Warum wurde das Boot auf der Flugjacht „Landseaire“ so an der Flügelunterseite montiert?

Der Grund ist das "flache Heck" des Bootes. Der Widerstand, den dieses "flache Heck" erzeugt, wenn er "rückwärts" montiert ist, ist viel geringer als der dynamische Widerstand, den er umgekehrt verursachen würde.

https://en.wikipedia.org/wiki/Drag_(Physik)

Ich verstehe nicht, wie der Link erklärt, warum die flache Seite weniger Luftwiderstand erzeugt als die spitze Seite. – Ron Beyer

Die veröffentlichten cwKoeffizienten (siehe Antwort von @jwzumwalt ) zeigen den besten Wert für die dem Luftstrom zugewandte Tropfenform .

Es gibt keinen Eintrag für einen umgekehrten Drop . Aber es ist offensichtlich, dass es einen höheren cwKoeffizienten hätte.

Ein genauerer Blick auf das Boot offenbart, dass es auch eine Tropfenform hat . Aber dies ist zu seinem Schwanz gerichtet. Daher erzeugt das Boot weniger Widerstand, wenn es "rückwärts" montiert wird.

Wenn dies der Fall wäre, würde das Boot nicht auch weniger Widerstand verursachen, wenn es sich rückwärts durch das Wasser bewegt? – andy-m

Es könnte aber sein, dass der normalerweise Tiefgang des Bootes nicht so tief ist, dass ein relevanter Teil des "flachen Hecks" tatsächlich im Wasser ist. Quelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2d/Bundesarchiv_B_145_Bild-F056332-0004%2C_Bonn%2C_Bundesgartenschau%2C_Seen.jpg

Andererseits könnten kleine Turbulenzen am Heck des Bootes helfen, die Richtung zu halten, wenn kein Steuerpaddel vorhanden ist ...

Diese Erklärung ist falsch - ein Anemometer dreht sich, wobei die nach vorne gerichtete, stumpfe Hälfte der Halbkugel den größten Luftwiderstand verursacht - en.wikipedia.org/wiki/Anemometer – jwzumwalt

Der wichtigste Unterschied zwischen dem Anemometer und dem Widerstandsexperiment ist:
Die Halbschalen im Anemometer sind hohl , was den Wind viel besser "einfängt" als die ebene Oberfläche der gefüllten Halbschalen im Experiment.

Bei der kleineren Frage, warum es so weit vom Körper entfernt montiert ist, ist es in diesem Fall eigentlich der einzig verfügbare Platz; Die Catalina ist amphibisch, daher würde die Montage am Rumpf / Rumpf Probleme bei Operationen außerhalb des Wassers verursachen. Die innere Struktur des Flügels muss ebenfalls berücksichtigt werden: Das Boot kann nur dort befestigt werden, wo es einen strukturellen harten Punkt und eine Methode zum Lösen des Bootes gibt. In diesem Fall wird das Boot dort montiert, wo normalerweise die Unterflügellager angebracht würden, sodass bereits ein Auslösemechanismus und eine interne Stützstruktur vorhanden sind: underwing.jpg

Was die Hauptfrage betrifft, mein Doktortitel ist im Hyperschalldesign, daher bin ich bei Unterschall etwas verschwommen, aber obwohl die Rückwärtsmontage des Bootes den Frontalwiderstand erhöht, verringert der scharfe Bug nach hinten die Strömungstrennung. Strömungstrennung reduziert den Druckwiderstand Dies würde dazu beitragen, Nachlaufturbulenzen zu reduzieren und Buffeting über dem Heck zu reduzieren. Möglicherweise minimiert es auch Störungen in der Propellerwäsche, da das Boot so nah am Motor montiert ist. Obwohl die flache Front nicht optimal für den Luftwiderstand ist, ist das ganze Boot in diesem Fall eher wie eine Tropfenverkleidung geformt, mit einer schärferen Hinterkante. Ohne Windkanaldaten oder CFD-Analysen, um diese Theorie zu untermauern, ist es nur meine Vermutung: Wie andere gesagt haben, könnte es einfach sein, dass die Kontur des Bootes auf diese Weise besser zum Flügel passt.

Die Befestigung des Bootes, wie im Bild zu sehen, um den Luftwiderstand zu reduzieren, mag vernünftig erscheinen. Die Wahrheit ist jedoch manchmal seltsamer als die Fiktion. Auf Seite 3-17 von "Fluid-Dynamic-Drag" von Hoerner wird uns der Widerstand verschiedener 2D- und 3D-Objekte gegeben.

Sowohl das 2D- als auch das 3D-Objekt mit dem stumpfen Ende nach hinten – genau wie das Boot sich durch Wasser bewegt – hat den geringsten Luftwiderstand. Der Widerstand im Wasser wird dem Widerstand in der Luft sehr ähnlich sein, und das Boot sollte in den Wind zeigen, um den geringsten Widerstand zu haben.

Im 3D-Widerstandsprofil haben die Abbildungen Nr. 2 und 3 einen CD-Wert von ~0,40, während die entgegengesetzte Richtung (Nr. 8 und 9, zuerst stumpf) einen CD-Wert von ~1,20 oder etwa dreimal so viel hat.

Wenn die Absicht darin bestand, den Luftwiderstand zu verringern, haben die Designer oder Mechaniker, die das Boot ohne Windkanaldaten installiert haben, einen Fehler gemacht! Es ist aber auch möglich, dass das Boot in dieser Richtung liegt, weil der Bug höher ist und besser zur Flügelwölbung passt. Das Boot scheint ziemlich gut zur Wölbung zu passen. Beachten Sie die Kurve der Bootsschiene im anderen Bild.

Wir können uns ein reales Beispiel ansehen und sehen, dass die Windkanaldaten korrekt sind. Hoerner bietet im selben Buch Cd für verschiedene "Bootsschwanz" -Geschossformen und sie haben auch den geringsten Luftwiderstand mit dem stumpfen Ende nachlaufend. Geschosse könnten eine andere Form haben, als wir es gewohnt sind, aber Tests zeigen, dass ein Geschoss mit einer scharfen Spitze und einem stumpfen Hinterteil den geringsten Cd hat.

Tatsächlich war die Bell X-1 "eine 'Kugel mit Flügeln', ihre Form ähnelt stark einer Maschinengewehrkugel vom Kaliber .50 (12,7 mm) von Browning" - https://en.wikipedia.org/wiki/Bell_X- 1

Ein Anemometer dreht sich, weil die nach vorne gerichtete, stumpfe Hälfte der Halbkugel den größten Luftwiderstand hat, was bedeutet, dass das Boot für den geringsten Luftwiderstand in die falsche Richtung fährt - https://en.wikipedia.org/wiki/Anemometer

Beachten Sie, dass die dreieckige Form mit ihren scharfen Ecken auch nicht intuitiv zu dem ist, was wir normalerweise erwarten würden.

Ich denke, die Widerstandstabelle zeigt den Widerstand des Bootes genau an. Was ein Missverständnis zu verursachen scheint, ist, dass wir normalerweise feststellen, dass ein nach vorne gerichteter, stumpfer Blended Body den geringsten Luftwiderstand hat, aber in diesem Fall hat das Boot scharfe Ecken , die den ansonsten glatten Fluss „stolpern“ lassen können. Die scharfen Ecken machen dies zu einer Ausnahme von der Regel, wie im Schleppdiagramm dargestellt.

Was den Grund an dieser Position angeht, scheint die Antwort einfach zu sein – dort sind die Aufhängungen für Bomben und Torpedos – also macht das Anbringen der Beiboote Sinn, sowohl aus struktureller als auch aus Wartungssicht. Aus dem verlinkten Artikel :

Unter jedem Flügel, wo früher Bomben und Torpedos hingen, sind zwei 14-Fuß-Schlauchboote.

Was die Ausrichtung betrifft, sieht es so aus, als wäre sie so gewählt worden, dass das Boot eng an der Unterseite des Flügels anliegt. In mehreren Artikeln wird immer wieder darauf angespielt:

Hier

Jedes Boot passt eng an den Flügel und wird durch eine eingebaute elektrische Hebevorrichtung angehoben oder abgesenkt.

und hier

Die Landseaire hatte 14-Fuß-Beiboote unter jedem Flügel, die bündig an Kabeln hochgezogen wurden, die einst Torpedos und Bomben gehoben hatten ...

Beachten Sie, dass das betreffende Foto eine Produktdemonstration zeigt und so aussieht, als wären Boote in beiden Ausrichtungen am Flügel befestigt - Bug zuerst

Landseaire mit dem Boot, das zuerst mit dem Heck ausgestattet ist; Bild aus Flightglobal-Archiven

und auch streng zuerst:

N68740 in Ontario, Kalifornien im April 1957 als Umbau einer "Landseaire"-Luftyacht für Führungskräfte; Bild aus der Sammlung Ed Coates

Grundsätzlich bezieht sich diese Frage auf die Reynoldszahl und die dynamische Ähnlichkeit .

Damit ist die Strömung etwa zweier ähnlicher geometrischer Formen ähnlich und damit auch ihr Luftwiderstandsbeiwert$C_D$beide Reynolds-Zahlen der jeweiligen Strömungen ähnlich sein $Re$und Machzahlen$M$muss das Selbe sein. Die Machzahl hängt mit der Kompressibilität zusammen, und für den vorliegenden Fall (Unterschallflugzeug und -boot) sind Kompressibilitätseffekte vernachlässigbar, also konzentrieren wir uns darauf$Re$.

Die Reynolds-Zahl ist im Wesentlichen das Verhältnis von Trägheits- zu viskosen oder Reibungskräften, die in einer Strömung vorhanden sind:

Die Reynolds-Zahl ist eine Funktion der Länge des Körpers (in diesem Fall des Bootes), der Strömungsgeschwindigkeit und der Viskosität (Dicke/Klebrigkeit) der Flüssigkeit.

Lassen Sie uns schätzen$Re$für das Boot im Wasser und an der Flugzeugtragfläche montiert:

Angenommen, das Boot ist ungefähr$3m$lang und bewegt sich im Wasser an$2m/s$, und unter der Annahme, dass das Flugzeug bei kreuzt$200$km/h bei$10\:000$ft, können wir schätzen$Re$Verwenden Sie diesen praktischen Rechner und die Flüssigkeitseigenschaften von Wasser und Luft, die Sie hier finden (Sie können es auch einfach von Hand machen, es ist eine einfache Formel).

Es wird festgestellt, dass:

Auf dieser Grundlage sollten die gleichen Stromlinien- und Widerstandsreduzierungsprinzipien gelten, und sie wären wahrscheinlich besser dran gewesen, das Boot in die andere Richtung zu platzieren, dh in der gleichen Ausrichtung, in der es im Wasser stromlinienförmig ist.

Es könnte jedoch sein, dass sie es einfach so platziert haben, weil es im Gegensatz zu aerodynamischen Gründen einfacher zu montieren war.

PS: Das hatte ich halb erwartet$Re$des Bootes, das am Flugzeug montiert ist, viel höher als im Wasser zu sein, in diesem Fall hätte ich darauf hingewiesen, dass, wenn die$Re$eines Körpers, der in eine Strömung eingetaucht ist, sehr unterschiedlich ist, würden die gleichen Stromlinienprinzipien nicht gelten, obwohl es in diesem Fall so scheint, als würden sie es tun.

Wenn das Boot umgekehrt war, kann es selbst einen gewissen Auftrieb erzeugen, wodurch die Tragfläche nach unten gezogen wird, oder es kann eine Wirkung auf den Auftrieb haben, der von der oberen Oberfläche der Tragfläche erzeugt wird, und auf diese Weise den Auftrieb verweigern. Indem der Luftstrom unter dem Flügel turbulent gemacht wird, verringert sich die Tendenz, dass der Druck abfällt.

Dieses Boot unterliegt in dem Bereich, in dem Kompressibilitätseffekte vernachlässigbar sind, einer subsonischen Aerodynamik. In diesem Bereich sind stromlinienförmige Körper tropfenförmig mit einer runden Vorderseite, die Kräfte bereitstellt, und einer verjüngten Rückseite, um Ablösungsblasen und damit einhergehenden Luftwiderstand zu vermeiden.

Das Boot hat keine abgerundeten Enden. Legen Sie also sein verjüngtes Ende nach achtern, um eine der beiden Eigenschaften von Unterschallstromlinienkörpern auszunutzen.

Und das Heck hat teilweise eine abgerundete Form, was vorne zur Stromlinienform beiträgt, nicht hinten. Die ebene Fläche hilft weder vorne noch hinten.

Ohne den genauen Cd aus Windkanalmessungen oder CFD zu kennen, hat das Boot wahrscheinlich den geringsten Widerstand, wenn der Bug nach hinten zeigt.

Andere haben geantwortet, dass die Boote so weit außen liegen, weil sie an den für Kampfmittel vorgesehenen Aufhängungen hängen.
Der Grund, warum die Hardpoints selbst so weit außen liegen, ist zweierlei: Die Munition ist frei von der Propwash, um den Luftwiderstand zu verringern, und wenn sie herunterfällt, trifft sie nicht auf die Streben. Beide Gründe gelten auch für die Boote.

Das Boot und der Flügel können zusammen als eine aerodynamische Form betrachtet werden. Das Heck (des Bootes) befindet sich in einer Region, in der die Flügel-AOA den relativen Luftstrom am meisten verlangsamt.

Wie "Doppelflügelspieler" wissen, ist die Rückseite der Flügelunterseite der Ort, an dem sich der Luftstrom von der Unterseite des Flügels mit der Daunenwäsche des oberen Flügels wiedervereinigt. Die Strömung ist hier viel schneller und turbulenter. Die Eigenschaften des Luftstroms an der Hinterkante wurden vor einem Jahrhundert untersucht und auf STOL-Flugzeuge als Junkers-Klappen angewendet .

Für diese spezielle Kombination aus Boot und Flügel würde die Art und Weise, wie sie montiert ist, den geringsten Luftwiderstand erzeugen.