действуют всегда и везде, а законы Бернулли только тогда, когда этого "хотят" почитатели Бернулли.

 

[Anatoliy.]

Вообще-то считается наоборот: окружность является частным случаем эллипса.

Пусть будет так, поскольку это правильно.

 

[Zakhar]

Попытался нагуглить источник формулы для вычисления индуктивного сопротивления, но не нашел. Тоже интересно, откуда там число Пи. Возможно, это эмпирическая формула, а Пи хорошо туда ложилось.
Уравнение Бернулли и давление на крыле это одна из сторон явления. Работает и то и то. Без давления нет отброса воздуха.
Про множество профилей я уже писал. На каждом режиме идеальным является только один профиль, который и надо выбрать. Гонять сильно вогнутый профиль на малых углах или плоский на больших углах- значит сильно терять на сопротивлении, не говоря о самоустойчивых профилях.

 

[tern]

Не странным ли покажется Вам, что подъемная сила появляется только тогда, когда обтекающая среда движется по криволинейной траектории обтекая тело?

Нет, не кажется. Потому, что выделенное неверно. В качестве контрпримера берёте 2 совершенно плоских листа бумаги, располагаете их параллельно друг другу (например вот так: || ) и продуваете воздух между ними. Плоские листы сближаются.

Впрочем, достаточно одного вертикального листа бумаги и потока воздуха с одной его стороны. Лист отклоняется в полном соответствии с принципом тов. Бернулли.

Напротив, если среда движется по криволинейной траектории, то в соответствии с законами Ньютона возникают центробежная и центростремительная силы, а когда движение прямолинейно, то по законам Ньютона не возникают никакие силы.

Бернулли никак не противоречит Ньютону. И в общей картине всё именно так и есть, как Вы говорите: источником подьёмной силы является отбрасывание массы воздухa: Третий закон а так же F = ma никто не отменял. Просто разность давлений, возникающая вследствие принципа Бернулли вносит свой заметный вклад в отбрасывание этой массы вниз - и не в последнюю очередь за счёт искривления поверхности крыла.