Бокс-крылья страдают от индуцированного сопротивления так же, как и обычные крылья?

Крыло коробки только лучше, когда вы сравниваете крылья с идентичным размахом. Два крыла крыла коробки работают в разных плоскостях Treffz, поэтому downwash распространяется вертикально. Разница в наведенном сопротивлении к одиночному крылу не большая, как раз немного процентов. Сопротивление трением выше (см. ниже), как и конструктивная масса, поэтому крыло коробки должно создавать больше лифта. Это делает наведенное сопротивление крыла коробки эффектно более высоким чем это из одиночного крыла.

Что такое индуцированное сопротивление? Это следствие создания подъемной силы на ограниченном участке. Крыло создает подъем, отклоняя воздух вниз. Это происходит постепенно над хордой крыла и создает силу реакции, ортогональную локальной скорости воздуха. Это означает, что сила реакции направлена вверх-и немного назад. Это обратная составляющая индуцированного сопротивления! Законцовки крыла не вовлечены и не вызывают вызванное сопротивление. Создание лифта есть.

Если вы летите быстро, есть много воздушной массы течет мимо крыла в единицу времени, так что вам нужно отклонить воздух только немного. Ваше индуцированное сопротивление невелико. Сэймс идет на большой промежуток: есть больше воздуха, который может быть отклонен, таким образом, вызванное сопротивление мало.

Крыло коробки нуждается в двух тонких крыльях с каждой стороны, которые будут иметь меньшую хорду, чем одно крыло той же площади поверхности. Таким образом, их число Рейнольдса меньше, а их сопротивление трения выше. Кроме того, лонжерон крыла менее толстый и должен быть тяжелее, чтобы нести тот же подъем!

Если отбросить ограничение сохранения пролета идентичным, то оптимальное одиночное крыло может позволить себе иметь больший пролет (за счет лучшей конструктивной эффективности), а прочь уходит преимущество коробчатого крыла. И как только вы посмотрите на полную картину и добавите структурную массу, крыло коробки никогда не имело этого преимущества в первую очередь.

Да, но как насчет синергии?

Синергия-это умный дизайн с некоторыми преимуществами, но он не может обмануть физику. Это advantanges:

• Упорка толкателя держит планер свободным завихрения следа, поэтому больше зоны можно держать в ламинарной подаче.
• Опора толкателя всасывает воздух из задней части фюзеляжа, эффективно избегая разделения.
• Два коротких задних фала и плавники обеспечивают большую защиту для области пропеллера на земле.
• Компактная компоновка сохраняет стабилизирующий эффект пропеллера небольшим, поэтому маневренность не сильно страдает.
• Использование композитных материалов и планерных технологий снижает сопротивление трения.
• Дизельный двигатель потребляет более дешевое реактивное топливо и более экономичен, чем бензиновый.

Обратите внимание, что я не упомянул дизайн крыла коробки?

Вот недостатки:

• Стреловидность крыла в винте самолета выглядит круто, но увеличивает сопротивление, потому что крыло должно быть больше, чтобы создать тот же подъем.
• В общей сложности эта конфигурация имеет четыре вертикальных хвоста, каждый из которых имеет свое собственное сопротивление помехам и короткий аккорд, который, опять же, увеличивает сопротивление по сопоставимому вертикальному хвосту.
• Вытянутый горизонтальный хвост также менее эффективен, чем меньшая одиночная поверхность с большей хордой и большим расстоянием от центра тяжести.
• Компактная компоновка обеспечивает небольшой шаг или демпфирование рыскания. Интересно, какие качества езды в порывистую погоду.

Я ожидал бы, что более обычная компоновка вдоль линий fs-28 будет еще более эффективной.

Akaflieg Stuttgart fs-28 в полете (Источник изображения)

Q: крылья коробки терпят от наведенного сопротивления такой же путь как нормальные крылья?

A: да и нет. Крыло коробки самолет будет страдать от индуцированного сопротивления так же, как любой самолет будет, если они тяжелее, чем воздушные транспортные средства и используют свои крылья, чтобы летать. Наведенное сопротивление функция конечной нагрузки пяди, и умеренный различными путями улучшить эффективность конструкции на, котор дали нагрузке пяди. Таким образом, величина сопротивления, а также способ его создания и предотвращения различаются для крыла и моноплана одного и того же пролета. Сегодня эта тема индуцированного сопротивления включает в себя совершенно другие определения, чем то, что преподавалось в семенных ссылках на эту тему. Даже если говорить об одном и том же, тема будет слышать аргументы из двух разных лагерей: тех, кто придерживается репрезентативной математики, и тех, кто фокусируется на Некартезианской, нехудожественной реальной физике на индивидуальной основе. Вполне справедливо сказать, что первые более вокально самоуверенны, чем вторые, поскольку последние знают меньше до конца.

Работа крыла состоит в том, чтобы эффективно толкать и тянуть воздух вниз, когда он движется вперед. Это действие вызывает как ньютоновскую реакцию, так и перепад давления Бернулли, что приводит к подъему.

Делать подъем этот путь причиняет близрасположенный воздух также быть повлиянным на, как врем-зависимый вторичный результат. Она должна «упасть в нисходящий воздушный желоб», чтобы крылья сместились вниз.

Это вторичное движение вызывает (совершенно неизбежные) вращательные движения в зоне «следа» между воздухом, непосредственно перемещаемым крыльями, и соседним неподвижным воздухом, тем самым вовлекая больше массы воздуха, чем самолет, необходимый для перемещения, чтобы получить необходимую подъемную силу. (Разница в импульсе-это буквально индуцированное сопротивление, хотя мы обычно учим его способами, более связанными с тем, как индуцированное сопротивление визуализируется и вычисляется в 2-D. другие ответы, размещенные здесь, иллюстрируют это в обычных терминах .)

Наведенный вихрь сопротивления и следа нельзя исключить для поднимаясь системы крыла любого вида. Тем не менее, большинство конструкций крыла самолета позволяют случиться чему-то еще, что значительно увеличивает эту стоимость создания лифта с конечным размахом крыла: они позволяют высоким давлениям под крылом быть «слишком близкими» к низким давлениям над крылом для величины разности давлений, которая развилась в полете. Если высокий перепад давления существует на кончике крыла, там образуется сильный вихрь, похожий на торнадо.

Позволять любому сильному градиенту сформировать между низким давлением и высоким давлением причинит воздух двинуть к низкому давлению на высокой скорости, если она может. Сопротивление увеличивается в геометрической прогрессии со скоростями, сообщенными воздуху, поэтому проектировщики используют множество подходов, чтобы препятствовать этому выравниванию происходить быстро. Чем медленнее это происходит, тем меньше кинетической энергии передает воздух самолет.

Это где Boxwings имеют совершенно другой путь уменьшения наведенного сопротивления, сравненный к нормальному крылу: они положили стену вверх между низким давлением над крылом, и более высоким давлением везде еще. «Стена» может быть выше, чем крылышко, потому что она имеет крыло выше, чтобы помочь противостоять силам, которые толкают на него сбоку. При таком соединении верхнего крыла стенообразная вертикальная поверхность крыла коробчатого типа также находится между более высоким давлением под крылом и более низким давлением во всем остальном.

Если дизайнер делает хорошую работу с этой идеей (многие этого не делают), как поверхности крыла биплана, так и вертикальные поверхности боксвинговой системы будут умерять скорость вызванных градиентом воздушных потоков, действуя против нежелательных потоков в трехмерном пространстве. Они будут более эффективными в этом с большим вертикальным дистанционированием.

Более легкий и более эффективный путь уменьшить наведенное сопротивление просто увеличить размах крыла, или уменьшить вес корабля. По мере того как крыло становится длиннее, часть подъема, которую должен сделать каждый блок крыла, уменьшается, а это означает, что он будет иметь более низкий перепад давления между верхней и нижней поверхностями. Наилучшая практика требует, чтобы этот дифференциал был минимизирован на кончике, поэтому градиент ослаблен. Результат после этого что более слабый градиент давления и более длиннее расстояние между низкими и высокими давлениями будут держать скорости выравнивания вниз.

Однако по мере того, как самолет становится тяжелее или быстрее, этот подход становится сначала очень дорогим, а затем невозможным. Ограничения прочности материала накладывают определенные ограничения на размах крыльев обычных самолетов.

Удивительно, но крылышки коробки не лучше… возможно, даже хуже. То, что кажется структурным преимуществом, на самом деле просто концентрирует изгибающие силы, создаваемые каждым крылом, в углах коробки. Делать их сильными достаточно быстро становится чрезмерно тяжелым. Поэтому самолет крыла коробки должен, как биплан, иметь более короткий промежуток, чем моноплан эквивалентного вызванного сопротивления. Своя эффективность пяди носит большой Плодоовощ среди коротких конструкций пяди, чем где размах крыла можно увеличить.

Можно подумать, что это преимущество принесет свои плоды косвенно, через скорость. Чем быстрее летает самолет, при данной нагрузке пролета, тем меньше будет индуцированное сопротивление. Фактически, при высоких скоростях, индуцированное сопротивление становится малой составляющей общего сопротивления. Однако, другие аспекты конструкций крыла коробки, кажется, препятствовали высокоскоростным решениям крыла коробки; особенно стабильность; и » сопротивление взаимодействия.»

В конструкции крыла коробки, передний комплект поднимаясь крыльев, и кормовой комплект поднимаясь крыльев . В высокоскоростном полете эта конфигурация не может реагировать так же стабильно или так же быстро на определенные условия, как крыло с (нисходящим) хвостом.

При установке в качестве тандемно-подъемного крыла компоновки без такого стабилизатора, как это характерно для современных версий, боксвинги должны балансировать в их Объединенном центре подъема вверх, а не впереди него, как это делают обычные самолеты, благодаря стабилизирующему влиянию хвоста, толкающего в противоположном направлении. Это ограничение и поведение тандемного крыла ставят сложные, присущие требования к конструкциям крыла, которые ограничивают их успех на более высоких скоростях полета.

Как отмечалось выше, они также создают помеховое сопротивление. Этот тип сопротивления может быть трудно предсказать и также широко неправильно понят. На практике собственное трехмерное интерференционное сопротивление конструкции крыла самолета значительно снижает теоретическое преимущество двухмерной конфигурации по отношению к получению преимуществ индуцированного сопротивления. Вот почему они совсем не похожи на «нормальные крылья».»

Как упоминалось в оригинальном сообщении, существует новая конфигурация самолета, которую часто ошибочно принимают за конструкцию крыла коробки. Тем не менее, это не похоже на них. Это называется конфигурацией box-tail или double boxtail. Я являюсь конструктором самолета Synergy double boxtail, который является первым таким самолетом, который будет разработан.

Эти несколько разочаровывающие признаки иначе логичной конфигурации крыла коробки были в центре вопросов в течение длительного периода развития синергии. Это было мое желание использовать высокую эффективность пролета и ламинарный поток в конструкции высокоскоростного самолета, избегая при этом высокоскоростных посадок и непредсказуемого, нестабильного поведения на низких скоростях. Видео 25% масштабной модели в полете и основной обзор можно увидеть на сайте synergyaircraft.com … Там же можно найти пост на тему boxwings.

Для получения дополнительной информации об эффективности span и неплоских конфигурациях Ilan Kroo опубликовал очень подробные обзоры по этому вопросу. Рисунок ниже адаптирован из одного, появляющегося в его работах. Он показывает, как можно бороться с индуцированным сопротивлением в трехмерном пространстве, удаляясь от плоского плоского крыла в вертикальное измерение. Синергия строит это понимание дальше, в продольном и временном измерениях, в соответствии с концепциями, выдвинутыми сначала Джорджем С. Грином в НАСА Лэнгли.

Они не свободны от наведенного сопротивления, но наведенное сопротивление значительно умалено, как продемонстрировано в бумаге NACA Prandtl от 1924 и сообщено в этой книге (см. Главу 11)

Авторы этой книги применили результаты к проектированию этого самолета

Основная причина индуцированного сопротивления заключается в том, что крыло ускоряет воздух выше и ниже его вниз, увеличивая его кинетическую энергию, и из-за закона сохранения энергии он должен где-то взять эту энергию, и единственный способ-сделать отрицательную работу на самолете, т. е. индуцировать сопротивление.

Количество ускоренного воздуха в единицу времени пропорционально размаху крыла и скорости самолета. Применение той же силы к большему количеству воздуха ускоряет его до более низкой скорости, и поскольку кинетическая энергия пропорциональна квадрату скорости, она вызывает меньшее сопротивление. Вот почему крылья с высоким аспектом (длинный пролет) более эффективны и почему индуцированное сопротивление уменьшается со скоростью.

Вихри законцовки крыла — это просто границы этой области нисходящего воздуха. И поскольку вы не можете создать лифт без ускорения воздуха вниз (по закону действия и реакции), это индуцированное сопротивление является основным, и любое крыло с конечным размахом будет индуцировать его . И это будет зависеть только от создаваемой подъемной силы, размаха крыльев, скорости и ничего больше.

Смотрите также, как он летает, раздел 3.13 (рисунок оттуда).

Теперь есть некоторое дополнительное вызванное сопротивление, вызванное воздухом более высокого давления, текущим вокруг наконечника крыла, который не способствует подъему (или даже немного отрицательно), но способствует сопротивлению. Это, может быть, низкие десятки процентов или что-то в этом роде. Несколько процентов, которые могут быть сохранены различными мерами, достаточно значительны, чтобы стоить усилий, но они все еще несколько процентов. Чудеса невозможны.

Кстати, крыло коробки все еще имеет наконечники. Воздух не может течь в или между Крыльями, но он может течь из-под нижней горизонтальной поверхности выше верхней. Плюс крыла-относительно низкое соотношение сторон.

Много хороших моментов о снижении сопротивления здесь.

Да, наведенное сопротивление можно уменьшить немного процентов с крылом коробки, путем отражать Вортекс подсказки крыла. Разница в несколько процентов, что очень важно. Примерно так же, как биплан.

Реальное непреодолимое преимущество boxwings структурно. С крыльями Соединенными на концах, возможно и практически конструировать для, Котор дали прочности и ригидности с меньше материала. Крылья могут поддерживать друг друга, и увлажнять друг друга естественным резонансом, покупая некоторый запас против трепета и неудачи.

Рик Жандро, дизайнер, Halcyon boxwing.