Какова теоретическая основа критического угла атаки?

Критический угол атаки у всех (у большинства?) аэродинамических профилей составляет около 15-20°. Почему это? Почему именно в этом диапазоне, а не ниже или выше? Это просто результат оптимизации аэродинамических профилей? Или это какое-то неотъемлемое свойство воздуха, через которое движется аэродинамический профиль, определяет его? (Давайте ограничим вопрос дозвуковым полетом.)

PS: я читал ответ на вопрос « Влияет ли воздушная скорость на критический угол атаки аэродинамического профиля? » и не думаю, что это дубликат, поскольку другой был в более общем плане о том, «какие факторы определяют критический угол атаки». в то время как я спрашиваю, почему критический угол атаки, кажется, всегда находится в этом диапазоне для большинства аэродинамических профилей на самолетах, летающих в настоящее время.

Не эксперт, но я предполагаю, что дизайнер выбирает грань где-то между производительностью и сопротивлением, способностью вспыхивать и приземляться слишком мало, неспособностью летать медленно, возможно, не может хорошо набирать высоту, слишком много, и он летит как кирпич
Добавляю свои два цента... Вы можете оптимизировать аэродинамические поверхности для более высоких углов атаки, но это означает, что аэродинамические поверхности становятся мусором для нормального полета. Как сказал Джефф, это компромисс. Причина, по которой мы видим от 15 до 20 градусов, вероятно, связана с правилами, особенно с максимально допустимой скоростью сваливания для вашей весовой категории самолета. Если диктуется скорость сваливания и ваш вес максимален для вашей весовой категории, то - с выбранной вами конструкцией закрылков и оптимальной площадью крыла - вам, вероятно, понадобятся эти 15-20 градусов угла атаки, чтобы достичь требуемой низкой скорости сваливания.

Ответы (1)

Как форма аэродинамического профиля, так и собственные свойства воздуха влияют на угол атаки сваливания. Вы просили теоретическую основу, но я перечислю факторы, влияющие на сваливание, потому что для этого нет простой формулы.

Наиболее важным фактором является пик всасывания, который возникает сразу за точкой торможения на верхней стороне передней кромки. Высокое всасывание означает высокую скорость, а это, в свою очередь, означает высокое трение, поэтому воздух теряет энергию, которая ему нужна дальше по потоку, чтобы восстановить свое давление. Если теряется слишком много энергии, поток разделяется . Достаточно отрыв и подъемная сила страдает, так что тут вам самая непосредственная причина сваливания.

Что можно сделать, чтобы сместить эту точку на более высокий угол атаки?

  1. Поднимайся быстрее. Таким образом, обтекание задней части крыла имеет пограничный слой с меньших углов атаки и не будет отрываться при прохождении передней кромкой угла атаки, при котором происходит срыв в нормальных условиях. Это может увеличить угол атаки сваливания на 50%. Но это работает только временно, и тот же механизм задержит восстановление после того, как произойдет срыв.
  2. Увеличьте радиус передней кромки. Это расширяет пик всасывания и делает его менее острым. Тупая передняя кромка особенно полезна при более высоких нагрузках на крыло, когда эффекты Маха влияют на угол сваливания механики атаки. Как только локальный пик всасывания в носовой части аэродинамического профиля достигает локального числа Маха чуть меньше 1,6 , в экспериментах нельзя было наблюдать никакого увеличения подъемной силы.
  3. Увеличьте выпуклость крыла либо за счет закрылков носовой и/или задней кромки, либо за счет выпуклости аэродинамического профиля. Это позволяет достигать высоких коэффициентов подъемной силы уже на малых углах атаки, а особенно носовые устройства (предкрылки, закрылки Крюгера) смещают и угол атаки сваливания вверх.
  4. Используйте хорошо спроектированный аэродинамический профиль с длинным ламинарным ходом и стратфордским распределением давления за точкой турбулентного перехода на верхней стороне. Это помогает уменьшить потери в пограничном слое и максимизирует запасы энергии для максимально резкого повышения давления. Но для этого вам нужно чистое, гладкое и хорошо сложенное крыло . И правильный диапазон чисел Рейнольдса: планеры широко используют этот эффект, но авиалайнеры не могут его использовать вообще.
  5. Увеличить нагрузку на крыло. Это сместит скорость сваливания к более высокому числу Рейнольдса, где потери на трение будут меньше по сравнению с инерционной энергией воздуха. Конечно, это повысит скорость сваливания, но также увеличит угол атаки сваливания. Немного.
  6. Увеличить хорду крыла (при сохранении той же площади). На самом деле это имеет два эффекта: меньший из них снова связан с увеличением числа Рейнольдса, но более мощный - с уменьшением удлинения крыла. При меньшем удлинении наклон кривой подъемной силы более пологий, поэтому тот же коэффициент подъемной силы (и пик всасывания) достигается при более высоком угле атаки.
  7. Увеличить стреловидность крыла. Изменения давления над крылом теперь пропорциональны косинусу угла стреловидности, поэтому все эффекты соответственно смещаются в сторону больших углов атаки. Но остерегайтесь сочетания большого размаха и большого соотношения сторон: сваливание станет откровенно неприятным . Если вы объедините 6 и 7, вы в какой-то момент получите треугольное крыло, которое хорошо летит даже с полностью отделенным верхним боковым потоком ( вихревая подъемная сила ). Теперь ваш предельный угол атаки будет определяться либо разрывом вихря, либо потерей курсовой устойчивости .
  8. Летайте в более горячем, менее плотном воздухе. Это также помогает увеличить число Рейнольдса , потому что вам нужно двигаться быстрее при том же динамическом давлении. Однако большая часть этого преимущества съедается увеличением вязкости воздуха с температурой .
Хотя я думаю, что понимаю, что вы пытаетесь сказать в пункте 1, я не советую делать тангаж быстрее, когда тренируюсь на тренажере, так как повышенный коэффициент нагрузки и увеличение угла атаки еще быстрее приведут вас в стойло. Так что я пытаюсь сохранить практичность во избежание сваливания, обучая уменьшать угол атаки (тангаж вниз) для положительного результата :)
@ Герман Конечно, это то, что ты должен сделать. Но гистерезис работает в обоих направлениях: на пути вверх он задерживает остановку, а на пути вниз он также задерживает восстановление. И об этом нужно помнить, когда летишь с быстрой сменой тангажа.
Какова теоретическая основа критического угла атаки?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v