Вихри забугорные

[fan-d-or.livejournal.com]

Взято у fan_d_or в Вихри забугорные

Давненько я не писал на тему вихревой аэродинамики.
Исправляюсь.
А повод - фотография F-15 с явно выраженной структурой обтекания:


На мой взгляд - это хорошая иллюстрация отличий супостатской аэродинамической школы от нашей.
На снимке мы отчётливо видим практическое отсутствие развитого вихря на центроплане: у отечественных МиГов и Сушек в этом месте наличествует бешено вращающийся вихревой жгут. И именно это делает компоновочно сходные машины столь разными на маневре - интенсивное вращение вихревого конуса, генерируемого наплывом, запасает огромное количество энергии, а сама "колбаска" вращающегося вихря за счёт центробежных сил оказывается областью очень высокого разряжения, недостижимого средствами традиционной аэродинамики.
Потому даже отлично организованный процесс обтекания на крыле (качество обтекания можно оценить по низкой интенсивности индуктивного вихря, сходящего с законцовок - он даже не прорисовывется вихревым жгутом) не создаёт такой подъёмной силы, которую обеспечивает правильный вихрь на центроплане.

При этом, общая грамотность аэродинамической схемы подчёркивается использованием вихревых элементов на стабилизаторе: зуб на на передней кромке создаёт мощный вихрь, стабилизирующий обтекание стабилизатора и препятствующий срыву потока на больших углах отклонения - что улучшает управляемость.

На воздухозаборниках присутствует турбулизатор, порождающий локальный вихрь - но его мощность значительно меньше, чем мощность вихревой структуры, создаваемой корневым наплывом на отечественных машинах. Его назначение - всего лишь отдаление срывыного кризиса на стреловидном крыле, но эффективность - существенно ниже, чем принято в русской аэродинамической школе.

Comments

[fan-d-or.livejournal.com]

Повторяю вопрос: объясните, как летает изображенный на вышеупомянутой фотографии бескрылый летательный аппарат:

Плз, объясните хотя б качественно физический принцип появления подъёмной силы для такой конфигурации...

[biglebowsky.livejournal.com]

Я не понял, в чем проблема с обсуждаемым летательным аппаратом.

Крылья сверхмалого удлинения (вдоль много длиннее, чем поперек) благополучно работают. Почти "бытовой" пример - водные лыжи.

Единственно, желательно как-то уменьшить перетекание с нижней поверхности на верхнюю.
Даже совершенно круглый фюзелеяж на больших углах атаки вполне создает подъемную силу (что рассматривается во всех учебниказх по ракетостроению). Что-нибудь линзообразное в сечении (на остром уголке будет срыв потока), полагаю, будет работать получше. Штуковина, которая в сечении полукруг - еще лучше. Причем, вполне допускаю, что особой разницы не будет - полукругом кверху или полукругом к низу. Я, просто, исхожу из строго поперечных продувок таких объектов как длинный цилиндр, "половинка цилиндра" в разных положениях и "прямоугольник большого удлинения".

Ну, или другими словами. Даже столь странной конструкции, как на картинке, вполне удастся своим корпусом отклонять набегающий воздух вниз.

[fan-d-or.livejournal.com]

То есть, у вас нет внятного объяснения физического механизма образования подъёмной силы...

[filos0v.livejournal.com]

Что ты только прочил?

[kettenkrab.livejournal.com]

Здраститя!
(https://topwar.ru/uploads/posts/2012-11/1352690139_26.jpg)

[biglebowsky.livejournal.com]

Да, действительно, у меня нет короткого объяснения для столь хитрого 3-мерного обтекания.

Случай крыла 2D в своем журнале я "научно-популярно" расписал, готов на пальцах ообъяснить изменения при переходе на крыло конечного размаха большого удлинения. Однако, крыло, которое не просто малого удлинения, а длиннее, чем шире, да еще и толщина огромная (теория плоского крыла в принципе неприменима) - это, в моем восприятии, по настоящему сложная штуковина.

Для упрощения дискуссии можем считать, что я этого случая не понимаю.

[fan-d-or.livejournal.com]

>> Для упрощения дискуссии можем считать, что я этого случая не понимаю.

Хорошо. Этот ответ позволяет продолжать дискуссию.

1. Всякие эмпирические характеристики - типа поляр крыла и ЛА целиком (!) не являются объяснением, так, как просто констатируют факт, но не представляют из себя физическую модель.
Потому мы держим их в уме - но не в качестве основного доказательства.

2. Аналитическая теория образования подъёмной силы, выраженная через известную формулу Жуковского, приложима строго к случаю 2D-обтекания - к прямому крылу бесконечного размаха. При этом, процесс описывается через присоединённый вихрь, обёрнутый вокруг дужки крыла (интеграл по замкнутому контуру).

3. Реальные процессы обтекания включают пространственные (3D) эффекты - что существенно усложняет аналитику. Случай бескрылого ЛА - крайнее проявление, делающее такую аналитику вовсе непригодной: крыла нет, оборот вокруг дужки попросту отсутствует.
Значит необходимо искать физические механизмы, позволяющие аналитически моделировать (хотя б и качественно) процессы обтекания и такого тела.

Первое, что очевидно в данном случае - это наличие мощнейшего вихреобразования. которое с физической точки зрения является достаточно ясным с точки зрения моделирования процессом.

4. С точки зрения теории, продольный вихрь образует зону пониженного давления - что приводит к появлению поперечной силы, воздействующей на обтекаемое тело (то есть, искомой подъёмной силы).

5 В первом приближении ("на пальцах") очевидно, что чем энергичней закручен вихрь, тем больше уровень разрежения, тем больше перепад давлений и тем больше боковая сила.

6. Пресловутые поляры - всего лишь протокол перераспределения сил при изменения угла атаки: поляра в равной мере отображает как силу Жуковского (классическое образование перепада давлений при ламинарном обтекании за счёт разницы скоростей, которое может быть аналитически вычислено методом КИ при интегрировании по объёмному (3D) контуру, вместо плоскостного (2D)), а так же - неклассическое образование зон пониженного давления при криволинейном вихревом движении через инерционные (центробежные) силы (впрочем, и Бернулли тут нельзя сбрасывать со счетов - но соотношение энергетик двух механизмов может быть существенно разным).

7. Существеннейшее отличие двух механизмов - независимость вихревого механизма от поперечного (профильного) вихря, положенного в основу аналитики Жуковским. Другими словами - профиль крыла, основа основ классической аэродинамики, значения не имеет: для утилизации вихревого разрежения достаточно более-менее плоской поляны, над которой проходит вихрь.

8. Возвращаясь к полярам - классический загиб характеристик порождается плохой организацией взаимодействия ламинарного и вихревого механизмов: переход к турбулентному обтеканию сопровождается отрывом вихревой зоны от поверхности и потери контакта с зоной разрежения (высокое давление прорывается либо сзади, от задней кромки, либо сбоку - но результат один: потеря поперечной силы).

9. Аппарат на фотографии имеет хорошо организованную вихревую систему - порождающую два больших вихря (аналогично вихрегенерирующему наплыву) и эти два вихря симметрично располагаясь над верхней поляной (намеренно сделанной плоской!), отлично тянут аппарат верх - обходясь в любом случае без классической подъёмной силы (по Жуковскому).

(продолжение следует).

[fan-d-or.livejournal.com]

(продолжение)

10. Отдельный бонус: любая зона разрежения имеет дополнительный механизм создания именно подъёмной (то есть, действующей против сил гравитации) силы - законы гидростатики никто не отменял и потому зона разрежения неизбежно всплывает вверх (тут нет инвариантности к потоку - тут первопричина внеатмосферная: гравитация).
Другое дело, что в классическом ламинарном варианте этот эффект не слишком заметен, да и зона связана с самим телом и не присутствует, как независимый объект.
И совсем другое дело - вихрь, который образует солитон (то есть, динамическую структурную единицу) и существует вне связи с породившим его движущимся телом.
Потому в отношении вихря эффект гидростатической подъёмной силы достаточно заметен: вихрь всплывает!
ХИНТ: именно благодаря гидростатике торнадо всасывает очень тяжёлые предметы и забрасывает их на огромную высоту.

11. Эффект гидростатической подъёмной силы находится под действием масштабного закона, причём в положительном плане - подъёмная сила кубически растёт при увеличении линейного размера! Это означает, что мелкомасштабные вихри гидростатику не чувствуют, но с ростом линейного размера вихревой системы этот эффект резко возрастает и становится заметным.
В масштабах небольшого ЛА вклад гидростатики составляет проценты - а для более крупного может стать и вовсе основным!

Вот где-то так - в первом приближении...

ИТОГО: в создании подъёмной силы участвуют как минимум три различных первичных механизма:
- законы Бернулли (изменение давления в силу разности скоростей);
- законы Жуковского, являющиеся специфическим следствием законов Бернулли - потому относятся к первому механизму.

- законы инерции, приводящие к перепаду давлений при криволинейном движении масс воздуха;

- законы гидростатики, порождаемые феноменом гравитации;

Все буквари по аэродинамике рассказывают лишь о первом механизме - потому тусовка по большому счёту не понимает сущности вихревой аэродинамики, которая на самом деле уже практически эксплуатируется много лет.
И это - досадный пробел системы инженерного образования.

Третий механизм пока вообще очень далёк от практики - но это не означает, что в будущем не появятся какие-нибудь вихрелёты, утилизирующие именно гидростатический механизм...

[biglebowsky.livejournal.com]

Большое спасибо за подробный ответ!
Некоторые вещи понятны, над некоторыми мне стоит поразмыслить.

Для удобства дискуссии я перечислю это.

1) Не совсем эмприка. Thin Airfoil Theory дает некие числа для крыла бесконечного размаха (без учета срыва), далее этот результат можно

пересчитать по некой модельке на крыло конечного размаха, но достаточно удлиненное.

Для модельки с эллиптическим распределением подъемной силы по размаху крыла получается довольно изящная формула.
Если угол атаки в атаки в радианах мерить, то


          2π
C_y= –––––– * α_rad
        1+2/λ



Однако, полностью согласен, что моделька не применима для крыльев сверхмалого удлинения.


2) Согласен полностью.

3) Согласен частично. Можно и вокруг корпуса в диаметральной плоскости контур интегрирования провести. Однако, согласен, что пользы от этого не

будет.


4) Абсолютно не понимаю.

5) Не понимаю, откуда берется боковая сила.

6) Лично я всегда пользуюсь другими терминами. Не "изменение давления за счет разности скоростей", а изменение скорости потока при затекании в

область пониженного / повышенного давления. Как-то так: "затекает воздух в зону разрежения над крылом, следовательно, начинает разгоняться".
В целом, не совсем понимаю.

7) Абсолютно не понимаю.

8) Согласен.

9) Согласен по поводу организации 2 вихрей, не понимаю, почему вихри будут тянуть вверх.

10) Полностью согласен.

11) полностью согласен.



Вопрос.
Совершенно не понимаю (кроме случая гидростатики), как продольному вихрю удается "тянуть" в свою сторону плоскую поверхность?

Естественно, я пытаюсь "свести задачу к уже решенной", то есть найти аналогии с двумерным случаем.

Вот, к примеру, схема 2D обтекания цилиндра на "низкопромежуточных" числах Рейнольдса (срыв потока уже есть, 2 стационарных вихря Фёппла

появились, но дорожки Кармана еще нет).


http://sites.sinauer.com/animalcommunication2e/chapter07.02.html

Мы наблюдаем и два вихря, и лобовое сопротивление (некий аналог обсуждаемой подъемной силы), однако механизм формирования этой силы не имеет никакого отношения к изложенному Вами.

Вот видео - взаимодействие вихря с плоской поверхностью (2D случай) https://www.youtube.com/watch?v=7K3cQNquxRM
Также, ни малейшего намека на притяжение вихря и плоской поверхности.

[tu26.livejournal.com]

ИМХО Вы усложняете. Разрежение в вихре существует только в самом вихре - и вряд ли само способно создать подъемную силу. Профиль крыла и вовсе ничего сакрального в себе не несет - совершенно неважно, что там плоское, а что выпуклое. Вихрь в данном случае позволяет потоку скользить вдоль верхней поверхности аппарата и создавать скос потока вниз, который, собственно, и необходим для создания подъемной силы. То есть вихрь просто направляет поток куда надо. Закон Бернулли важен для понимания процессов, но в итоге по закону сохранения импульса вся подъемная сила создается потоком массы воздуха вниз.