Ändert sich Lift-to-Drag mit irgendetwas jenseits der Geometrie?

Die Grundgleichungen für Auftrieb und Widerstand zeigen die Abhängigkeit von v 2 , Luftdichte und einige Konstanten . Auf einen Blick sollte das Verhältnis von Auftrieb zu Widerstand von nichts anderem als der Geometrie der Ebene abhängen. Obwohl mir klar ist, dass die Dinge in der Aerodynamik selten so einfach sind - und ich frage mich daher, wie konstant diese Konstanten tatsächlich sind?

Nehmen wir insbesondere an, wir verwenden ein sehr effizientes luftunterstütztes Raketentriebwerk (damit der Schub nicht mit dem Luftdruck abnimmt) mit mäßigem Schub, der ausreicht, um einen Start und eine bescheidene Steiggeschwindigkeit zu erreichen. Wir schaffen es auch irgendwie, das Flugzeug vor Überhitzung zu schützen. Während es aufsteigt, sinkt die Luftdichte, die Geschwindigkeit steigt - könnte es schließlich die Umlaufgeschwindigkeit erreichen? Oder wird es auf Bedingungen stoßen, in denen es weder beschleunigen, um mehr Auftrieb zu gewinnen, noch steigen kann, um den Luftwiderstand zu verringern?

Antworten (1)

Ja, es ist durchaus möglich, dass das Flugzeug gegen eine Wand stößt, an der beim Steigflug keine Beschleunigung mehr möglich ist. Dies wird als Schallmauer bezeichnet. Neben der Geometrie beeinflussen sowohl die Reynoldszahl als auch die Machzahl L/D.

Als Faustregel gilt, dass sich der Luftwiderstandsbeiwert von Null beim Beschleunigen auf Mach 1 mindestens verdoppelt . Schlankheit und Sweep helfen, diesen Anstieg niedrig zu halten, aber einige sind unvermeidlich. Unten ist ein Diagramm mit Testdaten aus dem verlinkten NACA-Forschungsmemorandum A55F06 für Flügel mit unterschiedlichen Seitenverhältnissen.

Abbildung 9 aus dem NACA Research Memorandum A55F06
Abbildung 9 aus dem NACA Research Memorandum A55F06 ( Bildquelle )

Nur damit Sie nicht glauben, dass dies durch cleveres Design überwunden werden kann, finden Sie unten einen Überblick über den Anstieg des Luftwiderstands von Überschallflugzeugen, der aus einem kurzen Kurs über Kampfflugzeugdesign von Ray Whitford stammt. Während Ingenieure mit zunehmender Erfahrung den Luftwiderstandsanstieg senken konnten, zeigt die Sears-Haack-Karosserie, dass es eine theoretische Untergrenze gibt, die nicht zu umgehen ist.

Umfrage zum Anstieg des Überschallwiderstands

Umfrage zum Anstieg des Überschallwiderstands von Ray Whitford. Beachten Sie, dass hier die absolute Zunahme des Gesamtwiderstands aufgetragen ist. Dieses Diagramm enthält alle Effekte wie Trimmwiderstand, die zum Anstieg des Überschallwiderstands beitragen.

Dies kann jedoch überwunden werden, indem ein kurzer Tauchgang eingefügt wird, der dazu beiträgt, genügend kinetische Energie zu gewinnen, um den Schleppbuckel kurz nach Mach 1 zu überwinden. Sie müssen jedoch mit genügend überschüssigem Schub beginnen, damit der Nettoschub im Überschallbereich verbleibt.

Übrigens erhöht sich der Schub Ihrer idealen Rakete auf dem Weg nach oben, weil der atmosphärische Druck sinkt. Dies führt zu einer Erhöhung der Druckdifferenz zwischen der Schubkammer und dem Außendruck.

Wie weit über Mach 1 hinaus erstreckt sich der „Drag Buckel“?
@SF. Hängt vom Flugzeug ab. Der F-16 erholt sich nie, sondern bleibt bis Mach 1,6 auf einem hohen Wert. Ungepeitschte Flugzeuge haben einen sehr großen Buckel (ein Faktor von 5 zum Unterschallwiderstandsbeiwert ist durchaus möglich), erholen sich jedoch schnell, sobald sie vollständig überschallt sind. Aber niemals irgendwo auf Unterschallniveau.
Ändert sich Lift-to-Drag mit irgendetwas jenseits der Geometrie?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v