О профиле крыла...

[lazy-flyer.livejournal.com]

Не только лишь все знают, что для крыла летательного аппарата крайне важен так называемый профиль. Который получается если взять и перепилить крыло поперёк, перпендикулярно кромкам.
Что то вот такое, да.


Это я к чему? В очередной раз пришлось схлестнуться с очередным конструктором, который меня убеждал и давил авторитетом, мол более кривой профиль есть хорошо, полезно, ************************* ( здесь были слова, которые я удалил по требованию модератора, но желающие смогут их прочесть у меня в бложике ). И самолёт от этого лучше летит. Я пытался ему что то доказать, но услышан не был. И всё же попытаюсь ещё раз донести несколько простых истин не до конкретного человека, а так, вообще. О профилях и их влиянии на полёт летательного аппарата.
Начнём с самого начала. Почему летит самолёт? Потому что пропеллер крутится, да...
Потому что крыло развивает некоторую подъёмную силу. В соответствии с вот этой формулой.

Обращаем внимание на безразмерный коэффициент Су - коэффициент подъёмной силы. Он не в числителе и не в знаменателе, он просто множитель. Важен ли он? Да, важен, бесспорно. Но насколько? Обратимся к результатам виртуальных продувок. Для удобства берём три профиля одного семейства, отличающиеся только кривизной - 2%, 3%, 4%, как на картинке в заголовке записи.

Как видно на графике, чем выше кривизна, тем выше коэффициент подъёмной силы. Логично? На вот эту поляру пока не смотрим. На неё вообще редко кто то смотрит.

Выше Су, значит крыло получится лучше. Так работает логика моего оппонента. Нууууу...
Попробуем смоделировать крыло, тоже одинаковое для всех рассматриваемых профилей. Примем размах 2000 мм, хорда 300 мм, вес аппарата 2000 г. Затолкаем крыло в виртуальную трубу и получим картинки.



Найдите три отличия...Хотя отличия видны сразу и невооружённым глазом - скорость горизонтального полёта. Вот, ещё один график.

Чем более изогнут профиль, тем ниже горизонтальная скорость. Профит? С одной стороны вроде бы да, но с другой...
Большая кривизна, ниже горизонтальная скорость - но ниже и качество.

При одинаковой вертикальной скорости. То есть аппарат с профилем большей кривизны будет снижаться с такой же скоростью как и его противники, но при этом упадёт ближе к наблюдателю.

Казалось бы, ну что такое единица разницы в качестве? Не о чем говорить, правда?

Но если присмотреться к вот этому графику, то получается уже не так красиво.

Ниже горизонтальная скорость при одинаковой вертикальной и требуется больше усилий для обеспечения одинаковой горизонтальной скорости. График качества ведь не на пустом месте появился. За всё нужно платить. И где профит? А вот ещё одна картиночка.

Берём крыло с профилем меньшей кривизны, ставим его под большим углом атаки и получаем ту-же горизонтальную скорость, как и у крыла с профилем большей кривизны. И при этом по прежнему имеем более высокое качество.
Мораль сей басни такова - не злоупотребляйте кривизной профиля. Су в формуле подъёмной силы только множитель, значение которого крайне редко доходит до единицы в диапазоне лётных углов атаки. Намного большее значение имеет площадь крыла, то есть удельная нагрузка. Чем больше площадь, тем ниже удельная нагрузка, выше подъёмная сила, выше маневренность, выше устойчивость по перегрузке и далее по списку. То есть при прочих равных лучше увеличивать площадь крыла, а не кривизну профиля. Конечно когда это возможно, что далеко не всегда получается.
Если вдруг случилось, что вас загнали требованиями в угол, то есть ограничили геометрические размеры аппарата, ограничили диапазон скоростей, ограничили вообще всё, что можно - то да, нужно ставить профиль бОльшей кривизны.
Но опять таки, при условии отсутствия механизации крыла. А вот если можно применить механизацию, то...

Comments

[demyan.livejournal.com]

Ни фига мессадж поста не проанестендил ))) Если на нормальном русском - в чем суть численных опытов? Что там за скорости такие выдаются? Обычный эксперимент, чтобы поляру снять, проводится на одной и той же скорости. Параметры взяты авиамодельные, Рейнольдс 2.5е+05 маленький.

прогу XFLR5 я не знаю (правда скачал, но даже пока не понял как там 3Д модели делать), но эта прога основана на XFOIL во многом, который я отлично понимаю. У Вас там взят ламинарный погранслой со свободным переходом и диким N-фактором 11. Сие может и ничего для авиамодели, но слабо подойдет даже под легкомоторный самолет.

Ну и главное - обычно мы имеем крейсерский режим с Су=const, ну посмотрите на ваш рисунок
https://content-10.foto.my.mail.ru/mail/lazy_66/681/b-687.jpg

светлая-то кривая лучше красной - при полетных Су получается Сх ниже.


тут еще надо учитывать, что самолетные поляры чуть иные, чем численные, у Вас Рейнольдс маленький.

короче, сути поста я не уловил...

[demyan.livejournal.com]

плюс Судоп с кривизной растет на Вашей картинке, а Судоп - это безопасность.

[lazy-flyer.livejournal.com]

С этого места пожалуйста поподробнее...

[demyan.livejournal.com]

выше располагаемый Су ниже скорость при прочих равных

[lazy-flyer.livejournal.com]

А при чём здесь безопасность?

[demyan.livejournal.com]

Вы действительно не понимаете? Тогда непонятно зачем вообще в это дело ввязались.
Или прикидываетесь? тогда изложите собственный взгляд, т.к. пересказывать учебник мне неинтересно.
Два характерных случая рассмотрите - установившийся вираж и посадку.

[lazy-flyer.livejournal.com]

Ясно. Вопросов к вам больше нет. :)

[demyan.livejournal.com]

да к вам тоже, не увлекайтесь тока сильно, после травы обычно уже на неотпускающую дурь переходят.

[lazy-flyer.livejournal.com]

Примитивность вашего юмора украшает эту запись!

[demyan.livejournal.com]

ты пилот? Обычно у полуграмотных читателей "Практической аэродинамики Н-ского самолета" столько хамства. По многим причинам так думаю, поскольку грамотные в такие споры не лезут и пилотируют лучше. Будешь хамить - унижу, бестолочь.

[vkorehovisback.livejournal.com]

нет он упертый авиамоделист любитель.

[biglebowsky.livejournal.com]

Re: "XFOIL, который я отлично понимаю"

XFOIL выдает результаты для 2-мерного случая
Перед нами стоит задача пересчитать результаты на крыло конечного удлинения.
По каким формулам будем работать?

[demyan.livejournal.com]

тут надо с терминами сначала разобраться. Ни XFOIL, ни примененный топикстартером XFLR5 не реализуют формул. Эти программы реализуют методы. Некоторые приближенные методы. Например, XFOIL считает двумерное обтекание либо уравнениями Эйлера (невязкое), либо включает в расчет пограничный слой. В обоих случаях не идет речь о полных уравнениях гидродинамики, т.е. нельзя назвать XFOIL виртуальной аэр. трубой (АДТ). Причем в сжимаемом потоке XFOIL ограничен только течениями без ударных волн, с появлением местных сверхзвуковых зон он начинает врать (там есть еще куча случаев, когда он подвирает, но не суть, это происходит просто потому, что как любой прибл. метод, реализованный в проге не ко всему подходит).

Совершенно аналогично, XFLR5 не считает полной системы (не считает он и осредненные по Рейнольдсу ур-я Навье-Стокса, к.-л. образом замкнутые), т.е. он не реализует то, что теперь любят называть виртуальной АДТ.

А что он реализует? Ответ - модели. Расчет устроен приближенно так (для простоты возьмём просто одно крыло, но со стредловидностью, V-образностью, крутками): считается база данных вязких двумерных обтеканий в диапазоне углов атаки (УА) и Re всех профилей, которые будут затем использованы, после чего устраивается интерполяция. К трехмеру переходят проводя расчет крыла конечного размаха, составленное из уже рассчитанных профилей, используя один из популярных методов (модель несущей линии Прандтля, причем там нелинейный вариант реализован, вариации панельных методов, там есть специальная менюшка на этот счет, какой выбрать - зависит от задачи, от искусства вычислителя итд итп). XFOIL нужен и подписан в XFLR5 потому, что нужны Cy и Сх сечений. Он применяется только в вязком варианте, потому что ни один из методов (моделей) трехмерного обтекания вязкости не учитывает, а метод несущей линии и не запустишь, т.к. ему нужны УА Сусеч=0. Потом куча интерполяций, дабы оценить вязкое сопротивление на основе базы XFOIL'a.

приближенно так, там много тонкостей (например с отрывами и ламинарно-турбулентным переодом), на их все меня тут не хватит.

[biglebowsky.livejournal.com]

Спасибо за пояснение.

У меня на компьютере живет книга Юрьева "Практическая аэродинамика", там изложен некий аналитический метод пересчета крыла с одного удлинения на другое, и метод этот очень приближенный.
Те мелкие различия, о которых lazy_flyer написал данный post, этим методом в принципе отловить нельзя.
Меня интересовало, с какой целью lazy_flyer писал всю первую половину заметки - результаты 2-мерного обтекания?

Почему lazy_flyer не свел всю заметку к единственной фразе.
Мол, в такой-то программе "продул" крылья с таким-то удлинением и такими-то профилями, и программа выдала такие-то графики для аэродинамического качества от угла атаки.

[demyan.livejournal.com]

>У меня на компьютере живет книга Юрьева "Практическая аэродинамика", там изложен некий аналитический метод пересчета крыла с одного удлинения на другое, и метод этот очень приближенный.

Если у Вас та, что я думаю (Экспериментальная аэродинамика, том 2, 1938), то в XFLR5 метод несущей линии реализован по подобию Раздел 2, главы 13-15,17 (с изменениями и улучшениями).

[biglebowsky.livejournal.com]

- Вы полностью правы, я оговорился. Конечно же, "экспериментальная".

- Спасибо за пояснение!