Vad är den aerodynamiska motivationen bakom virvelgeneratorer?

12

En flygplans vinge skapar lyft effektivt när luftflödet är parallellt med vingeens ackord. Vortexgeneratorer vrider luftströmmen på vingeytan.

Förorsakar inte denna typ av förvrängt luftflöde ineffektivitet i höjden?

    
uppsättning David Teahay 04.06.2018 13:04

4 svar

8

De vrider endast flödet i en liten region strax ovanför vingeytan, medan en väsentlig del av den totala hissen faktiskt produceras av ett stort luftpaket långt ovanför vingen som induceras att röra sig nedåt. Du kan säga att de har en slags katalytisk fördelaktig effekt mycket större än deras kostnad.

Ja, det är energi som förbrukas för att göra virveln men som vanligtvis kompenseras av dragreduceringen av den totala flödesförbättringen som uppnåtts (de kan snurra, men den snurra luften är mycket mer ordnad än slumpmässig turbulens). Vanligtvis används VGs i lokala områden för att hjälpa till att ommontera fristående flöde, men det bästa exemplet på detta är populariteten hos VG som används som en "fattig mans slat" längs vingsledande kanter.

När flygplan har VG-kits installerade på framkanten, höjer det stalling AOA något mindre än hälften av vad du får med en lut eller slits, inte dålig för en rad små metallflikar. Från ca 14-16 grader för de flesta flygblad till kanske 19-21 grader (ballpark nummer för illustration). På många lätta flygplan är det bra för ca 4-6 mph reduktion i angiven båghastighet. På ljus tvillingar kan VGs också sänka minsta styrhastighet till nära eller till och med under stallet, en stor säkerhetsfunktion. De tenderar också att drastiskt förbättra stallbeteendet.

Du skulle tro att ledande VG skulle komma med ganska kryssningsfartsstraff, men vanligtvis är straffet försumbart om alls, eftersom det finns en liten dragreduktion från minskningen av flödet separerad turbulens vid kryssning som kompenserar den energi som används för att skapa virvlarna. I värsta fall kan en lätt tvilling med VG se en 3 mph träff på kryssningshastighet, men säkerhetsfördelarna är för stora för att detta kommer att göra något.

    
svaret ges 04.06.2018 14:44
13

Du är korrekt att vortexgeneratorer skapar drag, så en lyckad installation beror på att du reducerar ett annat drag ännu mer. Luftflödesskillnad orsakar betydande drag som virvelgeneratorer kan minska. Den energi som förbrukas av vortexgeneratorer som gör drag, injiceras i gränsskiktet, fördröjer luftflödesskillnad och eventuell stall, vilket kan vara ännu mer värdefullt. Att korrigera dåliga flygegenskaper på en befintlig design är ofta där de används. Illustrationen av en vingsstallning är lätt att förstå men kan inte vara den bästa användningen av VG eftersom några vingar flyger kontinuerligt på randen av separation.

    
svaret ges 04.06.2018 15:02
9

Nej. Vortexen hjälper till att hålla gränslinjen bunden så att hissen skapas under längre tid, eftersom planet saktar och vingen siver upp & tillbaka för landning.

Bild källa

    
svaret ges 04.06.2018 14:21
2

Jag ska komplettera tidigare svar om VG. Alla tidigare tre svar visar ett faktum:

  • Med en konstruerad vinge kan stallvinkeln minskas och även den maximala höjningen kan ökas.

Den faktiska motivationen att använda VG är den övergripande mest effektiva lösningen. Din resonemang är rätt, en VG introducerar drag och, för en viss angreppsvinkel, en mindre aerodynamiskt effektiv vinge.

Låt oss dock ta problemet från ett annat perspektiv. Jag har ett flygplan som jag är desiging och jag har flera designparametrar, föreställ mig att en av begränsningarna i designen är att vi till exempel måste kunna lyft flygplanet med en viss vikt, men den punkten är inte den nominella punkten, är bara en designpunkt i det kuvert du ska utforma för.

På designnivå ser du vad som är den maximala höjden du någonsin kan generera och multiplicera med ytan och det dynamiska trycket. Dynamiskt tryck kommer att ges av designpunkten, och dina designparametrar kommer att vara ytan på vingen och den maximala lyften.

Så ... du är intresserad av att optimera kryssningsförhållandet ... självklart kommer du att försöka göra den här vingen, för den givna hissen av kryssningsförhållandet, med mindre drag möjlig.

Detta leder dig till en avvägning, vad ger mindre drag, en extra yta eller en uppsättning VG? Med tanke på denna avvägning har du installationen eller inte av VG.

I huvudsak kommer du att använda VG: ns energieringsmöjligheter när det finns en avvägning i ett specifikt tillstånd. Jag har beskrivit ett villkor som storlekar på en vings storlek (typiskt från svansplanet), men du kan också titta på den här frågan där ett annat specifikt villkor diskuteras relaterat till motorens nacelle.

    
svaret ges 05.06.2018 00:01