Рассуждения о природе подъемной силы крыла

[АНАТОЛИЙ]

Можно и перейти к формуле.
А можно и посмотреть что об индуктивном сопротивлении написано в авиационной литературе.

Посмотрели. А теперь давайте объективно о главном.

Измерение по видео показало скорость до 23м/с при полёте по большому кругу. Время виража предельное 1,8 секунды при радиусе 3 с небольшим метра (примерно 5 метров) точнее не определить по видео. Можно оттолкнуться пока от этих данных.

Не кажется ли Вам, что это не соответствует поставленной задаче?
Всё что Вы сможете с этим примитивным набором это как то оценить общее сопротивление своей модели.

С этим примитивным набором инструментов я могу оценить сопротивление на разных режимах полёта, подобрать оптимальный винт и профиль крыла.
Правильно ли я понял что имея ограниченный набор инструментов и вооружившись импульсной теорией и формулами Вы отказываетесь оценить и предложить возможные меры для конкретного практического выполнения задачи улучшения самолёта?

И теперь скажите мне в чем я противоречу в части индуктивного сопротивления?
Вашему упрямому незнанию или изложенному в аэродинамических науках?

Ну чтож, берём топор логики и отсекаем лишнее. Вы опять не противоречите, но и не показываете как эта теория стыкуется с практикой. А с практикой она пока что-то не состыковалась. Т.е. скос потока есть, крыло действительно придаёт воздуху некоторый импульс, провоцирует вихреобразование и всё такое. Давайте к масштабу поменьше. Крыло врезается в воздух, делает с ним всякое и получает ответный импульс, передающийся посредством давления на обшивку. Что там за пределами "чёрного ящика" без разницы, будь там хоть аэродинамическая труба, хоть небо с облаками.
Мне пожалуйста конкретику, как изменятся характеристики при изменении параметров. Отдельно и чётко по каждому из параметров.

Покажите на тех векторных картинках где там вьются концевые жгуты, где там проявляется свойства профиля крыла и каким образом влияет угол атаки крыла при условии, что надо создать требуемую подъемную силу.

Про жгуты потом, я их ещё не использую. А перетекание через край крыла пользую. До того как поток сошёл с крыла, для образования вихревых жгутов и красивых картинок на визуализации, он выполняет полезную работу и "индуцирует" некоторую "тягу". Довольно интересное чудо аэродинамики.

Будете настаивать, что надо бороться со следствием появления подъемной силы в виде сходящих вихрей с кончиков крыльев или приписывать причину появления индуктивного сопротивления тем вихрям?

Нет конечно, нет смысла бороться с тем что уже далеко от крыла и не мешает его работе.

 

[Anatoliy.]

С этим примитивным набором инструментов я могу оценить сопротивление на разных режимах полёта,

Вы так сможете измерить суммарное сопротивление.

Правильно ли я понял что имея ограниченный набор инструментов и вооружившись импульсной теорией и формулами Вы отказываетесь оценить и предложить возможные меры для конкретного практического выполнения задачи улучшения самолёта?

Почти правильно поняли.
Времени мало.
Сейчас очень плотно занимаюсь проектированием своего вертолета. Параллельно завязался с фирмой проектирующей и производящей беспилотные летающие аппараты. Делаю им на станке ЧПУ матрицы для крыльев и прочие детали.
Завалили работой по уши.
Да еще и взялся за полный ремонт однокомнатной квартиры в Севастополе для внучек в Питере ушедшей из жизни моей тети.

Мне пожалуйста конкретику, как изменятся характеристики при изменении параметров. Отдельно и чётко по каждому из параметров.

Давайте список параметров и будем разбираться.
Чем смогу, тем помогу.

А перетекание через край крыла пользую.

Картинка красивая, но в корне не верная.
Мало того, что она примитивное сплющивание пространственной картинки на плоскость, так в ней и траектории движения воздуха неправильные.
Попробуйте изобразить эту же картину якобы перетекания в пространстве с учетом величин скоростей полета и этих скоростей якобы перетекания.
Результат такого пространственного изображения будет сильно отличаться от того, что Вы изобразили.
По винглетам.
Ошибочно приписывать им чудодейственные свойства добавляющие тягу.
На картинке изображена стрелка якобы перетекания воздуха направленная на винглет.
Во первых угол слишком большеват, во вторых аэродинамическая сила на винглете слишком большеватая.
Может это нарисовано для большей убедительности, может.
Когда Вы все же изобразите то пространственное якобы протекание воздуха, то поймете, что там практически даже пшика тяги нет для создания сколь заметной величины для измерительных приборов .
А вот эффект от винглетов есть.
И этот эффект выражается в топливной эффективности.
Этот эффект можно достигнуть разными способами.
Скажем, путем уменьшения индуктивного сопротивления. Но не за счет якобы успешного препятствования тому якобы перетеканию.
Заметьте, винглеты повернутые вверх так же улучшают картинку как и винглеты повернутые вниз и как изображенные на картинке вверх и вниз одновременно.
Только винглеты торчащие вниз могут шкрябаться по взлетной полосе при крене самолета, поэтому винглеты задирают вверх.
Так как же винглеты уменьшают индуктивное сопротивление?
В импульсной теории принят секундный объем скашивания равный объему цилиндра описанного вокруг кончиков крыльев с длиной численно равной скорости полета выражающейся в м/с.
Но это справедливо для крыла без винглетов.
С винглетами крыло вовлекает в скос объем больший на тот слой "лежащий" сверху на крыле, который имеет ширину равную размаху крыла и толщину равную высоте винглета.
Таким образом для создания той же подъемной силы требуется скашивать увеличенный объем воздуха (массу) с меньшей скоростью.
При той же скорости полета та местная аэродинамическая сила отклонится назад на меньший угол (уменьшается угол скоса), и в результате уменьшится индуктивная часть общего сопротивления.
Вот в этом причина повышения топливной эффективности крыльев с винглетами.

 

[Anatoliy.]

Нет конечно, нет смысла бороться с тем что уже далеко от крыла и не мешает его работе.

В этом у нас мнения совпадают.

 

[АНАТОЛИЙ]

траектории движения воздуха неправильные.

Может это нарисовано для большей убедительности, может.

Бинго! С этой-же целью поляру обычно растягивают по оси Х, дабы разглядеть эту малость не на прямой, а на хоть какой-то дуге.

там практически даже пшика тяги нет для создания сколь заметной величины для измерительных приборов .
А вот эффект от винглетов есть.
И этот эффект выражается в топливной эффективности.

Ну так измерительный прибор может измерить фактический расход энергии. Если выполнено несколько полётов с разными законцовками и разным фактическим расходом энергии то разницу можно измерить.

Так как же винглеты уменьшают индуктивное сопротивление?

А картинка разве не объясняет? Тот самый почти незаметный пшик вполне может 5 минут ровно превратить в 5 минут и 10 секунд, а это разница в 100 очков за посадку. Так-же меньший расход энергии это меньшая нагрузка на батарейку, а значит больший срок службы и больше полётов за те же деньги.

С винглетами крыло вовлекает в скос объем больший на тот слой "лежащий" сверху на крыле, который имеет ширину равную размаху крыла и толщину равную высоте винглета.
Таким образом для создания той же подъемной силы требуется скашивать увеличенный объем воздуха (массу) с меньшей скоростью.

И сверху, и снизу, и в сторону. Обратите внимание на рисунок с перетеканием потока через законцовку, в любом месте будет одинаковая картина, хоть по диагонали, хоть прямо.
И кстати в отличии от большой массы воздуха и мизерного изменения угла атаки(для мизерного изменения скоса потока), вполне можно посмотреть как фактически воздух обходит законцовку и зная угол атаки винглета посчитать "индуцированную тягу".
Впрочем как быть с экранопланами? Они не скашивают поток, т.к. это сделать просто некуда, внизу подпирает подстилающая поверхность. Может быть что-то в теории не так?

 

[АНАТОЛИЙ]

Давайте список параметров и будем разбираться.
Чем смогу, тем помогу.

Вот. У меня получился бронированный самолёт весом 575 граммов (лучший в классе всего 570 граммов, но без брони). Размах не более метра+толщина законцовки. Всё остальное без ограничений - любое удлиннение, любой профиль, любое сужение, любая стреловидность и винглеты. Главное чтоб все конструкторские изыски не сдуло при посадке или столкновении.

Имеется оборудование весом 430 граммов, способное за 5 минут сожрать 24Втч энергии. Размах - не более метра+погрешность.
Требуется получить максимум скорости и динамики разгона, минимум радиуса виража и сколь возможно избежать потери скорости в вираже. Скорости маневрирования 70 60-90км/ч.

Вот такая простая задачка, получить большую скорость и хорошую маневренность с ограничением по расходу энергии. Если потребление больше, то 5 минут не получится. Самый край 4 минуты, но там тоже проблемы будут если все ленты не срубить. Можно не успеть приземлиться, батарейка раньше сдохнет.
Решение нужно в виде параметров крыла, включая профиль и расположение рулей.

 

[Anatoliy.]

А картинка разве не объясняет?

Какая картинка объясняет?
Если та, что вид спереди, то она неправильная.
В сети есть куча видео о том в какую сторону смещаются шелковинки на верхней поверхности крыла.. Эти шелковинки слегка отклоняются в сторону кончиков крыльев.
И даже та картинка на которой изображают вращающиеся потоки по кругу исходящие с нижней поверхности крыла и втыкающиеся в верхнюю поверхность так же не соответствуют и реальным полетам и продувкам в аэродинамических трубах.
Это очень наглядно видно как только на кончиках крыла появляется туманный след от зарождающегося вихревого следа.
Поищите сами в интернете видео обтекания крыла с наклеенными шелковинками.
Там всё видно. Это объективная картина, а не рисованные глупости.

 

[Anatoliy.]

Всё остальное без ограничений - любое удлиннение, любой профиль, любое сужение, любая стреловидность и винглеты.

По поводу винглетов.
Тут такая беда.
После полного разрушения жесткого диска и практически потери почти 20 тысяч файлов на жестком диске мне очень продвинутые компьютерные мастера-рукодельники установили последний Офис вместо моего старого.
Чертыхаюсь и вспоминаю последними словами этих программистов которые меняют отличное на дерьмо и с умным видрм доказывают, что это стало лучше.
Практически любая операция в Ворде требует лишних два, а то и три клика.
Поэтому сильно задерживаюсь с ответами.
Тут надо заново искать потерянное и очень долго рисовать в этом долбанутом и современном Ворде.

Но справился.
Забудьте про винглеты как кошмарный сон для авиамоделей.
Про винглеты речь может идти только тогда, когда самолет не влазит в ангар и при взлете - посадке задевает за ограждения взлетной полосы.

Прикрепляю картинку про эти винглеты.
С точки зрения импульсной теории, которая запросто объясняет и точно вычисляет индуктивное сопротивление я представил поперечное сечение вовлекаемых объемов воздуха в скошенной среде.

На рисунку слева вверху крыло без винглетов.
Справа вверху на рисунке крыло с винглетами. Синий прямоугольник показывает дополнительный объем вовлекаемого воздуха в скос.
Внизу на картинке изображено крыло с развернутыми винглетами в плоскость крыла, а синее кольцо показывает дополнительный объем воздуха вовлекаемый в скос.
Из этой картинке ясно, что если винглеты вдоль крыла, то пользы от них больше.
И для достижения того же эффекта как с винглетами поперек крыла, крыло можно сделать короче чем с теми же винглетами развернутыми в плоскость крыла.
То есть крыло в этом случае будет легче чем с винглетами, а это приветствуется в авиации.

Эта информация поможет Вам уменьшить индуктивное сопротивление.

 

[Anatoliy.]

Вот такая простая задачка, получить большую скорость и хорошую маневренность с ограничением по расходу энергии.

По скорости я Вам подсказал как снизить существенную долю общего сопротивления.

Теперь по маневренности.
Изменение направления полета осуществляют с помощью отклонения малой задней части крыла, стабилизатора и киля.
В своё время у меня стояла задача увеличения подъемной силы за счет отклонения задней части профиля.
В результате работы в программе с профилями вышел на такую цифру.
Если отклонять часть профиля равного примерно 32 - 35 % от хорды, то эффект заметно больший, чем это в традиционном исполнении.
Поэтому такое увеличение рулевых поверхностей существенно увеличит верткость Вашей модели.

 

[АНАТОЛИЙ]

В сети есть куча видео о том в какую сторону смещаются шелковинки на верхней поверхности крыла.. Эти шелковинки слегка отклоняются в сторону кончиков крыльев.

Вот такая объективная картина. Шелковинки отклоняются к фюзеляжу на верхней поверхности и от фюзеляжа на нижней. Визуализация показывает немного больше, но шелковинки интереснее, по ним видно что непосредственно на поверхности происходит. Шелковинки подтверждают что есть перетекание вдоль размаха.
Таким образом как и в случае "кольца" Жуковского нет прям такого перетекания с низа крыла на верх, есть просто сдвиг струй в этом направлении.

Эта информация поможет Вам уменьшить индуктивное сопротивление.

Да не особо, эта мера уже сделана, винглеты добавлены и их форма соответствует размерам и скоростям. Размах всё-равно нельзя сильно увеличивать, т.к. всё лишнее отломается в процессе эксплуатации. Ради интереса могу на один из самолётов поставить скошенную законцовку похожую на винглет и сравнить. Но пока батареек нет, надеюсь осенью получится.
И есть ещё один минус у большего размаха, самолёт станет менее поворотливым по крену. Элероны до самого конца крыла растягивать нельзя, флаттерят.

Если отклонять часть профиля равного примерно 32 - 35 % от хорды, то эффект заметно больший, чем это в традиционном исполнении.
Поэтому такое увеличение рулевых поверхностей существенно увеличит верткость Вашей модели.

Это проблематично сделать. На спортивном самолёте нагрузки очень большие.
Руль что есть сейчас от 1/5 на половине консоли до 1/4 на конце. Он такой тяжёлый что может тяги погнуть, сделанные из скрепок. Уже два раза гнулись при неудачных посадках.
При увеличении руля до трети придётся менять профиль, вес руля вырастет, придётся менять сервы на более крепкие, выносить их дальше к концам. Если поменять хорду, то срыв переместится ближе к концам, профиль придётся менять на более подходящий, коэффициент подъёмной силы всего крыла снизится.

В своё время у меня стояла задача увеличения подъемной силы за счет отклонения задней части профиля.

Кстати да, большая часть размаха по задней кромке это элевоны. Они не добавляют подъёмной силы, скорее наоборот. Кто-то из моделистов уменьшал рули до 15мм, это вдвое уже моих, но с углами отклонения побольше. Жаль я не следил за его самолётом.
Закрылок установить не получается, т.к. корневая часть выступает далеко назад и он будет работать как руль высоты. Отклоняемая передняя кромка отломается при первом-же таране. Фиксированный предкрылок можно поставить, но сопротивление вырастет и нет уверенности что он будет хорошо работать на всех скоростях.
Можно конечно добавить стреловидность сверх меры. Считаете закрылок уравняет это чудо с прямым крылом?

 

[Anatoliy.]

Вот такая объективная картина.

Там где вы нашли эту картинку с шелковинками я просмотрел все фотографии и не нашел то, что соответствует реальному полету.
На этой картинке совершенно непонятно в каких условиях это происходит.
Там же есть и другая фотография со стороны конца крыла для которой так же нет пояснений. Вот там в аэродинамической трубе шелковинки вытянулись вдоль направления обдува (полета).
Есть еще одно видео с авиамоделью, где все шелковинки во время реального полета так же направлены вдоль линии полета.
Но и это не показатель, так как все авиамодели это летающие заборы и что то брать от них для взрослой авиации маловероятно.
А вот у стреловидных крыльев эти шелковинки слегка повернуты к концам крыла.
Хотя кому какое дело куда направлены шелковинки. Это не поможет как то повлиять на индуктивное сопротивление.
Вы еще не забыли, что индуктивное сопротивление это проекция подъемной силы на направление полета?
Поэтому с индуктивным сопротивлением есть только один способ воздействия через удлинение крыла.

 

[АНАТОЛИЙ]

Там же есть и другая фотография со стороны конца крыла

Обычно когда человек проверяет прямая ли дощечка то смотрит вдоль неё, а не поперёк. Глядя поперёк потока невозможно заметить отклонение в несколько градусов.

Вы еще не забыли, что индуктивное сопротивление это проекция подъемной силы на направление полета?

Получается чтоб посчитать индуктивное сопротивление как ту самую проекцию надо ещё найти этот скос... В перемешивающемся воздухе... Я тут попытался синусоиду нарисовать, она как-то очень далеко находится от поляры. Это должна быть какая-то 1/20 синуса... Не сходится...

 

[asz]

Анатолий, не надо искать скос. Проекция подъемной силы будет равна индуктивному сопротивлению равному Су^* 1/Пи* удлинение крыла

 

[Anatoliy.]

Анатолий, не надо искать скос. Проекция подъемной силы будет равна индуктивному сопротивлению равному Су^* 1/Пи* удлинение крыла

Нас учили так, если применяешь формулу, то должен знать почему он такая, что обозначают те математические знаки (умножить, разделить, степень, интеграл и прочее) что отражает каждый символ, почему они в формуле.
Попробуйте растолковать эту формулу, что, почему и откуда?
Если это проекция, то где синус в фопрмуле?

 

[Anatoliy.]

В перемешивающемся воздухе... Я тут попытался синусоиду нарисовать, она как-то очень далеко находится от поляры. Это должна быть какая-то 1/20 синуса... Не сходится...

А при чем тут поляра?

 

[АНАТОЛИЙ]

А при чем тут поляра?

Действительно. Нафига она нужна? В ней только общее сопротивление, а отдельно индуктивного нет...
Может быть поляра помогает выбрать оптимальный режим работы крыла и целого самолёта? Поляра это инструмент, такой-же как калькулятор, только заточенный на единственную задачу. Не понимаю как можно проектировать вертолёт и не быть в курсе для чего нужна поляра.
Просто любой закон работает в определённом диапазоне, а если не работает значит либо не верный диапазон, либо одно из двух.

 

[Anatoliy.]

Может для Вас прочтение фразы состоящей из 132 букв и цифр непосильно?
Тогда повторю вопрос сократив Вашу фразу на 24 символа.

Я тут попытался синусоиду нарисовать, она как-то очень далеко находится от поляры.

Вы уж определитесь что хотите нарисовать, поляру или синусоиду?
Когда определитесь, тогда можно и про вертолеты поговорить.

Не понимаю как можно проектировать вертолёт и не быть в курсе для чего нужна поляра.

 

[АНАТОЛИЙ]

Вы еще не забыли, что индуктивное сопротивление это проекция подъемной силы на направление полета?

Вы уж определитесь что хотите нарисовать, поляру или синусоиду?

Проекция эта пропорциональна синусу скоса потока. Вот я и нарисовал синусоиду, пропорционально изменению угла атаки. В том-же масштабе что и поляра, так сказать для сравнения.

 

[Anatoliy.]

Проекция эта пропорциональна синусу скоса потока.

То что Вы знаете как изобразить синусоиду это похвально.
А теперь по подробнее про поляру расскажите.
Что там откладывают по вертикальной оси, и куда там вставляют косинус?
Что там откладывают по горизонтальной оси, и из чего оно ТО состоит и что умножают на синус а что на косинус?

Вы тут упомянули мимоходом про вертолеты.
Вот интересно всё это в применении к несущему винту услышать от Вас, как пользоваться полярой, хотя бы в режиме осевой обдувки несущего винта.

Если Вы столкнетесь с трудностями в этих вопросах, то можете почерпнуть недостающие знания в моей программе расчета воздушного винта и несущего винта в режиме осевой обдувки.
Удачи.

Примечание:
Та программа писалась этак лет десять назад.

 

[АНАТОЛИЙ]

Что там откладывают по горизонтальной оси, и из чего оно ТО состоит и что умножают на синус а что на косинус?

Про косинус не в курсе.
Опираясь на сказанное Вами

...что индуктивное сопротивление это проекция подъемной силы на направление полета...

я просто подставил в качестве скоса потока отклонение на угол атаки, но не от геометрического нуля(по хорде), а от нуля подъёмной силы.
По оси Х отложил проекцию перпендикуляра к этому скосу на направление полёта. Учитывая что углы атаки могут быть разными график будет иметь вид синусоиды.
Чтоб приложить эту синусоиду на график Cl/Cd, на котором угла атаки нет, я подставил значение подъёмной силы, соответствующее углу атаки.
В общем что-то не сошлось, синусоида намного более наклонена чем поляра. И даже если брать половину(угол скоса потока вдвое меньше угла атаки) - всё-равно это огромное отклонение, значительно превышающее реальное. Т.е. теория не работает.
Если что-то не так, то поправьте на графике. Текст только время тратит.

 

[АНАТОЛИЙ]

Вот интересно всё это в применении к несущему винту услышать от Вас, как пользоваться полярой, хотя бы в режиме осевой обдувки несущего винта.

Ну чтож, винтами я не занимался, но из общих сведений знаю что лопасть это такое-же крыло, к которому применимы такие-же профили. В концевой области лопасть наиболее близка к самолётному крылу и по Рейнольдсу, и по углам атаки. В корневой творится форменный бардак в виде низкой скорости и больших изменений угла атаки в зависимости от скорости. В итоге между крайностями есть "золотая середина", приходящаяся примерно на треть от края лопасти. В основном на неё и уповают конструкторы винтов.
Соответственно для корневой части лучше профили для меньших скоростей и больших перепадов угла атаки, для "золотой середины" что-то наиболее эффективное и для конца лопасти соответствующее его предельным режимам и углу атаки около нуля. Вот и получается 2 или 3 разных профиля с плавным переходом между ними.
В случае вертолёта сложность в том что лопасть не жёсткая, потому профиля с меньшим моментом, похуже.
Ну это знания с "букваря", я ведь вертолётами не интересовался. Да и в управлении они жутковатые, нужно постоянно отслеживать куда летит...