Penjelasan sifat fisik dari fenomena "Gaya Angkat" tanpa menggunakan persamaan Bernoulli

Monin Ilya Alekseevich, kandidat ilmu teknis MSTU dinamai Bauman., SM-9, imoninpgd@gmail.com

Kritik dari Penjelasan Teoritis tentang Angkat pada sayap pesawat terbang

Setelah mendengarkan kursus kuliah di Institut Fisika dan Teknologi Moskow, Fakultas Aeromekanik dan Teknik Pesawat (FALT) "Pengantar Aerodinamika" dan membaca beberapa mahasiswa yang berbeda tentang "Aerodinamika" [1-3], saya bingung dengan sejumlah kontradiksi yang jelas dalam penjelasan fisika aliran di sekitar udara (gas atau ideal) cairan) dari berbagai benda padat dan pembentukan daya angkat pada sayap.

1. Versi utama dari pembentukan lift pada sayap yang diedarkan oleh Version adalah perbedaan dalam kecepatan aliran udara (cairan) di atas sayap dan di bawah sayap, dan sebagai hasilnya penurunan tekanan muncul sesuai dengan Hukum Bernoulli. Dalam hal ini, melalui hukum Bernoulli, kecepatan aliran yang dihitung pada permukaan sayap jelas terkait dengan tekanan yang direkam secara instrumen pada sayap, mengabaikan penjelasan lain yang mungkin didasarkan pada hukum fisika yang tidak kalah mendasar.
2. Dalam analisis aliran di sekitar profil cairan inviscid ideal dalam aliran bidang, diperoleh peningkatan laju aliran yang sangat besar dibandingkan dengan kecepatan dasar V0. Yaitu, hukum kekekalan energi dibantah, karena energi diambil entah dari mana untuk mempercepat aliran, melebihi energi dari peristiwa aliran pada sayap. Pada saat yang sama, postulat hidrodinamika diabaikan, yang, menurut hukum Bernoulli yang sama, ketika jet berakhir dari bawah level, head kecepatan secara unik dibatasi dari atas oleh tekanan statis di kapal, mis. Kepala kecepatan jet setelah akselerasi pada sayap tidak dapat melebihi tekanan statis yang dikompresi selama pengereman medium.

Untuk penerbangan dari pesawat modern, diperlukan gaya angkat 500-600kg / m² Saat lepas landas dan mendarat, kecepatan pesawat modern sekitar 250 km / jam. Dalam hal ini, gaya angkat yang diperlukan pada sayap disediakan pada kecepatan aliran bidang atas dari urutan 450 km / jam.

Apa mekanisme percepatan aliran udara tanpa mekanisme akselerasi yang terlihat?

Memang, kontak sayap dengan aliran yang melaju hanya bisa mengarah pada perlambatan aliran, tetapi tidak pada akselerasinya!

Kontradiksi ini harus dihilangkan!

Fisika tidak boleh kehilangan makna fisiknya demi konstruksi matematika yang indah dan kompleks!

Mari kita perhatikan penjelasan lain untuk pembentukan kekuatan pengangkat sayap tanpa mengungkapkan pelanggaran hukum fisika dan akal sehat. Ini akan membutuhkan penerapan hukum mekanika biasa.

Sebagai pertimbangan, kami menganggap bahwa udara terdiri dari partikel-partikel individual (saling tolak (untuk menciptakan tekanan gas)) dengan massa masing-masing, yang masing-masing mematuhi hukum-hukum mekanika ketika arah dan kecepatannya diubah.

Ambiguitas hubungan penghalusan atas sayap dengan laju aliran meningkat

Sayap nyata yang dipertimbangkan bukanlah elemen tabung ideal dalam model Hukum Bernoulli, tetapi merupakan benda padat terbatas dalam ruang tak terbatas dari gas nyata yang bergerak, yang terdiri dari partikel gas yang cukup nyata dalam massa dan ukuran. Dalam hal ini, seseorang harus mempertimbangkan aliran lengkung jet di atas permukaan lengkung sayap, dengan mempertimbangkan kekuatan inersia dan tekanan yang dihasilkan, tegak lurus terhadap vektor kecepatan dan permukaan sayap.

Jika kita mempertimbangkan pergerakan jet di atas profil sayap, maka aliran udara dapat menciptakan kekosongan di atas sayap karena lengkungan alirannya.

Jadi, untuk menekuk gerakan bujursangkar tubuh, Anda perlu menerapkan gaya ke arah tegak lurus terhadap vektor kecepatan. Dalam hal aliran pesawat kontinu, untuk kelengkungannya, perlu untuk memastikan perbedaan tekanan di atas dan di bawahnya. Pada saat yang sama, akan ada peningkatan tekanan pada sisi cembung jet, dan tekanan berkurang pada sisi cekung.
Saat bergerak mengelilingi keliling suatu titik material, akselerasi sentripetal akan tercipta secara paksa

F = m * V ^ 2 / R

Dan dengan gerakan melingkar yang sama dari lapisan gas tipis dengan ketebalan dR, massa akan sama dengan

m = q * S * dR ,

di mana S adalah luas lapisan gas, q adalah kerapatan gas. Jika Anda membawa gaya sentripetal ke area dasar lapisan gas, gaya akan berubah menjadi tekanan

P = q * V ^ 2 * dR / R

Ketika aliran udara mengalir di atas permukaan sayap, lapisan gas bergerak di sepanjang jalur lengkung. Setiap titik lintasan ini memiliki jari-jari kelengkungannya sendiri, yang memungkinkan kita menghitung tekanan gas inersia dalam arah yang tegak lurus terhadap kecepatan.

Dengan demikian, adalah mungkin untuk secara langsung menghitung tekanan (vakum) pada sayap dari lapisan gas yang mengalir di atas permukaannya, dan kecepatan aliran gas akan selalu dianggap sama dengan kecepatan sayap Vo.

Untuk mulai dengan, kami mempertimbangkan kasus paling sederhana dari sayap dalam bentuk sepiring dengan ketebalan nol yang ditekuk dengan jari-jari R. Profil melengkung tipis seperti itu digunakan untuk peluncur ultralight dalam pemodelan pesawat.

Ngomong-ngomong, menurut teori biasa dengan hukum Bernoulli, pelat melengkung tipis tidak boleh memiliki gaya angkat sama sekali, karena panjang jalur di bawah sayap dan di atas sayap adalah sama. Tetapi sayap tipisnya memiliki gaya angkat, dan ini sangat signifikan, yang jelas menunjukkan ketidaksesuaian model angkat menggunakan hukum Bernoulli.

Untuk perkiraan perhitungan sayap, kita akan memilih ketinggian profil yang biasa untuk pesawat kecepatan rendah, 20% dari lebar sayap. Dalam hal ini, untuk ketinggian profil, kami mengambil perbedaan ketinggian dari tepi depan dan belakang sehubungan dengan aliran udara horizontal (lihat Gambar 1-3)


Fig. 1. Geometri sayap tipis dengan kelengkungan konstan


Fig. 2. Diperkirakan mengalir di sekitar sayap jari-jari tipis


Fig. 3. Sifat distribusi tekanan pada sayap jari-jari tipis dan gaya yang dihasilkan dalam arah

Kemudian, dengan lebar 1 m dan tinggi 20% dari profil, jari-jari sayap akan menjadi 2,6 m, asalkan garis singgung ke sayap adalah horisontal di bagian atas profil.

Sekarang kita menghitung tekanan sentripetal pada sayap dari lapisan udara yang melengkung di sepanjang busur.

Jadi untuk kecepatan 70 m / s (252 km / jam), tekanan satu lapisan dengan ketebalan 0,1 m dengan jari-jari kelengkungan 2,6 m adalah 235,6 Pa atau 24 kg / m², dan kecepatan head pada 70 m / s adalah 3063 Pa.

Mengingat bahwa sayap tipis mengalir dari dua sisi, maka nilai-nilai ini harus setidaknya dua kali lipat, dan kemudian dikalikan dengan sejumlah lapisan paralel, juga melengkung oleh sayap yang bergerak. Jika kita mengasumsikan bahwa ketebalan lapisan yang terganggu tidak kurang dari setengah lebar sayap di setiap sisi sayap, maka kita memperoleh total beban sepuluh kali lipat pada sayap sekitar 2356 Pa. Angka-angka ini mengalahkan nilai beban sayap untuk pesawat bermesin cahaya kecepatan rendah dengan sayap tebal dan kelengkungan permukaan sayap yang serupa. (lihat tabel 1)

Karena tekanan Pcr diterapkan pada permukaan lengkung plat tipis, gaya Fcr dari Pcr dapat didekomposisi menjadi gaya angkat Fy dan hambatan untuk terbang Fx.
Gaya angkat Fy sama dengan integral proyeksi ke sumbu Y dari gaya dari Tekanan aliran Curvilinear Pcr di seluruh area sayap.

Dalam kasus tekanan seragam pada sayap bundar, nilai TA akan sama dengan produk Pcr oleh area proyeksi sayap dengan sumbu X, yang sama dengan S = B * L sayap (dalam hal ini 1m.sq./m.p.).

Fy = Pkr * Bkr = 2356 * 1 = 2356 N / m.p.

Pada saat yang sama, hambatan terhadap gerakan horisontal dalam kasus ini akan sama dengan proyeksi integral dFcr pada sumbu X di seluruh area sayap. Dalam kasus tekanan seragam pada sayap, nilai Fx akan sama dengan produk Pcr oleh area proyeksi sayap pada sumbu Y, yang sama dengan tinggi H dari profil sayap (dalam hal ini, 0,2 sq.m / mp).

Fx = Pkr * Nkr = 2356 * 0.2 = 462 N / m.p.

Dalam hal ini, kita memperoleh K = Fy / Fx = (Pkr * Vkr) / (Pkr * Nkr) = Bkr / Nkr, yaitu, dengan tekanan seragam pada profil tipis melingkar, kualitas sayap sama dengan rasio hanya parameter geometrik dari profil K = B / N.

Menurut aturan ekspansi vektor gaya dari gambar yang diberikan, Anda dapat langsung mendapatkan nilai kualitas sayap K = Fy / Fx, yang dalam hal ini sama dengan K = 100 * Pkr / 20 * Pkr = 5.

Sangat menarik bahwa jika Anda menskalakan sayap desain ini ke arah penurunan sepuluh kali lipat (sepanjang jari-jari kelengkungan, tinggi dan lebar profil), maka tekanan pada sayap akan tetap tidak berubah pada kecepatan terbang yang sama (lihat tabel 2). Karena alasan inilah rudal jelajah berat terbang dengan sayap yang agak kecil dan tipis. Ternyata sayap kecil dan tipis mereka dengan kelengkungan yang cukup benar-benar cukup untuk menciptakan gaya angkat yang diperlukan!

Karena pemodelan kamar cukup murah, angka-angka ini cukup sederhana diperiksa pada model skala penuh.

Tab. 1. Tekanan lapisan udara melengkung pada sayap dengan jari-jari konstan R = 2,6 m, tergantung pada kecepatan penerbangan.



Tab 2. Tekanan lapisan udara lengkung pada sayap radius konstan R = 0,26 m, tergantung pada kecepatan penerbangan.



Sangat menarik untuk mempertimbangkan bagaimana perubahan sayap Kkr dengan kelengkungan konstan Rkr, tetapi dengan parameter lebar profil berubah Vkr. (Lihat tabel 3)

Pada baris pertama tabel, kualitas aerodinamis dari sayap mencapai nilai fantastis K = 182, tetapi beban pada sayap hanya 67 Pa (7 kgf / m2), yang hanya cocok untuk model udara dari glider berukuran kamar.

Gaya angkat yang diperlukan pada sayap hanya muncul pada sayap K yang cukup kecil, yang dapat dilihat dari garis terakhir tabel.

Kolom parameter variabel dan garis profil awal dengan Kkr = 5 disorot dalam warna kuning.

Tab 3. Mengubah parameter sayap dengan jari-jari konstan R = 2,6 m pada sudut profil yang berbeda (lebar profil) pada kecepatan terbang konstan.



Anda juga dapat menghitung perubahan pada gaya angkat Fy dan kualitas sayap Kkr untuk sayap dengan chord yang konstan, tetapi dengan kelengkungan sayap yang berbeda pada kecepatan konstan. Kolom yang disorot dengan warna kuning adalah: Argumen variabel Rcr - jari-jari kelengkungan dan lebar profil konstan Vcr. Garis profil awal dengan Kkr = 5 juga disorot.

Tab. 4. Mengubah parameter sayap dengan jari-jari kelengkungan variabel pada lebar profil konstan B = 1 m pada kecepatan terbang konstan.



Dalam model yang dijelaskan, untuk mendapatkan ruang hampa udara di atas sayap, tidak diperlukan akselerasi tambahan udara di atas sayap. Pelepasan yang nyata di atas sayap dipastikan dalam kondisi kelengkungan yang signifikan dari aliran udara di sekitar sayap di bawah pengaruh gaya tekanan udara statis dari seluruh ruang sekitarnya. Sudut kemiringan akord dari pelat lengkung awal adalah 11,3 derajat (setengah sudut segmen busur adalah 22,6 derajat), yang sesuai dengan mode pendaratan sayap pesawat terbang modern selama pendaratan dengan mekanisasi sayap yang dilepaskan (bilah + flap). Dalam mode pendaratan, sayap dengan mekanisasi yang dilepaskan jauh lebih mengingatkan pada kasus lempeng tipis yang dianggap melengkung daripada sayap klasik dengan bidang bawah yang lurus (lihat gambar 4).



Fig. 4. Sayap asimetris dengan permukaan rata yang lebih rendah: a) posisi lurus untuk penerbangan kecepatan tinggi; b) sayap dengan kelengkungan maksimum dengan mekanisasi yang sepenuhnya terlepas.

Sayap tipis yang melengkung kuat banyak digunakan sebagai bilah kipas. Kecepatan linier rendah pada nilai tekanan rendah memungkinkan penggunaan baja tipis atau pelat plastik dengan ketebalan sangat kecil sebagai kipas pada kipas, karena kekuatannya cukup untuk menahan beban yang ada.

Pada pesawat yang berat, penggunaan sayap tipis secara teknis tidak mungkin karena kekuatannya yang tidak memadai. Ketebalan sayap yang besar memungkinkan Anda untuk menempatkan di dalam sayap balok bantalan beban yang cukup tinggi dengan kekuatan dan kekakuan yang cukup untuk menekuk dan torsi, sambil mempertahankan bobot yang dapat diterima untuk pesawat. Karena alasan inilah semua aerodinamika mempelajari sayap dengan ketebalan yang cukup nyata. Untuk alasan ini, kami beralih dari mempertimbangkan aerodinamik dari pelat melengkung tipis ke profil sayap dengan ketebalan asli dan bidang lengkung yang berbeda.

Pada akhir pertimbangan model aliran di sekitar sayap tipis, perlu untuk memberikan satu lagi bukti operabilitas model yang diusulkan dari penjelasan tentang "Gaya angkat sayap". Seperti diketahui dari mekanika, Kekuatan adalah perubahan momentum per satuan waktu, mis.

F = d (m * V) / dT

Dalam model suara aliran di sekitar sayap melengkung tipis, kita dapat menghitung gaya angkat Fy sebagai perubahan vertikal dalam momentum aliran udara yang masuk, yang dianggap sebagai

Fy2 = (dR * 10 * q * Vo) * Vo * sinAcr ,

Dimana Vo adalah kecepatan sayap, dR adalah ketebalan lapisan melengkung elementer dari aliran udara dalam model perhitungan, 10 adalah jumlah lapisan yang akan melengkung pada saat yang sama, dan Acr adalah sudut penurunan aliran dari sayap ke arah kecepatan awal Vo.

Setelah melakukan perhitungan, kami mendapatkan bahwa kedua perhitungan memberikan hasil yang sama.

Atau dalam bentuk analitis:

Fy1 = Pcr * Bcr ,

Pkr = (dR * 10 * q * Vo) * Vo / R ,

Bcr = R * sinAcr

Mengganti Pkr pengembangan dan Bkr dalam ekspresi untuk Fy1 dan mengurangi nama R yang sama dalam pembilang dan penyebut, kita memperoleh:

Fy = Pkr * Bkr = (dR * 10 * q * Vo) * Vo * sinAcr

Jadi, persamaan Fy = Fy1 = Fy2 selalu benar

Yaitu, metode "Inertial-curvilinear" untuk menghitung "Gaya Angkat" sayap memberikan rumus yang identik dengan metode "Gaya Reaktif-Denyut" untuk sayap dengan geometri yang sama.
Ini berarti bahwa pesawat terbang bukan karena semacam kekuatan "sihir" dari "sihir vortisitas", tetapi karena "Impuls Kekuatan" atau "dorongan Jet" yang lama dan dapat dipahami ketika melemparkan massa udara ke bawah.

Sayap Gendut

Pada kecepatan terbang rendah selama lepas landas dan mendarat (M = 0,2 atau 250 km / jam), head tekanan tidak melebihi 3 kPa (3% dari tekanan atmosfer di permukaan laut 100 kPa), yaitu sangat kecil sehubungan dengan tekanan atmosfer dasar yang kompresi geometris dari aliran menjadi tidak terdeteksi secara visual ketika menggambar aliran jet di dekat sayap.

Untuk membuat daya angkat di atas sayap, perlu membuat lengkungan aliran sehingga sayap berada di zona cekung aliran udara. Untuk memastikan kelengkungan jet di atas sayap membantu kelengkungan bidang atas sayap, yang terletak di bayangan aerodinamis dari fairing hidung sayap.

Pada saat yang sama, bidang bawah sayap mengalir di sekitar baik dalam garis lurus, tanpa membuat ruang hampa, atau pada permukaan cekung, membuang aliran udara ke bawah, yang menciptakan peningkatan positif dalam tekanan pada sayap dari bawah dan dikombinasikan dengan gaya angkat dari vakum di atas sayap.
Perbedaan utama antara sayap tebal dan pelat tipis dalam kasus kami adalah penampilan fairing frontal, menyebarkan aliran udara yang mendekat sebelum mencapai bidang melengkung yang menghasilkan daya angkat.

Zona pengereman muncul di depan sayap tebal yang terbang, di mana kecepatan udara menjadi sama dengan nol (relatif terhadap sayap), dan tekanan berlebih di zona ini sama dengan tekanan head Pvo.

Tidak akan mungkin untuk menggambar garis aliran tanpa memperhitungkan kompresi udara, jika tidak kita harus menerima versi percepatan udara di atas permukaan sayap, atau zona pengaruh dengan kurva aliran akan tergesa-gesa hingga tak terbatas dalam media yang tidak dapat dimampatkan, yang tidak masuk akal.
Ngomong-ngomong, kedua efek (percepatan aliran dan zona pengaruh tanpa batas dalam cairan yang tidak dapat dimampatkan) dimanifestasikan dalam praktik di terowongan angin dengan garis asap saat ini dan ketika kapal selam bergerak pada kedalaman yang dangkal.

Jadi di terowongan angin (ADT), aliran di sekitar model yang diuji terjadi dengan percepatan aliran yang nyata (pengurangan ketebalan garis asap) di celah dinding model ADT-model. Itu hanya interpretasi dari fenomena ini sepenuhnya salah dikaitkan dengan percepatan aliran untuk pembentukan gaya angkat. Bahkan, percepatan aliran di celah "dinding model ADT" hanyalah konsekuensi dari penyempitan lubang di jalur aliran ADT sambil mempertahankan aliran udara konstan dalam ADT itu sendiri karena kipas yang kuat dengan karakteristik kipas yang kaku.

Ketika kapal selam bergerak pada kedalaman dangkal di atas kapal selam, benjolan air yang terlihat secara visual. Nilai punuk ini sama dengan volume air di depan lambung kapal selam, yang entah bagaimana harus dipindahkan dari zona di depan kapal selam ke zona buritan ketika bergerak dengan kecepatan tertentu. Punuk pada permukaan juga terbentuk ketika kapal selam bergerak pada kedalaman yang sangat besar, tetapi karena area penyebaran bongkol yang lebih besar, tingginya menjadi tidak terdeteksi dengan pengamatan visual yang sederhana. Penyebab punuknya air di permukaan dijelaskan oleh ketidakmampuan untuk memindahkan cairan yang tidak dapat dimampatkan ke bagian bawah, dan ke permukaan lapisan air tipis di bawah tekanan udara atmosfer menjadi mudah bias, dengan karakteristik elastis yang jelas dari pegas tekanan atmosfer dan gravitasi. Ngomong-ngomong, bahkan dengan pergerakan kapal selam pada kedalaman yang besar, punuk air (dan kapal selam itu sendiri sebagai hasilnya) dapat dideteksi dengan pengamatan dari satelit menggunakan peralatan yang sangat sensitif yang dapat mengukur geometri permukaan laut dengan akurasi tinggi dan mengisolasi punuk air dari kapal selam dari kebisingan gelombang di permukaan dengan menggunakan komputer.

Dengan demikian, kami mengambil gas menjadi kompresibel, dan kami mengatur zona pengaruh dari sayap untuk bergantung pada rasio kompresi jet pada tekanan Pvo.

Tekanan di zona rem di fairing dipegang oleh jet melengkung yang menyelimuti fairing. Hubungan tekanan dengan kelengkungan lapisan udara adalah sama seperti dalam kasus sayap melengkung tipis dP = q * Vo ^ 2 * dR / Rsl.

Besarnya zona pengaruh, di mana kelengkungan aliran terlihat, juga terkait dengan besarnya Vkr dan Nkr. , , () .

, /2=R.

, vo , /2= R.
Pr= vo.



qVo^2*R/R= qVo^2/2



R= 2* R

, , ( ), .

, . , . (..5).



.5. Vo .

Pvo , , , .

, . . (..6).

« » : « … , , ( ), …». .

, . - ( ) , , .

- ./. , «» (. .6).

, .



.6. . . Y .

. . =1 , , , , . , ( ).
, . , Fy .

, «», , .

«» (..7). 4-5 (..1-2). «» , . , . .



.7. /=0,1 (10%) «» : ) ; ) .



.1. - 35 ( ).



.2. -29 - ( ).



.3. -29 .

(..3) «» : . , , . , . , , , , . -35 -57 , .

Di jaringan Anda dapat menemukan banyak materi penjelasan tentang masalah apa pun, termasuk pembentukan pusaran di sayap pesawat terbang, misalnya ini:



Pada saat yang sama, mudah untuk menemukan foto-foto jejak vortex dari pesawat terbang di lapisan awan di Internet yang sama, yang menunjukkan skala fenomena yang jauh lebih besar daripada yang mereka coba tunjukkan dalam teori.



Foto 4. Jejak pusaran di lapisan kabut di belakang pesawat terbang di ketinggian. Lingkaran angin puyuh berkabut terlihat ratusan meter jauhnya dari pesawat, dan kedekatan visual adalah ilusi optik yang diciptakan oleh lensa telefoto ketika menembak pesawat terbang dari jarak beberapa kilometer.



Foto 5. Jejak pusaran di lapisan kabut di belakang pesawat terbang di ketinggian. Terlihat adalah aliran udara vertikal dan gelombang udara datang dari sisi, dipelintir menjadi spiral dalam kontak dengan aliran vertikal ke bawah.



Foto 6. Jejak pusaran di lapisan kabut di atas landasan di belakang pesawat pendaratan.

Angin puyuh besar kusut di belakang pesawat tidak terbentuk sama sekali karena pusaran akhir di sayap. Vortisitas akhir ada, tentu saja, tetapi peran mereka tidak begitu besar dan para perancang pesawat terbang secara aktif dan berhasil berjuang melawannya.

Pusaran skala besar dari foto terbentuk jauh di belakang pesawat, ketika gelombang udara, dilemparkan ke bawah oleh pesawat, diganti pada dua sisi oleh aliran udara dari bawah lapisan turun ke ruang yang dijernihkan dari atas (lihat foto 4-5). Penjelasan tentang pembentukan pusaran satelit ini menggemakan isu “zona pengaruh sayap terhadap ruang di sekitarnya” yang telah dipertimbangkan. Dalam hal ini, peran permukaan bumi terletak pada batas distribusi aliran udara ke bawah yang dilemparkan oleh sayap ke bawah. Yaitu, penerbangan pesawat dan penciptaan "gaya angkat sayap" juga dimungkinkan karena tidak adanya permukaan yang kuat di bawahnya, tetapi pada saat yang sama, aliran udara yang dilemparkan ke bawah akan bergerak turun sangat lama, kehilangan kecepatan dan energi kinetik saat bergerak menjauh, tetapi menjaga momentum vertikal tidak berubah. Energi kinetik dari massa udara terbuang awal akan hilang karena keterlibatan aliran udara lateral dalam gerakan, multidireksional simetris yang tidak akan mengubah momentum total awal yang diciptakan oleh sayap pesawat. Ilustrasi yang jelas tentang peran Earth-Limiter adalah Photo.6. Di sana, arus bujursangkar dari kabut di atas airbus pendaratan (lihat foto 6) turun ke tanah dalam garis lurus dan hanya kemudian, jauh di belakang pesawat, pergeseran lateral dimulai sepanjang pembatas tanah, dan lapisan kabut dari sisi dan dari atas sudah mendekati di tengah lapisan satelit, berputar di gandakan spiral kompensasi sendiri tentang aliran ke bawah.

"Efek Layar" saat menerbangkan sayap di dekat Bumi

Mengingat peran yang dinyatakan Bumi dalam pembentukan "Gaya angkat sayap", masuk akal untuk mempertimbangkan "Efek Layar", yang tanpa kehadiran permukaan bumi yang solid tidak dapat terjadi. Dengan demikian, fisika Penerbangan Wing di Area Udara Tanpa Ujung dan pada "Efek Layar" di dekat Bumi memiliki sifat yang sangat berbeda.

Penjelasan efek Ekranoplan berdasarkan pada kompresibilitas gas pada bilangan Mach rendah

Efek dari permukaan bumi yang berjarak dekat pada pengangkatan sayap disebut "efek layar". Dengan efek ini, gaya angkat sayap meningkat tajam ketika terbang di dekat permukaan padat (tanah, air) pada ketinggian yang sebanding dengan ukuran akord sayap. Berdasarkan efek ini, bahkan seluruh kelas kendaraan terbang rendah - WIG.

Apa inti dari fenomena tersebut? Masalah ini dapat diatasi hanya dengan mengasumsikan bahwa udara adalah gas kompresibel.

Kemudian, ketika sayap terbang di atas tanah, celah udara dengan ukuran terbatas terbentuk antara dua permukaan padat. Ketika sayap terbang dengan sudut serangan positif kecil, aliran udara yang datang di bawah sayap mengalami kompresi bertahap dari tepi depan sayap ke tepi belakang (lihat Gambar 8).

Tekanan kompresi maksimum pada layar aliran di bawah sayap hanya bergantung pada kepala kecepatan relatif terhadap sayap terbang, dan tekanan ini pada lapisan terkompresi tidak dapat melebihi tekanan kepala kecepatan udara:

Po = Vo ^ 2 * Q / 2 ,

di mana tekanan udara P-velocity pada kecepatan sayap V®, V adalah kecepatan penerbangan sayap, Q adalah kepadatan udara.

Mengetahui kenaikan tekanan maksimum di bawah sayap, kami menghitung parameter geometris di celah "bantalan udara".

Jadi pada kecepatan 40 m / s (144 km / jam), head kecepatan Po = 1 kPa atau 1% dari 1 atm. (100kPa).
Yaitu, pada kecepatan 40 m / s, tekanan maksimum di bawah sayap dicapai dengan kompresi sebesar 1% pada ketinggian X jarak bebas dari tepi depan sayap ke belakang. Pada mata, preload semacam itu hampir tidak terdeteksi, dan lapisan di bawah sayap tampak datar (lihat gambar 8.a).

Sudut serangan akan menjadi A = (Po / Ratm) * X / V radian (pada sudut kecil sinA = A),
di mana B adalah chord sayap, X adalah celah udara ke tanah di bawah sayap di tingkat ujung sayap, R adalah kepala kecepatan udara pada kecepatan sayap V®, dan Ratm adalah tekanan atmosfer (di permukaan laut Ratm = 100 kPa).

Ternyata sudut serangan efektif maksimum untuk mendapatkan efek layar tergantung pada ketinggian sayap di atas permukaan, lebar struktural sayap dan kecepatan terbang yang diberikan, dan sudut serangan hanya merupakan turunan dari nilai-nilai ini.

Kesimpulan: Adalah mungkin untuk meningkatkan lebar sayap hampir tak terhingga, mengurangi sudut serang menjadi hampir nol, sehingga mencapai resistansi minimum Cx dengan komponen resistansi yang praktis bersifat induktif.

"Efek layar" pada kecepatan penerbangan rendah memberikan kualitas sayap yang sangat tinggi, karena ia menciptakan daya angkat spesifik maksimum pada sayap yang setara dengan head tekanan Ro pada sudut serang yang sangat kecil pada sayap yang hampir rata dan sangat tipis. Kualitas sayap pada angka Mach rendah selama penerbangan di layar dapat mencapai K = 25-30.
Kontribusi penghalusan atas permukaan cembung atas sayap selama penerbangan pada "layar" dengan sayap datar cukup kecil dibandingkan dengan tekanan di bawah sayap.

Dengan peningkatan kecepatan terbang, head kecepatan meningkat secara kuadratik, dan untuk mendapatkan efek layar maksimum, perlu untuk mengangkat sudut serangan secara proporsional dengan peningkatan head kecepatan Po.

Yaitu, meningkatkan kecepatan V0 untuk meningkatkan Po memerlukan peningkatan kuadratik dalam kecepatan peningkatan sudut serangan, yang pada gilirannya secara tajam mengurangi kualitas sayap. Dan mulai dari kecepatan tertentu V-max, besarnya efek layar dengan sudut serang yang besar dibandingkan dengan gaya angkat pesawat konvensional dalam mode pendaratan dengan mekanisasi sayap yang diperluas.

Untuk setiap sayap dengan chord B, untuk meningkatkan ketinggian penerbangan X, perlu untuk mengangkat sudut serangan, setelah itu WIG akan naik ke beberapa ketinggian baru X2, di mana keseimbangan tingkat kompresi jet karena sudut serangan baru pada ketinggian baru akan ditetapkan lagi. Pada saat yang sama, dengan meningkatnya ketinggian, penerbangan ekranoplan mulai secara linear meningkatkan hambatan penerbangan, dan gaya dorong yang diperlukan juga meningkat tanpa mengubah kecepatan penerbangan. Artinya, efisiensi bahan bakar dari penerbangan ekranoplan dapat secara dramatis berubah dari peningkatan ketinggian hanya beberapa meter. Sebagai contoh, jangkauan penerbangan maksimum dari Oriole ekranolet pada ketinggian 0,8 m adalah 1150 km, dan pada ketinggian 0,3 meter dengan beban yang sama, sudah 1480 km.



Gbr. 8. Konfigurasi aliran udara pada "Efek layar": a.) Sudut serangan optimal tanpa zona stagnan di bawah sayap, b.) Sudut serangan berlebihan membentuk gelembung besar udara stagnan tekanan tinggi antara sayap dan lapisan udara terkompresi dari "bantalan udara layar".

Kesimpulan: Robekan tambahan sudut serang sayap tanpa meningkatkan kecepatan terbang di layar tidak memberikan peningkatan daya angkat, tetapi hanya meningkatkan tahanan penerbangan Cx (lihat gbr. 8.b)

Mempertimbangkan sudut chord sayap pesawat dalam mode pendaratan sekitar 15 derajat, kita dapat memperkirakan jumlah kompresi jet di bawah sayap ke tekanan Po dan kecepatan yang sesuai V0, mengingat nilai chord B sama dengan ketinggian sayap X.

15 derajat sesuai dengan sin15 = 0,262

Pada sudut serang 15 derajat harus ada head kecepatan Po = 0,26 atm = 26 kPa, tetapi tekanan seperti itu diwujudkan pada kecepatan yang sangat tinggi (740 km / jam) dan jauh melebihi beban sayap yang dihitung yang diperlukan untuk penerbangan. Artinya, sudut serang pendaratan yang begitu besar untuk membuat efek layar di atas landasan terlalu tinggi pada kecepatan pendaratan 250-300 km / jam.

Kualitas sayap pada sudut serang 15 derajat akan turun ke nilai total K = 3,7.
Kecepatan pendaratan pesawat hanya sekitar 250 km / jam (70 m / s), sedangkan head tekanan akan Po = 3 kPa atau hanya 3% dari Ratm, sedangkan beban sayap desain normal dalam penerbangan adalah 5 kPa (500 kg / m.kv = 5% dari Ratm). Artinya, saat mendarat, efek layar pesawat mulai terasa oleh pilot pada ketinggian yang sepadan dengan lebar sayap B, sebanding dengan ketinggian roda pendaratan. Menyelaraskan pesawat dan mengurangi sudut serang untuk kecepatan 250 km / jam memungkinkan pesawat menembus “layar bantalan udara”, karena kapasitas dukungnya lebih rendah dari tekanan yang diperlukan di bawah sayap untuk terbang.
Karena "Efek layar" ada "Kerugian" dari pesawat dalam penerbangan horizontal tanpa melepaskan mekanisasi sayap pada sudut serang 5% (atau 3 derajat) pada kepala tekanan Po = 5kPa, yang sesuai dengan Vo = 324km / jam atau 90 m / s.

Sudut serangan 5% (atau 3 derajat) menciptakan kualitas sayap bersayap sama dengan K = 20.
K tinggi = 30 sesuai dengan sudut serang 3% (2 derajat), sedangkan tekanan kembali di bawah sayap hanya akan 3% * Ratm = 3 kPa (300 kg / m.sq.), yang sesuai dengan head berkecepatan tinggi pada V = 70 m / s (250 km /) h).

Dengan demikian, mode penerbangan hemat biaya dalam mode "ekranoplan" dibandingkan dengan "pesawat" ketinggian tinggi biasa terletak di zona kecepatan rendah. Ketika kualitas sayap bersayap lebih rendah dari K = 20, itu lebih menguntungkan untuk menggunakan pesawat ketinggian biasa untuk transportasi. Artinya, area operasi WIG yang hemat biaya sesuai dengan kecepatan di bawah 300 km / jam.

Manuver Wig

Pertimbangan terpisah adalah masalah manuver WIG dalam penerbangan. Karena kekuatan pengangkat sayap pada "layar" terbentuk secara berbeda dari selama penerbangan ketinggian tinggi, ia bahkan tidak dapat bermanuver "dengan pesawat".

Ekranoplane tidak dapat membungkuk dengan gulungan pada sayap, karena akan segera menerima kehilangan daya angkat pada sayap yang terangkat dan sentuhan air dengan sayap diturunkan. Untuk ekranoplan, rotasi hanya dimungkinkan dengan "pancake", yaitu, tanpa roll, tetapi hanya dengan menciptakan kekuatan lateral dari ekor vertikal.

Ekor vertikal WIG itu sendiri juga harus berbeda dari ekor pesawat. Ekor vertikal WIG harus terdiri dari setidaknya dua lunas, yang mampu bekerja secara serempak dan acak, tergantung pada jenis manuver yang dilakukan. Bulu-bulu vertikal dalam hal ini tidak hanya melakukan rotasi WIG di sekitar sumbu vertikal, tetapi juga menciptakan gaya horizontal melintasi arah kecepatan penerbangan.
Bulu horisontal pada lunas belakang mengontrol sudut serangan.
Sayap lebar dan pendek harus dilengkapi dengan skeg pencuci akhir yang dikembangkan agar aliran kompresi di bawah sayap tidak menyebar ke samping. Selain itu, mesin cuci skeg ini berfungsi sebagai ponton pendaratan untuk pendaratan.

Juga, bulu horisontal tambahan di ujung sayap utama diperlukan untuk mengimbangi momen terbalik dari aksi bulu vertikal.

Dalam praktiknya, ekranoplane WIG-VVA-14 dibangun sesuai dengan Skema semacam itu (lihat Gambar 9) dan banyak versi tiruan ekranoplan yang menjanjikan, di mana mesin cuci skeg-end berperan sebagai tailing vertikal depan (lihat Gambar 10).


a.


b.


c.

Gbr. 9 WIG Bartini VVA-14. A. Menggambar. b. Model dalam 3-D. c. Foto sampel saat ini di atas air.



Gbr. 10. Layout menjanjikan ekranoplan besar.

Jenis manuver ekranoplan karena bulu vertikal:

• Dua larik spasi identik menyediakan mode "Pergeseran samping" dengan rotasi simultan dalam satu arah. Pada saat yang sama, Wingplane dipindahkan dari satu jalur ke jalur lain tanpa rotasi lambung. Dalam hal ini, bulu horisontal bekerja dalam arah yang berbeda, mengkompensasi momen heeling dari bulu vertikal.
• Jika lilitan diputar ke arah yang berbeda pada sudut yang sama, maka momen balik muncul, memutar badan WIG di sekitar sumbu vertikal. Dalam hal ini, ekor horizontal tidak berfungsi, karena momen dari ekor vertikal tidak terjadi.
• Jika lilitan diputar ke arah yang berbeda pada sudut yang disepakati berbeda, maka akan ada rotasi di sepanjang jalur melingkar (sirkulasi), di mana vektor kecepatan bertepatan dengan arah sumbu longitudinal dari badan pesawat Ekranoplan, dan Ekranoplan sendiri terbang di sepanjang lintasan melingkar yang diberikan dengan kecepatan sudut yang sama dan rotasi Ekranoplan itu sendiri di sekitar sumbu vertikal.
  
  Dalam hal ini, bulu horisontal bekerja dalam arah yang berbeda, mengkompensasi momen heeling dari bulu vertikal.

Semua mode ini praktis tidak dapat dilakukan dalam mode manual, karena ketinggian rendah tidak menyisakan waktu untuk reaksi sesuai dengan persepsi manusia. Untuk mengontrol ekranoplan, Anda perlu otomatisasi kontrol, mirip dengan stabilisasi otomatis pesawat tempur ultra-tidak stabil generasi 4-5.

Kesimpulan

Semua asumsi di atas didasarkan pada data eksperimental yang dipublikasikan secara terbuka (plot ADT tekanan pada sayap dan data lainnya).

Banyak uang telah diinvestasikan dalam Aerodinamika eksperimental selama abad yang lalu untuk pembangunan ADT dari berbagai jenis dan ukuran, dan sejumlah besar bahan aktual telah diperoleh dalam percobaan dengan mock-up dari berbagai pesawat dan elemen sayap individu.

Sangat mengejutkan bahwa dalam proses mengajar siswa tidak bergantung pada bahan percobaan nyata, tetapi pada teori yang meragukan 100 tahun yang lalu. Dan ini terlepas dari kenyataan bahwa data eksperimen itu sendiri dengan jelas bertentangan dengan Teori berlumut ini.

Bahkan dalam kursus pengantar umum seperti "Pengantar Aerodinamika" untuk FALT FizTech, model kualitatif penjelas dari konsep dasar "Lifting Force of the Wing" tidak diberikan, tetapi digantikan oleh juggling mirip ilmu yang musykil dengan formula matematika (yang, apalagi, tidak memungkinkan menghitung apa pun).

Dalam sains, ada kecenderungan perpecahan antara teori dan aplikasi teknik praktis dalam pengembangan produk tertentu. Kontradiksi yang jelas dalam model Teoritis tidak diiklankan, tetapi sebaliknya diam dalam setiap cara yang mungkin, sehingga tidak mengguncang otoritas berlumut dan sudah tua pria dari Akademi Ilmu Pengetahuan dan tidak mengganggu pawai kemenangan dari kesalahan tulus mereka di halaman buku teks dan monograf yang cukup modern.

PS Setelah publikasi bagian pertama dari artikel ini, sebuah diskusi muncul di bawah artikel yang kira-kira ide yang sama diungkapkan sejauh 2003 oleh seorang profesor Cambridge yang mengajar kursus "Aerodinamika" di sana. Dalam pesan tersebut, tautan diberikan ke video dengan ceramah oleh profesor tentang topik ini, serta tautan ke artikel di halaman terakhir yang menjelaskan metode yang sama persis untuk membentuk tekanan oleh aliran udara yang membengkok seperti yang saya jelaskan dalam artikel ini.
Saya sangat senang bahwa sekarang saya tidak perlu melawan semua serangan sendiri, tetapi Anda bisa merujuk pada profesor Cambridge dan artikelnya di jurnal ilmiah Inggris dari tahun 2003.

Inilah pesan dengan tautannya:
"
Joehopkins7
24 Februari 2019 pada 22:35
-1
Menonton berbagai video tentang aerodinamika, saya menemukan ceramah yang menarik tentang aerodinamika oleh Profesor Cambridge.
Kembali pada tahun 2003, seorang profesor Cambridge menjelaskan kepada para siswa di ceramah persis pemikiran yang sama seperti penulis artikel yang dibahas di sini.
Saya bahkan merangkak dalam kecurigaan bahwa penulisnya hanyalah seorang penjiplakan.
Tetapi karena dia tidak merujuk ke ilmuwan Inggris dalam artikel tersebut, dan tidak mengutip video ini untuk pembelaannya, kita dapat percaya pada penemuannya yang jujur ​​dan independen atas penemuan orang lain.))

Berikut ini tautan ke kuliah tersebut
www.youtube.com/attribution_link?a=nfUWqs-6T7M&u=%2Fwatch%3Fv%3DH2RRiF24L4A%26feature%3Dshare&fbclid=IwAR2NOfdqNs0HK9WbCp-OYwyqqq_qq

Ada juga tautan ke artikel di mana, pada tahun 2003, seorang profesor di Universitas Cambridge dalam jurnal ilmiah bahasa Inggris menulis hal yang persis sama dengan penulis artikel tentang Habré

www3.eng.cam.ac.uk/outreach/Project-resources/Wind-turbine/howwingswork.pdf
.. "

Kekuatan angkat sayap. Bagian 2

Monin Ilya Alekseevich, Ph.D., imoninpgd@gmail.com

Untuk memahami tatanan pengembangan "penerbangan" sebagai cabang industri dan "aerodinamika" sebagai sains, perlu diingat bahwa pertama-tama pesawat pertama yang dibangun oleh insinyur inspirasi antusias muncul (lihat gambar 11), dan baru kemudian para ahli teori mulai muncul, yang kemudian menciptakan disiplin "Aerodinamika" berdasarkan hasil penciptaan insinyur desain.
Dalam gambar tersebut, pesawat yang dibuat oleh pengendara motor Henri Farman adalah perubahan dari pembelian pesawat berskala kecil Voisin. Pada saat yang sama, pesawat pertama dari saudara-saudara Voisin mulai diproduksi hanya pada tahun 1907. Pada saat pembelian Farman, pesawat Voisin hanya bisa memantul sedikit dan terbang beberapa puluh meter. Farman, setelah serangkaian perubahan dari pesawat asli, mencapai kesempatan untuk terbang lebih dari 1000m, sambil tetap berbalik dan membuat lingkaran untuk mendarat. Rekor penerbangan Farman terjadi pada 13 Januari 1908. Dan sudah pada tahun 1909, perusahaan saudara Farman membuka sendiri produksi pesawat terbang dengan desain sendiri dan sekolah penerbangan untuk mengajari mereka seni terbang di atas mereka (lihat gambar 12). Kecepatan penerbangan Farman saat itu sekitar 60 km / jam, yang ditunjukkan dalam rekor penerbangan pada jarak 180 km, diatasi dalam 3 jam penerbangan.



Fig. 11. Sebuah tiruan dari pesawat Voisin dikonversi untuk penerbangan rekor oleh Farman pada tahun 1907-1908.




Gambar 12. Tata letak pesawat "Farman IV-1910." di museum, dan foto sampel asli di bandara.

Jelas bahwa pesawat awal pertama adalah daya rendah, ringan dan kecepatan rendah.
Parameter ini sesuai dengan profil tipis cekung cembung pertama, lebih mirip dengan lembaran kayu lapis melengkung paling sederhana, dan tidak dengan profil kompleks dengan kesalahan perhitungan teoritis yang mendalam.
Sebagai referensi, saya memberikan ilustrasi transformasi profil sayap dari awal abad ke-20 ke industri penerbangan yang berkembang penuh pada pertengahan 40-an. (lihat gambar 13)



Gbr. 13. 20- .

. Sayap tipis tidak dapat menahan skala dan berat sedemikian rupa sehingga membutuhkan balok kuat tinggi untuk dipasang di dalam sayap, dan sayap itu sendiri harus dibuat cembung pipih atau bahkan cembung ganda untuk menyembunyikan balok penyangga di belakang ujung sayap yang ramping.
20- .
1940- , , . .
30- «», , ().

1939 ( ) -101, .
5–52 /
Nomor ulang per 1 m hingga 3,6 ∙ 106

1.7

(α) ±20°
(β) ±180°
:
() 24x14
24
:
: 18
: 30
: 35 2

, , -101 , .
, , , - 20- , . , 1980- (..14).


.14. « ».

, - 1960-80- (.15), 1930- (.16).
30- .
-25, 1933 , . , .
-25 , , . 4000 88., 50/., 500 104/ (29 /) . , ( ), -25 165/ (.246/ ), 10-12. 75-80 .

.
.
.

.15. « »: .) . .) . .) .

.
.


.16. - -20 « », 1939. ) . ) .

.

. , .
, , , .
, .
, . « » [3] (.435-437), , « » . « ». , ( ) - .
« ».
(..17), , .
, «» .
(..18), (..20).



.17. , .




.18. « ».

« » , -, .
=0,06, =0,4..0,5, =1.
. , . . , (..19.)
, , , . « » . , .



Fig. 19. , . . .

(..20).
. , , .
.
. « »= « » .
« » . , « » . (. .21)



.20. « ».






.21. . ( - ).

«» , , .
, , .
( 15 ), .
. - , « » «- ». , -20 « ».
( ) . « » , (..22).
(..22-2). www.youtube.com/watch?v=Sd4ycAtYcJA . .


.22. « ».


.22-2. , -747 .

-14 (), -20 « ».
1930- , -20 « ». , , (. .16.).
, 198/ ( 220/).
-20 , , « » .
« » 1930- « » 60- (..5)

.5. -20 « » 1934. « » 1966.


, - .
.
: 544/42= 13
: 662/486=1,36
: 13/1,36=9,5
: 430/198=2,17
: 2,17^2= 4,71
: (10*1300*9,81*430/3,6) /(8*900 000*0,735)=28,8
: 304/(42-28,5)= 22,51.
: 1500/1200=1,25
-20 = 7150/(1200*6)=0,993 /(*)
, .
0.8/(*) -7.
10*13000*0,8=104 000/
, .
2*13 000*0,8=20 800/
1500/430=3,5
1500 104*0.5+3,5*20,8=100 .
200 .
100 000/(1500*200)=0.333 /(.).

Kesimpulan dari hubungan yang diperoleh:
1. Dalam hal penghematan bahan bakar, KM dapat secara optimis menjadi 3 kali lebih ekonomis daripada ANT-20.
Kini, pesawat modern Airbus A380 memiliki modifikasi kargo A380F dengan kemampuan mengangkut kargo hingga 150 ton pada jarak 10.370 km. Massa lepas landas maksimum adalah 560 ton (massa pesawat itu sendiri adalah 280 ton). Kami menghitung ekonomi untuk versi kargo dari indikator-indikator ini dan memberikan 130 ton bahan bakar 150 ton kargo pada jarak 10370 km: 130.000 / (150 * 10370) = 0,0835 l / (t * km).
Dalam hal penumpang, indikatornya berbeda: “Di antara liner besar, yang paling ekonomis adalah tiga liter bahan bakar per penumpang per seratus kilometer (54 mil laut) dari rute. Menurut Airbus [5], per penumpang, A380 membakar bahan bakar 17% lebih sedikit daripada "pesawat modern terbesar" (tampaknya, yang dimaksud Boeing 747). „

Artinya, dengan hitungan uji 850 penumpang dengan bagasi dan kursi, kami mendapatkan indikator yang dekat dengan perhitungan untuk versi kargo.
Ternyata kami tidak hanya mulai terbang 4-5 kali lebih cepat selama 80 tahun terakhir, tetapi juga meningkatkan efisiensi bahan bakar lebih dari 10 kali dari ANT-20 dan 4 kali dari Ekranoplan KM. Meskipun hanya 20 tahun yang lalu, airbus kami terbang 5 kali lebih cepat dari ANT-25. Perlambatan baru-baru ini di pesawat penumpang disebabkan oleh perjuangan untuk penerbangan hemat bahan bakar.
2. Kecepatan jelajah KM dibuat begitu tinggi secara paksa, karena pada kecepatan yang lebih rendah KM tidak akan bisa terbang di layar. Kondisi penerbangan di layar adalah pemenuhan ketidaksetaraan "Kecepatan kepala"> "Beban sayap rata-rata", yaitu
Pv = 8560Pa pada 430km / h (120m / s)> 544000 * 9,81 / 662.5 = 8055Pa.
3. Keamanan penerbangan dari Giant Aircraft kecepatan rendah dari 30-an jauh lebih baik daripada keselamatan dari pesawat bersayap berkecepatan tinggi dari 60-an, hampir tak terkendali di antara kapal-kapal yang bergerak lambat dan burung air di mana-mana.
4. Biaya pengoperasian ekranoplane berbasis laut jauh lebih mahal daripada untuk pesawat dataran tinggi. Hal ini disebabkan oleh kelebihan jumlah mesin yang dibutuhkan hanya untuk mulai dari air dan keluar ke penerbangan layar, serta karena agresivitas ekstrim air laut ketika terkena mesin dan desain ekranoplan ketika terbang di awan dari cipratan dari gelombang laut terdekat.
5. Untuk Ekranoplan KM, kualitas sayap saat terbang dengan dua mesin sama dengan rasio daya dorong mereka terhadap bobot Ekranoplan K = 544 / (13 * 2) = 20,9. Dengan demikian, efisiensi aerodinamis Ekranoplan besar dan berat berada pada tingkat efisiensi pesawat besar modern terbaik dengan kualitas glider urutan K = 18-20.
6. Misteri bagi saya adalah kesenjangan tiga kali lipat dalam hal ekonomi Ekranoplan KM dengan Airbus 380F: Mengapa, dengan kualitas badan pesawat yang sama, apakah Airbus memiliki ekonomi bahan bakar 4 kali lebih baik?
Atau apakah seluruh rahasia tersembunyi dalam kerakusan mengerikan mesin turbojet Soviet dibandingkan dengan mesin turbofan modern dengan tingkat bypass yang tinggi?

Kekuatan angkat sayap. Bagian nomor 3.

Tepat satu tahun telah berlalu setelah publikasi pertama tentang Habré dari artikel saya (02/02/2019) tentang penjelasan tentang gaya angkat sayap tanpa persamaan Bernoulli.
Sebuah artikel untuk tahun ini memperoleh lebih dari 41 ribu tampilan dan mengambil posisi terdepan dalam pencarian Yandex untuk permintaan "sayap angkat", muncul di bagian atas halaman pertama segera setelah definisi Wikipedia.
Juga dalam pesan pribadi saya diberi banyak informasi berharga dan kritik yang sangat penting.
Saya tidak akan mengedit bagian-bagian yang ditulis sebelumnya, tetapi saya akan menganalisis beberapa pernyataan salah yang telah saya duplikasi dari pernyataan yang salah dari buku teks.

Komentar 1.
Pengamatan utama ternyata adalah bahwa saya secara keliru mengutip dan salah mengartikan gambar perbandingan visual dari hambatan aerodinamis dari berbagai badan rotasi untuk terbang.
Jadi saya menganggap resistansi ini sebagai resistansi yang sesuai dari Cx untuk pesawat kutub, dan gambar dari beberapa buku pelajaran (Gbr. 19 di bagian kedua) umumnya menunjukkan Su yang salah, bukan Cx.
Mereka menjelaskan kepada saya bahwa, pada kenyataannya, untuk masing-masing tubuh revolusi, koefisien Cd akan memenuhi syarat, yang menghubungkan penampang (midship) objek yang ditiup dengan tekanan kecepatan yang diberikan olehnya.
Nilai Cd di mobil balap terbaik tidak jatuh di bawah 0,27.
Selain itu, untuk benda berbentuk spindel dan profil sayap tanpa gaya angkat, koefisien hambatan dinyatakan hingga 0,06 0,04, yang tidak pernah dapat dicapai untuk indeks Dx.
Su yang rendah seperti 0,06 ... 0,04, bukanlah penipuan langsung, tetapi menyesatkan karena penyembunyian keadaan dan nuansa perhitungan. Jadi nilai Cd dihitung dari rasio ke penampang (bagian tengah), dan nilai Cx dihitung dari rasio ke area sayap terbesar dalam proyeksi vertikal, yaitu, ke area sayap terbesar dalam arah memanjang ke arah gaya drag efektif.
Jadi dalam gambar penuh warna yang menunjukkan pelurusan berbagai tubuh dalam penerbangan, mereka mulai salah membandingkan "Panjang" dengan "merah", yaitu, membandingkan nilai-nilai dalam dimensi yang tak tertandingi.
Nilai sebenarnya dari drag Cd, disebut bagian “bagian tengah tubuh”, lihat tabel di bawah ini.

Tab. Nilai-nilai drag aerodinamis frontal dari tubuh Cd dari berbagai bentuk.
Tabel kiri adalah badan rotasi. Tabel kanan adalah balok bagian yang diberikan.


Komentar 2.
Habr adalah sumber yang sangat baik untuk menerbitkan artikel ilmiah dan teknis dari berbagai profil, tetapi aturannya memberikan kekuatan yang sangat luas untuk "troll negatif" yang, dengan ketidaksukaan mereka, membuat karma penulis menjadi minus yang dalam, merampas kemampuannya untuk menanggapi komentar kritis dan membuat publikasi baru artikel mereka. Bahkan ada artikel yang dipublikasikan tentang Habré tentang fitur Karma on Habré ini.
Sebagai akibat dari jatuhnya Karma saya di bawah -30, saya terputus dari hak untuk mengomentari artikel saya sendiri, serta kehilangan hak untuk menerbitkan.
Pengecualiannya adalah artikel tentang aerodinamika ini, di mana saya secara ajaib kiri hak untuk mengedit.
Saya akan menggunakan "lubang peluang" ini untuk menerbitkan bagian baru dari artikel, melewati karma negatif.
Anda dapat mengirim semua komentar dan keinginan Anda kepada saya di "pesan pribadi" di Habré sendiri atau ke alamat email saya imoninpgd@gmail.com, yang juga ditunjukkan di awal setiap artikel saya.
Saya selalu senang menanggapi pesan pribadi dengan kritik yang membangun dengan sopan.

Aplikasi praktis dari sayap jari-jari melengkung tipis dalam desain modern.

Ternyata, sayap radius cekung cembung tipis dianggap pada bagian pertama sekarang aktif digunakan sebagai bilah putar di terowongan angin besar (lihat gambar 23, 24)
Gambar tersebut dengan jelas menunjukkan bahwa bilah-bilah tipis seperti itu digunakan untuk mengubah aliran, seperti pada artikel saya.
Tidak ada keraguan bahwa para perancang bilah-bilah putar ini sadar akan tekanan mekanis yang dialami oleh bilah-bilah ini dari alirannya.
Tidak diragukan lagi juga mudah untuk mengukur tekanan pada sudu dari aliran udara melengkung pada bagian cembung dan cekung dari sudu ini. Selain itu, pengukuran tekanan dapat dilakukan baik untuk ketebalan satu aliran, dan untuk satu blade dari sisi yang berbeda.
Saya percaya bahwa tidak akan sulit bagi orang-orang yang memiliki akses ke Tsagi ADT untuk menghilangkan tekanan dari bilah-bilah aplikasi pemandu ADT dengan memuat sel selama salah satu percobaan saat ini.



Gbr. 23. Profil bilah aerodinamik yang digunakan dalam terowongan angin modern sebagai alat pelurus putar pengaturan tipe di saluran udara ADT.




Gbr. 24: Lokasi bilah putar di saluran ADT dalam visualisasi 3D.


Foto (Gbr. 25) menunjukkan profil bilah rotor turbin gas dari buku teks tertentu pada "Hidro-gasdinamika", yang membahas elemen struktural turbin uap dan gas energi.
Mata pisau ini hampir persis mengulangi profil sayap cekung cembung melengkung tipis yang dijelaskan dalam bagian 1 teoretis dari artikel ini, sama seperti metode untuk menghitung beban pada pisau dari aliran gas dalam buku teks Hydrogasdynamics ini bertepatan dengan prosedur yang dijelaskan pada bagian 1. artikel ini.
Ciri khas operasi bilah rotor turbin adalah ketika gas membengkok di sekitar permukaan bilah, gas itu sendiri tidak mengubah kepadatan dan suhu, tetapi hanya dengan lancar mengubah arah vektor kecepatan aliran gas, tanpa mengubah modulo kecepatan gas jika kita mempertimbangkan aliran gas dalam koordinat dengan mengacu pada pisau turbin itu sendiri. Yaitu, kondisi operasi sudu rotor turbin individual secara praktis mereproduksi kondisi operasi sayap melengkung tunggal tipis di ruang udara bebas.

Sangat mengejutkan bahwa apa yang saya nyatakan dalam artikel ini telah lama dikenal dan banyak digunakan dalam perhitungan yang diterapkan dalam Hydrogasdynamics untuk desain turbin gas untuk teknik tenaga dan mesin pesawat, sementara penganut Aerodinamika tidak memperhatikan model teoretis dan teoretis dari " Hydro-gasdynamics ", mempertimbangkan" Aerodinamika "dan" Hydro-gasdynamics "sebagai ilmu yang berbeda dengan hukum interaksi yang berbeda untuk sayap padat yang benar-benar identik dengan lingkungan gas dan cairan yang sama di sekitarnya.



Gbr. 25. Profil bilah kerja turbin gas dan visualisasi aliran gas pada bilah tersebut.

Bergetar

Selama perkembangan pesat penerbangan di tahun 1930-an, dalam mengejar kecepatan tinggi, sebuah fenomena luar biasa yang disebut Flutter tiba-tiba muncul, ketika pada kecepatan tertentu pesawat tiba-tiba meningkatkan getaran torsional-bending dari sayap yang tiba-tiba muncul, yang mengarah pada kehancuran pesawat dalam beberapa detik.
Kami menangani masalah ini dengan metode konstruktif, meningkatkan kekakuan torsional dan tekukan struktur sayap, tetapi penjelasan teoretis tetap pada tingkat "Solusi Empiris Intuitif", meskipun Akademisi Keldysh menerima Hadiah Stalin untuk solusi ini.
Dalam buku pelajaran aerodinamika (lihat daftar pustaka), saya tidak menemukan bab-bab yang menjelaskan tentang bergetar.
Dengan demikian, saya akan memberikan penjelasan untuk fenomena Flutter yang tidak didasarkan pada teori resmi apa pun, tetapi hanya menurunkan konsekuensi dari ketentuan teoritis yang dijelaskan pada bagian pertama artikel.
Seperti dijelaskan di bagian pertama, aliran yang memiliki jari-jari kelengkungan setidaknya
R = 2 * Rbt.
Di mana Robt adalah jari-jari pembulatan tajuk fairing sayap.
Dalam hal ini, ketebalan aliran dibelokkan di setiap arah dari sayap adalah Hp = Robt.
Dari konstruksi geometrik dapat disimpulkan bahwa sudut vektor kecepatan dari aliran yang dipisahkan ketika menyentuh fairing-nya ke arah penerbangan adalah A = 48 derajat.
Proyeksi vertikal kecepatan aliran yang dipisahkan adalah Vp. vert = Vp * sin A = 0,743 * Vp.
Yaitu, kami mendapat perkiraan atas dari kecepatan vertikal untuk aliran pemisahan, karena kriteria untuk perkiraan batas untuk jari-jari aliran melengkung R = 2 * dengan ketebalan aliran yang dialihkan ke satu sisi aliran = telah diperoleh di luka kami.
Dengan gerakan lebih jauh di atas profil melengkung sayap, aliran terpisah dengan energi awal
Ep.vert. = Vvert.n ^ 2 * q * Robt
harus memadamkannya karena pekerjaan perbedaan antara tekanan udara ambien dan tekanan pada permukaan sayap di bawah aliran terpisah, yaitu, karena pekerjaan tekanan pelepasan di atas bidang sayap.
Drive = Notre * Drive
Artinya, persamaan E.vert = Evozd harus dipenuhi
Vvert.n ^ 2 * q * = Notre * Rzd
Ketinggian amplop gelembung tanpa menghentikan aliran dari profil:
Notre = Vp. ^ 2 * q * Robt / Rvozd
Mengganti ekspresi untuk V. vert = V * sin kita dapatkan:

Notre = (Vp * sin A) ^ 2 * q * Robt / Rzvod = Vp. ^ 2 * q * sin A ^ 2 * Rbt / Rzd
Yaitu, pada ketinggian profil di atas nilai ini, aliran di sekitar tanpa pembentukan gelembung pemisahan.
Jika nilai profil punuk di belakang fairing frontal lebih rendah dari nilai Notre, maka aliran mengalir di sekitar profil dengan pembentukan gelembung udara dengan debit dan udara stagnan di dalam, terdeteksi secara visual oleh getaran sutra.
Selanjutnya, muncul pertanyaan tentang panjang kandung kemih stagnan di bawah aliran terpisah.
Jika kita mengasumsikan bahwa penurunan tekanan udara konstan, maka pengereman aliran udara akan dipercepat secara seragam, dan kurva batas gelembung pemisahan akan terlihat seperti parabola dengan bongkolnya.
Waktu deselerasi lengkap dari aliran secara vertikal adalah T = V vert / A.vert
Di mana A.vert = Rvozd / (Robt * q)
Kita mendapatkan Tpuz1 = V vert / A.vert = V vert * (Robt * q) / Rvozd
Panjang gelembung sobek L1 ke atas akan menjadi
Lpuz1 = Vp * Tpuz1 = Vp * V vert * (Robt * q) / Rvozd = Vp * (Vp * sin A) * Robt * q / Rzvoz =>
Lnav1 = Vn ^ 2 * q * sin A * Robt / Rvozd
Dari rumus yang diperoleh Luz1 untuk panjang bagian naik dari aliran terpisah di atas gelembung yang dipisahkan (atau profil ideal), kita dapat menyimpulkan bahwa untuk beberapa nilai kecepatan penerbangan V dan ketebalan fairing fairing Robt, sebuah situasi dapat muncul bahwa nilai gelembung yang dipisahkan L bel 1 + 2 = 2 * Lpuz1 dapat melebihi lebar sayap Vkr.
Ketika perluasan gelembung sobek mencapai tepi trailing sayap, dan aliran jatuh sobek meninggalkan di belakang tepi trailing sayap, kemudian udara bertekanan tinggi masuk di bawah gelembung sobek dari jalur kusut.
Setelah menyamakan tekanan dalam gelembung pemisahan dengan atmosfer, perbedaan tekanan antara atmosfer dan gelembung di atas sayap berhenti bekerja pada aliran pemisahan. Setelah itu, aliran air mata terlepas dari fairing dan tidak bisa lagi kembali ke sayap, sehingga menciptakan aliran sungai yang lengkap.
Dengan penerbangan horisontal berkecepatan tinggi di atas kecepatan normal yang dihitung untuk pesawat tertentu dengan aliran yang terhenti di atas bidang atas sayap, kejadian selanjutnya berkembang dalam urutan berikut (lihat gbr. 26):
- Aliran terpisah membentuk gelembung yang dapat dilepas dengan ukuran berbeda pada sayap dengan sudut serang yang kecil, sedangkan total gaya angkat sayap yang dihasilkan adalah F1 = FB. Atas- Fk di bawah, dan torsi relatif ke titik pusat memiliki nilai yang dihitung pada tuas L1
- Saat berakselerasi ke Vf, aliran yang dipisahkan di atas bidang atas sayap mencapai tepi trailing, dan Fk2 yang dihasilkan menjadi lebih besar dari Fk1 yang dihitung. Juga, torsi sayap dari peningkatan L2 lengan meningkat secara signifikan, meningkatkan momen penyelaman.
- Saat aliran terhenti, gaya angkat dari vakum di gelembung pemisahan atas menghilang.
- Dalam hal hilangnya vakum secara tajam di atas permukaan atas sayap, pembongkaran sesaat dari struktur sayap terjadi pada satu sisi saja.
- Pada bidang yang lebih rendah dari sayap, aliran aliran belum terjadi, dan oleh karena itu, gaya aerodinamis yang signifikan berlanjut ke bawah dari gelembung pemisahan yang dikembangkan, yang berkali-kali lebih besar daripada gaya angkat normal sayap.
Dengan demikian, ada kelebihan sayap yang tajam untuk menekuk ke sisi lain, yaitu ke bawah, dengan sayap memutar ke kurva.
Akibatnya, pesawat jatuh tajam, mengangkat hidung dan kehilangan kecepatan.
Ketika sayap dipelintir dengan ujung trailing ke bawah, sudut serangan seluruh sayap meningkat tajam, akibatnya pengereman pada aliran udara meningkat tajam, sementara gelembung pemisahan runtuh, dan gaya angkat pada permukaan bawah sayap mengubah tanda dengan tajam, menekuk sayap lagi ke atas.
Ketika arah normal lift diangkat, sayap mulai menekuk tajam ke atas, dan momen dari gaya angkat normal yang baru dibuat memutar sayap dan memutar sayap dengan seluruh pesawat keluar dari kabin penyelaman.
Dengan demikian siklus ditutup dan berlanjut ke babak kedua.
Pesawat mengalami akselerasi, aliran dipulihkan tanpa berhenti di sepanjang bidang atas sayap, dan setelah kecepatan kritis baru tercapai, kemacetan terjadi lagi, dan pembengkokan yang berlebihan pada sayap dengan pelintiran diulangi.
Goncangan yang mengalir cepat dengan belokan bergantian dan memutar sayap (dengan beban beberapa kali lebih tinggi dari statis yang dihitung) pasti mengarah pada kehancuran sayap yang cepat.



Gbr. 26. Fase pengembangan flutter sayap:
1) Gaya angkat normal F1 sebelum dimulainya flater, di mana area persegi panjang berarsir menunjukkan gaya tekanan yang dihasilkan pada sayap dari aliran terpisah simetris.
2) Angkat berlebihan pada sayap Fk2 dengan peningkatan kecepatan di atas yang dihitung. Dari gaya angkat berlebih F2 dari gaya pada bahu L2 yang sangat diperbesar, torsi penyelaman yang kuat dihasilkan sesaat sebelum aliran terputus dari bidang atas dan awal flutter.
3) Kios mengalir dari bidang atas sayap dengan flutter yang berkembang. Pada bidang atas, pengangkatan menghilang karena penyetaraan tekanan dengan atmosfer. Gaya yang tidak dapat dikompensasi dari gelembung sobek yang lebih rendah menciptakan kelebihan sayap dengan kekuatan besar Fc3 ke tanah, dan torsi pada sayap berubah tajam menjadi kabel.
4) Dengan peningkatan tajam dalam sudut serang sayap, aliran udara yang masuk memadamkan gelembung separasi dengan mengurangi tekanan pada bidang sayap yang lebih rendah, sebagai akibatnya gaya angkat mengubah arah ke normal, mis. Ke atas, dengan pemulihan torsi ke penyelaman yang dihitung.

Ini adalah osilasi sayap torsional-bending berulang yang berliku dengan kecepatan kritis tertentu yang mereka sebut Flutter.
Penghancuran sayap dari Flater dapat dihindari dengan penguatan tajam struktur sayap. Ini adalah rekomendasi di "level empiris intuitif" yang dibuat Keldysh.
, , , .
«» «». «» «», .
, . .
, .
R, V .
, .
, , .
, ( ) .
, , « » .
, .
- , , .
.


R , .
1930- 300-400/, .
R , -3 1940.
, .
!
— «» «». , .
, .
-16 -3 ( ). 75-170 / ( 420/ 470/), , -3 ( 495/, 640/).
-3 -16 495/420=1,18.
, 20% 1,44 .
20% 1,5 , (, , ), .
-3, -16, .
2,5-3 , .
800-900/, V, . , , .
- .
… 1939 ( ) -101. , -101 , ( 52/ 187/) 1930-, . , .
(..27).
.
— — , . , . , -1 .
, , . (..28)


.27. . , . .




.28. ( — ). — . - 100%.

:

• « », .., , , 1986.-413.
• «» 1, .., , , 2018,-496.
• «», . .., , ...,2017,-607.