Warum beeinflusst der vom Flügel erzeugte Wirbel seinen eigenen Anstellwinkel?

Gemäß der Potentialströmungstheorie wissen wir, dass der von den Flügeln erzeugte Auftrieb auf den Wirbel zurückzuführen ist, den sie erzeugen. Im Fall eines endlichen 3D-Flügels gibt es auch eine spannweitenweise Strömung aufgrund einer Spitzenleckage von der unteren zur oberen Oberfläche. Angenommen, der Flügel bewegt sich nach links, dann sollte die Richtung des Wirbels im Uhrzeigersinn sein, was wiederum eher einen Aufwind als einen Abwind erzeugen sollte . Dies sollte eher eine Vergrößerung des Anstellwinkels als eine Verkleinerung bewirken.

Der erzeugte Abwind sollte also für einen Flügel gültig sein, der hinter dem ursprünglichen Flügel fliegt, aber wir sagen, dass es am ursprünglichen Flügel Abwind gibt.

Also, wo mache ich einen Fehler, Wirbelrichtung? Wenn ja, was ist die richtige Erklärung. Bitte erkläre.

Antworten (2)

Die Flügelspitzenwirbel erzeugen sowohl Aufwind als auch Abwind; Der Abwind liegt innerhalb der Flügelspannweite und beeinflusst den Anstellwinkel des Flügels, während der Aufwindbereich außerhalb der Flügelspannweite liegt und von einem anderen Flugzeug (oder Vogel) genutzt werden kann, das hinter und über dem Flügel fliegt.

Die durch den Abwind induzierte Strömung reduziert den effektiven Anstellwinkel des (endlichen) Flügels und verursacht den induzierten Widerstand.

Sehen Sie, ob dieses Bild Ihre Zweifel klärt.

Hinterkantenwirbel

Quelle: aerospaceweb.org

Betrachten Sie den Aufwind vor dem Flügel und den Abwind nach dem Flügel (Abschnitt).

Upwash und Downwash

Quelle: theairlinepilots.com

Wie man sieht, wird der Luftstrom vor dem Flügel durch den Aufwind leicht nach oben gelenkt. Jetzt ist der Winkel, den der Flügel mit dem horizontalen Bezugspunkt (dh dem relativen Luftstrom) bildet, derselbe.

Der Luftstrom ist jedoch leicht nach oben gedreht und der Flügel sieht die Luft in einem anderen Winkel als der relative Luftstrom auf ihn zukommen. Dadurch wird der effektive Anstellwinkel (definiert als der Anstellwinkel, der zwischen der Sehne eines Tragflügelprofils und dem effektiven Luftstrom liegt) reduziert , sodass der relative und effektive Luftstrom in etwa so aussieht:

Effektiver Luftstrom

Quelle: theairlinepilots.com

Dieser Unterschied zwischen dem relativen und dem effektiven Luftstrom verursacht den induzierten Luftwiderstand.

Induzierter Widerstand

Quelle: theairlinepilots.com

Vielleicht könnten Sie auch erwähnen, dass das gleiche auch vor und nach dem Flügel passiert. Direkt vor dem Flügel tritt Aufwind auf, während hinter dem Flügel Abwind auftritt, siehe verschlüsselt -tbn3.gstatic.com/…
@aeroalias Danke für dieses sehr relevante Bild. Aber genau das ist mein Punkt, wenn alle induzierten Strömungseffekte hinter den Flügeln vorherrschen, wie kommt es dann, dass der Anstellwinkel, der von der Strömung vor dem Flügel abhängt, verändert wird?
@ROIMaison Wenn Upwash vor dem Flügel auftritt, sollte AoA dann nicht zunehmen?
@Manish Siehe die bearbeitete Antwort.
Vielen Dank für die ausführliche Erklärung, ausgehend von den Grundlagen. Ich glaube, ich war mit der Vektoraddition von Geschwindigkeiten verwechselt, während der Fluss in Wirklichkeit gedreht wird.
Warum gibt es eine Upwash. Die Wirbel beginnen nur oben auf dem Flügel, warum sollten die Wirbel also eine Aufwärtswäsche vor dem Flügel verursachen?
Wie wird der Anstellwinkel reduziert, wenn die Strömung nach oben gedrückt wird? Der Anstellwinkel würde sich vergrößern.
@Crafterguy und Aeroalias: Ein Teil der Antwort ist nicht wahr! Der Flügelspitzenwirbel erzeugt eine nach unten gerichtete Geschwindigkeitskomponente vor dem Flügel und auch hinter ihm. Weitere Informationen finden Sie in meiner Antwort.

In der Nähe des Flügels führt die durch den Auftrieb verursachte gebundene Zirkulation zu einem Aufwind vor dem Flügel und einem Abwind hinter dem Flügel, ähnlich der Strömung, die durch einen zweidimensionalen Auftriebsflügel mit unendlicher Spannweite erzeugt wird.

Ein sehr wichtiger Effekt wird durch die Strömung aufgrund des Wirbelpaars erzeugt, das den Nachlauf (an den Flügelspitzen) umfasst. Die im Nachlauf verteilte halbunendliche Wirbelschicht erzeugt eine nach unten gerichtete Geschwindigkeitskomponente in der freien Strömung vor dem Flügel, am Flügel und weit stromabwärts, wie in Abbildung dargestellt.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Der Abwind durch das Kielwasser führt zu einer Verringerung des Anstellwinkels des Flügels relativ zum freien Strom, wodurch der Auftrieb verringert wird. Zusätzlich dreht der Abwind den entgegenkommenden Strömungsvektor am Flügel, was zu einer Widerstandskomponente führt, wie gezeigt. Die Anstellwinkeländerung durch den vom Nachlauf erzeugten Abwind beträgt tg(a) = (Uz/U∞)

Quelle:

STANFORD UNIVERSITY, Department of Aeronautics and Astronautics, AA 200A Applied Aerodynamics, Dozent: Brian Cantwell, cantwell@stanford.edu

Link: AA200_Ch_12_Wings_of_Finite_Span_Cantwell.pdf

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