Может ли лопнувшее крыло быть достаточно мощным, чтобы поднять самолет с нулевой скоростью?

Теоретически, может ли самолет, используя любой способ самогенерируемого воздушного потока над (неподвижным) крылом, когда-либо набрать достаточную подъемную силу, чтобы взлететь (или просто оторваться от земли) с нулевой скоростью движения вперед?

Я предполагаю, что если бы самолет и его двигатели были достаточно легкими, вы могли бы обеспечить достаточно сильный воздушный поток через крылья с помощью винтов (аналогично движению вперед) - хотя, очевидно, я полностью осознаю, что большинство важных управляющих поверхностей не будет функциональным. Это только теоретически.

С какой целью... ну... более эффективное понимание самогенерируемой подъемной силы (возможно?) может быть получено в результате исследования экстремального использования сверхкорпусного взлета и посадки с выдувным закрылком/крылом. Небольшие транспортные самолеты с большой подъемной силой, работающие в небольших перегруженных городских аэропортах/вертодромах с очень маленькими взлетно-посадочными полосами.

Я знаю об ограничениях таких конструкций, таких как неэффективность на более высоких скоростях и отсутствие изменяемой формы и геометрии (что добавило бы слишком много веса) расход топлива стал бы непомерно высоким. Это чисто идея для предположений.

Возможно, вам следует установить некоторые ограничения на ваш вопрос. Должен ли он быть пилотируемым? Подойдет ли самолет размером с жука или птицу? Можно ли считать вращающиеся крылья (вертолет) «самогенерируемым потоком воздуха над крылом»?
У меня нет данных, чтобы дать ответ на вопрос, может ли самолет летать за счет самогенерирующегося воздушного потока над крыльями. Что я могу сказать, так это то, что были случаи, когда легкие самолеты поднимались в воздух из-за очень высоких крыльев, дующих прямо на самолет. Вот видео «взлета» припаркованного самолета: youtube.com/watch?v=TlEKiSwttsc Как видите, самолет не создает поток воздуха над крыльями сам по себе. Это высокоскоростной ветер, который обеспечивает воздушный поток. - Как видите, полет длился не очень долго ;)
Да. Вертолет называется.
Кажется, вы предлагаете какой-то двигатель, обдувающий крылья воздухом для создания подъемной силы. Это не имеет смысла. Крыло намного меньше, чем на 100% эффективно преобразует воздушный поток в подъемную силу. Вы бы получили гораздо большую подъемную силу, просто направив эти двигатели вниз.
@DavidRicherby Это было бы намного эффективнее, но не так весело. :)
@reirab Киллджой -->
Хорошо. Думаю, я мог бы задать/или задать вопрос немного по-другому. Очевидно, я имел в виду неподвижное крыло. И я думаю, что я также имел в виду самолет, достаточно большой, чтобы считаться пассажирским судном, хотя фактический размер не имеет значения.
@DavidRicherby Я также должен был пояснить, что я не предполагал, что это будет хорошей идеей. На самом деле, я знаю, что на практике это было бы очень глупой идеей. Я просто задал вопрос «да/нет» о том, может ли самолет (возможно, привязанный, если хотите, чтобы воздушный поток не создавал прямой тяги в нашем воображаемом сценарии) достичь положительной подъемной силы, выдувая самогенерируемый воздушный поток вашего собственного крыла.
Да и называются такие самолеты вертолетами. Несущие винты вертолета работают как крылья, а не как пропеллеры, поскольку они обеспечивают подъемную силу точно так же, как крылья самолетов с неподвижным крылом.
Вертолеты @vsz не имеют неподвижного крыла (см. комментарий ОП прямо над вашим, поясняющий, что он спрашивал о взорванном неподвижном крыле).
Думаю, представление о мощности, необходимой для самостоятельного создания подъемной силы, можно получить, глядя на аэродинамическую трубу. Мощность двигателей самолета должна быть аналогична мощности двигателей туннеля (пропорционально соотношению самолета и секций туннеля).
Просто небольшая проверка физики здесь, без снисходительности. Если бы самолет сам создавал обратный поток воздуха, реакция на это толкала бы его вперед. Другими словами, тяга. Таким образом, вы получите более быстрый воздух над крылом, а также более быстрый воздух из-за увеличения скорости самолета. Лучшее обоих миров. Похоже, вам нужен пропеллер (возможно, с воздуховодом, чтобы направлять всю тягу на верхнюю часть крыла).
Вы можете найти обширную исследовательскую работу по этому вопросу, связанную с en.wikipedia.org/wiki/Rockwell_XFV-12.

Ответы (7)

С технической точки зрения, да, это возможно, но крайне непрактично.

Конечно, как обычно, объяснение физики Яном Худеком совершенно верно. Все, что обдувает крылья достаточным количеством воздуха для полета, создает безумную тягу вперед, а это означает, что вы не сможете долго оставаться на нулевой скорости.

Однако вполне возможно приложить другую силу в противоположном направлении, равную по величине тому, что в противном случае было бы чистой прямой силой, создаваемой двигателем (двигателями), обдувающими крылья. Это дало бы общую результирующую поступательную силу, равную нулю, поэтому не произошло никакого поступательного ускорения, что позволило бы вам взлететь с нулевой поступательной скоростью. Конечно, вы хотели бы убедиться, что то, что прикладывает эту силу, не отбрасывает крылья в противоположном направлении, иначе вы потеряете подъемную силу.

Некоторые возможности обеспечения этой силы:

  • Обычные реактивные двигатели, установленные задом наперед
  • Нормальные винтовые двигатели с отрицательным шагом
  • Ракетные двигатели установлены задом наперёд
  • (действительно сильный) трос
  • Колесные тормоза (конечно, это работает только до тех пор, пока вы находитесь на земле... вы начнете очень быстро ускоряться вперед, когда колеса отрываются от земли, но технически вы можете оторваться от земли с нулевой скоростью движения вперед. )
  • Реально большой пулемет , типа ГАУ-8 Мститель или Грязева-Шипунова ГШ-6-30
  • Много АК-47 («много» — это число, примерно равное чистой прямой тяге двигателей в фунтах, деленное на 13)

Примерно так выглядели бы ракеты, установленные сзади:
Посадка с помощью ракеты C-130
C-130 Rocket Assisted Landing
Источник: YouTube

Еще одна возможность технически выполнить ваше требование взлета с нулевой скоростью вперед — это просто начать катиться назад достаточно быстро, чтобы разогнаться вперед до нулевой скорости в момент отрыва шин от тротуара. :)

Конечно, как вы, надеюсь, уже поняли, все вышеперечисленное — крайне неэффективные способы взлета. Однако технически они будут работать. И, конечно же, в случае с GAU-8, что бы ни было перед вами во время взлета, у вас будет очень плохой день.

Нулевая скорость вперед не означает, что отрицательная (обратная) скорость в порядке. Это должно означать просто: нулевая горизонтальная скорость.
@jjack Этот абзац был шуткой. То, что я описал в этом абзаце, по-прежнему будет иметь нулевую горизонтальную скорость при отрыве. Это будет просто ненулевое значение до старта, таким образом, технически все еще отвечающее требованиям OP (поскольку он не сказал, что у него не может быть ненулевая горизонтальная скорость перед взлетом).
Я предполагаю, что просто наклон крыльев достаточно далеко назад, чтобы большая часть создаваемой подъемной силы, противодействующей тяге вперед, была отброшена как возможность по веским и достаточным причинам?
@NathanTuggy Любой AoA, который не приводит к остановке крыла, все равно оставляет довольно большую переднюю силу. Из того, как ОП задал вопрос, я предположил, что он хотел, чтобы крыло создавало подъемную силу в обычном режиме (т.е. не останавливалось). Выдувание крыльев чуть ниже критического угла атаки, безусловно, было бы полезно, но это не было бы полностью устранить (или даже приблизиться к полному устранению) поступательной силы.
@reirab: Достаточно справедливо, хотя я хотел бы увидеть любые подробные расчеты / диаграммы, которые вы можете найти.
Эти тормозные С-130 предназначались для посадки на футбольном стадионе. Рядом с американским посольством. В Тегеране, Иран.

То, о чем вы просите, - это, по сути, вертолет: вместо того, чтобы обдувать крыло воздухом, более эффективно прикрепить аэродинамические поверхности к вертикальной оси и генерировать относительное движение (и, следовательно, подъемную силу), вращая их.

Я бы сказал, что ваш ответ должен быть: «Да, это определенно возможно - это называется вертолет» :) ИМХО, это лучший ответ. +1
Я знаю все вышеперечисленное, это была просто спекулятивная задача. Это абсурдный вопрос, но, думаю, мне просто интересно, можно ли создать достаточный перепад давления, используя самогенерируемый воздушный поток над неподвижным крылом, возможно, привязанным для предотвращения движения вперед.

Нет, не будет.

Чтобы взлететь вертикально, вам нужно приложить вертикальную силу, равную весу самолета, и совсем небольшую горизонтальную силу, чтобы, возможно, начать движение.

Теперь общая сила, действующая на самолет (любой самолет), имеет направление, противоположное (среднему) изменению скорости воздуха, обтекающего самолет, а величина пропорциональна величине изменения скорости и количеству воздуха.

Таким образом, чтобы взлететь, самолет должен сильно разогнать воздух вниз . При обычном взлете с качения воздух движется горизонтально вокруг самолета, поэтому крыльям нужно лишь немного согнуть его вниз, чтобы создать достаточное ускорение вниз и соответствующую подъемную силу. Но при вертикальном взлете воздух не движется, поэтому его просто нужно разогнать вниз.

Но крыло не способно согнуть поток на 90°, только на 30° или что-то в этом роде, поэтому, чтобы придать воздуху достаточную вертикальную скорость, вы также должны придать ему еще большую горизонтальную скорость, создав большую тягу.

Для всей этой тяги вам нужно будет обеспечить энергию двигателями. Это означает тяговооруженность не менее 2:1. Такого нет ни у одного самолета. Обычные самолеты могут обойтись 0,2, СВВП (включая вертолеты) нужно 1 с небольшим. 2 абсурдно неэффективен. И это был бы не настоящий вертикальный взлет, так как самолет очень быстро разгонялся бы по горизонтали.

С круглой формой эффект Коанды может сильнее искривлять воздух, но это больше не считается крылом. И все равно не имеет никакого преимущества перед вращением самого вектора тяги. Преимущество обдува выхлопными газами двигателей над крылом не в том, что это было бы более эффективно, а в том, что это проще, чем вращение двигателей.

Последний момент очень важен - вращение самого вектора тяги намного проще. Так что я бы согласился, если бы вопрос заключался в том, разумно ли это делать. Но что касается возможности, у меня есть три проблемы: а) Почему аэродинамическая поверхность с углом отклонения 70°-80° не может называться крылом? б) Существуют ТРДД с тяговооруженностью около 6, поэтому тяговооруженность системы около 2 не является немыслимой (выглядело бы, надо признать, очень глупо). в) Горизонтальную тягу можно было выровнять двумя противодействующими двигателями (опять же глупо, но возможно).
@JulianHzg Смотрите мой ответ ниже. :)
Ускорение обтекания верхней части крыла относительно нижней вызывает разность давлений между верхней и нижней поверхностями крыла. Эта разница давлений называется подъемной силой. Не требуется, чтобы поток покидал заднюю кромку под углом вниз. Подъемная сила из-за искривления потока — это то, что называется реактивной турбиной, что является другой концепцией. Так что технически ответ Яна Худека неверен.
@jjack: Вы должны помнить, что все физические законы действуют одновременно. Третий закон Ньютона требует, чтобы, если воздух прикладывает восходящую силу к самолету, самолет должен прилагать к воздуху направленную вниз силу, а второй закон Ньютона требует, чтобы воздух ускорялся вниз пропорционально действующей на него силе, поскольку он может совершать так. Силы создаются перепадами давления, но это совершенно не имеет отношения к тому, куда в конечном итоге движется воздух. Законы Ньютона требуют, чтобы он был внизу, поэтому он внизу.
Ян, хотя я знаю, что некоторая подъемная сила всегда будет создаваться за счет реакции импульса по 3-му закону, я лично полностью поддерживаю модель подъемной силы, основанную на перепаде давления. Почему? Ну, потому что я знаю много самолетов-торпед, которые могут подняться в воздух со скоростью 10 узлов, с общей массой воздуха, направленной вниз, всего в несколько килограммов по отношению к весу самолета. Огромная подъемная сила (как продемонстрировано контролируемыми лабораторными измерениями с использованием барометрических приборов, размещенных над и под крылом) намного превышает любую подъемную силу, создаваемую реакцией по третьему закону. Я понятия не имею, почему это все еще оспаривается.
@RussBoys, это все еще оспаривается, потому что это полное заблуждение, которое все еще не хочет умирать. Не существует какой-то подъемной силы, создаваемой реакцией 3-го закона, и другой подъемной силы, создаваемой чем-то другим. Есть только аэродинамическая подъемная сила и куча физических законов, которые к ней применяются, и один из этих законов — 3-й закон: вся сила, приложенная воздухом к самолету, должна иметь силу реакции той же величины и в противоположном направлении, что самолет прикладывает к воздуху. . А так как у воздуха нет твердой опоры, то он ускоряется по второму закону.
@RussBoys, второй закон не требует, чтобы масса реакционного воздуха была сравнима с массой самолета, он просто требует, чтобы сила равнялась ускорению массы во времени. Воздух сильно ускоряется . И воздуха тоже довольно много: весь воздух в пределах размаха крыла и на сравнимой высоте . как под , так и над крылом. Да, воздух над крылом тоже реактивная масса и тоже разгоняется вниз. Он также прикладывает силу (на самом деле больше, чем воздух под крылом), и к нему применяются законы движения, поэтому он ускоряется.
Ян прав. Независимо от того, смотрите ли вы на подъемную силу как на разницу давлений или как на равную и противоположную реакцию силы, приложенной к воздуху (как над, так и под крылом), вы получаете одни и те же числа. Это просто разные способы описать одно и то же. В этом SE есть масса вопросов о том, как это работает.

Может быть.

Вам понадобится особый тип крыла, который регулирует направление потока на задней кромке путем обдува. Такая концепция была испытана AeroVironment в 1980-х годах на модели, но, насколько мне известно, не существует самолета с человеком на борту, использующего эту концепцию.

Поперечное сечение аэродинамического профиля крыла представляет собой круг с выхлопной щелью сзади. Выхлопной поток газовой турбины направляется через трубчатый лонжерон крыла и выходит через поперечную щель в буртике вокруг лонжерона. Поворачивая положение прорези и прокачивая через нее достаточное количество воздуха, вы можете контролировать объем циркуляции , создаваемой этим крылом.

Поперечное сечение трубчатого крыла с вращающимся выхлопом

Положение выхлопа внутреннего крыла можно использовать для управления подъемной силой, как это делают закрылки на «обычном» крыле, а внешняя часть берет на себя функцию элеронов. Направляя выхлоп прямо вниз и при достаточном расходе массы воздуха, это крыло действительно может взлетать вертикально. Однако об эффективности не будет ничего особенного.

Выдувной клапан в обычном смысле нуждается во внешнем потоке, потому что его собственный массовый поток слишком мал, чтобы создать достаточную подъемную силу. Все, что он делает, это оживляет старый изношенный пограничный слой, чтобы он оставался прикрепленным к контуру ниже по течению от точки выдувания. Без скорости не существует внешнего потока, на который можно было бы повлиять, за исключением небольшого количества, увлекаемого воздушным потоком сдуваемой створки.

Похожая, хотя и менее радикальная, идея использовалась в британском исследовательском самолете Hunting 126 . Он использовал выхлопные газы установленного на фюзеляже двигателя Orpheus для продувки закрылков воздухом. Кроме того, у него были небольшие сопла в конце фюзеляжа и законцовках крыла для управления на малых скоростях, как и у Harrier Jump Jet . Однако ему требовалась некоторая скорость движения вперед, чтобы создать достаточную подъемную силу для полета.

Охота 126 в полете

Охота на 126 в полете ( источник фото ).

Используя эффект Коанды , теоретически возможно, чтобы двигатели самолета обдували крыло достаточным количеством воздуха для создания подъемной силы.

Однако в реальном самолете двигатели размещены так, чтобы не помещать целое крыло в их выпуск. В противном случае во время полета вперед будет постоянно создаваться большое сопротивление. Выход двигателя также не имеет достаточного поперечного сечения, чтобы воздействовать на все крыло, если только не использовалось очень короткое (маленькое удлинение, не очень эффективное) крыло.

Применения были замечены в прототипах, таких как Boeing YC-14 , или серийных моделях, таких как Антонов Ан-72 , однако это были самолеты STOL, а не VTOL.

Интересно. Спасибо. Я не учел этого. Но полезно знать для дальнейших исследований.

JulianHzg спросил, можно ли назвать крылом поверхность с большим (70-80 градусов) углом отклонения. У Харриера такая поверхность. Если мы хотим назвать выхлопные сопла «крыльями», то у нас есть рабочий пример.

введите описание изображения здесь

Однако выхлопные сопла — это не крылья (и вообще не аэродинамические поверхности). Вертолет ближе к тому, о чем просит ОП, поскольку он действительно заставляет ветер обтекать аэродинамические поверхности (лопасти несущего винта), даже когда он не движется горизонтально, но ОП спрашивал о взорванном неподвижном крыле.

Я бы сказал, что вертикальный взлет на невращающемся крыле, а не на отклоняемой тяге машины был получен в моделях Custer Channel Wing, у вас есть видео в ютубе https://youtu.be/-Sn5JL9t_C4 http://www.flightglobal. com/pdfarchive/view/1952/1952%20-%200044.html http://www.angelfire.com/va3/bythefire/ Сервер технических отчетов НАСА -NTRS- имеет полноразмерный отчет об аэродинамической трубе L53A09 http: //ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19930087470.pdf и ссылки на сайты последователей Кастера есть в Википедии

Может ли лопнувшее крыло быть достаточно мощным, чтобы поднять самолет с нулевой скоростью?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v