Как создается сопротивление из вихрей на законцовках крыла?

В чем причина сопротивления из-за вихрей на законцовках крыла?

Этот вопрос касается (общей) производительности, но не отвечает на аспект перетаскивания.

Перетаскивание не существует как таковое. Они являются составляющими аэродинамической силы , суммы всех сил, действующих на крыло. У него есть направление (вектор), и, как любой вектор, его можно разбить на произвольные компоненты, которые в сумме составляют начальную силу. Мы условно делим аэродинамическую силу на две составляющие: одну, перпендикулярную воздушному потоку (подъемная сила), и одну, параллельную воздушному потоку (сопротивление). Таким образом, все, что отклоняет аэродинамическую силу от вертикали, создает сопротивление. Вихрь отклоняет силу, поэтому он создает сопротивление.
@mins Это не очень хороший ответ о том, что вызывает дополнительное сопротивление. Вы не можете предположить, что результирующая аэродинамическая сила вертикальна, в конце концов, она состоит из подъемной силы и сопротивления.
Вопрос в том виде, в каком он стоит сейчас (после ответа Петера Кемпфа), кажется, заключается в том, является ли вихрь причиной обтекания законцовки крыла или просто наличием законцовки крыла.

Ответы (3)

Вихри на кончиках крыльев не создают сопротивления, так же как мокрые улицы не вызывают дождь.

Создание подъемной силы и вязкость создают сопротивление . Сопротивление состоит из сопротивления давления и сопротивления вязкости, а индуктивное сопротивление является частью сопротивления давления . К сожалению, в Интернете полно мемов, которые приписывают индуктивное сопротивление этим вихрям на законцовках крыла, но какой-то завихренный воздух за крылом вряд ли может вызвать какое-либо сопротивление, не так ли?

Посмотрите на это иначе: если бы крыло не создавало подъемной силы, воздух не обтекал бы его кончик и не скручивался бы. Так почему же мы не читаем, что верхушка вихря является источником подъемной силы ? Это использует ту же логику, что и утверждение, что вихрь на конце создает сопротивление, и в равной степени неверно.

Вихри на кончиках крыльев — это всего лишь вершина полного вихревого листа , покидающего крыло. Этот вихревой покров является следствием того, что крыло ускоряет воздух вниз. Теперь вместо того, чтобы повторяться снова и снова, позвольте мне указать вам на многие другие ответы, которые объясняют, что происходит:

  • Этот ответ подробно объясняет, как создается подъемная сила и как достигается ускорение воздуха вниз.
  • Этот ответ заключается в формировании следа и вихрей на законцовках крыла.
  • Этот ответ показывает, почему больший размах крыла снижает индуктивное сопротивление. Неважно, повернуты ли законцовки крыла вверх, вниз или продолжаются прямо: больший размах крыла снижает индуктивное сопротивление.

Винглеты увеличивают количество воздуха, участвующего в создании подъемной силы, и уменьшают индуктивное сопротивление при той же подъемной силе. В большинстве случаев они используются для создания большей подъемной силы при том же геометрическом размахе крыла без непропорционального снижения аэродинамического сопротивления.

Я все еще думаю об этом и читаю ссылки.
..some swirling air behind a wing can hardly cause any drag..Почему это может быть таким чуждым предположением? Создание вихря действительно требует энергии. Поток гребного винта находится полностью за гребным винтом, но создание вихря в нем требует энергии.
@Koyovis: Завихрение - это просто признак того, что воздух раньше ускорялся , точно так же, как вода на улицах свидетельствует о том, что раньше шел дождь .
Почему у A320 были ограждения на концах крыльев до того, как появились шарклеты?
@Koyovis Выбор заборов по сравнению с другими конструкциями, вероятно, зависит от компромисса между подъемной силой и сопротивлением.
@PeterKämpf Я понимаю, что поток воздуха от задней кромки ускоряется вниз, что индуцированное сопротивление вызвано не только эффектами законцовки крыла, что ниже по течению от крыла разрыв на конце заполняется без какого-либо энергетического воздействия на самолет , и что существует большая путаница по этому вопросу. Однако, если на конце создается подъемная сила и воздух переворачивается, как это не оказывает энергетического воздействия? Связано с этим: почему эллиптическое и треугольное распределение подъемной силы обеспечивает наименьшее сопротивление, если не для предотвращения дополнительного завихрения при перевороте?
@Koyovis: индуктивное сопротивление - это наклон результирующего вектора силы назад, когда вы интегрируете все давление на поверхности самолета. Другими словами: сопротивление вызвано давлением (и сдвигом), а не завихрением воздуха. То, что воздух закручивается, это потому, что раньше он был втянут в сторону низкого давления. Завихрение является следствием ускорения, которое, в свою очередь, сделало создание низкого давления более дорогостоящим с точки зрения меньшей подъемной силы и большего сопротивления при интегрировании давления.
@mins: Это придирчивый комментарий - я хочу проиллюстрировать, как люди путают причину и следствие. Вихрь является следствием, но не причиной потока, создающего сопротивление. И, кстати, создающий подъемную силу поток. Но никто не утверждает, что верхушечный вихрь является источником подъемной силы (что в равной степени неверно и использует ту же самую логику). Иди разберись.

Краткий ответ таков: сопротивление не «создается» из вихрей на законцовках крыла. Говорит Маклин ,

Задний вихревой лист и свернутые вихревые ядра часто рассматриваются как прямая причина скоростей повсюду в поле течения и, следовательно, также как причина индуктивного сопротивления, но это мнение ошибочно. Это правда, что когда трехмерное крыло создает свой характерный крупномасштабный рисунок потока ... должен быть вихревой лист, сбрасываемый с задней кромки, но вихревой лист не является прямой физической причиной крупномасштабного потока; это скорее проявление.

Более фундаментально,

При отсутствии значительных гравитационных или электромагнитных объемных сил в обычных потоках жидкости нет действия на расстоянии. Значительные усилия передаются только при непосредственном контакте между соседними частицами жидкости. Таким образом, вихрь в точке А никак не может напрямую «вызвать» скорость в какой-то удаленной точке В, а такие термины, как «вызванный», «индуцированный» и даже «из-за» искажают физику.

Здесь следует отметить пару вещей. Во-первых, Маклин обсуждает весь след крыла, а не только концевые вихри. Но концевые вихри — это просто один из компонентов тянущегося следа, поэтому обсуждение может относиться исключительно к ним, если хотите. Во-вторых, «это скорее проявление» не означает, наоборот, что сопротивление создает вихри на законцовках крыла. Картина потока за крылом является результатом одновременного соблюдения закона сохранения энергии, массы и количества движения. Все причинно-следственные связи классической аэродинамики на самом деле все неразрывно переплетены в физике.

Так почему же часто говорят, что вихри на законцовках крыла создают сопротивление?

Есть несколько способов думать об этом, но вот тот, который я нашел наиболее поучительным, и тот, преимущество которого состоит в том, что нам не нужно заниматься деталями поля потока. Говорит Андерсон ,

Вихри на законцовках крыла содержат большое количество поступательной и вращательной кинетической энергии. Эта энергия должна откуда-то исходить; на самом деле, в конечном итоге она обеспечивается авиационным двигателем, который является единственным источником энергии, связанным с самолетом. Поскольку энергия вихрей не служит никакой полезной цели, эта сила по существу теряется. По сути, дополнительная мощность, обеспечиваемая двигателем, которая входит в вихри, представляет собой дополнительную мощность, требуемую от двигателя для преодоления индуктивного сопротивления.

Здесь следует отметить еще пару вещей. Во-первых, Андерсон обсуждает только концевые вихри, а не весь след крыла. Но концевые вихри — это просто один из компонентов тянущегося следа, поэтому обсуждение может применяться (и действительно должно применяться) ко всему этому. Во-вторых, вы поднимаете вопрос о самолетах без двигателей. Я бы предпочел, чтобы Андерсон сказал «двигательная установка», а не «двигатель», чтобы обобщить этот случай, но физика та же самая: «дополнительную мощность» для планера можно рассматривать как дополнительную потенциальную энергию, необходимую для придания кинетической энергии. энергию в след или даже дополнительную кинетическую энергию, которую должен обеспечить буксирный самолет или термик для создания этой потенциальной энергии.

И последнее замечание об индуцированном сопротивлении: причина, по которой у нас есть подъемная сила, снова заключается в одновременном соблюдении закона сохранения массы, энергии и импульса. В частности, подъемная сила возникает, когда крыло передает энергию воздуху именно таким образом, чтобы поддерживать правильное распределение давления. К сожалению, энергия, подаваемая в воздух и создающая подъемную силу, — это точно та же самая энергия, которую Андерсон описывает как необходимую для преодоления индуктивного сопротивления. Эта связь лежит в основе того, почему в реальном мире у нас не может быть подъемной силы без сопротивления.

Планер или планер тоже имеют вихри.
Конечно делает! «Двигательная установка» включает в себя больше, чем просто двигатель.
Я знаю, но мне трудно вписать гравитацию или термики в картину.
Пара диаграмм свободного тела, вероятно, прояснит ситуацию.
Для самолета или частицы воздуха, отрывающейся от законцовки крыла (что не является источником вихря, согласно ответу Петера Кемпфа, если я правильно его понял)?
FBD для самолета. Молекулы воздуха образуют вихрь; Я не думаю, что вы правильно интерпретируете ответ Питера Кемпфа. Он развеивает некоторые мифы о создании и воздействии вихрей, а не об их строении.
Я помню, как он писал, что вихрь на законцовке крыла не создает сопротивления (см. его ответ выше) и что вихрь на законцовке крыла на самом деле не берет свое начало на законцовке крыла.
Хорошо, но нам не нужно заниматься подробной механикой вихря, чтобы проанализировать энергию всей системы.
Тем не менее, мне немного помогает думать о воздушном потоке вокруг законцовки крыла.

Концевые вихри увеличивают сопротивление двумя способами:
- снижается давление на всей задней (задней) кромке крыла, что увеличивает перепад давления между передней (передней) и учебной кромками.
- Это уменьшает подъемную силу, поэтому вам нужно крыло большего размера, чтобы нести ту же нагрузку. Большие крылья, очевидно, имеют большее сопротивление.

Согласно, среди прочего, Техническому меморандуму НАСА 81230 «Влияние законцовок на индуктивное сопротивление идеальных форм крыла» Р. Т. Джонса и Т. А. Ласински, крыло позволяет уменьшить сопротивление. Меморандум начинается со следующего предложения: «Уже много лет известно, что вертикальные стабилизаторы или концевые пластины на законцовках крыла могут значительно уменьшить вихревое сопротивление».
http://www.engbrasil.eng.br/artigos/art60.pdf

Более подробную информацию также можно найти по этой ссылке: https://www.mh-aerotools.de/airfoils/winglets.htm#Induced%20Drag

Как создается сопротивление из вихрей на законцовках крыла?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v