Почему на летающей яхте «Ландсэр» лодка была установлена ​​именно таким образом под крылом?

Причина - "плоский хвост" лодки. Сопротивление, создаваемое этим «плоским хвостом» при установке «задним ходом», намного меньше, чем динамическое сопротивление, которое он вызывал бы наоборот.

https://en.wikipedia.org/wiki/Drag_(физика)

Я не понимаю, как ссылка помогает объяснить, почему плоская сторона создает меньшее сопротивление, чем заостренная сторона. – Рон Бейер.

Опубликованные cwкоэффициенты (см. ответ @jwzumwalt) показывают наилучшее значение для формы капли , обращенной к воздушному потоку.

Нет входа для обратного сброса . Но очевидно, что он будет иметь более высокий cwкоэффициент.

Более пристальный взгляд на лодку показывает, что она также имеет форму капли . Но это обращено к его хвосту. Поэтому лодка создает меньшее сопротивление при установке «задним ходом».

Если бы это было так, разве лодка не вызывала бы меньшего сопротивления при движении назад по воде? - Энди-м

Возможно, но обычно осадка лодки не настолько глубока, чтобы соответствующая часть «плоского хвоста» фактически находилась в воде. источник: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2d/Bundesarchiv_B_145_Bild-F056332-0004%2C_Bonn%2C_Bundesgartenschau%2C_Seen.jpg

С другой стороны, небольшая турбулентность в хвостовой части лодки может помочь сохранить направление при отсутствии рулевого весла ...

Это объяснение неверно — анемометр вращается тупой половиной полушария, обращенной вперед, вызывая наибольшее сопротивление — en.wikipedia.org/wiki/Анемометр — jwzumwalt

Наиболее важные различия между анемометром и экспериментом с сопротивлением:
Полые чаши в анемометре полые , что «улавливает» ветер лучше, чем плоская поверхность заполненных половин чаш в эксперименте.

Что касается меньшего вопроса, почему он установлен так далеко от корпуса, в данном случае это фактически единственное доступное место; Catalina является амфибией, поэтому установка ее на фюзеляж / корпус может вызвать проблемы при работе вне воды. Также необходимо учитывать внутреннюю структуру крыла: лодку можно прикрепить только в том случае, если есть конструктивная точка жесткости и какой-либо способ освобождения лодки. В этом случае лодка устанавливается там, где обычно устанавливаются подкрыльевые магазины, поэтому механизм разблокировки и внутренняя несущая конструкция уже есть: underwing.jpg

Что касается основного вопроса, моя кандидатская диссертация связана с гиперзвуковой конструкцией, поэтому я немного не уверен в дозвуковых скоростях, но, хотя установка лодки задом наперед увеличивает лобовое сопротивление, острый нос, направленный назад, уменьшает отрыв потока. разделение потока снижает сопротивление давлению Возможно, это также сводит к минимуму помехи при промывке винта, поскольку лодка установлена ​​так близко к двигателю. В этом случае, хотя плоская передняя часть не оптимальна для аэродинамического сопротивления, вся лодка имеет форму каплевидного обтекателя с более острой задней кромкой. Без данных аэродинамической трубы или анализа компьютерной графики, подтверждающих эту теорию, это только мое предположение: как утверждали другие, это могло быть просто то, что контур лодки таким образом лучше соответствовал крылу.

Крепление лодки, как показано на рисунке, для уменьшения сопротивления может показаться здравым смыслом. Однако правда иногда бывает более странной, чем вымысел. Нам дано перетаскивание различных 2D- и 3D-объектов на странице 3-17 «Fluid-Dynamic-Drag» Хорнера.

И 2D-, и 3D-объекты с тупым концом назад — точно так же, как лодка движется по воде — имеют наименьшее сопротивление. Сопротивление в воде будет близко к сопротивлению в воздухе, и лодка должна быть направлена ​​против ветра, чтобы иметь наименьшее сопротивление.

В трехмерном профиле перетаскивания иллюстрации № 2 и 3 имеют CD ~ 0,40, в то время как противоположное направление (№ 8 и 9, тупой вперед) имеет Cd ~ 1,20, или примерно в три раза больше.

Если целью было уменьшить лобовое сопротивление, конструкторы или механики, устанавливавшие лодку без данных аэродинамической трубы, ошиблись! Но также возможно, что лодка расположена в этом направлении из-за того, что нос выше и лучше соответствует изгибу крыла. Лодка, кажется, вполне соответствует камберу. Обратите внимание на изгиб поручня лодки на другом рисунке.

Мы можем посмотреть на реальный пример и убедиться, что данные аэродинамической трубы верны. Хорнер в той же книге приводит Cd для различных форм пуль с «лодочкой», и они также имеют наименьшее сопротивление с тупым концом. Пули могут иметь форму, отличную от той, к которой мы привыкли, но тесты показывают, что пули с острым наконечником и тупой задней частью имеют наименьший Cd.

На самом деле Bell X-1 представлял собой «пулю с крыльями», по форме очень напоминавшую пулю пулемета Browning калибра 0,50 (12,7 мм)» — https://en.wikipedia.org/wiki/Bell_X- 1

Анемометр вращается, потому что тупая половина полусферы, обращенная вперед, имеет наибольшее сопротивление, а это означает, что лодка движется в неправильном направлении для наименьшего сопротивления - https://en.wikipedia.org/wiki/Анемометр .

Обратите внимание, что треугольная форма с острыми углами также противоречит тому, что мы обычно ожидаем.

Я думаю, что диаграмма лобового сопротивления точно отображает лобовое сопротивление лодки. Что, по-видимому, вызывает недоразумение, так это то, что мы обычно обнаруживаем, что тупое смешанное тело, обращенное вперед, имеет наименьшее сопротивление, однако в этом случае лодка имеет острые углы , которые могут «споткнуться» о плавный поток. Острые углы делают это исключением из правила, как показано на диаграмме перетаскивания.

Что касается того, почему он находится в этом месте, ответ кажется простым — там находятся узлы подвески для бомб и торпед, поэтому установка лодок имеет смысл как с точки зрения конструкции, так и с точки зрения обслуживания. Из связанной статьи :

Под каждым крылом, где раньше висели бомбы и торпеды, подвешены две 14-футовые шлюпки.

Что касается ориентации, то она, похоже, была выбрана так, чтобы лодка плотно прилегала к нижней части крыла. Об этом неоднократно упоминается в нескольких статьях:

Здесь

Каждая лодка плотно прилегает к крылу и поднимается или опускается встроенной электрической лебедкой.

и здесь

У Landseaire под каждым крылом были 14-футовые шлюпки, поднятые заподлицо с помощью тросов, которые когда-то поднимали торпеды и бомбы…

Обратите внимание, что рассматриваемая фотография демонстрирует демонстрацию продукта и выглядит так, как будто лодки были прикреплены к крылу в обеих ориентациях — сначала носом.

Landseaire с лодкой, установленной кормой вперед; изображение из архивов FlightGlobal

и тоже сурово сначала:

N68740 в Онтарио, Калифорния, в апреле 1957 года в качестве переоборудованной воздушной яхты "Landseaire"; изображение из коллекции Эда Коутса .

В основном этот вопрос связан с числом Рейнольдса и динамическим подобием .

Для того чтобы обтекание двух одинаковых геометрических фигур было одинаковым и, следовательно, для их коэффициента сопротивления$C_D$быть похожими на оба числа Рейнольдса соответствующих потоков $Re$и числа Маха$M$должно быть одинаковым. Число Маха связано со сжимаемостью, и в данном случае (дозвуковой самолет и лодка) эффекты сжимаемости незначительны, поэтому давайте сосредоточимся на$Re$.

Число Рейнольдса - это, по сути, отношение сил инерции к силам вязкости или трения, присутствующим в потоке:

Число Рейнольдса зависит от длины корпуса (в данном случае лодки), скорости потока и вязкости (густоты/липкости) жидкости.

Давайте оценим$Re$для катера на воде и закрепленного на крыле самолета:

Предположим, что лодка находится около$3m$долго и движется в воде на$2m/s$, и предполагая, что самолет совершает крейсерский полет в$200$км/ч при$10\:000$футов, мы можем оценить$Re$используя этот удобный калькулятор и свойства воды и воздуха, найденные здесь (вы также можете просто сделать это вручную, это простая формула).

Установлено, что:

Исходя из этого, должны соблюдаться те же принципы обтекаемости и уменьшения лобового сопротивления, и, вероятно, было бы лучше разместить лодку в другом направлении, т.е. в той же ориентации, что и для обтекаемости в воде.

Однако, возможно, они просто разместили его таким образом, потому что его было легче установить, а не по каким-либо аэродинамическим причинам.

PS: я наполовину ожидал$Re$лодки, прикрепленной к самолету, должна быть намного выше, чем в воде, и в этом случае я бы отметил, что если бы$Re$тела, погруженного в поток, сильно отличается, те же самые принципы обтекаемости не будут выполняться, хотя в данном случае кажется, что они действуют.

Если бы лодка была наоборот, она могла бы создавать некоторую собственную подъемную силу, заставляя крыло тянуться вниз, или могла бы влиять на подъемную силу, создаваемую верхней поверхностью крыла, таким образом отказываясь от подъемной силы. Создание турбулентного воздушного потока под крылом снижает тенденцию к падению давления.

Эта лодка подвержена дозвуковой аэродинамике в области, где эффекты сжимаемости незначительны. В этой области обтекаемые тела имеют каплевидную форму с круглой передней частью, создающей силы, и сужающейся задней частью, чтобы избежать отрывных пузырей и сопутствующего сопротивления.

Лодка не имеет закругленных концов. Так что поместите его заостренный конец на корму, чтобы использовать одно из двух свойств дозвуковых обтекаемых тел.

А корма имеет частично закругленную форму, что способствует обтекаемости, когда впереди, а не сзади. Ровная поверхность не помогает ни спереди, ни сзади.

Таким образом, не зная точного Cd из измерений в аэродинамической трубе или CFD, судно, вероятно, имеет наименьшее сопротивление, когда нос направлен назад.

Другие ответили, что лодки настолько далеко за бортом, потому что они свисают с узлов подвески, предназначенных для артиллерийских орудий.
Причина, по которой сами узлы подвески находятся так далеко за бортом, двояка: боеприпас не задевает опорную шайбу, чтобы уменьшить сопротивление, и когда он падает, он не ударяется о стойки. Обе причины применимы и к лодкам.

Лодку и крыло можно рассматривать вместе, как одну аэродинамическую форму. Корма (лодки) находится в районе, где угол атаки крыла больше всего замедляет относительный воздушный поток.

Как известно «двойным крылам», задняя часть нижней части крыла - это место, где воздушный поток с нижней стороны крыла рекомбинируется с потоком воздуха от верхнего крыла. Течение здесь намного быстрее и более бурное. Свойства воздушного потока на задней кромке были изучены столетие назад и применены к самолетам STOL в качестве закрылков Junkers .

Для этой конкретной комбинации лодка/крыло способ их установки будет создавать наименьшее сопротивление.