Разрезные крылья

Lev

Я люблю этот Форум!
Трехэлементное щелевое крыло Ошкиниса есть склад сопротивления. Умеренная скорость снижения (не особо низкая) там была результатом низкой нагрузки на квадрат размаха и ничего другого. С нормальным крылом она была бы еще ниже.
  Ну ладно... Если скорость 35км/час и скорость снижения 1.2 при нагрузке 15 кГ/м.кв  легко достигаются с обычным крылом без всяких ухищрений типа принудительного обдува и прочего - тады ой!...
 А как же все-таки работает разрезное крыло?
 

Denis

Я люблю самолеты!
Попробую обьяснить как работает разрезное крыло.

Поток, проходящий через сужаюбщуюся щель на верхнюю поверхность профиля, увеличивает кинетическую энергию погранслоя и отодвигает его отрыв на больший уггол атаки. При этом расширяется линейный участок зависимости Су от угла атаки. Изменение толщины погранслоя сильно влияет как на критичесмкий угол атаки, так и на предшествующий ему участок кривой Cy(alpha). Утолщенный погранслой как бы "разгибает" среднюю линию профиля и понижает производную  Cy^alpha.  Такое утолщение погранслоя особенно заметно при малых Re, поэтому щелевой эффект разравнивает зависимость Cymax(Re).

Сравним простой и щелевой закрылки. Действие всякого закрылка на повышение Cy связано с увеличением кривизны профиля и сдвигом макситмума кривизны назад. Одннако, чем больше угол отклонения простого закрылка, тем погранслой на нем толще и раньше отрывается. Это приводит к вышеописанному "разгибанию" кривизны профиля и, соответственно, понижению производной Cy^alpha и уменьшению критического угла атки. Начиная с неготорого угла отклонения закрылка он становиться в основном источником донного сопротивления, а рост Cymax прекращается. Если между основным профилем и закрылком устроить профилированную щель, то безотрывное обтекание закрылка сохраниться до больших углов его отклонения и атаки крыла. При нулевом отклонении закрылка открытая задняя щель также может погмочь идеализировать обтекание верхней поверхности крыла и немного повысить Сумах.  Однако, щелевой эффект имеет свой предел. Если дальше увеличивать угол отклонения щелевого закрылка, то погранслой на нем уже не удерживаеться и отрывается так же как на простом. Если это закрылок, в свою очередь, разбить на 2 элемента и устроить между ними щель, то можно еще больше расширить диапазон возможного изменения кривизны профиля при сохранениии безотрывного обтекания и, соответственно, еще больше повыысить Cymax. Этот эффект продолжается при добавлении следующих щелей, но становится уже незначительным. Воздействие механизациии задней кромки распространяется на всю верхнюю дужку основного профиля и изменяет на ней распределение давления. Это влияние может быть как положительным, так и отрицательным.

Щель вблизи передней кромки (между основным профилем и предкрылком) действует точно так же, дает значительное  увеличение кинетической энергии погранслоя на всем профиле позади нее и повышает критический угол атаки.

Если предкрылок опускается вниз, то также возрастает кривизна профиля, что в таком случае дает основной прирост Cумах  от предкрылка.

Однако во всем этом меде есть не ложка, но целый черпак дегтя.

Во-первых, щели дают прирост сопротивления. В диапазоне углов атаки, когда щель работает, это сопротивление неизбежно возникает при прогоне через нее потока. За рпеделами этого диапазона (при малых углах атаки), щель заткнута сорванным погранслоем, воздух через нее почти не идет, но вихрь, который ее затыкает, требует кинетической энергии для своей подпитки. Эта энергия берется из обтекающего потока, а значит возникает сопротивление.

Идея фиксированного предкрылка состоит в том, чтобы разместить его так по отношению к основному профилю, что на малых углах атаки разница давлений между входом и выходом его щели близка к нулю и потока там практически нет. Однако, разрывы непрерывного контура профиля (особенно нижний) обязательно зарождают вихри. Кроме собственно расхода кинетической энергии на поддержанеи этих вихрей, они создают срывный шлейф, который мажет по всему профимлю позади предкрылка. Поэтому возникает значительное приращение профильного сопротивления.

Не существует такой конфигурации фиксированного предкрылка, в которой относительный рост профильного сопротивления меньше, чем Сумах.

Если мы будем отодвигать щель между двумя элементами разрезного профиля назад, т.е. будем стремиться к варианту "основной профиль + закрылок", то это приращение спротивления будет постепенно уменьшаться. Как я уже обяснил выше. существует возможность такого сочетания основного профиля и закрылка, когда отношение Cymax/Cxpmin получается такое же как и у чистого профиля с хордой равной суммарной хорде двухэлементного, при небольшом приросте Сумах, равномерном снижении профильного сопротивления по всему диапазону углов атаки и снижению чувствительности аэродинамических коэффициентов профиля к Re.

Однако, в количественном выражении эти эффекты невелики. Если рассматривать в первую очередь увеличение Сумах, то оказывается что усоверменных самолетов с мощной механизацией крыла основной эффект заключается в увеличении площади крыла при выдвижении механизации а не действии щелей. Если отнести получающиеся аэродинамические коэффициенты к полной площади крыла, а не исходной, то приращение Cуmax будет примерно такое же, как и с простым закрылком.

Каждый вид механизации имеет оптимальную хорду, при дальнейшем ее увеличении эффект прекращается. Для невыдвижного закрылка это не более 30% хорды чистого профиля. Эффективность выдвижного закрылка растет и при большей его хорде. но за счте того, что при его выдвижении сохраняется та же пропорция. Для предкрылка это еще меньший процент хорды чистого крыла.

Если рассматривать трехэлементное щелевое крыло Ошкиниса ч этих позиций, то нетрудно видеть, что оно, будучи составленным из трех одинаковых элементов страшно далеко от идеала.

и наконец, самый горький деготь. Все средства механизации наряду с повышением Сумах могут сильно испортить кривую продольного момента и сделать срыв потока более резким и выраженным. При достижении максимально возможного Су эти именно  таки происходит.

Напомню, что при достижении  Сумах не менее половины площади крыла охвачено срывом, а как только зависимость Cy(alpha) начинает отличаться от линейной, это значит, что уже началось развитие срывной зоны и лететь на таком угле атаки уже нельзя.  Площадка на Cумах означает то же самое и поэтому особо радоваться ее наличию не стоит.    
 

Lev

Я люблю этот Форум!
Поток, проходящий через сужаюбщуюся щель на верхнюю поверхность профиля, увеличивает кинетическую энергию погранслоя и отодвигает его отрыв на больший уггол атаки.
 Думаю, не только кинетическую энергию... Щель в общем случае ИСКРИВЛЯЕТ поток и он попадает на верхнюю поверхность профиля вовсе не под тем углом, под которым попадал бы при отсутствии щели....
щелевой эффект имеет свой предел. Если дальше увеличивать угол отклонения щелевого закрылка, то погранслой на нем уже не удерживаеться и отрывается так же как на простом. Если это закрылок, в свою очередь, разбить на 2 элемента и устроить между ними щель, то можно еще больше расширить диапазон возможного изменения кривизны профиля при сохранениии безотрывного обтекания и, соответственно, еще больше повыысить Cymax. Этот эффект продолжается при добавлении следующих щелей, но становится уже незначительным. Воздействие механизациии задней кромки распространяется на всю верхнюю дужку основного профиля и изменяет на ней распределение давления. Это влияние может быть как положительным, так и отрицательным.
 Денис, а в разрезном крыле КРИВИЗНА профиля (в отличие от применения закрылка) не меняется, в чем вся и фишка... Здесь используется совсем другая механика процесса ...
 Почему мне и кажется, что таким способом объяснить работу ТАКОГО крыла (а следовательно, осознанно его спроектировать и использовать) нельзя...
 

Denis

Я люблю самолеты!
Читайте внимательно, что я написал. Для того, чтобы предположить искривление потока под действием щели нужно богатое воображение. Если элементы профиля расположены так, что кривизна суммарного профиля не возрастает (это вариант я также описал, применительно к фиксированному предкрылку), то единственным эффектом щели является повышение энергии погранслоя. В случае такого взаимного расположения элементов как у Ошкиниса одновременно возникает гигантское дополнительное сопротивление, от чего крыло становится фактически однорежимным, а аэродинамическое качество - кирпичным.
 

Lev

Я люблю этот Форум!
Для того, чтобы предположить искривление потока под действием щели нужно богатое воображение.
Да прочитал вроде внимательно... А искривление потока под действием щели - какое уж тут богатое воображение -  геометрическая сумма доли потока через щель плюс потока ПОВЕРХ щели - и то, и другое можно в идеале иметь от нуля до 100%, все в руках конструктора... Меняйте величину щели и ее конфигурацию, и Ваши волосы будут мягкими и пушистыми...
Если элементы профиля расположены так, что кривизна суммарного профиля не возрастает (это вариант я также описал, применительно к фиксированному предкрылку), то единственным эффектом щели является повышение энергии погранслоя. В случае такого взаимного расположения элементов как у Ошкиниса одновременно возникает гигантское дополнительное сопротивление, от чего крыло становится фактически однорежимным, а аэродинамическое качество - кирпичным.  
 Никто и не говорит, что Ошкинис создал идеальный вариант, он просто искал, причем четко знал, что ищет, и это ему удавалось...
А вот по Вашему описанию предкрылка:
Щель вблизи передней кромки (между основным профилем и предкрылком) действует точно так же, дает значительное  увеличение кинетической энергии погранслоя на всем профиле позади нее и повышает критический угол атаки.

Если предкрылок опускается вниз, то также возрастает кривизна профиля, что в таком случае дает основной прирост Cумах  от предкрылка.
Идея фиксированного предкрылка состоит в том, чтобы разместить его так по отношению к основному профилю, что на малых углах атаки разница давлений между входом и выходом его щели близка к нулю и потока там практически нет. Однако, разрывы непрерывного контура профиля (особенно нижний) обязательно зарождают вихри. Кроме собственно расхода кинетической энергии на поддержанеи этих вихрей, они создают срывный шлейф, который мажет по всему профимлю позади предкрылка. Поэтому возникает значительное приращение профильного сопротивления.  
Я думаю что да... Именно идея щелей та,"что на малых углах атаки разница давлений между входом и выходом его щели близка к нулю и потока там практически нет". То есть щели должны открываться поочередно, а за каждой щелью профиль с все меньшим углом установки....
 

Denis

Я люблю самолеты!
Попробую обьяснить как работает разрезное крыло.
и наконец, самый горький деготь..    
   И ещё немного ,,дёгтя,, - это перемещение ЦД на крыле при большой скорости далеко назад?? :-? :)
Это не самый дегтярный деготь. Механизацию используют в ограниченном диапазоне скоростей. При этом утяжеления конструкции крыла для выдерживания повышенного скручивающего момента не требуется.  
 

Lev

Я люблю этот Форум!
\\\
\\\ То есть щели должны открываться поочередно, а за каждой щелью профиль с все меньшим углом установки....
  Это ошибка или лукавый ответ насчёт максимальной скорости? :-?
  Не понял, о чем Вы спрашиваете? Если о соотношении расходов потока через щель и поверх профиля, то и не ошибка, и не лукавый ответ - просто я так думаю... Основание - толщина пограничного слоя, через которое и происходит взаимодействие измеряется миллиметрами, щель и поток через нее либо прилегает к профилю, либо ближе к нему, чем основной - окружающая среда....
 
  Это ошибка или лукавый ответ насчёт максимальной скорости? :-?
[/quote]
  Не понял, о чем Вы спрашиваете? ..[/quote]

 Вашу мысль теперь понял ,извиняюсь! :)

Типа всё меньший угол относительно предыдущего профиля? :-?
Подумал что имеете ввиду относительно общей ординаты! :)
 

Lev

Я люблю этот Форум!
Типа всё меньший угол относительно предыдущего профиля?
Подумал что имеете ввиду относительно общей ординаты!  
Ну да... Предыдущий где-то на середине допустимого по срыву угла и в этот момент открывается следующий, которому до срыва ох как далеко...
 

Rafis

Я люблю этот Форум!
Откуда
globe
Утолщенный погранслой как бы "разгибает" среднюю линию профиля и понижает производную  Cy^alpha.  
Это приводит к вышеописанному "разгибанию" кривизны профиля и, соответственно, понижению производной Cy^alpha и уменьшению критического угла атки.  
Денис, с каких это пор изменение кривизны профиля влияет на производную Cy^alpha?
И каким все таки образом утолщенный погранслой как бы "разгибает" среднюю линию профиля?
 

Denis

Я люблю самолеты!
Утолщенный погранслой как бы "разгибает" среднюю линию профиля и понижает производную  Cy^alpha.  
Это приводит к вышеописанному "разгибанию" кривизны профиля и, соответственно, понижению производной Cy^alpha и уменьшению критического угла атки.  
Денис, с каких это пор изменение кривизны профиля влияет на производную Cy^alpha?
И каким все таки образом утолщенный погранслой как бы "разгибает" среднюю линию профиля?
Это явление имеет место с тех пор как существуют крылья, построенные как человеками, так и Матушкой Природой.

Действительня форма дужек профиля отличается от геометрической на толщину погранслоя,  а на верхней и нижней поверхностях погранслой развивается по-разному, поэтому деформируется определенная таким образом средняя линия. В первую очередь это явление проявляется в зависимости Cymax и производной Cyalpha от Re. Изменнеие геометрической кривизны профиля также влияет на различие в толщине погранслоя на верхней и нижнгей поверхносттях. Если сравнить значиения производной  Cyalpha из продувочных данных, то можно видеть, что у несиммтричных профилей она всегда меньше теоретической, в отличие от симметричных и плоской пластинки, когда практически точно получается 2pi. Этот вопрос можно посмотреть в книге К.П Петрова "Аэродинамика элементов ЛА" М. 1985, стр. 36-38. Впрочем, не все в этой книге описано исчерпывающе и точно.  
 

Rafis

Я люблю этот Форум!
Откуда
globe
спасибо я посмотрю, только вот что смущает:
почему же все книги по аэродинамике и проектированию, которые мне попадались, находят возможным пренебречь изменением Cyalpha профиля от формы средней линии профиля т.е. кривизны и отклонения щитков и закрылков, а указывают только на влияние от величены и распеделения относительной толщины профиля? Не потому ли что эти изменения не так существенны. Хотя согласен, что наличие щели несколько изменяет наклон линейного участка Cyalpha.
Действительня форма дужек профиля отличается от геометрической на толщину погранслоя,
ты имееш в виду среднюю линию профиля? Честно говоря не убедительно. Могу согласится только, если речь идет о зонах где поток отрывается от поверхности профиля.
Не все так страшно.
 
Действительня форма дужек профиля отличается от геометрической на толщину погранслоя,
ты имееш в виду среднюю линию профиля? Честно говоря не убедительно. Могу согласится только, если речь идет о зонах где поток отрывается от поверхности профиля.
Не все так страшно.[/quote]
 Там ,где поток отрывается......погранслоя практически нет??Или есть?? :-[
 

Denis

Я люблю самолеты!
спасибо я посмотрю, только вот что смущает:
почему же все книги по аэродинамике и проектированию, которые мне попадались, находят возможным пренебречь изменением Cyalpha профиля от формы средней линии профиля т.е. кривизны и отклонения щитков и закрылков, а указывают только на влияние от величены и распеделения относительной толщины профиля? Не потому ли что эти изменения не так существенны. Хотя согласен, что наличие щели несколько изменяет наклон линейного участка Cyalpha.
Действительня форма дужек профиля отличается от геометрической на толщину погранслоя,
ты имееш в виду среднюю линию профиля? Честно говоря не убедительно. Могу согласится только, если речь идет о зонах где поток отрывается от поверхности профиля.
Не все так страшно.
Ошибаетесь. Не страшно, но поросенок верещит.
В задней части профиля на крыле обычных размеров толщина погранслоя может измеряться десятками миллиметров.
 

aleks

Я люблю строить самолеты!
    Уважаемый Denis, наш разговор происходит примерно в таком плане –
я говорю, что с борщом и салатиком из свежих помидор люблю есть
черный хлеб, а вы доказываете, что пироженное вкуснее.
   Все, что вы пишете, абсолютно правильно, могу подписаться почти под каждым вашим словом.  Для нормального самолета, конечно лучше применить классическую
механизацию, а в крейсерском полете, безусловно, лучше отсутствие на крыле всякой механизации.
    В данном, конкретном случае речь идет о очень узком классе, даже среди учебных
планерах и самолетах. Ошкинис, я полагаю, пытался сделать абсолютно безопасный,
насколько это возможно, учебный планер. Если бы он сделал только один, было бы
понятно – конструкция неудачная, продолжать не стоит. Но он сделал несколько
разных, а Бро-21, даже был рекомендован в серию. Я ничего не утверждаю и не к чему
не призываю. Я хочу разобраться в этом вопросе для себя. Если собранные материалы
заинтересуют еще, кого либо буду только рад. Причем результат не обязательно должен
быть положительным. Но для этого надо собрать ФАКТИЧЕСКИЕ данные у тех, кто летал
на подобных крыльях, а не теоретические измышления.
  Чтобы избежать различные толкования и разночтения в данном вопросе, позвольте
ввести собственную терминологию.  Термин механизированное крыло, образован от
слова механизм. В разрезных крыльях Ошкиниса механизмы /подвижные сочленения,
тяги, рычаги, не берем во внимание элероны/ отсутствуют. Элементы крыла закреплены между собой, то есть пилоту в сложной ситуации не надо ничего выпускать или наоборот убирать. Что важно для курсанта, у которого на первых этапах обучения всегда дефицит
внимания /времени/.
Приведу для примера таблицу  данных планеров одного класса и сравнительно равных размерений, из которых видно, что планер с разрезными крыльями выигрывает.

               Полетный     удельн.      К max      V            Vсн.
                вес                нагрузка                  
 Бро-9     164                12.2            14.3       42-110      1.16        
 
 Бро-11    118                11.2            11.0       30-            1.2

  Каи-11   142                13.9             15.0      45-140       1.10

  Бро-23КР  158.5            16               15.0        42-100       1.5-1.7

  Бро-21     170                 16                15.0      35-100       1.1   /разрезное крыло/

Было бы прекрасно, если бы Вы, если это, возможно, спроектировали разрезное
крыло, допустим, с хордой 800/1400/ мм.
  Извините за настойчивость дилетанта, го в этом случае, полагаю, Вам были бы
благодарны и другие участники форума.
 
Откуда
Москва
Александр!
Ценю Вашу настойчивость в своих замыслах, но вот есть некоторые соображения методического характера.
После сборов на "Коршуне" действительно немного по другому посмотрел на одноместную методику обучения. И возможно именно моторизированные простейшие аппараты, это более продвинутый путь, нежели сложнокрылые и медленно летящие.
Попробую объяснить:
Разрезные крылья подразумевают сразу полет, или подлет на малой скорости. Это достаточно экстремальное дело, для человека не имеющего подготовки. Да, малая скорость это в плюс, больше время на исправление ошибок, но эффективность всех рулей так же очень мала.
На мой взгляд, действительно значительно плодотворнее и эффективнее задержать учлета на земных упражнения при рулежках, отрабатывая последовательно его действия. И аппарат для этого будет в разы проще, чем с многощелевым крылом. Так как нет необходимости взлетать на первоначальном этапе, соответственно и скорости получаются вполне невысокими. Лично мне с турбулизаторами на крыльях быстрее 45 км/ч разогнать просто не удалось на дистанции метров в 500.
А дальнейшие нормальные полеты на многощелевых крыльях просто не имеют смысла  :IMHO Стоит ли для сооружать очень сложное в техническом плане конструкцию, только для того, что бы иметь теоретическую возможность сходу запулить человека в воздух? Наверно правы были предки: поспешай медленно.
 

Denis

Я люблю самолеты!
Вышеприведенные характеристики БРО-21 не согласуются между собой. Качество 15 единиц там невозможно и с чистым крылом.

Грамотный сверхлегкий схематический планер выглядит, например, так:

http://home.att.net/~m-sandlin/goat4.htm

Смотрите и наслаждайтесь. Там и чертежи есть.

http://home.att.net/~mikesandlin/g4doc.htm

http://home.att.net/~m--sandlin/bug.htm

 
 
Вверх