Welche Faktoren gehen in den Momentenbeiwert eines Flügels ein?

So sehr ich versuche, Aerodynamik zu erklären, ohne auf mögliche Theorie zurückzugreifen , manchmal ist es tatsächlich hilfreich. Interpretiert man die Druckverteilung um einen Flügel als Summe von

1. eine Anstellwinkelverteilung von Null aufgrund von Wölbung und
2. die Birnbaum-Druckverteilung aufgrund des Anstellwinkels,

die sache sollte klarer werden.

Links zeige ich ein gewölbtes Schaufelblatt bei Null-Anstellwinkel und rechts ein ungewölbtes Schaufelblatt bei unterschiedlichen Anstellwinkeln. Das erste gewölbte Schaufelblatt ist ein Joukowsky -Typ, der einen Bogenabschnitt für seine Wölbungslinie hat. Der darunter hat eine unregelmäßige Wölbungslinie, die einfach die Mitte zwischen seinen beiden Oberflächen ist. Wenn Sie an verschiedenen Sehnenpositionen Kreise in das Profil zeichnen, ist die Wölbungslinie die Verbindung der Mittelpunkte dieser Kreise. Je höher die örtliche Krümmung der Wölbungslinie ist, desto höher ist der örtliche Auftrieb an dieser Sehnenstation.

Das Bemerkenswerte am ungekrümmten Profil ist, dass seine Auftriebsverteilung über die Sehne zwischen verschiedenen Anstellwinkeln geometrisch ähnlich ist. Es skaliert nur in der Größe, behält aber seine allgemeine Form. Daher liegt sein Druckmittelpunkt für alle Winkel am Viertelpunkt.

Der Auftrieb aufgrund der Wölbung ändert sich nicht mit dem Anstellwinkel und kann zum Auftrieb des symmetrischen Schaufelblatts addiert werden, um den Gesamtauftrieb für ein gewölbtes Schaufelblatt bei einem Anstellwinkel ungleich Null zu erreichen. Da der Sturzauftrieb bei kleinen Anstellwinkeln den Gesamtauftrieb dominiert und mit zunehmendem Anstellwinkel immer unbedeutender wird, verschiebt sich der Druckmittelpunkt mit zunehmendem Anstellwinkel vom Sturzpunkt zum Viertelpunkt .

Setzt sich der Auftrieb aus einer am Viertelpunkt wirkenden Kraft plus einem Offset-Moment zusammen, so wird dieses Moment nur durch den Sturzauftrieb bestimmt. Da dieser über den Anstellwinkel konstant ist, ist dies auch das Offset-Moment.

Dies alles gilt streng genommen nur in reibungsfreier 2D-Strömung, gibt aber eine gute Annäherung an echte Flügel mit ausreichendem Seitenverhältnis und ohne Strömungsablösung. Die Viskosität wird das Bild ein wenig durcheinander bringen und bei einem kleineren Seitenverhältnis wird sich der Druckmittelpunkt des symmetrischen Flügels nach vorne bewegen, aber für die meisten Flugzeuge fängt das Obige die Realität ziemlich gut ein.

Ich verstehe, dass es für einen positiv gewölbten Flügel ein Moment aufgrund der Auftriebskraft (oben erwähnt) und auch ein weiteres intrinsisches Moment nach unten (von dem ich denke, dass es für alle Anstellwinkel konstant ist) ausschließlich aufgrund der gewölbten Form gibt der Flügel.

Nur wenn Sie sich entscheiden, Ihre Auftriebskraft außerhalb des Viertelpunkts angreifen zu lassen. Dann erzeugt das durch den Abstand zwischen dem Kraftvektor und dem Viertelpunkt verursachte Auftriebsmoment dieses Moment aufgrund der Auftriebskraft. Greift der Auftrieb jedoch im Viertelpunkt an, bleibt nur noch das für alle Anstellwinkel konstante Eigenmoment nach unten übrig.

Dieses Eigenmoment ist ungleich Null, wenn der Auftrieb ungleich Null oder sogar Null ist.

Ja, in der Tat. Beim richtigen negativen Anstellwinkel kompensiert der Abtrieb aus diesem Anstellwinkel genau den Sturzauftrieb, wodurch das gesamte Profil bei Nullauftrieb, aber immer noch mit dem konstanten Moment bleibt.

Berücksichtigt der Wert des Momentbeiwerts neben dem Moment aufgrund der Auftriebskraft auch dieses Eigenmoment?

Wieder nur, wenn Sie sich (entgegen aller Konventionen) entscheiden, Ihre Auftriebskraft in einem anderen Punkt als dem Viertelpunkt zu definieren. Da der Momentenbeiwert definiert ist, enthält er nur das „Eigenmoment“.

Wenn die Trennung beginnt (und sogar bei einer dickeren Grenzschicht), wird diese allmählich zusammenbrechen und der Moment wird schwanken. Aber dann verlassen wir den linearen Bereich der Aerodynamik und die Potentialtheorie gilt nicht mehr.