Летал бы Райт Флаер лучше с более толстым аэродинамическим профилем?

Летал бы Райт Флаер лучше с более толстым аэродинамическим профилем?

The Wright Flyer: Наверное, нет. Большинство других самолетов: Определенно да.

Тонкие аэродинамические поверхности лучше всего подходят для одного определенного угла атаки, и их сопротивление быстро увеличивается, если вы отклоняетесь от этого угла в обоих направлениях. Небольшой радиус передней кромки позволит воздуху правильно преодолевать переднюю кромку только тогда, когда точка торможения находится прямо в центре передней кромки, что происходит при расчетном угле атаки. Тогда тонкий аэродинамический профиль работает очень хорошо - поэтому щелевые закрылки должны быть тонкими: их поток направляется крылом впереди них.

У Wright Flyer I было достаточно мощности, чтобы оставаться в воздухе при самой низкой скорости сопротивления, поэтому он летел только под одним углом атаки. Конечно, у братьев Райт было слишком мало знаний об аэродинамике, чтобы выбрать правильный изгиб, чтобы поместить расчетную точку аэродинамического профиля в его рабочую точку. Изгиб на Flyer I был, вероятно, слишком большим, потому что в более поздних самолетах Райт уменьшал изгиб аэродинамического профиля. Не более толстый, а другой аэродинамический профиль, скорее всего, мог бы показать лучшие результаты.

Почему Райты использовали тонкий аэродинамический профиль? Они последовали совету Отто Лилиенталя, который спроектировал аэродинамические поверхности из поперечных сечений крыльев птиц. Птицы могут изменять изгиб крыльев в полете, поэтому они регулируют крыло таким образом, чтобы точка торможения всегда находилась в оптимальном положении. Лилиенталь даже обнаружил, что толстые аэродинамические поверхности работают лучше, но не понял, почему, и предпочел следовать за матерью-природой в своих аэродинамических профилях.

Из проекта AlAA Wright Flyer Фреда Кьюлика - отчет WF 84/09-1 :

Поэтому Райты последовали за Лилиенталем и использовали тонкие аэродинамические поверхности с большим изгибом, напоминающие в поперечном сечении птичьи крылья. Они были введены в заблуждение, полагая, что аэродинамические поверхности такого типа обеспечивают самое высокое отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению. На самом деле в этом заключении много правды, если взять данные для маленьких крыльев на низких скоростях, которые Райт использовал в своих испытаниях в аэродинамической трубе.

Два основных преимущества толстого аэродинамического профиля:

1. тем большую гибкость он дает в различных условиях полета.
2. конструктивное преимущество использования внутреннего лонжерона и отказа от проволочных распорок даже в двух- и трехплоскостях.

Сравнение толщины аэродинамического профиля, проведенное Д. Р. Кирком, Технологический институт Флориды ( источник изображения )

Просто чтобы опровергнуть ошибочное мнение, что тонкие аэродинамические поверхности имеют плохое L / D: они не имеют, по крайней мере, в области малого угла атаки. Ниже приведены графики наклона кривой L/D и подъемной силы аэродинамического профиля Gö 417, что-то вроде лабораторной мыши для тонких аэродинамических профилей. Достичь коэффициента подъемной силы почти 1,6 при числе Рейнольдса в 1 миллион — это настоящее достижение, а сделать это при таком низком сопротивлении — вдвойне.

Источник: Airfoiltools.com

Помимо аэродинамического профиля, у первого «Флайера» было несколько других ограничений — двигатель весил в четыре раза больше, чем обещали братья (потому что блок был литым, а не изготовленным из листа), и по сегодняшним меркам его мощность была бы недостаточна даже для если бы доставили по спец. Вся машина весила чуть менее 300 кг; современный сверхлегкий самолет такого размера будет весить вдвое меньше и иметь почти вдвое большую мощность.

Учитывая эти ограничения, аэродинамический профиль имеет относительно второстепенное значение. Да, есть современные аэродинамические поверхности, которые имели бы лучшие характеристики с точки зрения коэффициента подъемной силы и аэродинамического сопротивления, но больше всего помогла бы экономия примерно 40 кг. на вес двигателя.

Стоит отметить, что во время Первой мировой войны, когда самолеты летали со скоростью, в четыре-пять раз превышающей скорость первого Flyer, на высотах до 4000+ м, перевернутыми и другими фигурами высшего пилотажа, сохранялось то, что мы бы назвали относительно тонкими изогнутыми аэродинамическими профилями. . Посмотрите на секцию крыла Sopwith Camel — хотя она немного толще и имеет более глубокий изгиб, чем аэродинамический профиль оригинального Flyer, она все же была тоньше, чем все, что вы найдете сегодня, за исключением одноплоскостных дельтапланов и сверхлегких самолетов.

То, как толщина и изгиб влияют на летные характеристики, является предметом полного учебника для колледжа, но в краткой версии: больший изгиб имеет тенденцию увеличивать коэффициент подъемной силы в некотором диапазоне углов атаки, но пропорционально увеличивает сопротивление; добавление коэффициента увеличения толщины в более широком диапазоне угла атаки с меньшим увеличением сопротивления, но имеет меньший эффект при низком углу атаки, чем увеличение развала. Существует компромисс, оба из которых увеличены на одинаковые суммы, включая хорошо известные Clark Y, NACA 6409 и 6412, а также многие другие распространенные аэродинамические поверхности, используемые в авиации общего назначения, особенно когда строительными материалами были дерево и ткань.