Wie beeinflusst das Seitenverhältnis des Flügels Auftrieb und Luftwiderstand?

Ich weiß, ähnliche Fragen gibt es überall im Internet (und auch auf dieser Website), aber es gibt eine Sache, die ich einfach nicht verstehen kann und keiner der Artikel, die ich gelesen habe, konnte es richtig erklären.

Laut Wikipedia hängt der Luftwiderstandsbeiwert folgendermaßen von der Streckung ab:

C D = C D 0 + ( C L ) 2 π e A R
Aber wenn ich suche, warum es diese negativen Auswirkungen hat, lese ich Dinge wie "Ein hoher AR erzeugt stärkere Wirbel an der Spitze der Flügel, die den Auftrieb verringern" .
Das Reduzieren des Auftriebs reduziert jedoch den Zähler des Ausdrucks, sodass der Luftwiderstand tatsächlich REDUZIERT werden sollte. Tut das C L irgendwie auch abhängen A R ? Wenn ja, ist die Abhängigkeit auch linear oder geringer?

Und was mich auch umhaut, sind Aussagen, dass der Flügel, der die ganze Breite eines Windkanals überspannt, keinen induzierten Widerstand erzeugt, weil er keine Flügelspitzen hat. Willst du mir damit sagen, dass der induzierte Luftwiderstand nur durch Flügelspitzen verursacht wird? Aus den Bildern unter Wie umfassend ist unser Verständnis von Auftrieb? Man würde meinen, dass der Luftwiderstand ein natürlicher Teil des Auftriebs ist und auch in 2D durch das Tragflächenprofil verursacht wird, ohne die Flügelspitzen zu berücksichtigen.

Also, um es zusammenzufassen, können Sie mir bitte richtig erklären:

  1. Wie beeinflusst die Streckung den induzierten Widerstand, warum ist der AR im Nenner?
  2. Wie beeinflusst es den Auftrieb?
  3. Was wirklich an den Flügelspitzen passiert
  4. Was im Windkanal an einem Flügel passiert, der seine ganze Breite überspannt
Ein niedriger Aspekt würde stärkere Wirbel für eine bestimmte Flügelfläche erzeugen. Hier gibt es gute und schlechte Informationen, aber mit der Zeit werden sie aussortiert. Mein Verständnis ist, dass der induzierte Luftwiderstand durch Erhöhen des Anstellwinkels verursacht wird, um Auftrieb zu erzeugen. Dies erhöht auch den Luftwiderstand, sodass CDo ein induzierter Luftwiderstand hinzugefügt wird. Hoffen Sie, dass die Informationen hier helfen, es zu klären.

Antworten (2)

Ihr Verdacht führt Sie in die richtige Richtung. Vieles, was Sie im Internet über induzierten Widerstand lesen, ist zumindest irreführend, wenn nicht sogar eklatant falsch. Aber es wird von schlampigen Autoren wiederholt, die nicht die richtigen Fragen stellen.

Wenn Sie Sachen gelesen haben wie „ hoher AR erzeugt stärkere Wirbel an der Flügelspitze, die den Auftrieb verringern “, treffen Sie eine völlig falsche Aussage. Die irreführende Version davon ist, dass eine hohe AR schwächere Wirbel erzeugt . Für eine hoffentlich bessere Erklärung wenden Sie sich bitte an diese Antwort .

Nun zu deinen Fragen:

  1. Wie beeinflusst die Streckung den induzierten Widerstand, warum ist der AR im Nenner?

Die überraschende Antwort: Es ist der Auftrieb pro Spannweiteneinheit und der Kehrwert des Quadrats der Fluggeschwindigkeit, die den induzierten Widerstand bestimmen. Ein weiterer Einfluss ist die Verteilung des Auftriebs über die Spannweite, aber die Streckung spielt keine Rolle. Siehe diese ausgezeichnete Antwort von @DeltaLima für eine Erklärung oder diese für eine längere.

  1. Wie beeinflusst es den Auftrieb?

Indirekt durch Erhöhen der Steigung der Auftriebskurve .

  1. Was passiert wirklich an den Flügelspitzen?

Auf der Oberseite dreht der Sog den Luftstrom nach innen, sodass die Luft eine Rotationskomponente erhält und ein Teil von unten nach oben um die Spitze strömt. Aufgrund der geringen Flügelspitzenkrümmung hat dieser Wirbel im Kern einen geringen Druck (und lässt Luft früh kondensieren), ist aber insgesamt schwach und eher unbedeutend. Der eigentliche nachlaufende Wirbel entsteht durch ein Aufrollen des Kielwassers, aber selbst das erzeugt keinen Luftwiderstand.

  1. Was passiert im Windkanal an einem Flügel, der seine ganze Breite überspannt?

Bitte lesen Sie die Antworten auf diese Frage .

Ich habe eine ergänzende Frage. Sie schrieben "Eine höhere Spannweite ermöglicht es, mehr Luft für die Auftriebserzeugung einzufangen" . Das bedeutet, dass bei niedrigerem AR mehr Luft an den Spitzen "austritt" und nicht an der Erzeugung von Auftrieb beteiligt ist. Aber es ist immer noch an der Erzeugung von Luftwiderstand beteiligt, warum? Die verknüpften Antworten spielen nur mit der Transformation der Gleichung, um die Beziehungen mathematisch darzustellen. Aber ich suche mehr nach einer Antwort, WARUM die Gleichung so aussieht, wie sie es tut. Nehmen wir an, ich möchte die gesamte Flügelfläche gleich halten. Warum wirkt sich der niedrige AR negativ auf den Luftwiderstand aus, warum erzeugt die austretende Luft keinen Auftrieb, aber dennoch einen induzierten Luftwiderstand?
Wenn sie die Gleichung auflösen und zeigen, dass der induzierte Luftwiderstand tatsächlich von der Spannweite abhängt, frage ich mich, was passiert, wenn ich die Flügelfläche sehnenweise vergrößere. Warum verringert die spannweitenmäßige Vergrößerung der Fläche den induzierten Widerstand, die sehnenförmige Vergrößerung der Fläche jedoch nicht?
@ Youda008: Es gibt keine Luft, die nur Auftrieb oder Widerstand erzeugt. Die gesamte Luft erzeugt eine aerodynamische Kraft, die per Definition in Auftriebs- und Widerstandskomponenten aufgeteilt ist. Ein niedrigerer AR bedeutet eine stärkere Ablenkung von weniger Luft bei gleicher Auftriebskraft, und eine größere Ablenkung bedeutet eine stärkere Rückwärtsneigung der aerodynamischen Kraft. Die nach hinten gerichtete Komponente dieser Kraft (ohne reibungsbezogene Komponenten) ist der induzierte Widerstand.
@Youda008: Mehr Akkord bedeutet nur, dass die gleiche Luft über einen längeren Strömungsweg beeinflusst werden kann. Das bedeutet mehr Auftrieb, aber auch mehr Rückwärtsneigung. Eine größere Spannweite kann mehr Luft beeinflussen, die weniger Auslenkung benötigt, um den gleichen Auftrieb zu erzeugen. Weniger Durchbiegung = weniger Rückwärtsneigung = geringerer induzierter Widerstand. Wenn das nicht hilft, bin ich verrückt, es zu erklären.
Ohhh, DAS war das fehlende Rätsel. Das Verbreitern des Flügels in Sehnenrichtung entspricht also im Grunde einer Erhöhung der AoA oder dem Einsatz von Landeklappen?
@ Youda008: Ich ziehe es vor zu sagen "den Flügelakkord verlängern", aber ja, es ist ungefähr äquivalent.

Nun, lass uns diese Teile deines Verstandes aufsammeln und das klären.

CDtotal = CDo + Clsquared/pi xex AR

Beim Lesen der NASA-Website wird Folgendes abgeleitet.

  1. CDo ist der Null-Auftriebswiderstand, im Wesentlichen alles außer dem, was Auftrieb erzeugt. Der Einfachheit halber berücksichtigen sie nur den induzierten Widerstand des Flügels, obwohl sich Rumpf- und Heckwiderstand mit AoA ändern.

  2. Der Rest ist induzierter Widerstand vom Flügel. Der Luftwiderstand nimmt mit zunehmendem Cl-Quadrat zu, mehr Luftwiderstand ist ein Produkt von mehr Auftrieb. Der Luftwiderstand nimmt mit zunehmendem AR ab. Schau dir ein Segelflugzeug an.

Warum macht ein erhöhtes Seitenverhältnis einen Flügel bei gleicher Fläche effizienter (mehr Auftrieb pro Schubeinheit)? Ganz einfach, weil es am Ende des Flügels ein Druckleck gibt, wodurch er weniger Auftrieb pro Fläche erzeugt als der Rest des Flügels. Je kleiner die Flügelspitzensehne relativ zur Fläche des Flügels ist, desto kleiner ist der Prozentsatz dieses Auftriebsverlusts relativ zum Gesamtauftrieb. Aus diesem Grund benötigt ein Flügel mit niedrigerer Streckung und gleicher Fläche eine höhere AOA, um den gleichen Auftrieb zu erzeugen, was mehr Luftwiderstand (und energischere Wirbel) erzeugt. Das Flugzeug muss mehr Leistung hinzufügen, um die Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten, daher ist der Flügel mit höherem Aspekt effizienter. So hängt das Seitenverhältnis mit dem Luftwiderstand zusammen und warum steht sein Wert im Nenner.

Denken Sie daran, dass Wirbel das ERGEBNIS der Auftriebserzeugung sind. Sie sind buchstäblich ein Ausdruck dafür, wie viel Energie der vorbeifliegende Flügel in die Luft abgegeben hat. Der Auftrieb gibt an, wie effizient die Luftbewegungsenergie genutzt wurde. Ziehen = Schub!

Schließlich wäre ein Flügel, der den gesamten Windkanal überspannt, nützlich, um sich auf die Tragflächenformleistung bei verschiedenen AoA zu konzentrieren und einen "unendlichen" AR-Datenpunkt zum Vergleich mit einer Reihe von zu testenden AR bereitzustellen.

Wie beeinflusst das Seitenverhältnis des Flügels Auftrieb und Luftwiderstand?
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