Какая конструкция аэродинамического профиля необходима для парящего самолета с размахом крыла 4 м?

Во-первых, для тех, кто интересуется, что такое F3J: это категория FAI моделей самолетов для парения в тепловом режиме.

Быстрый ответ: этот ответ описывает, какие ресурсы доступны в сети.

Ваш выбор аэродинамического профиля зависит от нагрузки на крыло и размера модели, потому что они будут определять число Рейнольдса обтекания крыльев. Парящий полет требует высокого коэффициента подъемной силы, но, возможно, вам также нужно низкое лобовое сопротивление для спринтов между термиками или чтобы вас не сдуло сильным ветром.

В описании NASA Autonomous Soaring Plane указана масса 15 фунтов и размах крыльев 170 дюймов. Он был основан на модели планера от RnR Products , и там я нашел удлинение 19,8 и площадь крыла 1545 кв. дюймов. Эти цифры не очень постоянны, но достаточно близки, чтобы получить представление.

Термики наиболее сильны в центре, поэтому желательно лететь по как можно меньшему кругу. Низкая нагрузка на крыло$\frac{m}{S}$и высокий коэффициент подъемной силы$c_{l_{max}}$езжайте с минимальным радиусом поворота$r_{min}$вниз (при заданной плотности воздуха$\rho$), а формула такова:

$$r_{min} = \frac{\frac{n_{z_{max}}}{\sqrt{n_{z_{max}}^2 - 1}}}{c_{l_{max}}\cdot\frac{\rho}{2}\cdot \frac{S}{m}}$$

Здесь$n_{z_{max}}$— максимальный коэффициент нагрузки, и на рисунке ниже показано, что при увеличении$n_{z_{max}}$за пределами 3. Маленькие DFS Habicht помогают проиллюстрировать угол крена.

При нагрузке на крыло 6,8$kg/m^2$и средней хорде крыла всего 23 см скорость полета при$c_l$1,2 составляет 9,5 м/с. На уровне моря в стандартной атмосфере число Рейнольдса было бы равно 150 000. Законцовка крыла летит с числом Рейнольдса ниже 100 000. При полете по кругу с углом крена 60° (что эквивалентно 2 g, поэтому вам потребуется вдвое больше подъемной силы) число Рейнольдса увеличится до 212 000 для средней хорды и до 140 000 для законцовки. Если это звучит много для вас, это не так. Это течение, для которого нужны узкоспециализированные аэродинамические поверхности.

Я рекомендую попробовать базу данных аэродинамических профилей UIUC и выбрать конкретную модель аэродинамического профиля с низким сопротивлением при высоких коэффициентах подъемной силы и числах Рейнольдса до 100 000 . Он должен иметь высокий изгиб и толщину около 12%, чтобы снизить вес крыла. Если у вас есть более низкий диапазон чисел Рейнольдса, вам не нужно беспокоиться о более высоком диапазоне. Вы можете даже подумать об использовании разных аэродинамических профилей по размаху крыла, в зависимости от минимального локального числа Рейнольдса. В идеале вы найдете набор аэродинамических поверхностей, оптимизированных именно для этой цели, таких как аэродинамические поверхности DAE11-DAE21-DAE31 самолета Dedalus с приводом от человека .