Лифт қоздырғышы - Lift-induced drag

Жылы аэродинамика, лифтпен қозғалатын сүйреу, сүйреу, құйынды апарунемесе кейде көтеруге байланысты сүйреңіз, болып табылады аэродинамикалық кедергі қозғалатын зат өзіне келіп түсетін ауа ағынын қайта бағыттаған кезде пайда болатын күш. Бұл кедергі күші ұшақтарда пайда болады қанаттар немесе а денені көтеру ауаны қайта бағыттау көтеру сондай-ақ а-ны тудыратын ауаны қайта бағыттайтын қанаты бар автомобильдерде downforce.

Сэмюэль Лэнгли жоғары байқалады арақатынасы жалпақ тақтайшалар жоғары болған көтеру және 1902 жылы айтылған «Өлшемі мен салмағы бекітілген ұшақ жылдамдықпен ұшқан кезде аз қозғаушы күшке мұқтаж болады», - индукцияланған қарсылықтың интуитивті әсері.[1]

Индукцияланған сүйреу көзі

Индукцияланған индукция индукцияланған шамамен байланысты жуу қанаттың жанында. «L» деп белгіленген сұр түсті тік сызық еркін ағынға перпендикуляр және көтергіштің қанаттағы бағытын көрсетеді. «L» деп белгіленген қызыл векторэфф«қанаттың маңайындағы нақты ауа ағынына перпендикуляр; ол ауа қатпарлары бөлігіндегі көтерілісті шабуылдың бірдей бұрышында екі өлшемді ағынмен бейнелейді. Қанат тудырған көтергіш қанатқа тең бұрыш арқылы артқа еңкейтілді. үш өлшемді ағындағы ағынды жуу бұрышы. «Lэфф«еркін ағынға параллель - бұл қанаттағы индукцияланған сүйреу.[2][3][4]

Барлығы аэродинамикалық күш Денеге әсер етуді көтеру және сүйреу сияқты екі компонент бар деп ойлайды. Анықтама бойынша келе жатқан ағынға параллель күштің компоненті деп аталады сүйреу; және келе жатқан ағынға перпендикуляр компонент деп аталады көтеру.[5] Іс жүзінде шабуыл бұрыштары лифт сүйреу күшінен айтарлықтай асып түседі.[6]

Көтеру қанаттың айналасындағы ағынның өзгеру бағытында шығарылады. Бағыттың өзгеруі жылдамдықтың өзгеруіне әкеледі (жылдамдық өзгермесе де, біркелкі айналмалы қозғалыста көрінеді), бұл үдеу болып табылады. Ағынның бағытын өзгерту үшін сұйықтыққа күш түсіру керек; лифт дегеніміз жай қанатқа әсер ететін сұйықтықтың реакциялық күші.

Лифт жасау үшін қанаттың астындағы ауа қанаттың үстіндегі ауа қысымына қарағанда жоғары қысымда болады. Шекті аралықтағы қанатта бұл қысым айырмашылығы ауаның төменгі беткі қанат тамырынан, қанат ұшының айналасынан, үстіңгі беткі қанат тамырына қарай ағуын тудырады. Бұл ауаның спанальды ағыны хордалы ағынды ауамен біріктіріліп, жылдамдық пен бағыттың өзгеруін тудырады, бұл ауа ағыны бұралып, қанаттардың артқы жиегіне құйынды шығарады. Құрылған құйындар тұрақсыз, олар тез арада бірігіп, өнім береді құйын құйыны.[7] Алынған құйындар артқы жиектің артындағы ауа ағынының жылдамдығы мен бағытын өзгертеді, оны төмен қарай бұрады және осылайша индукциялайды жуу қанаттың артында.

Кең қанатты құйындар қанаттың айналасындағы ауа ағынын өзгертеді, қанаттың көтеру қабілетін төмендетеді, сондықтан сол көтергіш үшін шабуылдың жоғары бұрышын қажет етеді, бұл жалпы аэродинамикалық күшті артқа бұрады және сол күштің қозғаушы компонентін көбейтеді. Бұрыштық ауытқу шамалы және көтеруге аз әсер етеді. Алайда көтерілу күшінің көбейтіндісіне және ол бұрылған бұрышқа көбейту күшінің өсуі байқалады. Ауытқудың өзі көтергіштің функциясы болғандықтан, қосымша тарту лифт квадратына пропорционалды.[8]

Индукцияланған қарсылықты азайту

Төмендегі теңдеулерге сәйкес, арақатынасы шексіз қанат (қанаттар / аккордтың ұзындығы) және тұрақты аэрофоль Бұл бөлім ешқандай адапцияны тудырмайды. Мұндай қанаттың сипаттамаларын а енін қамтитын қанат қимасында өлшеуге болады жел туннелі, өйткені қабырғалар ағынды бөгеп, тиімді екі өлшемді ағын жасайды.

Тік бұрышты планформды қанат конустыққа қарағанда мықты бұрандаларды шығарады эллиптикалық қанат, сондықтан көптеген қазіргі заманғы қанаттар конустық. Алайда, эллиптикалық планформалар тиімдірек болады, өйткені индукцияланған жуу (және, демек, шабуылдың тиімді бұрышы) бүкіл қанаттардың кеңістігінде тұрақты болады. Өндірістің қиындықтарына байланысты мұндай жоспарға ие бірнеше ұшақ бар - бұл ең танымал мысалдар Екінші дүниежүзілік соғыс Spitfire және Найзағай. Тікелей жетекші және артқы шеттері бар конустық қанаттар эллиптикалық лифтілердің таралуына жуықтай алады. Әдетте, тік жиекті конустық емес қанаттар 5%, ал конустық қанаттар эллиптикалық қанатқа қарағанда индукцияланған қарсылықты 1-2% құрайды.[9]

Сол сияқты, берілген қанат аймағы үшін жоғары арақатынасы Қанаттың арақатынасы төмен қанатқа қарағанда индукцияланған қозғалғыштық аз болады, өйткені ұзын, жіңішке қанаттың ұшында ауа бұзылуы аз.[10] Сондықтан индукцияланған қарсылықты пропорцияға кері пропорционалды деп айтуға болады.[11] Лифтінің таралуы сонымен бірге қолдану арқылы өзгертілуі мүмкін жуу, қанаттардың ұштарын азайту үшін қанаттың спанальды бұралуы және аэрофоль қанат ұштарының жанындағы бөлім. Бұл қанат тамырына жақын және қанаттың ұшына қарай көтерілудің аз болуына мүмкіндік береді, бұл қанаттардың құйындарының беріктігінің төмендеуіне әкеледі.

Кейбір алғашқы ұшақтарда артқы тақтайшаның ұштарында жұмыс істейтін қанаттар болған. Жақында жақындаған ұшақтар қанаттарға орнатылды қанаттар құйын құйындарының қарқындылығын төмендету.[12] Қанат ұшына орнатылған жанармай бактары қанат ұшының айналасындағы ауаның кеңінен таралуын болдырмау арқылы да біраз пайда әкелуі мүмкін.

Индукцияланған қарсылықты есептеу

Үшін жазықтық Эллиптикалық лифт үлестірімі бар қанатты, индукцияланған тартуды келесідей есептеуге болады:

,

қайда

лифт,
ауа тығыздығы,
шынайы жылдамдық және
бұл қанаттың кеңдігі.

Осы теңдеуден индукцияланған кедергі ұшу жылдамдығына және қанаттардың кеңеюіне байланысты азаятыны анық. Эллиптикалық лифт үлестірімі бар жазық емес қанаттан ауытқу индукцияланған қарсылықты аралыққа бөлу арқылы ескеріледі тиімділік коэффициенті .

Басқа сүйреу көздерімен салыстыру үшін осы теңдеуді көтеру және тарту коэффициенттері арқылы өрнектеу ыңғайлы болуы мүмкін:[13]

, қайда

және

болып табылады арақатынасы,
анықтамалық қанат аймағы болып табылады.

Бұл қанаттардың арақатынасының жоғары болуының ұшу тиімділігіне қаншалықты пайдалы екендігін көрсетеді. Бірге шабуыл бұрышының функциясы бола отырып, индукцияланған қарсыласу күшейе түседі шабуыл бұрышы артады.[8]

Жоғарыдағы теңдеуді қолдану арқылы шығаруға болады Прандтлдің лифтингтік теориясы. Ұқсас әдістерді жазық емес қанаттар үшін немесе ерікті лифт үлестірімдері үшін минималды индукцияны есептеуге де қолдануға болады.

Басқа апару көздерімен біріктірілген әсер

Жалпы апару паразиттік сүйреу плюс индукцияланған сүйреу

Индукцияланған сүйреуді қосу керек паразиттік сүйреу жалпы сүйреуді табу үшін. Индукцияланған қарсылық әуе жылдамдығының квадратына кері пропорционалды болғандықтан (берілген көтеру кезінде), ал паразиттік қарсыласу ауа жылдамдығының квадратына пропорционалды болғандықтан, жалпы апару қисығы кейбір ауа жылдамдығында минималды көрсетеді - минималды тарту жылдамдығы (V)М.ғ.д.). Осындай жылдамдықпен ұшатын ұшақ өзінің оңтайлы аэродинамикалық тиімділігімен жұмыс істейді. Жоғарыда келтірілген теңдеулерге сәйкес, минималды апару жылдамдығы индукцияланған паразиттік қарсылыққа тең болатын жылдамдықта жүреді.[14] Бұл қуатсыз ұшақтар үшін оңтайлы сырғыма бұрышына жету жылдамдығы. Бұл сондай-ақ ең үлкен диапазондағы жылдамдық (дегенмен VМ.ғ.д. ұшақ отынды жұмсап, жеңілдеген сайын азаяды). Ең үлкен диапазондағы жылдамдық (яғни жүріп өткен жол) - бұл түзу сызық жанармай ағынының қисығына жанама болатын жылдамдық. Әуе жылдамдығына қарсы диапазонның қисығы әдетте өте тегіс және 99% ең жақсы диапазонда жылдамдықпен жұмыс жасау әдетке айналған, өйткені бұл тек 1% кем диапазонға шамамен 5% үлкен жылдамдық береді. (Әрине, ауа жұқа жерде жоғары ұшу минималды қарсылықтың пайда болу жылдамдығын арттырады, сондықтан отынның сол мөлшеріне жылдам саяхаттауға мүмкіндік береді. Егер ұшақ рұқсат етілген максималды жылдамдықпен ұшса, онда биіктік бар ұшу кезінде ұшу кезінде ауаның тығыздығы оны ұстап тұру үшін ең төменгі жылдамдықты қажет етеді, максималды жылдамдықтағы оңтайлы биіктік және максималды биіктіктегі оңтайлы жылдамдық ұшу кезінде өзгеруі мүмкін. жеңілірек.)

Максималды төзімділіктің жылдамдығы (яғни ауадағы уақыт) отынның минималды шығыны үшін жылдамдық болып табылады және ең үлкен диапазондағы жылдамдықтан аз. Отынның шығыны қажетті қуат пен қозғалтқыштың меншікті отын шығыны (қуат бірлігіне келетін отын шығыны) өнімі ретінде есептеледі[15]). Қажетті қуат жылдамдықтың апару уақытына тең.

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  • Клэнси (1975), Аэродинамика, Pitman Publishing Limited, Лондон. ISBN  0-273-01120-0
  • Эбботт, Ира Х. және Фон Доенхофф, Альберт Э. (1959), Қанаттар секцияларының теориясы, Dover жарияланымдары, Стандартты кітап нөмірі 486-60586-8
  • Лучано Демаси, Антонио Дипас, Джованни Монегато және Рауно Кавалларо. Планарлық емес қанаттар жүйесінің минималды индукцияланған жағдайлары үшін инвариантты тұжырымдау, AIAA журналы, т. 52, No10 (2014), 2223–2240 бб. doi: 10.2514 / 1.J052837

Ескертулер

  1. ^ Бьорн Ферм (3 қараша, 2017). «Bjorn's Corner: Әуе кемелерінің кедергісін азайту, 3-бөлім». Лихам.
  2. ^ Hurt, H. H. (1965) Әскери-теңіз авиаторларына арналған аэродинамика, Сурет 1.30, NAVWEPS 00-80T-80
  3. ^ Клэнси, Л.Ж. (1975) Аэродинамика Сурет 5.24. Pitman Publishing Limited, Лондон. ISBN  0-273-01120-0
  4. ^ Кермоде, AC (1972). Ұшу механикасы, 3.29-сурет, тоғызыншы басылым. Longman Scientific & Technical, Англия. ISBN  0-582-42254-X
  5. ^ Клэнси, Л.Ж., Аэродинамика, 5.3 бөлім
  6. ^ Эбботт, Ира Х. және Фон Доенхоф, Альберт Э., Қанаттар секцияларының теориясы, 1.2 бөлім және IV қосымша
  7. ^ Клэнси, Л.Ж., Аэродинамика, 5.14 бөлім
  8. ^ а б Клэнси, Л.Ж., Аэродинамика, 5.17 бөлім
  9. ^ Глауерт, Х. Аэрофоляның элементтері және әуе бұрандасы (1926); 5.4 суретте көрсетілген Ұшақ аэродинамикасы Дэниэл О. Доммасш, Сидней С. Шерби, Томас Ф. Коннолли, 3-ші басылым. (1961)
  10. ^ «Индукцияланған сүйреу». Алынған 5 мамыр 2015.
  11. ^ Нақтырақ айтылған индукция қанаттардың квадратына кері пропорционалды.
  12. ^ Ричард Т. Виткомб (1976), Дизайн тәсілі және таңдалған жел туннелі қанаттардың ұшына орнатылған қанаттар үшін жоғары дыбыстық жылдамдықта нәтиже береді (PDF), NASA
  13. ^ Андерсон, Джон Д. (2005), Ұшуға кіріспе, McGraw-Hill. ISBN  0-07-123818-2. p318
  14. ^ Клэнси, Л.Ж., Аэродинамика, 5.25 бөлім
  15. ^ Қозғалтқыштың меншікті жанармай шығыны, әдетте қозғалтқыштың шығыны қысыммен өлшенетіндігіне, қозғалтқыштың шығыны реактивті қозғалтқышқа немесе біліктің ат күшіне, қозғалтқыштың қозғалтқышы сияқты, қозғалтқыштың бірлігіне немесе қуаттың бірлігіне отын шығыны бірлігінде көрсетіледі. Қуат бірлігіндегі жанармайдың жылдамдығын бірлік қуатқа айналдыру үшін жылдамдыққа бөлу керек.