Do fönster på sidan av skrovet ökar dra?

4

Jag undrar detta för att jag inte är säker på att glaset är lättare för luften att resa än metall.

    
uppsättning Ethan 26.08.2015 01:30

2 svar

11

Det enkla svaret är ja, men det är inte det material som gör skillnaden i dragproduktion. Skillnaden mellan målat aluminium eller kompositytor och glas är försumbar.

När det finns fönster, kommer det sannolikt att vara sömmar, övergångar och andra variationer i flygplanets hud. Dessa variationer kan orsaka turbulens i luften som flyter över huden vilket kan inducera drag.

Därför har glidflygplan så släta ytor och konturer. Luftflödet förblir fäst vid ytan i laminärt flöde vilket minimerar dragningen. Även buggar som fastnar på framkanten av vingen kan försämra prestanda.

    
svaret ges 26.08.2015 02:01
16

Fartygets långa längd säkerställer turbulent flöde vid kabinens fönster, så deras enda bidrag till friktionsdrag är luckorna mellan metall och polykarbonat. övergången från en laminär till ett turbulent gränsvärde händer innan Windows startar. I Sighard Hoerners klassiska Fluid Dynamic Drag finner vi i kapitel V dessa figurer om dragningen av ytfelektioner:

Storlekenpåluckornaochdetdynamiskatrycketpåderasplatsdriverderasdragbidrag.Låtossantaattfönstrenär0,4mhöga,spårenär2,5mmbredaochgrundanogatthaendragkoefficientpå0,008.Låtossantaattviprataromen Boeing 747-200 med 100 sådana fönster per sida och begränsa dragkalkylen till korsflödet över den vertikala delen av luckorna. Det fullständiga öppningsområdet för alla luckor är $ 2 \ cdot100 \ cdot2 \ cdot0.4 \ cdot0.0025 $ = 0,4 m² eller 0,078% av referensområdet för 747. Wikipedia ger den Boeing 747 parasitiska dragkoefficienten som 0,022, så att fönstren bidrar med en trettio tusen femhundrahundra < stark> av det här draget. Försumbar, med andra ord.

Men det finns en annan dragkälla: Fönstren är tyngre än den metall som de ersätter , och att bära dem runt kommer att öka inducerad dra. Om vi igen antar 200 fönster för en Boeing 747-200 vid 7 kg vardera (det här är från pre- polykarbonat gånger!), de väger totalt 1,4 ton. Detta är 0,8% av sin tomma massa och motsvarande 12-14 passagerare . För att hitta effekten av denna massa på ett långtgående flyg över 6000 NM kan vi använda Breguet-ekvationen ; en gång med och en gång utan 1,4 ton extra massa. Den tomma massan av Boeing 747-200 plus 50 ton nyttolast är 228 100 kg, dess L / D är 16, den specifika bränsleförbränningen av sina JT-9D-7-motorer är $ b_f $ = 0.0000184 kg / Ns och kryssningsfartygets hastighet är Mach 0.84, vilket motsvarar $ v $ = 250 m / s i FL 350:

$$ m_1 = m_2 \ cdot e ^ {\ frac {R \ cdot g \ cdot b_f} {v \ cdot L / D}} $$

När vi använder $ R $ = 11.112 km och kör detta en gång med landningsmassor $ m_2 $ = 228,100 kg och igen med $ m_2 $ = 226,700 kg, är skillnaden i $ m_1 $ större med en faktor på 1,65 startmassor $ m_1 $ är 376 584 kg och 374 237 kg utan fönster), vilket medför att fönstren runt kostar Boeing 747-200 911 kg bränsle eller 0,61% av den totala bränslemängden per flygning. Det här är one hundredthirdthirdthird av det totala draget - fortfarande inte så mycket, men fyrtio gånger så mycket som det absoluta bidraget från fönstren till friktionsdragen (om vi antar att 747 flyger på polar punkten för optimalt intervall ).

Detta förklarar varför omvandlingar av flyglinjer till fraktfartyg nästan alltid ersätter windows av metallplattor men bryr mig inte så mycket om luckorna som de lämnar. När det gäller 747 bilden nedan är de säkert tillräckligt stora för att vara synliga långt ifrån.

En Japan Airlines Boeing 747 passagerare-till-fraktsändare med aluminiumfönsterproppar. (Fotokredit: Flickr)

    
svaret ges 27.08.2015 16:25