Какова аэродинамическая мотивация вихревых генераторов?

Вы правы в том, что вихревые генераторы создают сопротивление, поэтому успешная установка зависит от еще большего снижения сопротивления какого-то другого. Разделение воздушного потока вызывает значительное сопротивление, которое могут уменьшить генераторы вихрей. Энергия, потребляемая вихревыми генераторами, создающими сопротивление, вводится в пограничный слой, задерживая отрыв воздушного потока и возможное срыв, что может иметь еще большее значение. Часто они используются для исправления плохих летных характеристик существующей конструкции. Иллюстрацию срыва крыла легко понять, но, возможно, это не лучшее использование VG, поскольку немногие крылья постоянно летят на грани разделения.

Нет. Вихрь помогает удерживать пограничный слой прикрепленным, поэтому подъемная сила создается в течение более длительного времени, когда самолет замедляется, а крыло наклоняется вверх и назад для посадки.

Источник изображения

Они только закручивают поток в небольшой области прямо над поверхностью крыла, в то время как значительная часть общей подъемной силы на самом деле создается огромным пакетом воздуха намного выше крыла, вынужденным двигаться вниз. Можно сказать, что они имеют своего рода каталитический положительный эффект, намного превышающий их стоимость.

Да, на создание вихря затрачивается энергия, но это обычно компенсируется снижением сопротивления общего достигнутого улучшения потока (они могут вращаться, но вращающийся воздух намного более упорядочен, чем случайная турбулентность). Обычно VG используются в локальных областях, чтобы помочь повторно прикрепить оторвавшийся поток, но лучшим примером этого является популярность VG, используемых в качестве «предкрылка для бедняков» вдоль передних кромок крыла.

Когда на передние кромки самолетов устанавливаются комплекты VG, угол сваливания увеличивается чуть меньше половины того, что вы получаете с планкой или прорезью, что неплохо для ряда маленьких металлических выступов. Примерно от 14-16 градусов для большинства аэродинамических профилей до 19-21 градуса (приблизительные цифры для иллюстрации). На многих легких самолетах это позволяет снизить указанную скорость сваливания примерно на 4–6 миль в час. На легких близнецах VG также может снизить минимальную скорость управления почти до или даже ниже сваливания, что является важной функцией безопасности. Они также имеют тенденцию резко улучшать поведение в стойле.

Вы могли бы подумать, что VG с передней кромкой будут иметь значительное снижение крейсерской скорости, но обычно это снижение незначительно, если вообще отсутствует, потому что существует небольшое снижение лобового сопротивления за счет уменьшения турбулентности, отделенной от потока, в крейсерском режиме, которая компенсирует энергию, используемую для создания вихрей. . В худшем случае, возможно, легкий твин с VG увидит удар 3 мили в час на крейсерской скорости, но преимущества безопасности слишком велики, чтобы это имело значение.

Я собираюсь дополнить предыдущие ответы о VG. Все предыдущие три ответа показывают факт:

• При такой конструкции крыла можно уменьшить угол сваливания, а также увеличить максимальную подъемную силу.

Фактическая мотивация использования VG является наиболее эффективным решением в целом. Ваши рассуждения верны, ВГ вводит лобовое сопротивление и для данного угла атаки менее аэродинамически эффективное крыло.

Однако давайте посмотрим на проблему с другой точки зрения. У меня есть самолет, который я проектирую, и у меня есть несколько конструктивных параметров. Представьте себе, что одним из ограничений дизайна является то, что, например, мы должны быть в состоянии поднять самолет с заданным весом, но этот момент не номинальная точка, а всего лишь одна расчетная точка в оболочке, для которой вы будете проектировать.

По сути, на уровне проектирования вы увидите, какой максимальный подъем вы можете создать, и умножите его на поверхность и динамическое давление. Динамическое давление будет задано расчетной точкой, а вашими расчетными параметрами будут поверхность крыла и максимальная подъемная сила.

Итак... вы заинтересованы в оптимизации крейсерского режима... очевидно, вы попытаетесь сделать это крыло для данной подъемной силы крейсерского режима с меньшим сопротивлением.

Это приводит вас к компромиссу: что обеспечит меньшее сопротивление, дополнительную поверхность или набор VG? Учитывая этот компромисс, у вас есть установка VG или нет.

По сути, вы будете использовать энергетические возможности VG, когда есть компромисс в определенных условиях. Я описал вам условие, которое определяет размер крыла (типично для хвостового оперения), но вы также можете взглянуть на этот вопрос , где обсуждается другое конкретное условие, связанное с гондолой двигателя.