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]

>> 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).