S
slavka33bis
Не нужно простым зевакам чего-то интерпретировать.
Оставте эту работу специалистам.
Это готовые отчеты.
А сами материалы для анализа, который выполнил их компьютер по их программе могут занимать по нескольку терабайт.
Беседы о теории машущего полёта.
Не нужно простым зевакам чего-то интерпретировать.
Оставте эту работу специалистам.
Это готовые отчеты.
А сами материалы для анализа, который выполнил их компьютер по их программе могут занимать по нескольку терабайт.
KV1237542
Я люблю строить самолеты!
DesertEagle сказал(а):
Стоп, в режиме висения эффекты должны быть. Даже ваш пример с парашютом. Не говоря уже про остальное.
Их не может не быть исходя из законов физики: плохо обтекаемое тело увлекает за собой воздух и если движение неустановившееся с этой воздушной массой Будет работать F=m*a, а не рv2/2.
хотя бы частично...
D
DesertEagle
В размере воробья/малиновки и в полете есть. И довольно существенные. Это для нас 20-40% мелочь, ну потребуется движок 12 л.с. вместо 10 л.с., невелика разница. Махровые махолетчики ведь утверждали про преимущество машущего полета над самолетным как минимум в несколько раз. Чего в реальности даже у мелких птиц при сверхмалых Re не оказалось.KV1237542 сказал(а):
А что у мелких птиц нестационарная составляющая может быть процентов 20%, это и я всегда утверждал. Эффекты ведь известны уже сто лет. Это и задержка срыва потока до крайних точек, позволяющая работать на повышенных углах атаки (20-23 град для птиц обычное дело, против наших 18 град), и утилизация прокатывающихся по крылу вихрей. Их погашение, точнее отбирание у них кинетической энергии. И уменьшение концевых индуктивных вихрей за счет большей скорости кончиков крыльев и увеличения ометаемой поверхности за счет амплитуды махов. И еще с пару десятков подобных эффектов. Но все это набегает на единицы процентов, двух-трехкратной разнице там просто неоткуда взяться.
Я так понял, что измерение аэродинамических сил в этом методе именно так и делается. Определяют по видео куда сместилась светящаяся точка на соседних кадрах (видеокамера делает 400 кадров в секунду и больше). Отсюда получаются скорости и ускорения потока. Так определяют весь задействованный в полете воздух, находят куда и с какой силой птица его отбрасывает. А значит получают аэродинамические силы, действующие на саму птицу. По принципу что действие равно противодействию.KV1237542 сказал(а):
Сложности есть с определение энергии в самих вихрях и турбулентности, с разрешением сетки (если точек слишком много, они сливаются и невозможно отличить одну от другой. метод даже официально делится на две разновидности - в одном просто визуализация, цвет может быть сплошным. а для измерения скоростей потока, точки должны быть отдельными). Но имея полный набор данных, все это в общем-то нормально интегрируется и считается. А результат проверяется по массе птицы.
Добейтесь на полноразмерном махолете такого же числа Рейнольдса как у птицы.1960-sokol-12-07 сказал(а):
Лазерную видеозапись полета крупной птицы я и сам хотел бы посмотреть. А KV1237542, думаю, было бы очень интересно глянуть короткий взлет. Или зависание. Там могут быть интересные эффекты.
D
DesertEagle
Тоже подумал об этом ;D. На самом деле, PIV или как его часто называют Digital PIV (DPIV), использовался и для изучения рыб.slavka33bis сказал(а):
По мелким рыбкам там полно работ, штук 30 разных рыб отсняли. По крупным сходу найти не смог, рыба-меч не единственный представитель таких быстрых рыб. Семейство парусников ненамного им уступают, например. Они даже внешне очень похожи. Нужно искать переводы названий всех таких рыб и делать поиск по ним. Да и наверно имеются объективные сложности в съемке на таких скоростях.
По дельфинам вот неплохая статья: http://blogs.discovermagazine.com/c...ret-to-dolphins-swimming-speeds/#.VA9J6_l_v1Y. В ней рассказывается откуда растут ноги у мифа что дельфин не может развить мощность, необходимую для плавания на его скорости. В 1936 году Джеймс Грей наблюдал как дельфины плавали со скоростью 36 км/час вокруг лодки и обозначил этот парадокс. Другой энтузиаст, Фрэнк Фиш, долго искал способ непосредственно измерить создаваемую дельфином тягу и развиваемую мощность в естественных условиях. Когда появился метод лазерной видеозаписи PIV, это выглядело как решение проблемы.
К сожалению, дельфины оказались привередливыми существами. При работающем позади них лазере, отказывались плыть. Кроме того, существующая тогда методика требовала пускать в воде стеклянные частички, которые подсвечивались лазером. Но понятно, что для здоровья дельфинов это совсем не полезно.
Поэтому Фиш обратился за помощью к Тиму Вею, который занимался оптимизацией олимпийских пловцов. У него стояла такая же проблема. Тот придумал вместо использования стеклянных частиц и лазера, проложить по дну бассейна шланг с маленькими отверстиями и пустить по нему сжатый воздух. Поднимающиеся пузырьки отлично видны в естественном освещении.
Вернувшись к себе, Фиш сделал серию таких видеозаписей дельфинов. После обработки данных оказалось, что дельфины смогли плыть только со скоростью 13.5 км/час и развивали при этом мощность в 5.4 кВт. Чего более чем достаточно для их плавания, без каких либо секретов.
А как же скорость в 36 км/час, измеренная Греем? Возможно, дельфины плыли в струе от лодки, как серфингист (вообще без мотора) скользит по волне. А возможно кратковременно они могут развивать и честные 36 км/час. Нужно искать следующие этапы этого изучения.
Вот ЭТО называется нормальными исследованиями. А не тупо измерить сопротивление муляжа и сказать: все, аэродинамика и гидродинамика бессильны. А вот вечные двигатели, парадокс Эйлера и увиденный на фото подводный нос авианосца, это наше все! ;D
p.s. тунца вроде снимали на PIV, где-то видел черно-белую фотографию в гидродинамической трубе. детали искать лень, так как махолетам это не поможет, слишком разные условия работы. а вот для дирижаблей это тема, если кого интересует.
D
DesertEagle
slavka33bis сказал(а):
Куда?! В кои-то веки появился человек, не лишенный здравого смысла, и уже всё? ;D Осталось ведь сделать один последний шаг и понять, что все упирается только в редуктор. В привод, способный создать огромное усилие, требуемое чтобы махать крыльями. Около тонны при ходе в метр за секунду, на первом этапе сойдет. Это будет соответствовать примерно 5 кВт в полете. В три раза меньше, чем дохленький парамотор. Но для первых подлетов по прямой в метре над землей должно хватить.
Ну а углы, под которыми нужно поворачивать крылья при махах, а также частота и амплитуда махов, получаются из аэродинамического расчета. Впрочем, можно особо не заморачиваться, а копировать с любой крупной птицы. У человеческого легкого махолета они все равно получаются примерно такими же, если не отступать сильно от птичьей частоты и амплитуды махов. Единственный нюанс - огромная зависимость от частоты махов. Доли процентов герца делают погоду. Например разница между 1 и 1.1 Гц ОГРОМНАЯ, и в ряде случаев будет означать разницу между полетом и не полетом. Все из-за большой площади крыльев и малой скорости вертикального движения крыльев по аэродинамическим меркам. Впрочем, примитивная проверка по подводимой к крыльям мощности поможет избежать ошибки.
D
DesertEagle
Продолжаем читать... Думаю многим, кто твердо убежден в каких-то ключевых особенностях машущего полета, будет интересно узнать как обстоит дело на самом деле. Поэтому далее выдержки из отчета по лазерной видеосъемке (PIV) полета стрижей в аэродинамической трубе.
Стрижи являются, возможно, лучшими машущими летунами в мире. Так как проводят почти всю жизнь в машущем полете, и днем и ночью. В отличие от альбатросов, которые по большей части планируют с неподвижными крыльями в динамике от волн и в градиенте ветра. Поэтому изучение стрижей представляет интерес для понимания как устроен наиболее экономичный машущий полет.
Масса: 39 грамм
Размах: 38 см
Площадь крыльев: 0.015 м2
Удлинение: 9.6
Скорость полета: 27-33 км/час
Частота махов: 9.1-8.3 Гц
На махе вверх у стрижей не создается тяга. На махе вниз создается подъемная сила и тяга, на махе вверх создается подъемная сила и сопротивление, но меньшие по величие. Поэтому в среднем получается тяга вперед.
При увеличении скорости полета возрастает амплитуда махов (причем только в верхнюю область, нижняя остается неизменной. то есть птица как бы сильнее "размахивается" для последующего маха вниз), а частота махов снижается. Окружная скорость остается прежней, так как мышцы у стрижа сокращаются всегда с одинаковой скоростью.
Максимальные аэродинамические силы (подъемная и тяга на махе вниз и подъемная и сопротивление на махе вверх) возникают в середине хода крыла, а не в крайних точках. Прим. переводчика: так что прощайте KJELL EFFECT, махание как веером и упругие кончики перьев для создания тяги. Хех, кто бы сомневался!
На махе вверх концевая часть крыла меньше нагружена, чем первая половина. Хотя обе создают подъемную силу и сопротивление. Связано с распределением циркуляции по размаху для уменьшение энергопотребления.
В отличие от аналитических моделей вихревых дорожек с четко выраженными вихрями, где понятно где у них начало и конец, в реальности за крыльями стрижа такого нет (у других птиц выражено сильнее). Вихревая дорожка больше похожа на равномерный прямоугольник, где более менее четкие вихри есть только концевые. Фактически, наиболее интенсивные вихри есть за корпусом. Это говорит, что стриж пытается минимизировать вихри на крыльях, как и подсказывает логика и здравый смысл (а махолетчики-нестационарщики думали с точностью до наоборот, хе-хе). Причем не смотря на интенсивные вихри за телом, корпус не является несущим. Положительный и отрицательный вихри компенсируют друг друга (хотя они разные по величине, но и интенстивность разная, что приводит к равному результату), т.е. корпус просто имеет минимальное лобовое сопротивление.
Меньше 7.5 м/с стрижи не могут летать, падают на землю. Короткий взлет и максимальная экономичность в машущем полете несовместимы.
В нормальном полете лапы поджаты и спрятаны в перьях. Когда скорость в экспериментах превышала 9 м/с, стрижи доставали лапы, что говорит о том, что они столкнулись с некоторыми трудностями при полете. Поэтому 9 м/с можно считать максимальной крейсерской скоростью.
У стрижей длительность маха вниз всегда дольше, чем маха вверх. У passerines наоборот, длительность маха вверх всегда дольше, чем маха вниз. barn swallows при увеличении скорости полета увеличивают окружную скорость маха и уменьшают длительность маха вниз. У robins с увеличением скорости полета немного увеличивается частота махов и амплитуда махов (видимо увеличивают тягу за счет изменения углов атаки при махах). house martin, как и стриж, с увеличением скорости полета уменьшают частоту махов, но при этом в отличие от стрижей, уменьшают длительность маха вниз. rufous hummingbird изменяют окружную скорость и амплитуду, но сохраняют постоянно частоту. То есть у всех птиц все по-разному.
Стрижи практически не сгибают крыло при махе вверх, то есть машут по-самолетному. В отличие от всех остальных птиц. Обладающих намного худшими летными свойствами. Колибри, которая тоже чрезвычайно оптимизирована эволюцией для своих условий полете, тоже не сгибает крыло в локте при махе вверх. Все это говорит о том, что машущее крыло эффективнее в локте не сгибать, а махать цельным крылом.
Присоединенные массы, связанные с ускорениями крыльев (как в экспериментах с зонтиками и колеблющимися пластинами, показывавшими рост Cx до 13 раз) у стрижей настолько малы, что могут быть проигнорированы, так как не отражаются на конечном результате.
Крыло стрижа довольно жесткое и не гнется при махах, не меняет вогнутость, перья не топорщатся и не отгибаются в конечных точках.
Аэродинамическое качество стрижей на скорости 8.4 м/с равно 13.3 единиц, у robin (малиновки?) для сравнения на 9 м/с 7.5 единиц. Большее удлинение и более обтекаемая форма тела стрижа оптимизированы природой на более экономичный полет. Качество при планировании стрижа в данном эксперименте не замерялось, но такие эксперименты планируются в будущем. У чучела стрижа качество 10 на сторости 9 м/с, причем очень сильно зависит от скорости полета (с увеличением скорости падает, т.е. на 8.4 м/с должно быть немного выше). Кроме того, живая птица чутко реагирует на воздушные потоки и подстраивает угол атаки, утилизируя малейшие колебания от воздушной турбулентности. Особенно в машущем режиме. Хотя прибавка в тяге и подъемной силе из-за нестационарных эффектов при махах тоже ожидается, но точное значение незвестно.
Cредний Cу = 0.61, что соответствует хорошо спроектированным стационарным крыльям для такой скорости и числf рейнольдса (8.4 м/с, Re=2.2*10^4). B выше, чем у большинства других птиц, летающих на такой же скорости и примерно такого же размера, у которых Су = 0.4.
Средний Cх = 0.05
Тяга при махе вниз 0.07 Н, а сопротивление в другую сторону при махе вверх 0.04 Н, что соответствует примерно 60% от тяги. С другой стороны, подъемная сила при махе вверх тоже примерно 60% от подъемной силы при махе вниз. Возможно, такой выбор обоснован требованием высокой маневренности (стрижи ловят насекомых на лету), так как когда крылья работают все время, то ими легче управлять. Или может это связано с равномерной работой мышц, что способствует выносливости и меньшим энергозатратам в полете. Прим. от переводчика: вообще-то это означает, что на махе вверх крылья расслаблены и стриж отдыхает, то есть наоборот - работа мышц как раз неравномерна. Хотя они не указали углы атаки, там можно сделать и активный мышечный мах с такими условиями, тогда будет равномерной как они и пишут.
Выводы: полет стрижа с жесткими несгибаемыми при махе вверх в локте крыльями довольно сильно отличается от полета других птиц, и намного эффективнее них. Стриж имеет наибольшее измеренное аэродинамическое качество среди всех сравнимых с ним живых птиц. Крылья стрижа больше всего похожи на крылья жесткого самолета или планера. Также более равномерные, чем у других птиц, аэродинамические силы при махах, облегчают механическую реализацию такого машущего полета. Поэтому машущие микробпла, спроектированные для максимальной экономичности в полете, скорее всего будут похожи на стрижей, чем на других птиц.
Стрижи являются, возможно, лучшими машущими летунами в мире. Так как проводят почти всю жизнь в машущем полете, и днем и ночью. В отличие от альбатросов, которые по большей части планируют с неподвижными крыльями в динамике от волн и в градиенте ветра. Поэтому изучение стрижей представляет интерес для понимания как устроен наиболее экономичный машущий полет.
Масса: 39 грамм
Размах: 38 см
Площадь крыльев: 0.015 м2
Удлинение: 9.6
Скорость полета: 27-33 км/час
Частота махов: 9.1-8.3 Гц
На махе вверх у стрижей не создается тяга. На махе вниз создается подъемная сила и тяга, на махе вверх создается подъемная сила и сопротивление, но меньшие по величие. Поэтому в среднем получается тяга вперед.
При увеличении скорости полета возрастает амплитуда махов (причем только в верхнюю область, нижняя остается неизменной. то есть птица как бы сильнее "размахивается" для последующего маха вниз), а частота махов снижается. Окружная скорость остается прежней, так как мышцы у стрижа сокращаются всегда с одинаковой скоростью.
Максимальные аэродинамические силы (подъемная и тяга на махе вниз и подъемная и сопротивление на махе вверх) возникают в середине хода крыла, а не в крайних точках. Прим. переводчика: так что прощайте KJELL EFFECT, махание как веером и упругие кончики перьев для создания тяги. Хех, кто бы сомневался!
На махе вверх концевая часть крыла меньше нагружена, чем первая половина. Хотя обе создают подъемную силу и сопротивление. Связано с распределением циркуляции по размаху для уменьшение энергопотребления.
В отличие от аналитических моделей вихревых дорожек с четко выраженными вихрями, где понятно где у них начало и конец, в реальности за крыльями стрижа такого нет (у других птиц выражено сильнее). Вихревая дорожка больше похожа на равномерный прямоугольник, где более менее четкие вихри есть только концевые. Фактически, наиболее интенсивные вихри есть за корпусом. Это говорит, что стриж пытается минимизировать вихри на крыльях, как и подсказывает логика и здравый смысл (а махолетчики-нестационарщики думали с точностью до наоборот, хе-хе). Причем не смотря на интенсивные вихри за телом, корпус не является несущим. Положительный и отрицательный вихри компенсируют друг друга (хотя они разные по величине, но и интенстивность разная, что приводит к равному результату), т.е. корпус просто имеет минимальное лобовое сопротивление.
Меньше 7.5 м/с стрижи не могут летать, падают на землю. Короткий взлет и максимальная экономичность в машущем полете несовместимы.
В нормальном полете лапы поджаты и спрятаны в перьях. Когда скорость в экспериментах превышала 9 м/с, стрижи доставали лапы, что говорит о том, что они столкнулись с некоторыми трудностями при полете. Поэтому 9 м/с можно считать максимальной крейсерской скоростью.
У стрижей длительность маха вниз всегда дольше, чем маха вверх. У passerines наоборот, длительность маха вверх всегда дольше, чем маха вниз. barn swallows при увеличении скорости полета увеличивают окружную скорость маха и уменьшают длительность маха вниз. У robins с увеличением скорости полета немного увеличивается частота махов и амплитуда махов (видимо увеличивают тягу за счет изменения углов атаки при махах). house martin, как и стриж, с увеличением скорости полета уменьшают частоту махов, но при этом в отличие от стрижей, уменьшают длительность маха вниз. rufous hummingbird изменяют окружную скорость и амплитуду, но сохраняют постоянно частоту. То есть у всех птиц все по-разному.
Стрижи практически не сгибают крыло при махе вверх, то есть машут по-самолетному. В отличие от всех остальных птиц. Обладающих намного худшими летными свойствами. Колибри, которая тоже чрезвычайно оптимизирована эволюцией для своих условий полете, тоже не сгибает крыло в локте при махе вверх. Все это говорит о том, что машущее крыло эффективнее в локте не сгибать, а махать цельным крылом.
Присоединенные массы, связанные с ускорениями крыльев (как в экспериментах с зонтиками и колеблющимися пластинами, показывавшими рост Cx до 13 раз) у стрижей настолько малы, что могут быть проигнорированы, так как не отражаются на конечном результате.
Крыло стрижа довольно жесткое и не гнется при махах, не меняет вогнутость, перья не топорщатся и не отгибаются в конечных точках.
Аэродинамическое качество стрижей на скорости 8.4 м/с равно 13.3 единиц, у robin (малиновки?) для сравнения на 9 м/с 7.5 единиц. Большее удлинение и более обтекаемая форма тела стрижа оптимизированы природой на более экономичный полет. Качество при планировании стрижа в данном эксперименте не замерялось, но такие эксперименты планируются в будущем. У чучела стрижа качество 10 на сторости 9 м/с, причем очень сильно зависит от скорости полета (с увеличением скорости падает, т.е. на 8.4 м/с должно быть немного выше). Кроме того, живая птица чутко реагирует на воздушные потоки и подстраивает угол атаки, утилизируя малейшие колебания от воздушной турбулентности. Особенно в машущем режиме. Хотя прибавка в тяге и подъемной силе из-за нестационарных эффектов при махах тоже ожидается, но точное значение незвестно.
Cредний Cу = 0.61, что соответствует хорошо спроектированным стационарным крыльям для такой скорости и числf рейнольдса (8.4 м/с, Re=2.2*10^4). B выше, чем у большинства других птиц, летающих на такой же скорости и примерно такого же размера, у которых Су = 0.4.
Средний Cх = 0.05
Тяга при махе вниз 0.07 Н, а сопротивление в другую сторону при махе вверх 0.04 Н, что соответствует примерно 60% от тяги. С другой стороны, подъемная сила при махе вверх тоже примерно 60% от подъемной силы при махе вниз. Возможно, такой выбор обоснован требованием высокой маневренности (стрижи ловят насекомых на лету), так как когда крылья работают все время, то ими легче управлять. Или может это связано с равномерной работой мышц, что способствует выносливости и меньшим энергозатратам в полете. Прим. от переводчика: вообще-то это означает, что на махе вверх крылья расслаблены и стриж отдыхает, то есть наоборот - работа мышц как раз неравномерна. Хотя они не указали углы атаки, там можно сделать и активный мышечный мах с такими условиями, тогда будет равномерной как они и пишут.
Выводы: полет стрижа с жесткими несгибаемыми при махе вверх в локте крыльями довольно сильно отличается от полета других птиц, и намного эффективнее них. Стриж имеет наибольшее измеренное аэродинамическое качество среди всех сравнимых с ним живых птиц. Крылья стрижа больше всего похожи на крылья жесткого самолета или планера. Также более равномерные, чем у других птиц, аэродинамические силы при махах, облегчают механическую реализацию такого машущего полета. Поэтому машущие микробпла, спроектированные для максимальной экономичности в полете, скорее всего будут похожи на стрижей, чем на других птиц.
KV1237542
Я люблю строить самолеты!
DesertEagle. Вы меня не поняли я категорично могу утверждать лишь одно на малых и околонулевых скоростях нестационарные эффекты будут и если собираться махать и висеть то игнорировать их нельзя.
Бог с ними с моими примерами вы сами считали Сх при испытаниях парашюта и Re не маленькие.
Стриж со своими скоростями полета летает наиболее "стационарно" и приближенно к самолету ему и большой Су ему не нужен
Касательно распределения циркуляции при махе вверх и вниз то не удивили.
Какие же присоединенные массы на таких скоростях?
Вот у колибри в режиме висения - должны быть.
Бог с ними с моими примерами вы сами считали Сх при испытаниях парашюта и Re не маленькие.
DesertEagle сказал(а):
Стриж со своими скоростями полета летает наиболее "стационарно" и приближенно к самолету ему и большой Су ему не нужен
Касательно распределения циркуляции при махе вверх и вниз то не удивили.
DesertEagle сказал(а):
Какие же присоединенные массы на таких скоростях?
Вот у колибри в режиме висения - должны быть.
D
DesertEagle
Продолжаем чтение... В этот раз отчет о лазерной видеосъемке полета средних по размеру летучих мышей. Масса, размах и Re близки к таковым у стрижей, но скорость полета намного ниже. Вихревой след отличается от следа стрижей сильно, хотя в целом принцип полета схож (за исключением небольшого создания тяги в самом конце маха вверх, чего у стрижей не было в принципе).
Вес: 30-36 грамм
Размах: 17 см
Скорость полета: 18 и 24 км/час
Частота махов: 8.1 Гц
Re = 20000
С увеличением скорости полета значительно увеличивают амплитуду махов (с 50 до 65 град), но частота махов не изменяется. На меньшей скорости угол атаки кисти больше (22 град), чем на большей скорости (16.6 град)
Угол атаки увеличивается в начале маха вниз, достигает максимума в середине маха вниз, а потом все время уменьшается и достигает минимума на середине маха вверх. В целом, угол атаки кисти остается положительным во время маха вверх.
Концевой вихрь на крыльях образуется в начале маха вниз, после чего набирает силу и диаметр в течении всего маха вниз и остается равномерным при махе вверх до середины, после чего ослабляется практически до нуля. В целом, поведение и положение концевого вихря соответствует классическому за крылом самолета. Кроме самых крупных концевых вихрей, на разных частях крыльев и в разные моменты махов можно выделить еще несколько более мелких вихрей, которые то образуются, то заканчиваются в течении цикла махов. Часть из них создает положительную подъемную силу, часть отрицательную. Картина сложная, но концевые вихри явно преобладающие. Остальные мелкие вихри не оказывают значительного влияния на полет, в силу их малого размера и к тому же, они часто компенсируют друга противоположным вращением. Фактически, летучая мышь летит целиком на циркуляции концевых вихрей (до 70-94% веса мыши).
В самом конце маха вверх на концевых частях крыльев появляется отрицательная подъемная сила и положительная тяга, хотя ее значение невелико. Подъемная сила корневых частей и большей части крыла (до кисти и немного дальше) и сопротивление преобладают над тягой концевых частей при махе вверх. Можно сказать, что в целом подъемная сила всегда положительна, в том числе и во время маха вверх.
В самом начале маха вниз оба крыла действуют как независимые плоскости, на корпусе мыши отстутствует либо крайне малая положительная подъемная сила. Но в скором времени циркуляции обоих крыльев объединяются вместе с корпусом, и вся мышь работает как единый профиль, единое крыло по созданию подъемной силы. В самом конце маха вверх, как уже отмечалось, на концевых частях крыльев появляется незначительные отрицательная подъемная сила и положительная тяга.
В этой работе из-за ограничений оборудования и приоритетов исследования (для публикации в биологического журнала) акцент делался не на численную оценку аэродинамики, а на качественное описание возникающих за крыльями вихрей и тонкости кинематики. Для чего одновременно снимался поток на PIV и кинематика с цветными маркерами на мышах на обычную видеокамеру, после чего обе видеосъемки синхронизировались. Но оценки аэродинамического качества, энергопотребления и прочего, в этой работе не делалось. Выводы можно делать только косвенно по вихревому следу.
Вес: 30-36 грамм
Размах: 17 см
Скорость полета: 18 и 24 км/час
Частота махов: 8.1 Гц
Re = 20000
С увеличением скорости полета значительно увеличивают амплитуду махов (с 50 до 65 град), но частота махов не изменяется. На меньшей скорости угол атаки кисти больше (22 град), чем на большей скорости (16.6 град)
Угол атаки увеличивается в начале маха вниз, достигает максимума в середине маха вниз, а потом все время уменьшается и достигает минимума на середине маха вверх. В целом, угол атаки кисти остается положительным во время маха вверх.
Концевой вихрь на крыльях образуется в начале маха вниз, после чего набирает силу и диаметр в течении всего маха вниз и остается равномерным при махе вверх до середины, после чего ослабляется практически до нуля. В целом, поведение и положение концевого вихря соответствует классическому за крылом самолета. Кроме самых крупных концевых вихрей, на разных частях крыльев и в разные моменты махов можно выделить еще несколько более мелких вихрей, которые то образуются, то заканчиваются в течении цикла махов. Часть из них создает положительную подъемную силу, часть отрицательную. Картина сложная, но концевые вихри явно преобладающие. Остальные мелкие вихри не оказывают значительного влияния на полет, в силу их малого размера и к тому же, они часто компенсируют друга противоположным вращением. Фактически, летучая мышь летит целиком на циркуляции концевых вихрей (до 70-94% веса мыши).
В самом конце маха вверх на концевых частях крыльев появляется отрицательная подъемная сила и положительная тяга, хотя ее значение невелико. Подъемная сила корневых частей и большей части крыла (до кисти и немного дальше) и сопротивление преобладают над тягой концевых частей при махе вверх. Можно сказать, что в целом подъемная сила всегда положительна, в том числе и во время маха вверх.
В самом начале маха вниз оба крыла действуют как независимые плоскости, на корпусе мыши отстутствует либо крайне малая положительная подъемная сила. Но в скором времени циркуляции обоих крыльев объединяются вместе с корпусом, и вся мышь работает как единый профиль, единое крыло по созданию подъемной силы. В самом конце маха вверх, как уже отмечалось, на концевых частях крыльев появляется незначительные отрицательная подъемная сила и положительная тяга.
В этой работе из-за ограничений оборудования и приоритетов исследования (для публикации в биологического журнала) акцент делался не на численную оценку аэродинамики, а на качественное описание возникающих за крыльями вихрей и тонкости кинематики. Для чего одновременно снимался поток на PIV и кинематика с цветными маркерами на мышах на обычную видеокамеру, после чего обе видеосъемки синхронизировались. Но оценки аэродинамического качества, энергопотребления и прочего, в этой работе не делалось. Выводы можно делать только косвенно по вихревому следу.
KV1237542
Я люблю строить самолеты!
DesertEagle сказал(а):
Нет вы передергиваете? сомневаюсь что не понимаете?
при чем вертолет: если соотнести частоту*амплитуду со скоростью лопасти то видно будет что траектория резко не изменяется какая же тут нестационарность.
А упоминание даже про свой пример с парашютом просто игнорируете.
Нужны резкие достаточно изменения траектории при значительном сопротивлении тела и ускорении тогда и будет эффект.
А прототип стрижа уже создан - это самолет 😉 а колибри - вертолет (хотя с эти гораздо меньше согласен)
Вообще стриж и колибри скорее исключение.
Главное достоинство остальных птиц - многорежимность чего и нужно от махолета иначе смысл?
D
DesertEagle
Почему же игнорирую, я написал что если дергать парашютик, то будет присоединенная масса, отвечающая за рост Cx (или Cy, в общем, за рост аэродинамических сил выше стационарных). А если дернуть этот же парашютик (жесткий) боком, как птичье крыло, то значительной присоединенной массы и соответственно роста Cy из-за ускорения не будет. Об этом написано в литературе, это не секрет.KV1237542 сказал(а):
А теперь представьте, что мы бы говорили о стриже месяц назад. 40 граммовая птичка, машущая 9 раз в секунду. Да это идеальный образец нестационарности. К тому же при малых Re = 20 000. Просто идеально. Даже я согласился бы, что там должно быть значительное влияние нестационарности при махах. Ну и где это все?KV1237542 сказал(а):
Предполагаю, что такой же облом ждет и при висении, и при коротком взлете крупных птиц - везде, где махолетчики приписывают машущим крыльям нестационарные свойства. Они же делают это не от знания, а от хотелок чтобы все было, а нам ничего за это не было ;D 😎
Похоже, что область значительного (процентов 50%) влияния нестационарности при махах, ограничена размерами насекомых. Про двух-трех кратную, не говоря о десятикратной, уже и заикаться как-то стыдно.
Но надо поискать/почитать и другие исследования с непосредственным наблюдением за аэродинамикой живых птиц.
Этот метод съемки (PIV) меня самого впечатлил, я уже и не надеялся когда либо так наглядно и безоговорочно увидеть что там происходит на самом деле.
D
DesertEagle
Многорежимность, экономичность (пока недостижимая из-за редуктора в машущем приводе), тихий полет... А если еще и складные крылья сделать, то вообще красота.KV1237542 сказал(а):
D
DesertEagle
Я нашел пару статей про висение, но похоже они не непосредственной съемки, а съемка искусственных плексиглазовых крыльев в масле (для сохранения того же Re), копирующих динамику настоящих крыльев. Первый документ как у колибри, второй как у какой-то большой моли. Пока не читал.KV1237542 сказал(а):
D
DesertEagle
Вот еще очень интересный документ: Beyond robins aerodynamic analyses of animal flight.pdf (гугл перевод).
В нем рассматриваются результаты сделанных за последние годы лазерных видеосъемок (PIV) полетов птиц и летучих мышей. Главный вопрос, почему при таких разных вихревых следах у разных животных, все они очень точно предсказываются квази-стационарной аэродинамикой?
Первые эксперименты давали противоречивые результаты, но как только точность замеров и разрешение камер выросли достаточно, оказалось что летные свойства всех птиц, в том числе летучих мышей, достаточно точно описываются формулами стационарной аэродинамики. По которым считаются самолеты с неподвижными крыльями.
Это удивительно. Посмотрите на вихревой след у разных птиц:
Первый измерен у соловья, малиновки и других подобных птиц размером с воробья (след похож как у большинства насекомых, кстати).
Второй у стрижа - самой экономичной машущей птицы в мире.
Третий у летучей мыши.
Но когда начинают количественно считать все эти такие разные вихри, результат с большой степенью точности совпадает с самым обычным прямоугольным вихревым следом за летящим самолетом с неподвижными крыльями:
В статье дается этому странному факту такое объяснение: по большому счету, задача аэродинамики поддерживать вес птицы в полете. Поэтому если посмотреть на вихревой след любой птицы издалека, то он сведется к самолетному.
Мелкие детали на самом крыле (отдельные маленькие вихри как у стрижа, или пары больших интенсивных как у летучей мыши) не имеют большого значения. За счет вязкости они увлекают соседние слои воздуха, поэтому в обоих случаях суммарный задействованный в полете объем воздуха остается примерно одинаковым, и давно известным из обычной аэродинамики - примерно как цилиндр с диаметром как размах крыльев и длиной как скорость полета. То есть определяющими факторами являются размах, площадь крыльев, скорость полета, а вовсе не нюансы обтекания конкретного крыла. А все эти факторы общие, что у машущих птиц, что у неподвижных самолетов. Отсюда и одинаковость общей аэродинамики.
Чтобы было понятнее, в статье описывается самолетный принцип циркуляции. Умеют же буржуи объяснять! Коротко и наглядно. Но боюсь, в гугловском переводе это большинству будет не очень понятно.
Если коротко, крыло может взаимодействовать только с воздухом, а по третьему закону ньютона действие равно противодействию. Поэтому в вихревом следе за крылом содержится вся информация об аэродинамических силах на крыле, а также их история. Именно этот факт позволил по лазерной подсветке тумана за крыльями летящей птицы очень точно измерить ее аэродинамику, не мешая самой птице лететь в естественных условиях.
Так вот, основная теорема аэродинамики гласит, что действующие аэродинамические силы на крыле мы можем найти, просто измерив интенсивность возникающих за ним завихрений. Которые в большинстве случаев можно представить вращающимися окружностями или другими простыми математическими объектами. Тогда действующая на единичном участке крыла подъемная сила (и сопротивление) будут равны просто L=p*U*Г, где p - плотность воздуха, U - скорость полета, Г - циркуляция вихря, создаваемого этим участком. Циркуляцию находят по специальным формулам, не будем сейчас вдаваться в подробности, это чистая математика. Желающие могут посмотреть в любом учебнике аэродинамики.
У нас эта теорема получила название теоремы Жуковского, а параллельно ему в германии этой же проблемой занимался Мартин Вильгельм Кутта, поэтому в зарубежной литературе она обычно называется теоремой Kutta-Joukowski.
Теперь должно быть понятнее, как определяются аэродинамические силы в таких сложных вихревых следах, как у птиц. По векторам скоростей находят интенсивность каждого отдельного вихря (толстых цветных труб на рисунке выше), его интенсивность и циркуляцию, а вместе с геометрией крыла и скоростью полета, это дает численно значение подъемной силы и сопротивления/тяги. Которая потом проверяется по весу птицы, чтобы исключить и проверить ошибку в подсчетах.
Так вот, сумма циркуляций всех вихрей за летящей птицей получается примерно равной самолетной равномерной циркуляции вокруг всего крыла. Поэтому квази-стационарная аэродинамика так хорошо и точно описывает полет всех птиц, не смотря на очень разные вихревые дорожки у них.
В подтверждение приводится график на основе всех отснятых к тому моменту лазерами полетов птиц и мышей, приведенных к самолетной циркуляции:
Здесь сплошная линия это теоретическое уравнение для самолета, согласно теореме Жуковского, а цветными точками экспериментальные данные, полученные в результате лазерной съемки разных птиц и летучих мышей. В размере воробья, заметьте! Соловьи, малиновки и т.д. С массой 30-40 грамм и частотой махов под 9 Гц, что при таком малом Re~20000 должно было однозначно свидетельствовать о большой доле нестационарных эффектов при махах. Но их нет.
Зачем же тогда вихревые дорожки у всех птиц такие разные? Дело в том, что чем меньше скорость полета, тем большую выгоду можно извлечь из нестационарного обтекания. У живых существ это начинает проявляться примерно со скорости 4 м/с и ниже. Большинство птиц летают на большей скорости на среднем Сy=0.4, поэтому это было незаметно. Но некоторые отголоски этого начали отслеживаться еще когда отсняли полет соловьев и малиновок на их минимальной скорости полета, которая как раз около 4 м/с. На такой скорости согласно стационарной аэродинамике и учитывая их Re, максимальный Cy должен быть около 2 единиц. Но у соловьев и малиновок получился 2.5. Это можно объяснить только нестационарными эффектами.
Когда же отсняли с лазерной подсветкой полет небольших летучих мышей, у которых эти 4 м/с были не минимальной, а крейсерской скоростью, то есть они природой оптимизированы на эту скорость. То обнаружили аномальное поведение вихря в середине маха вниз (см. выше картинку из предыдущего отчета), которого не должно быть, исходя из стационарной аэродинамики.
Это было первое надежное подтверждение нестационарных эффектов при полете мелких птиц (конкретно тут - мышей). Анализ позволил выявить, что там возникает некий удерживаемый у передней кромки (сдвинутый к передней кромке, если точнее) дополнительный вихрь, названный LEV, который своей циркуляцией добавлял до 40% к создаваемой подъемной силе во время маха. Мы еще помним, что интенсивность и направление вращения вихря, связанного с участком крыла, однозначно определяет создаваемые на этом участке аэродинамические силы? (по теореме кутта-жуковского, строго доказанную впоследствии математически, кстати).
Но напомню, что на общей необходимой для полета мощности это не сказывается. Мышь летит так же, как летел бы аналогичный по размеру самолет с неподвижными крыльями по стационарной аэродинамике. Это просто позволяет лететь на меньшей скорости (на большем Cy). Иногда даже на той, где на неподвижных крыльях уже не получилось бы по естественным ограничениям из-за слишком большого угла атаки и срыва потока.
Но делается это ценой соответствующих затрат энергии. Так как длина захваченного "цилиндра" воздуха уменьшается из-за маленькой скорости полета. Поэтому можете не рассчитывать, что за счет нестационарных эффектов мышам и насекомым легче лететь на малой скорости. Нет, это делается за счет дикой энерговооруженности. Как у вертолета, если мы смасштабируем до нашего размера.
Однако такие хитрости с неравномерным созданием вихрей на разных участках крыльев и повышением Cу за счет создания дополнительных вихрей с их циркуляцией, значительно повышает маневренность. И хотя в среднем в полете мышь потребляет столько же энергии, сколько потребляла бы аналогичная стационарная авиамодель с неподвижными крыльями. Но в тот момент маха, где у мышки на 40% выше Cy, она может резко повернуть. Что жизненно важно как для мелких мышек, так и для насекомых. Которые тоже используют подобные нестационарные эффекты, и даже большее их число благодаря своему меньшему числу рейнольдса. Вот в чем биологический смысл нестационарных эффектов при махах.
А не в тех сказках, что насочиняли махолетчики-нестационарщики из-за своей безграмотности. Впрочем, это конечно не обвинение, а просто констатация факта что к изучению любого процесса нужно подходить объективно и экспериментально, а не строить воздушные замки на основе слухов и собственных хотелок, игнорируя известные физические законы.
В нем рассматриваются результаты сделанных за последние годы лазерных видеосъемок (PIV) полетов птиц и летучих мышей. Главный вопрос, почему при таких разных вихревых следах у разных животных, все они очень точно предсказываются квази-стационарной аэродинамикой?
Первые эксперименты давали противоречивые результаты, но как только точность замеров и разрешение камер выросли достаточно, оказалось что летные свойства всех птиц, в том числе летучих мышей, достаточно точно описываются формулами стационарной аэродинамики. По которым считаются самолеты с неподвижными крыльями.
Это удивительно. Посмотрите на вихревой след у разных птиц:
Первый измерен у соловья, малиновки и других подобных птиц размером с воробья (след похож как у большинства насекомых, кстати).
Второй у стрижа - самой экономичной машущей птицы в мире.
Третий у летучей мыши.
Но когда начинают количественно считать все эти такие разные вихри, результат с большой степенью точности совпадает с самым обычным прямоугольным вихревым следом за летящим самолетом с неподвижными крыльями:
В статье дается этому странному факту такое объяснение: по большому счету, задача аэродинамики поддерживать вес птицы в полете. Поэтому если посмотреть на вихревой след любой птицы издалека, то он сведется к самолетному.
Мелкие детали на самом крыле (отдельные маленькие вихри как у стрижа, или пары больших интенсивных как у летучей мыши) не имеют большого значения. За счет вязкости они увлекают соседние слои воздуха, поэтому в обоих случаях суммарный задействованный в полете объем воздуха остается примерно одинаковым, и давно известным из обычной аэродинамики - примерно как цилиндр с диаметром как размах крыльев и длиной как скорость полета. То есть определяющими факторами являются размах, площадь крыльев, скорость полета, а вовсе не нюансы обтекания конкретного крыла. А все эти факторы общие, что у машущих птиц, что у неподвижных самолетов. Отсюда и одинаковость общей аэродинамики.
Чтобы было понятнее, в статье описывается самолетный принцип циркуляции. Умеют же буржуи объяснять! Коротко и наглядно. Но боюсь, в гугловском переводе это большинству будет не очень понятно.
Если коротко, крыло может взаимодействовать только с воздухом, а по третьему закону ньютона действие равно противодействию. Поэтому в вихревом следе за крылом содержится вся информация об аэродинамических силах на крыле, а также их история. Именно этот факт позволил по лазерной подсветке тумана за крыльями летящей птицы очень точно измерить ее аэродинамику, не мешая самой птице лететь в естественных условиях.
Так вот, основная теорема аэродинамики гласит, что действующие аэродинамические силы на крыле мы можем найти, просто измерив интенсивность возникающих за ним завихрений. Которые в большинстве случаев можно представить вращающимися окружностями или другими простыми математическими объектами. Тогда действующая на единичном участке крыла подъемная сила (и сопротивление) будут равны просто L=p*U*Г, где p - плотность воздуха, U - скорость полета, Г - циркуляция вихря, создаваемого этим участком. Циркуляцию находят по специальным формулам, не будем сейчас вдаваться в подробности, это чистая математика. Желающие могут посмотреть в любом учебнике аэродинамики.
У нас эта теорема получила название теоремы Жуковского, а параллельно ему в германии этой же проблемой занимался Мартин Вильгельм Кутта, поэтому в зарубежной литературе она обычно называется теоремой Kutta-Joukowski.
Теперь должно быть понятнее, как определяются аэродинамические силы в таких сложных вихревых следах, как у птиц. По векторам скоростей находят интенсивность каждого отдельного вихря (толстых цветных труб на рисунке выше), его интенсивность и циркуляцию, а вместе с геометрией крыла и скоростью полета, это дает численно значение подъемной силы и сопротивления/тяги. Которая потом проверяется по весу птицы, чтобы исключить и проверить ошибку в подсчетах.
Так вот, сумма циркуляций всех вихрей за летящей птицей получается примерно равной самолетной равномерной циркуляции вокруг всего крыла. Поэтому квази-стационарная аэродинамика так хорошо и точно описывает полет всех птиц, не смотря на очень разные вихревые дорожки у них.
В подтверждение приводится график на основе всех отснятых к тому моменту лазерами полетов птиц и мышей, приведенных к самолетной циркуляции:
Здесь сплошная линия это теоретическое уравнение для самолета, согласно теореме Жуковского, а цветными точками экспериментальные данные, полученные в результате лазерной съемки разных птиц и летучих мышей. В размере воробья, заметьте! Соловьи, малиновки и т.д. С массой 30-40 грамм и частотой махов под 9 Гц, что при таком малом Re~20000 должно было однозначно свидетельствовать о большой доле нестационарных эффектов при махах. Но их нет.
Зачем же тогда вихревые дорожки у всех птиц такие разные? Дело в том, что чем меньше скорость полета, тем большую выгоду можно извлечь из нестационарного обтекания. У живых существ это начинает проявляться примерно со скорости 4 м/с и ниже. Большинство птиц летают на большей скорости на среднем Сy=0.4, поэтому это было незаметно. Но некоторые отголоски этого начали отслеживаться еще когда отсняли полет соловьев и малиновок на их минимальной скорости полета, которая как раз около 4 м/с. На такой скорости согласно стационарной аэродинамике и учитывая их Re, максимальный Cy должен быть около 2 единиц. Но у соловьев и малиновок получился 2.5. Это можно объяснить только нестационарными эффектами.
Когда же отсняли с лазерной подсветкой полет небольших летучих мышей, у которых эти 4 м/с были не минимальной, а крейсерской скоростью, то есть они природой оптимизированы на эту скорость. То обнаружили аномальное поведение вихря в середине маха вниз (см. выше картинку из предыдущего отчета), которого не должно быть, исходя из стационарной аэродинамики.
Это было первое надежное подтверждение нестационарных эффектов при полете мелких птиц (конкретно тут - мышей). Анализ позволил выявить, что там возникает некий удерживаемый у передней кромки (сдвинутый к передней кромке, если точнее) дополнительный вихрь, названный LEV, который своей циркуляцией добавлял до 40% к создаваемой подъемной силе во время маха. Мы еще помним, что интенсивность и направление вращения вихря, связанного с участком крыла, однозначно определяет создаваемые на этом участке аэродинамические силы? (по теореме кутта-жуковского, строго доказанную впоследствии математически, кстати).
Но напомню, что на общей необходимой для полета мощности это не сказывается. Мышь летит так же, как летел бы аналогичный по размеру самолет с неподвижными крыльями по стационарной аэродинамике. Это просто позволяет лететь на меньшей скорости (на большем Cy). Иногда даже на той, где на неподвижных крыльях уже не получилось бы по естественным ограничениям из-за слишком большого угла атаки и срыва потока.
Но делается это ценой соответствующих затрат энергии. Так как длина захваченного "цилиндра" воздуха уменьшается из-за маленькой скорости полета. Поэтому можете не рассчитывать, что за счет нестационарных эффектов мышам и насекомым легче лететь на малой скорости. Нет, это делается за счет дикой энерговооруженности. Как у вертолета, если мы смасштабируем до нашего размера.
Однако такие хитрости с неравномерным созданием вихрей на разных участках крыльев и повышением Cу за счет создания дополнительных вихрей с их циркуляцией, значительно повышает маневренность. И хотя в среднем в полете мышь потребляет столько же энергии, сколько потребляла бы аналогичная стационарная авиамодель с неподвижными крыльями. Но в тот момент маха, где у мышки на 40% выше Cy, она может резко повернуть. Что жизненно важно как для мелких мышек, так и для насекомых. Которые тоже используют подобные нестационарные эффекты, и даже большее их число благодаря своему меньшему числу рейнольдса. Вот в чем биологический смысл нестационарных эффектов при махах.
А не в тех сказках, что насочиняли махолетчики-нестационарщики из-за своей безграмотности. Впрочем, это конечно не обвинение, а просто констатация факта что к изучению любого процесса нужно подходить объективно и экспериментально, а не строить воздушные замки на основе слухов и собственных хотелок, игнорируя известные физические законы.
KV1237542
Я люблю строить самолеты!
DesertEagle сказал(а):
Я думаю что как раз максимальные нестационарные эффекты должны быть в режиме висения, причем у любых птиц.
Тут как раз и можно число Струхаля трактовать как резкость изменения траектории А*n/V
где А-амплитуда, n-частота, V-cкорость
По поводу стрижа: не уверен что все-таки самая экономичная птица - если судить по отнесенному весу грудных мышц к весу птицы то вроде самый минимум насколько я помню у чайки - 12% (при том что нагрузка на крыло у них не самая маленькая, и взлетают с места и висеть могут кратковременно даже большая морская с 7,7кг/м2) а в среднем 18-24% обычные цифры
стрижа честно говорю не помню но по моему больше
Но это так к слову у меня нет данных что чайки - самые экономичные.
D
DesertEagle
Смотря что мы понимаем под нестационарными эффектами. По определению, это некая зависимость от времени, от предыдущего состояния. А квазистационарная - это когда любой момент махов (любой короткий участок) можно рассматривать независимо от других. И мы просто суммируем такие независимые стационарные участки. Называется такой подход квази-стационарным. У птиц, даже у таких мелких как воробьи, при натурной съемке нестационарных эффектов при махах не обнаружено. Полностью квазистационарное течение. А вот у летучих мышей обнаружено (см. выше перевод) и у воробьиных на скорости 4 м/с, тоже небольшие зачатки нестационарности имеются.KV1237542 сказал(а):
И потом, почему вы считаете что нестационарные эффекты при висении крупных птиц, даже если они есть, должны быть именно положительными и давать прибавку к тяге? Может быть они негативные и только вредят. Что более логично. Переходные процессы и все такое.
Вы не путайте нестационарность с просто изменением во времени =). Для короткого взлета и для висения существует понятие парашютирования, например. Да и работу крыла на закритических срывных углах атаки никто не отменял. Да, неэффективно, да, требует больше мощности. Но вполне поддается расчету, известны Cy, Cx и прочее. Не говоря о том, что крупные птицы обычно взлетают против ветра, поэтому с истинными углами атаки все может оказаться все не так плохо, как кажется со стороны. Наличие именно _нестационарных_ эффектов при висении и коротком взлете крупной птицы еще нужно доказать!
А локтевой сгиб у медленно летающих птиц может быть вызван не какими-то нестационарными эффектами, а элементарно потому что прямое крыло при вертикальном/коротком взлете пришлось бы при махе вверх сильно скручивать. Чтобы передняя кромка смотрела вертикально вверх. Намного проще согнуть в локте и получить путь не такое маленькое сопротивление, как у прямого крыла, но тоже приемлимое. Чем на каждом махе скручивать крыло почти на 180 градусов. Вот стрижам нет необходимости в медленном полете, поэтому первым делом они избавились от локтевого сгиба.
Опять же, даже на малой скорости полета нет необходимости в нестационарных эффектах. Вертолет же как-то летает и на 1 м/с, хотя самолет с таким же по площади крылом не может ;D. У птиц (голубей например) и насекомых так же. Крылья-то движутся относительно воздуха с достаточной для полета скоростью. Даю 99% гарантию, что у голубей при взлете не обнаружится нестационарности при махах. Интересно, отсняли ли их на PIV? Должны вроде, популярная у биологов птица.
В любом случае, у меня к сторонникам нестационарности в машущем полете, два вопроса:
1. как вы объясняете, что все отснятые на PIV птицы, не смотря на разные вихревые дорожки, по летным свойствам оказались равны неподвижному крылу с таким же размахом и площадью, летящему на такой же скорости полета? то есть согласны с объяснением в статье, что главенствующим фактором является размах и скорость полета, задающие задействованную в полете "колбасу" воздуха?
2. что делать с Re, как вы собираетесь на человеческом махолете добиться Re=10 000 - 20 000?
D
DesertEagle
Да я-то это понимаю ), но надо убедить строителей "мушулетов" ;D.Anatoliy. сказал(а):
Интересно, что теперь скажут, когда оказывается существует способ непосредственного наблюдения и измерения воздушного потока за летящей живой птицей? "Не так меряете!" что ли... В этот раз не прокатит. 🙂
D
DesertEagle
И еще немного про вихри... Махолетчики им приписывают какие-то необыкновенные свойства. Мол, птицы создают эти вихри и это как-то им помогает лететь на меньшей мощности. Но вихри это всего лишь следствие основного движения воздуха под крылом.
Крыло отбрасывает вниз некоторую массу воздуха с некоторым ускорением, чтобы согласно F=m*a создать подъемную силу F. А так как внешний воздух неподвижен, то это движение основной струи создает завихрения, которые выглядят как вихри.
Посмотрите картинку ниже, это подсвеченный лазерами дым после пролета пассажирского самолета. Все очень наглядно. Даже видно, что сначала образуется струя воздуха вниз, а уже потом появляются "затягиваемые" к ней концевые вихри.
Вы можете посчитать скорость (ускорение) основной струи, направленной вниз, и по F=m*a получить созданную крыльями подъемную силу. А можете посчитать интенсивность созданных этой струей вихрей, и через их циркуляцию найти ту же самую подъемную силу. Одного без другого не бывает, это следствия одного процесса.
Птицы и насекомые действительно могут механически создавать отдельные вихри на отдельных участках крыла. Что позволяет им: а) лететь на меньшей скорости, чем летело бы самолетное крыло (как вертолет может лететь на меньшей скорости, чем самолет); б) кратковременно повышать Cy, что повышает их маневренность; c) еще какие-нибудь подобные преимущества.
Но в отдаленной перспективе, сумма всех этих вихрей должна свестись к самолетному прямоугольному вихревому следу. Если в нем останутся лишние локальные вихри, помимо направленных на создание подъемной силы (и тяги как ее части), то они будут просто уносить в своем движении энергию. Что снизит кпд движителя.
Поэтому машущий полет по энергопотреблению (по экономичности) равен стационарному планированию. А точнее, хуже него на кпд машущих крыльев как движителя. Потому что кпд любого процесса меньше 100%.
Крыло отбрасывает вниз некоторую массу воздуха с некоторым ускорением, чтобы согласно F=m*a создать подъемную силу F. А так как внешний воздух неподвижен, то это движение основной струи создает завихрения, которые выглядят как вихри.
Посмотрите картинку ниже, это подсвеченный лазерами дым после пролета пассажирского самолета. Все очень наглядно. Даже видно, что сначала образуется струя воздуха вниз, а уже потом появляются "затягиваемые" к ней концевые вихри.
Вы можете посчитать скорость (ускорение) основной струи, направленной вниз, и по F=m*a получить созданную крыльями подъемную силу. А можете посчитать интенсивность созданных этой струей вихрей, и через их циркуляцию найти ту же самую подъемную силу. Одного без другого не бывает, это следствия одного процесса.
Птицы и насекомые действительно могут механически создавать отдельные вихри на отдельных участках крыла. Что позволяет им: а) лететь на меньшей скорости, чем летело бы самолетное крыло (как вертолет может лететь на меньшей скорости, чем самолет); б) кратковременно повышать Cy, что повышает их маневренность; c) еще какие-нибудь подобные преимущества.
Но в отдаленной перспективе, сумма всех этих вихрей должна свестись к самолетному прямоугольному вихревому следу. Если в нем останутся лишние локальные вихри, помимо направленных на создание подъемной силы (и тяги как ее части), то они будут просто уносить в своем движении энергию. Что снизит кпд движителя.
Поэтому машущий полет по энергопотреблению (по экономичности) равен стационарному планированию. А точнее, хуже него на кпд машущих крыльев как движителя. Потому что кпд любого процесса меньше 100%.