Kann der induzierte Widerstand negativ sein?

Für ein Flugzeug im Geradeaus- und Horizontalflug ist der durch Auftrieb verursachte Widerstand die horizontale Komponente der Kraft senkrecht zur Flügelsehne. Positiv gewölbte Tragflächen erzeugen ab kleinen negativen Anstellwinkeln Auftrieb. Könnte also die horizontale Komponente der vom Flügel erzeugten Kraft nach vorne zeigen?

Ich würde sagen, der induzierte Widerstand ist die horizontale Komponente der Nettokraft, die möglicherweise nicht senkrecht zur Flügelsehne ist.
Wenn Sie das Konzept der "glockenförmigen Auftriebsverteilung" untersuchen und wie es "nachteiliges Gieren" reduziert, werden Sie meines Erachtens Beispiele dafür finden, wie eine Flügelspitze eher Schub als Luftwiderstand erzeugt - nicht genau, wie es funktioniert -
Nachdem ich die Antworten überprüft habe, denke ich, dass der Fehler in meiner Frage darin besteht, dass die aerodynamische Gesamtkraft nicht senkrecht zur Flügelsehne steht.
Wenn in KSP die Flügel zu klein sind und das Heck Aufwärtskraft liefert, ja, zeigt der blaue Pfeil nach vorne statt nach oben und hinten, und dann haben Sie ein Flugzeug entworfen, das selbst das Gegenteil von rechts tut.

Antworten (6)

Kann der induzierte Widerstand negativ sein?

Nicht für die vollständige Konfiguration, aber für Teile davon.

Der induzierte Widerstand ist Teil der Reaktionskraft, wenn ein Luftstrom abgelenkt wird. Diese Reaktionskraft wird in eine Komponente, genannt Auftrieb, orthogonal zur anfänglichen Strömungsrichtung und eine parallele, genannt Widerstand, aufgeteilt.

Unabhängig vom Auf- oder Abtrieb führt diese Definition nur zu einem positiven Luftwiderstand. Der geringstmögliche induzierte Widerstand ist null, wenn eine Reaktionskraft von null erzeugt wird. Jede Reaktionskraft ungleich Null erzeugt einen positiven Luftwiderstand.

Lassen Sie uns für ein Gedankenexperiment die Ablenkung in winzige Segmente aufteilen, von denen jedes den Strom etwas stärker ablenkt. Die anfängliche Durchbiegung erzeugt fast keinen Luftwiderstand. Das nächste Bit wird jedoch bereits mit einem kleinen Ausschlag beginnen und diesem sein Bit hinzufügen. Relativ zur anfänglichen Strömungsrichtung hat die Strömung hier bereits einen Winkel und die Reaktionskraft, die orthogonal zum lokalen Strömungswinkel ist, wird bereits einen positiven Widerstand haben. Je weiter wir jetzt nach unten gehen, desto mehr Luftwiderstand wird in jedem Abschnitt hinzugefügt. Die Widerstandskomponente der Reaktionskraft wird niemals negativ sein.

Die einzige Situation, in der der lokal induzierte Widerstand positiv ist, ist, wenn die lokale Strömung auf die auftriebserzeugende Oberfläche trifft, so dass die Biegung der Strömung sie näher an ihre ursprüngliche Strömungsrichtung bringt. Möglich ist dies am Höhenleitwerk einer in Längsrichtung sehr stabilen konventionellen Konstruktion, die einen Abtrieb erzeugt und im Abwind des Flügels mitfliegt.

Danke. In Diagrammen, die die Druckvektoren über dem Flügel zeigen, zeigen einige der Pfeile nach vorne, aber die meisten von ihnen zeigen nach hinten. Die Gesamtkraft zeigt immer nach hinten. Ich denke, der Fehler in meinem ursprünglichen Argument ist, dass die gesamte aerodynamische Kraft nicht senkrecht zur Flügelsehne steht.
@JamesJames Wenn wir die Reibung weglassen, ist die aerodynamische Gesamtkraft bei getrennter und vollständiger Überschallströmung tatsächlich senkrecht zur Flügelsehne. Nur die anhängende Unterschallströmung hat einen Vorderkantenschub, der die Kraft nahezu senkrecht zur Bewegungsrichtung macht.

Luftwiderstand ist per Definition eine Kraft, die das Flugzeug verlangsamt. Sie ist die Komponente aller aerodynamischen Kräfte, die parallel zur Flugbahn des Flugzeugs liegt. So verstanden, auf diese Weise, NEIN, es kann niemals negativ sein. Wenn es negativ wäre, wäre es Schub, nicht Widerstand.

Das verfehlt den Kern der Frage. Nennen wir diese hypothetische Kraft "auftriebsinduzierten Schub". Bleibt die Frage, kann es das geben?
Nun, ich glaube, ich war nicht klar genug, oder vielleicht war die logische Verbindung für einige ein zu großer Sprung. Da der Widerstand als die Komponente ALLER aerodynamischen Kräfte definiert ist, die parallel zur Flugbahn (oder zum relativen Wind) liegen, kann er nicht negativ sein. Die Summe aller durch den Fahrtwind erzeugten Kräfte MUSS in achterlicher Rückwärtsrichtung liegen! Ganz einfach, weil die Geschwindigkeit, wenn die Luft auf der Vorderseite aller Flugzeugoberflächen nach hinten drückt, höher ist als die Geschwindigkeit des relativen Winds, der auf der Rückseite des Flugzeugs nach vorne drückt. Ich hätte gedacht, das sei offensichtlich.
Es sei denn, Sie möchten den DRAG willkürlich als eine Teilmenge aller aerodynamischen Kräfte definieren, die einige der Kräfte nicht enthält, die auf die Vorderseite der Flugzeugzelle drücken.
Meine Frage bezog sich auf den durch Auftrieb verursachten Widerstand, aber Sie sprechen vom Gesamtwiderstand.
Ich verstehe das, aber eigentlich ist "Lift-Induced" Drag eine künstliche Abstraktion, die aus einer vereinfachten Analyse entsteht. Der Auftrieb kommt nicht nur vom Flügel. ALLE aerodynamischen Kräfte sind sowohl der Auftrieb als auch der Luftwiderstand. Der Auftrieb ist der Teil, der senkrecht zum relativen Wind liegt, und der Widerstandsteil ist der Teil, der parallel zum relativen Wind verläuft. Spielt es eine Rolle, dass die Kraft auf die Flugzeugzelle vom relativen Wind kommt, der auf die Unterseite des Rumpfes drückt? Der F-14 erzeugte einen erheblichen Teil seines Gesamtauftriebs aus dem Hohlraum zwischen den Triebwerksgondeln. Sollte das enthalten sein?
Zur Untermauerung Ihres Standpunkts könnte argumentiert werden (obwohl ich dies noch nie gehört habe), dass "induzierter" Luftwiderstand als die Komponenten des Gesamtwiderstands definiert werden sollte, die mit zunehmendem AOA zunehmen (hoffentlich auf die aerodynamischen Kräfte beschränkt, die von erzeugt werden der Flügel, der sich mit zunehmendem AOA weiter nach hinten neigt), aber wissen Sie was? das passiert auch mit fast allen Kräften an der Flugzeugzelle.
Um meine ursprüngliche Frage umzuformulieren, stellen Sie sich ein Tragflügelprofil in einem Windkanal vor, beginnend mit einem AOA, das keinen Auftrieb erzeugt. Die Frage ist: Ist es möglich, dass eine kleine Erhöhung der AOA den Auftrieb erhöhen und gleichzeitig den Luftwiderstand verringern könnte?
Ich verstehe, was Sie fragen wollen. Und die Antwort ist nein. ALLE aerodynamischen Kräfte wirken normal auf die lokale Oberfläche des Strömungsprofils. JEDE Erhöhung des AOA bewirkt also, dass der lokale Kraftvektor, der an jedem Punkt auf der Oberfläche des Flügels drückt, weiter nach achtern zeigt (der Flügel neigt sich nach hinten, um den AOA zu erhöhen) . Je weiter er nach achtern zeigt, bis er abreißt, desto größer wird die Komponente parallel zum Fahrtwind ...
Diese letzten beiden Kommentare sind es. Das ist alles, was gesagt werden muss. Machen Sie die „Umformulierung“ 2 der Frage und Charles' Kommentar direkt über der Antwort. Alles andere löschen. Nur meine Meinung (und um ein paar gute Antworten nicht wegzunehmen), aber hier gibt es eine Menge irrelevanter Dinge, die nicht wirklich helfen ...

Für ein Flugzeug im Geradeaus- und Horizontalflug ist der durch Auftrieb verursachte Widerstand die horizontale Komponente der Kraft senkrecht zur Flügelsehne.

Keine Antwort hat bisher ausdrücklich darauf hingewiesen, dass diese Definition von "induziertem Widerstand" falsch ist. Es wäre interessant zu wissen, wo Sie darauf gestoßen sind. Im Horizontalflug ist der durch Auftrieb verursachte Widerstand die horizontale Komponente der Nettokraft, die durch den Flügel erzeugt wird .

Ich denke, Sie haben den Fehler in meiner ursprünglichen Argumentation richtig identifiziert. Die aerodynamische Gesamtkraft steht nicht senkrecht zur Flügelsehne.

Nicht bei Starrflügelflugzeugen, aber bei Rotorflügelflugzeugen passiert dies und ist der Hauptantriebsmechanismus für die automatische Rotation. Der als angetriebener Bereich bekannte Abschnitt eines Rotorblatts weist eine effektive Auftriebskraft auf, die in die Drehrichtung des Rotors gekippt ist und die Rotorblätter mittels der durch die Rotorscheibe strömenden Luft antreibt.

Die Autorotation funktioniert so ziemlich wie das Gleiten in Flächenflugzeugen. Der induzierte Widerstand an den Blättern ist in Richtung des relativen Windes nach hinten, es ist nur so, dass der Auftrieb selbst weit genug nach vorne geneigt ist, um die Autorotation aufrechtzuerhalten.
… man könnte möglicherweise sagen, dass die induzierte Leistung negativ ist (je nach Definition; da bin ich mir nicht sicher), aber nicht über den induzierten Widerstand der einzelnen Blätter.

Lassen Sie uns das aus einer anderen Richtung angehen.

Nehmen Sie an, dass es möglich ist, eine Flügelposition zu finden, die eher Schub als Widerstand erzeugt. Schub oder Luftwiderstand ist eine Frage des Luftstroms über der Oberfläche. Um Schub zu erzeugen, müssen wir einen Netto-Vorwärtsluftstrom haben. Bringen Sie einen angezeigten Luftgeschwindigkeitssensor vor dem Flügel an, was sagt er aus? Negativ.

Kann ein Flugzeug rückwärts fliegen? Nein, es würde ins Stocken geraten. Daher muss unsere anfängliche Prämisse falsch sein - es ist unmöglich, insgesamt einen Nettoschub von der Flugzeugzelle zu haben. (Es ist möglich, es für einen Teil der Flugzeugzelle zu haben .)

Diese Antwort verfehlt die Unterscheidung zwischen durch Auftrieb verursachtem Widerstand und parasitärem Widerstand. Bei einem Anstellwinkel, der keinen Auftrieb erzeugt, entsteht ein parasitärer Luftwiderstand. Aber könnte durch eine geringfügige Erhöhung des Anstellwinkels und die Erzeugung eines geringfügigen Auftriebs eine kleine Vorwärtssaugkraft erzeugt werden? Was würde den Gesamtwiderstand verringern, obwohl der Nettowiderstand rückwärts bleibt? Das ist die Frage.
@JamesJames hat über Segelboote gelesen (sie verwenden tatsächlich 2 Arbeitsflüssigkeiten, Luft und Wasser, um "negativen Luftwiderstand" zu erzeugen). Einige Leute hier flippen wegen Grundlagenforschung aus. Wenn es für sie nicht wie ein Flugzeug aussieht, geht es nicht um die Luftfahrt.
@RobertDiGiovanni Segelboote sind ein anderer Fall, Sie haben zwei Flüssigkeiten mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften. Da dies "Luftfahrt" ist, würde ich davon ausgehen, dass es sich ausschließlich auf das Handwerk in der Luft bezieht.
@LorenPechtel "Zwei Flüssigkeiten mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften", die beide eine Vorwärtskraft erzeugen. Ich denke, JamesJames ist auf dem richtigen Weg. Ich würde empfehlen, Polare auf airfoiltools.com zu studieren. Bei niedrigeren Anstellwinkeln (vor dem Strömungsabriss) mit ausreichender Reynolds-Zahl und Wölbung erzeugt die Vorwärtskraft von der oberen Saugspitze genügend "-Widerstand", um den Nettowiderstand viel geringer zu machen , was zu einigen ziemlich beeindruckenden Verhältnissen von Auftrieb zu Widerstand führt.
@RobertDiGiovanni, Wasser erzeugt auf einem Segelboot keine Vorwärtskraft. Wie kann es?
@MichaelHall (und Loren Pachtel) es dreht sich alles um den Fluss über eine lokale Oberfläche relativ zur Fahrtrichtung des Handwerks. Ein außermittiger Rumpf kann eine Auftriebskraft erzeugen, ebenso wie ein Propeller!
Siehe Segelboot- Referenz.
Danke @RobertDiGiovanni, als ich meine Frage stellte, dachte ich an Blackbird, ein Fahrzeug, das schneller als der Wind gegen den Wind und gegen den Wind fahren kann. en.wikipedia.org/wiki/Blackbird_(Windkraftfahrzeug)
@JamesJames Die Amsel funktioniert in der Luft gegen den Boden, nicht in reiner Luft. Ich spreche nur von einer Umgebung mit reiner Luft.

Das Verständnis der Beziehung von Luftwiderstand und Schub in der Flugzeugkonstruktion ist entscheidend für die Entwicklung effizienter treibstoffsparender Flugzeuge.

Aus der Flugzeugreferenz ist Schub Kraft in Richtung der Fluglinie, Luftwiderstand ist Widerstand (aus der Luft) gegen diesen Weg. Da sie direkt linear entgegengesetzt sind, ist Schub = - Widerstand mathematisch korrekt und kann aus der stationären Formel Schub + Widerstand = 0 abgeleitet werden.

Das Erkennen dieser (einfachen) Beziehung kann helfen, andere Phänomene zu erklären, wie z. B. "Autorotation", extrem geringen Nettowiderstand von Tragflächen, die Vorteile von Vorflügeln und (alle zusammengenommen) das Design hochfliegender Vögel.

Alle Segelflugzeuge versuchen, einen Aufwind zu finden, der größer ist als ihre Sinkrate. Der breite, stark gewölbte Flügel des Adlers ist genau das, was Verkehrsflugzeuge bei der Vorbereitung auf die Landung nachahmen und es ihnen ermöglichen, auf etwa 1/3 ihrer Reisegeschwindigkeit zu verlangsamen.

Aber was ist mit den geschlitzten Flügelspitzen? Könnten sie den Aufwind nutzen , um Schub zu liefern ? Dies scheint für automatisch rotierende Hubschrauber ziemlich gut zu funktionieren , also ...

Durch Ändern des relativen Windes weg von der Flugbahn kann der Luftwiderstand an einem Teil des Flugzeugs eine Schubkraft (negativer Luftwiderstand) auf die Fluglinie erzeugen. Dies wird erreicht, indem eine lokalisierte horizontale Auftriebskomponente zur Fluglinie erzeugt wird.

Um die strengen Definitionen beizubehalten, ist es wichtig, dass der Luftwiderstand dem Schub entgegenwirkt, aber ein lokalisierter Auftrieb durch induzierten Widerstand kann eine Schubkraft in Flugrichtung erzeugen.

Nun, um auf den Punkt der Frage zu kommen, die Amsel und das Segeln gegen den Wind im Allgemeinen, der Schlüssel ist, mechanische Energie aus einer Widerstandskraft zu extrahieren und sie zu verwenden, um eine effizientere Schubkraft in Fahrtrichtung zu erzeugen .

Zurück zum Schub = - ziehen

Fügen wir hinzu:

Schub = -Widerstand × Umwandlungseffizienz

Das einfachste Modell wäre ein Anemometer. Mechanische Energie wird durch den Unterschied im Luftwiderstandsbeiwert zwischen dem geschlossenen und dem offenen Ende eines Bechers entzogen . Mit einem riesigen Windmesser konnte man eine Amsel bauen, die bei ausreichendem Wind in alle Richtungen rollte.

mit dem Wind, schneller als der Wind

Etwas anspruchsvoller. Jetzt können wir die extrahierte Energie nehmen und sie verwenden, um ein rotierendes Tragflächenprofil , einen Propeller , anzutreiben . Tragflügel können ein Vielfaches an Auftriebskraft pro Luftwiderstandseinheit erzeugen.

Also wenden wir uns Eisbooten zu, die leicht schneller als der Wind segeln können, indem sie den Luftwiderstand minimieren . Der Energieeintrag aus dem Wind wird durch das Segelprofil verstärkt und erzeugt eine Schubkraft , die "wegläuft", bis der Gesamtwiderstand (vom gesamten Fahrzeug) = Schub (stationärer Zustand) ist.

Der Blackbird-Antrieb scheint eine Form der "Autorotation" zu sein (wobei der innere Teil des Propellerblatts die Widerstandsenergie absorbiert und der äußere Teil anhebt).

Oh Mann – wirst du mich dazu bringen, wieder über Vorwind-schneller-als-der-Wind-Fahrzeuge nachzudenken? Soll ich die nächste Woche meines Lebens in meinem Kalender streichen? Sag einfach nein--
Offenbar ist es geschafft.
Kann der induzierte Widerstand negativ sein?
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