Was ist die aerodynamische Motivation hinter Wirbelgeneratoren?

Sie haben Recht, dass Vortex-Generatoren Widerstand erzeugen, daher hängt eine erfolgreiche Installation davon ab, einen anderen Widerstand noch weiter zu reduzieren. Die Luftstromtrennung verursacht einen erheblichen Luftwiderstand, den Wirbelgeneratoren reduzieren können. Die Energie, die von Wirbelgeneratoren verbraucht wird, die Widerstand erzeugen, wird in die Grenzschicht eingespeist, wodurch die Luftstromablösung und der eventuelle Strömungsabriss verzögert werden, was von noch größerem Wert sein könnte. Sie werden oft verwendet, um schlechte Flugeigenschaften bei einem bestehenden Design zu korrigieren. Die Illustration eines Flügelabrisses ist leicht zu verstehen, aber möglicherweise nicht die beste Verwendung von VGs, da nur wenige Flügel ständig am Rande der Trennung fliegen.

Nein. Der Wirbel trägt dazu bei, dass die Grenzschicht befestigt bleibt, sodass der Auftrieb länger erzeugt wird, wenn das Flugzeug langsamer wird und der Flügel zur Landung nach oben und hinten kippt.

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Sie verdrehen die Strömung nur in einem kleinen Bereich direkt über der Flügeloberfläche, während ein wesentlicher Teil des Gesamtauftriebs tatsächlich dadurch erzeugt wird, dass ein riesiges Luftpaket weit über dem Flügel nach unten bewegt wird. Man könnte sagen, dass sie eine Art katalytische positive Wirkung haben, die viel größer ist als ihre Kosten.

Ja, es wird Energie verbraucht, um den Wirbel zu erzeugen, aber das wird normalerweise durch die Widerstandsreduzierung der erzielten Gesamtströmungsverbesserung ausgeglichen (sie können sich drehen, aber die sich drehende Luft ist viel geordneter als zufällige Turbulenzen). Normalerweise werden VGs in lokalen Bereichen verwendet, um die abgelöste Strömung wieder anzubringen, aber das beste Beispiel dafür ist die Popularität von VGs, die als "Lamellen des armen Mannes" entlang der Flügelvorderkanten verwendet werden.

Wenn Flugzeuge VG-Kits an den Vorderkanten installiert haben, erhöht dies den Stall-AOA um etwas weniger als die Hälfte dessen, was Sie mit einem Vorflügel oder Schlitz erhalten, nicht schlecht für eine Reihe kleiner Metalllaschen. Von etwa 14-16 Grad für die meisten Tragflächen bis vielleicht 19-21 Grad (Ballpark-Zahlen zur Veranschaulichung). Bei vielen Leichtflugzeugen ist dies gut für eine Reduzierung der angezeigten Stall-Geschwindigkeit um etwa 4-6 mph. Bei leichten Zwillingen können VGs auch die minimale Steuergeschwindigkeit bis nahe oder sogar unter den Strömungsabriss senken, ein großes Sicherheitsmerkmal. Sie neigen auch dazu, das Strömungsabrissverhalten drastisch zu verbessern.

Sie würden denken, dass Vorderkanten-VGs mit einer ziemlichen Einbuße bei der Reisegeschwindigkeit einhergehen würden, aber normalerweise ist die Einbuße vernachlässigbar, wenn überhaupt, da es eine kleine Widerstandsreduzierung durch die Verringerung der strömungsgetrennten Turbulenzen im Reiseflug gibt, die die Energie ausgleicht, die zur Erzeugung der Wirbel verwendet wird . Im schlimmsten Fall wird ein leichter Zwilling mit VGs vielleicht einen Treffer von 3 Meilen pro Stunde bei Reisegeschwindigkeit sehen, aber die Sicherheitsvorteile sind zu massiv, als dass dies eine Rolle spielen könnte.

Ich werde frühere Antworten zu VGs ergänzen. Alle vorherigen drei Antworten zeigen eine Tatsache:

• Bei einem ausgelegten Flügel kann der Strömungsabrisswinkel reduziert und auch der maximale Auftrieb erhöht werden.

Die eigentliche Motivation für den Einsatz von VGs ist die insgesamt effizienteste Lösung. Ihre Argumentation ist richtig, ein VG führt Luftwiderstand ein und für einen bestimmten Anstellwinkel einen weniger aerodynamisch effizienten Flügel.

Betrachten wir das Problem jedoch aus einer anderen Perspektive. Ich habe ein Flugzeug, das ich entwerfe, und ich habe mehrere Designparameter. Stellen Sie sich vor, dass eine der Einschränkungen des Designs darin besteht, dass wir beispielsweise in der Lage sein müssen, das Flugzeug mit einem bestimmten Gewicht zu heben, aber dieser Punkt ist es nicht der nominale Punkt, sondern nur ein Designpunkt in der Hülle, für die Sie entwerfen sollen.

Im Wesentlichen sehen Sie auf Designebene, was der maximale Auftrieb ist, den Sie jemals erzeugen und mit der Oberfläche und dem dynamischen Druck multiplizieren können. Der dynamische Druck wird durch den Konstruktionspunkt vorgegeben, und Ihre Konstruktionsparameter sind die Oberfläche des Flügels und der maximale Auftrieb.

Also ... Sie sind daran interessiert, den Reiseflugzustand zu optimieren ... offensichtlich werden Sie versuchen, diesen Flügel für den gegebenen Auftrieb des Reiseflugzustands so herzustellen, dass er möglichst wenig Luftwiderstand hat.

Dies bringt Sie zu einem Kompromiss, was bietet weniger Luftwiderstand, eine zusätzliche Oberfläche oder eine Reihe von VGs? Angesichts dieses Kompromisses haben Sie die Installation von VGs oder nicht.

Im Wesentlichen werden Sie die energetisierenden Fähigkeiten von VGs nutzen, wenn es einen Kompromiss in einem bestimmten Zustand gibt. Ich habe Ihnen eine Bedingung beschrieben, die die Größe eines Flügels (typisch für ein Leitwerk) misst, aber Sie können sich auch diese Frage ansehen, in der eine andere spezifische Bedingung in Bezug auf die Triebwerksgondel diskutiert wird.