Gibt es ein maximales Verhältnis von Auftrieb zu Luftwiderstand?

Mit der aktuellen Technologie könnte das L/D auf 70 oder 75 steigen, und eine Erhöhung würde eine fast unpraktisch große Spannweite erfordern. Segelflugzeuge müssen enge Kreise fliegen, um Aufwinde zu nutzen, und je größer die Spannweite wird, desto größer wird der Geschwindigkeitsunterschied zwischen Innen- und Außenflügel. Außerdem wird es sehr schwierig sein, einen so breiten Flügel zu landen, ohne eine Flügelspitze fallen zu lassen. Kleinere Flügel mit einem hohen Seitenverhältnis haben eine niedrige Sehnenlänge, was zu einer kleineren Reynolds-Zahl s führt, was zu einem steilen Anstieg des Reibungswiderstands führt, wenn das Seitenverhältnis erhöht wird, ohne die Flügelfläche zu vergrößern. Daher hilft nur das Hinzufügen der Flügelspannweite, und dies führt zu einer weichen Wand jenseits der 30 m von Designs wie der Eta . Hinzu kommt die derzeitige Massenbegrenzung von 850 kggrößere Flugzeuge für Wettbewerbspiloten unattraktiv machen.

Es wird behauptet, dass die Concordia (pdf!) ein L/D von fast 75 hat, aber ich habe im Laufe der Jahre gelernt, theoretische Vorhersagen als ausnahmslos optimistisch zu sehen, und eine realistische Leistung, mit Fehlern auf dem Flügel und allem, wird nie ganz dem entsprechen das erhoffte Ideal.

Werner Pfenniger schlug vor, die Grenzschichtlaminarisierung durch Saugen (pdf!) zu verwenden, um den Reibungswiderstand zu verringern, und schlug Segelflugzeugkonstruktionen mit L / D-Verhältnissen von mehr als 100 vor. Turbinen an den Flügelspitzen würden die Saugpumpen antreiben, sodass diese immer noch antriebslose Flugzeuge wären. Doch bisher hat sich niemand getraut, seine Visionen Wirklichkeit werden zu lassen.

Während die Laminarisierung die Erhöhung des Reibungswiderstands einer turbulenten Grenzschicht vermeidet, würde eine sich bewegende Wand viskose Verluste vollständig eliminieren. Jetzt entsteht die Reibung zwischen der beweglichen Wand (dies könnte eine gespannte Folie sein, die zwischen zwei Zylindern am vorderen und hinteren Ende des Flügels läuft) und der festen Struktur. Mit den aktuellen Materialien besteht keine Hoffnung, den Luftwiderstand auf diese Weise zu verringern, aber wer weiß, welche Tricks in Zukunft möglich sein werden.

Eine Gleitzahl von 100 oder mehr erscheint in den nächsten 50 Jahren eher unwahrscheinlich.

Bei jeder Messung der Flugzeugleistung müssen wir mit dem Profilabschnitt beginnen. Alle vernünftigen realen Tragflächen beginnen bei etwa 120: 1 am besten L / D. Dies liegt daran, dass Sie bei einem testbaren Schaufelblatt typischerweise eine optimale Kombination von Cl = 1,2 & Cd = 0,10 haben; daher das L/D von 120:1 (lesen Sie "Abbott und Von Doenhoff" für weitere theoretische und praktische Überlegungen).

Wenn Sie Ihrem Flugzeug den Luftwiderstand von Fremdkomponenten hinzufügen, wie: Cockpits, Räder, Steuerflächen, Schmutz, Türen, Schraubenköpfe, Antennen, Flügelspitzen, Belüftung, Paneelnähte und so weiter; Sie schneiden die bestmögliche L/D-Konfiguration ab. Bei Flugzeugen wie dem Space Shuttle ergibt sich ein L/D von weniger als 5:1 (daher der Ausdruck „Flying Brick“). Andererseits hat ein typisches Flugzeug der allgemeinen Luftfahrt etwa ein L/D von 9:1. Für ein ausgeklügeltes Segelflugzeug, bei dem extrem auf die Details geachtet wird, erleidet die Konfiguration nur einen Leistungsverlust von 50 % und erreicht das oben erwähnte 60:1 L/D. Eine höhere Leistung ist sicherlich möglich, dürfte aber inkrementeller Natur sein.

Der Ausgangspunkt beim Entwerfen eines Flugzeugs legt häufig die Anfangskonfiguration so fest, dass der Reibungswiderstand der Flügelhaut gleich dem mathematischen durch Auftrieb verursachten Widerstand ist. Nach dieser Berechnung fangen wir an, die Dinge anzupassen, bis eine akzeptable Konfiguration entsteht. Je realistischer die erste Vermutung, desto eher ergibt sich die Konfiguration.

Bei der Bewertung fortschrittlicher Konzepte wie Grenzschichtabsaugung oder -blasen werden die Leistungskosten für den Antrieb der Luftpumpen beim Testen oft außer Acht gelassen; ebenso wie die Tatsache, dass viele mikroskopisch kleine Poren schnell verstopfen und unwirksam werden, seien Sie also vorsichtig, wenn Sie die Leistungsdaten der Grenzschichtkontrolle für bare Münze nehmen.

Grob gesagt wird das L/D-Verhältnis durch das Seitenverhältnis des Flügels (seine Länge zu seiner Sehnenbreite) und die Reibung der Flügeloberfläche begrenzt (weshalb Frost/Eis auf dem Flügel eine schlechte Sache ist – es nimmt dramatisch zu Flügelreibung).

Ja, Sie können ein L/D haben, das so hoch ist, wie Sie möchten. Aber ich glaube nicht, dass es Ihnen Spaß machen würde, in Millikelvin flüssigem Helium-Superfluid zu fliegen, das eine Viskosität von Null hat ...

Der Auftriebs- und Widerstandsbeiwert werden mit einem festen und einheitlichen Druck definiert. Daher sollten die Schwerkraft und das archimedische Prinzip in diesem Thema nicht behandelt werden. Das maximale Auftriebswiderstandsverhältnis wird mit unendlichen Flügeln erreicht. Die 2D-Profiloptimierung mit genetischem Algorithmus ergibt die folgende Optimierung für das Auftriebs-/Widerstandsverhältnis: 1/0,00166/0,002=300 000

https://optimization.mccormick.northwestern.edu/index.php/Wing_Shape_Optimization

Dies ist natürlich eine theoretische Grenze ... die in der gegenwärtigen realen Welt mit endlichen Flügeln, Turbulenzen in klarer Luft, Oberflächenrauheit, Wasser auf Flügeln usw. nicht viel Sinn macht ...