Будет ли 3D-крыло иметь меньшее сопротивление, чем 2D-крыло, при том же AoA и скорости воздушного потока?

Мы измеряем подъемную силу и сопротивление для 2D- и 3D-крыла, мы используем один и тот же аэродинамический профиль с одинаковым углом атаки и одинаковой скоростью воздушного потока для обоих случаев. Аэродинамическая труба может изменять ширину стен испытательного участка.

2D тест крыла:

Итак, сначала мы помещаем аэродинамический профиль в аэродинамическую трубу так, чтобы стены касались кончиков аэродинамического профиля (2D-крыло), при угле атаки = 15 градусов и скорости воздушного потока = 20 м/с, и измеряем подъемную силу и сопротивление.

3D тест крыла:

Теперь мы увеличиваем ширину стен, чтобы воздушный поток «действовал» как 3D-крыло в тестовой секции. Мы используем тот же AoA=15 и ту же скорость воздушного потока (20 м/с) над аэродинамическим профилем, что и в 2D-тесте крыла. примечание: AoA=15 — это угол между линией хорды и воздушным потоком набегающего потока, а не угол между линией хорды и эффективным воздушным потоком в 3D-крыле.

Вопрос в том, каково будет сопротивление 3D-теста крыла по сравнению с 2D-тестом крыла, меньшим, равным или большим?

Моя логика заключается в том, что трехмерная утечка воздушного потока на законцовках уменьшит общую разницу давлений на крыле, поэтому подъемная сила будет меньше, чем в двухмерном испытании крыла, но сопротивление будет также меньше, чем в двухмерном испытании, потому что, когда вы интегрируете меньшую разницу давления над поверхностью аэродинамического профиля вы также получите меньшее сопротивление.

( НО, если мы должны иметь ОДИНАКОВУЮ ПОДЪЕМНУЮ ПОДЪЕМНУЮ ПОДЪЕМНУЮ СИЛУ В ОБОИХ ИСПЫТАНИЯХ , то испытание крыла 3D будет иметь большее сопротивление, потому что тогда мы должны увеличить AoA в крыле 3D, чтобы компенсировать снижение подъемной силы, вызванное утечкой воздушного потока, поэтому теперь, когда мы увеличили AoA, мы также имеем большее сопротивление. тащить..)

3D-крыло будет иметь меньшее сопротивление, сопротивление уменьшается при уменьшении AoA, 3D-крыло «чувствует» эффективный AoA, поэтому оно летает с меньшим «AoA», чем 2D-крыло.

2D против 3D

введите описание изображения здесь

как синяя подъемная сила может быть больше, чем красная подъемная сила, крыло при AoA = 10 не может создавать большую подъемную силу, чем крыло при AoA = 20 ??

введите описание изображения здесь

Ответы (2)

Краткое содержание

При относительно высоком числе Рейнольдса (> 1 миллиона) и присоединенном течении, где пограничный слой тонкий, 3D-крыло всегда должно иметь большее полное сопротивление, чем 2D-профиль (бесконечный размах), при том же угле падения набегающего потока.

Почему?

Нисходящий поток, создаваемый тянущимися вихрями, на самом деле очень мал по сравнению со скоростью свободного потока; следовательно, снижение эффективного АОА также очень мало.

Это приводит к трем эффектам:

  1. Уменьшение подъемной силы из-за наклона. Этот эффект чрезвычайно мал, так как косинус малого угла по существу равен единице.

  2. Уменьшение подъемной силы и аэродинамического сопротивления из-за более низкого эффективного угла атаки. Уменьшение подъемной силы небольшое, но, безусловно, существенное. Для безотрывного обтекания аэродинамического профиля общее сопротивление давлению изначально очень мало, поэтому уменьшение еще меньше.

  3. Создание индуктивного сопротивления из-за наклона вектора подъемной силы. Это основное, так как синус малого угла дает непренебрежимо малый линейный коэффициент. Например, если местный коэффициент подъемной силы С л , равно 0,4, и мы имеем эффективное уменьшение угла атаки на 1,0 град, то С л потому что ⁡ 1,0 π 180 ≈ 0,9998 С л ≈ 0,4 , а локальный коэффициент индуктивного сопротивления, С д я , является С л грех ⁡ 1,0 π 180 ≈ 0,0175 С л "=" 0,007 .

Кстати, приведенная вами полярная тяга не помогает вашему аргументу, так как она для всего крыла (при удлинении 6). Что вы действительно хотите процитировать, так это сопротивление аэродинамического профиля (из Airfoil Tools ):

Подъемная сила и сопротивление аэродинамического профиля Clark-Y

Как видите, сопротивление формы (включая сопротивление давления) составляет небольшую часть общего трехмерного сопротивления при соотношении сторон 6 в диапазоне линейной подъемной силы. Увеличение сопротивления давлению еще меньше.

Приложение:

Судя по вашим комментариям, вы совершенно не поняли смысл индуктивного сопротивления. Индуктивное сопротивление полностью отсутствует в 2D. Фактически, если вы предполагаете, что поток невязкий и не имеет локального сверхзвукового потока, у вас будет нулевое сопротивление на любом двумерном аэродинамическом профиле. Это называется парадоксом Даламбера .

Как упоминалось выше, индуктивное сопротивление возникает в трехмерном невязком потоке из-за конечного промежутка и индуцированного нисходящего потока.

Комментарии не для расширенного обсуждения; этот разговор был перемещен в чат .
@JZYL Это верно только при сравнении одного и того же подъема, а не одного и того же AoA. Ян Худек объясняет это здесь: Aviation.stackexchange.com/questions/80839/…
@Сократ, нет, этот ответ абсолютно правильный. Это сравнивает двухмерный аэродинамический профиль с трехмерным, но в связанном ответе мы сравниваем один и тот же трехмерный аэродинамический профиль с концевыми пластинами и без них, что имеет большое значение.
@JanHudec В чем разница между установкой 3D-профиля от стены к стене в аэродинамической трубе или 3D-профиля в вентиляторе ductec? в обоих случаях вы получаете 3D аэродинамический профиль с бесконечно большими торцевыми пластинами. Каково определение 2D аэродинамического профиля? Просто потому, что он поместил аэродинамический профиль внутри аэродинамической трубы от стены до стены, это не означает, что у него есть «теоретический» 2D аэродинамический профиль с конечной подъемной силой и бесконечным размахом = нулевой индуцированный тащить? «теоретический» двухмерный аэродинамический профиль невозможно смоделировать в реальной жизни.
@Сократ «2D» аэродинамический профиль означает бесконечный и по довольно странным причинам, который может создавать даже бесконечную подъемную силу с нулевым (даже не просто конечным) индуктивным сопротивлением. Но это теоретическая конструкция, и это свойство выходит за пределы увеличения размаха. Торцевые пластины, какими бы большими они ни были, не заставят крыло вести себя так, как если бы оно было бесконечным, только как если бы оно было немного длиннее.
@JanHudec Из оригинального поста описание 2D аэродинамического профиля: put airfoil in wind tunnel so walls touch arifoil tips(2D wing),at AoA=15degrees and airflow speed=20m/s and meassure lift and drag..имеет ли его аэродинамический профиль от стены до стены нулевое индуцированное сопротивление, как 2D аэродинамический профиль?
@Сократ, хм, если только он не находится очень близко ко дну (из-за эффекта земли), он должен иметь ненулевое индуктивное сопротивление. Воздух по-прежнему ускоряется вниз, поэтому для сохранения импульса требуется индуктивное сопротивление, а поверхность по-прежнему наклонена назад, как и сила давления.
@JanHudec no this answer is absolutely correct.Вот объяснение, почему я считаю этот ответ неправильным .. Aviation.stackexchange.com/questions/80919/…
@Сократ Вопрос в 2D против 3D. Это не касается (или не воспринимается) ничего общего. То, на чем вы зациклились, это просто отвлекающий маневр.
Вектор крыла @JZYL наклонен назад, но в то же время величина меньше, так как вы можете доказать, что это в конечном итоге приводит к увеличению сопротивления, если вы не знаете, насколько уменьшается величина? Питер также говорит, что это невозможно доказать ..
@Сократ Тогда прочитай ответ. # 2 и # 3 имеют дело с этим.
@JZYL в моем примере, если снижение аэродинамической силы составляет всего 7% (65 Н) на крыле, крыло будет иметь более низкое сопротивление. Альфа-индуцированный обычно очень мал, максимум 1 градус, поэтому наклон вектора назад мал.
Мне кажется, что вы предполагаете, что крыло находится в аэродинамической трубе (поток воздуха ограничен по вертикали). Мне кажется, что это может быть источником большой путаницы.

3D-крыло имеет большее сопротивление, так как учитывает вихри, образующиеся на конце крыла, что создает большее сопротивление. Но в случае 2D-крыла предполагается, что крыло является бесконечным. С точки зрения аэродинамики эффект тянущихся вихрей уменьшает наклон кривой зависимости коэффициента подъемной силы от угла атаки. В результате коэффициент подъемной силы у 2D-крыла выше, чем у 3D-крыла при одинаковом угле атаки.введите описание изображения здесь

Будет ли 3D-крыло иметь меньшее сопротивление, чем 2D-крыло, при том же AoA и скорости воздушного потока?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v