Wie wirken sich Flügelspitzenwirbel, die mit der Flügeloberfläche interagieren, auf den Luftwiderstand aus?

MEng Luft- und Raumfahrtstudent an der Southampton uni hier. Wir haben dies kürzlich ausführlich studiert und ich habe herausgefunden, dass das MIT eine Reihe von Vorlesungsunterlagen zur endlichen Flügeltheorie veröffentlicht hat, einschließlich eines wirklich nützlichen Dokuments, das sich auf Spitzenwirbel und ihren Einfluss auf die aerodynamische Leistung konzentriert ( http:// web .mit.edu/16.unified/www/SPRING/fluids/Spring2008/LectureNotes/f05.pdf ). Dies erklärt den induzierten Widerstand, der auf einen Flügel/eine andere Auftriebsfläche wirkt, der durch Spitzenwirbel verursacht wird, die einen Abwind erzeugen, der wiederum den geometrischen Anstellwinkel des Flügels verändert. Hoffe, das hilft oder gibt dir zumindest einen Ausgangspunkt für weitere Recherchen :)

Was wir allgemein als Flügelspitzenwirbel bezeichnen, ist technisch gesehen kein Wirbel im engeren Sinne. Die spiralförmig zirkulierende Luft um die Flügelspitze, die hinter dem Flügel nachzieht, ist eigentlich das Produkt zweier Prozesse:

1. Nachlaufendes Wirbelblatt

Aus dem OP wissen Sie vielleicht, dass eine Auftriebsfläche überall entlang der Hinterkante nachlaufende Wirbel abwirft. Das Ensemble dieser verschwindend kleinen Nachlaufwirbel bildet ein Wirbelblatt hinter der Flügelhinterkante. Sie wissen vielleicht auch, dass eine Wirbellinie ein zirkulierendes Strömungsfeld um sie herum induziert. Wenn Sie alle Auswirkungen der nachlaufenden Wirbel zusammenfassen, können Sie das Strömungsfeld um und hinter dem Flügel an jedem Punkt berechnen.

Das folgende Diagramm (Ref. Drela , Flight Vehicle Aerodynamics) veranschaulicht das nachlaufende Strömungsfeld um die Flügelspitze herum. Wie Sie sehen können, gibt es zwei Kerne zirkulierender Strömung, die um jede Flügelspitze zentriert sind, genau wie wir es aus der Strömungsvisualisierung sehen würden.

Aus der Luftwiderstandsperspektive ist die obige Analyse völlig identisch mit der Auftriebslinienanalyse für einen Flügel mit hohem Seitenverhältnis: Der induzierte Luftwiderstand ist der einzige Luftwiderstand, den Sie daraus ziehen werden.

2. Aufrollen der Wirbelfolie

In der vorangegangenen Diskussion haben wir angenommen, dass die nachlaufenden Wirbel in einer Linie mit der Fernfeldgeschwindigkeit nachlaufen; dh wir haben eine rechteckige nachlaufende Wirbelschicht. Aber das ist nicht ganz korrekt. Aus der Strömungsvisualisierung können wir die "Wirbel" der Flügelspitze sehen, die nach oben und weg vom Flugzeug ziehen.

Dies kann durch das Aufrollen des Wirbelblatts selbst verstanden werden, da es nicht nur mit dem Strömungsfeld, sondern auch mit benachbarten Wirbeln interagiert. Dies ist unten dargestellt (Ref. Drela , Flight Vehicle Aerodynamics).

Bei einem Flügel mit hoher Streckung ist der Effekt des Aufrollens vernachlässigbar und wir müssen uns kaum darum kümmern, wenn wir Auftrieb und Luftwiderstand abschätzen. Das Aufrollen wird viel wichtiger für Flügel mit niedrigem Seitenverhältnis, wie z. B. einem Delta-Flügel, wie unten dargestellt (Ref. Anderson , Fundamentals of Aerodynamics):

Im Fall eines Delta-Flügels induziert das Aufrollen des Wirbels einen starken Sog hinter der um den Wirbelkern zentrierten Vorderkante, was zu einem viel höheren Luftwiderstand sowie Auftrieb führt, als wenn das Aufrollen des Wirbels nicht vorhanden wäre.