Существует ли аэродинамический профиль, обеспечивающий достаточно хорошую подъемную силу для обоих направлений воздушного потока: вперед и назад?

Не существует аэродинамического профиля с хорошей подъемной силой в обоих направлениях потока, но возможен профиль с некоторой подъемной силой. Тем не менее, аэродинамическое качество не вызывает особых нареканий.

Один разумный кандидат будет создан, если мы воспользуемся первой половиной почтенного NACA 66(2)-415 и снова скопируем ее для последней половины. Как это:

Как вы могли понять из сюжета, это было сделано с помощью XFOIL . Однако итерация не сходится. Но когда на эту штуку попадает настоящий воздух, он создает подъемную силу, как это делает выпуклая пластина. Его невязкий коэффициент подъемной силы при нулевом угле уже равен 0,5, однако эффекты вязкости уменьшат этот коэффициент подъемной силы.

В хорошем аэродинамическом профиле заостренная задняя кромка определяет точку отрыва потока, а закругленная носовая часть предоставляет потоку возможность найти подходящую точку торможения. Здесь у нас есть закругленный контур на обоих концах, поэтому точка отрыва расширяется до области отрыва, и она будет ползти вверх по верхней стороне, как только поток начнет немного всасываться вверху. Следовательно, подъемная сила будет плохой, а сопротивление будет высоким.

С помощью небольшой хитрости XFOIL можно убедиться, что это обычный аэродинамический профиль с очень тупой задней кромкой. Тогда это результат при числе Рейнольдса 5 миллионов и 0,3 Маха:

Однако теперь разделение на задней кромке предписано и не будет так легко двигаться вверх, поэтому результаты могут быть слишком положительными. Кажется, что L/D превышает 70 (что меня удивляет! Оригинальный 66(2)-415 имеет более низкое L/D при тех же условиях потока, что является явным намеком на то, что мы неправильно используем XFOIL). Сравните это с хорошим аэродинамическим профилем планера L/D более 200 при этом числе Рейнольдса и Маха.

Применимость

Я не могу придумать вескую причину для этого. Последствия полета назад включают в себя:

• То, что раньше было стабильным, станет нестабильным — во всех направлениях! Помните, что нейтральная точка находится на четверти хорды, измеренной в направлении потока. Если направление потока изменится на противоположное, расстояние между нейтральной точкой и центром тяжести внезапно станет больше половины хорды крыла - в неправильном направлении! То же самое и с вертикалью, которая сейчас дестабилизирует.
• Это относится ко всем управляющим поверхностям: они доходят до своих упоров и остаются в максимальном отклонении. Система ручного управления придет в негодность, и даже гидравлическая система с компьютерным управлением будет испытывать экстремальные нагрузки, которые превосходят обычные приводы. В сочетании с заслонками Герни или направленным обдувом с обеих сторон проблемы управления должны стать решаемыми.
• Если сделать это с реверсированием гребного винта с переменным шагом, большая часть гребного винта больше не будет работать, потому что крутка лопастей теперь будет противоположной тому, как должна. Однако вы могли бы создать достаточную тягу, если бы использовали силовую установку типа VJ-101, в которой гондолы двигателя поворачивались на 180°.

VJ-101 ( источник изображения )

РЕДАКТИРОВАТЬ: @Marius упомянул в комментарии под S-72 X-Wing попытку заставить вертолет двигаться быстрее, остановив ротор выше определенной скорости движения вперед. X - Wing фактически использовал эллиптический аэродинамический профиль и форсировал условие Кутты за счет направленного обдува. Это позволило ему также использовать жесткое крыло и регулировать подъемную силу лопасти для циклического и коллективного управления обдувом. Это действительно единственное разумное применение аэродинамического профиля, которое работает в обоих направлениях.

ДРУГАЯ РЕДАКТИРОВКА: я только что нашел это на Airfoiltools.com: двусторонний аэродинамический профиль Sikorsky DBLN-526. На С-72 он скорее всего применялся, а его 26% все равно работали бы только с направленным обдувом.

Уолтер Моррисон ответил на этот вопрос в 30-х годах и нашел ему и практическое применение.

Мы знаем его как летающую тарелку или фрисби.

Я не думаю, что существовала концепция полета в обратном направлении, но у Lockheed F-104 было симметричное крыло. Это была двояковыпуклая форма с соотношением толщины 3,36%. Он имел как предкрылки передней кромки, так и закрылки задней кромки. Характеристики на низких скоростях все еще были далеки от идеальных, но на скорости 2+ Маха они работали отлично.

Да, это можно сделать - на самом деле все аэродинамические поверхности имеют подъемную силу за пределами нормального диапазона сваливания. Ситуация с обратным потоком может возникнуть в вертолетах, которые летят слишком быстро, так что внутренняя часть отступающей лопасти имеет обратный поток.

За пределами нормального рабочего диапазона все аэродинамические крылья ведут себя более или менее как плоские пластины со вторым максимальным коэффициентом подъемной силы, равным 45 градусам, и с огромным коэффициентом лобового сопротивления по сравнению с нормальным режимом работы.

Например, NACA 0012:

Вы можете видеть, что коэффициент подъемной силы при 180 градусах очень похож на коэффициент при нулевом градусе.

Коэффициент аэродинамического сопротивления выше при 180 градусах, чем при 0 градусах. Немного сложно увидеть из-за масштаба графика, но$C_D$около 180 градусов легко в 10-20 раз выше, чем около 0 градусов.

Одно место, где используется обратимое аэродинамическое крыло, - это кинжал Proas - лодок, которые можно плыть в любом направлении. У них фиксированные наветренная и подветренная стороны, а не передний и задний концы, поэтому фольга всегда требуется для создания подъемной силы в одном и том же направлении, но поток меняется на противоположный.

Их форма очень похожа на ответ Питера Кемпфа.

Верхнее крыло Вертаплана Херрика имело полностью симметричный аэродинамический профиль, передняя и задняя кромки которого были взаимозаменяемыми. Конечно, назад этот самолет не летал, но верхнее крыло можно было развернуть на 180º и работало так же хорошо... https://airandspace.si.edu/collection-objects/herrick-hv-2a-vertaplane

Любое из крыльев на схеме будет создавать подъемную силу в обоих направлениях. Тот, что справа, имеет форму крыла бумеранга, поэтому он работает, но было бы меньше потерь, если бы воздух на конце был разделен вверх и вниз.

Где-то на сайте rcgroups.com я как-то видел пост, описывающий, как кто-то взял крыло радиоуправляемой модели самолета и перевернул его так, чтобы задняя кромка была впереди, и прикрепил его к фюзеляжу резинками. Полет был возможен.