100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Зачем самолету завихрители?

Зачем крылу завихрители? (Фото+видео+текст)

Завихрители

Если внимательно посмотреть в окно самолёта Boeing-737 поколения Classic, то можно увидеть странные штучки, торчащие на верхней поверхности крыла.
Из окна салона выглядят они как расположенные в ряд небольшие уголки.

Завихрители

Завихрители

Для чего это нужно?
Вообще-то крыло принято обдувать ламинарным потоком. Это значит, что поток воздуха течёт плавно, безотрывно от поверхности и без завихрений.
Но.
Воздух при обтекании тела замедляется возле его поверхности. Эта замедленная часть потока называется «пограничный слой».
А нам нужно, чтобы воздух и на верхней поверхности крыла тоже пролетал интенсивно. Потому что скорость воздуха над крылом создаёт подъёмную силу.
Решение пришло внезапно и парадоксально — оказывается, для ускорения медленного потока можно использовать нелюбимые завихрения.
Сделали это с помощью внедрения в пограничный слой быстрого потока, удалённого от поверхности.
Вот с помощью показанных устройств и происходит процесс.
Как видно по следу потока на следующей картинке,

Завихрители

Интересующие нас завихрители (по-английски «vortex generators») установлены под некоторым углом к потоку.
Они отклоняют его слегка в сторону, а на это место устремляется часть воздуха из пролетающего дальше от поверхности.
В итоге пограничный слой ускоряется за счёт внедрения более быстрого потока, удалённого от поверхности.
Такое решение позволяет улучшить обтекание крыла на малых скоростях. Позже наступает срыв потока.
Вроде как и на больших углах атаки ещё помогает.
То есть, практически, увеличивается запас до сваливания и уменьшается минимально допустимая скорость (что важно на посадке, например).
Подобные устройства есть и в других частях самолёта, где хорошо бы обеспечить качественное обтекание.
Вот, например, в районе хвоста, между килем и стабилизатором.

Завихрители

Полагаю, что тамошние завихрители улучшают обтекание корневой части рулей направления и высоты.
Иногда их устанавливают только в зонах элеронов, улучшая управляемость самолёта по крену на больших углах атаки, близких к критическим.
К этому же можно отнести и довольно большую аэродинамическую поверхность на капоте двигателя:

Завихрители

Дело в том, что расположенный близко к крылу здоровый двигатель оказывает не очень хорошее влияние на обтекание крыла.
Двигатель уменьшить нельзя — от размеров зависит экономичность. Отдалить его тоже некуда — ниже уже земля.
Зато установленная дополнительная аэродинамическая поверхность создаёт неслабый такой вихрь, улучшающий обтекание этой зоны.

Завихрители

Пишут, что это важно на взлёте.
Вихрь с этой поверхности хорошо заметен в сырую погоду из-за конденсации в нём водяного пара.
При полёте с выпущенными предкрылками хорошо видно, как белая полоса, начинающаяся на передней кромке Vortex Generator-а, уходит сверху него на верхнюю поверхность крыла.
Ну что же. пожалуй, на этом всё о странных уголках на крыле.

Читайте так же:
Как собирают российские автобусы. Завод ЛИАЗ

Зачем самолету завихрители?

Когда пассажиру надоедает лицезрение красот за окном, он начинает думать глупости.
Ну, там — «долетим ли мы?» или «а что это за штуки там на крыле сверху торчат?»
И если ответ на первый вопрос сугубо вероятностен и целиком находится во власти Аллаха, то вот по второму мы как раз имеем, что сказать…

Это не мираж. Штуки действительно торчат на верхней поверхности крыла 737 Классики.

Из окна салуна выглядят они как расположенные в ряд небольшие уголки.

Для чего это нужно?

Вообще-то мы любим ламинарный поток. Это когда он течёт плавно, безотрывно от поверхности и без завихрений.
Но.
Воздух, как и другая вязкая жидкость, при обтекании тела замедляется возле его поверхности. Это называется «пограничный слой».
А нам нужно на верхней поверхности крыла, чтобы воздух как-то интенсивнее ехал. Подъёмную силу там создавал, что ли.
Решение пришло внезапно и парадоксально — оказывается, для ускорения медленного потока можно использовать нелюбимые завихрения.
Сделали это с помощью внедрения в пограничный слой быстрого потока, удалённого от поверхности.

Вот с помощью показанных устройств и происходит процесс.
Как видно по следу потока на следующей картинке,

интересующие нас завихрители (по-английски «vortex generators») установлены под некоторым углом к потоку.
Они отклоняют его слегка в сторону, а на это место (которое, как известно, пусто не бывает), устремляется свободный воздух.
В итоге пограничный слой ускоряется за счёт внедрения более быстрого потока, удалённого от поверхности.

Такое решение позволяет улучшить обтекание крыла на малых скоростях. Позже наступает срыв потока.
Вроде как и на больших углах атаки ещё помогает.
То есть, практически, увеличивается запас до сваливания и уменьшается минимально допустимая скорость (важно на посадке, опять же).

Подобные устройства есть и в других частях самолёта, где хорошо бы обеспечить качественное обтекание.
Вот, например, в районе хвоста, между килем и стабилизатором.

Полагаю, что тамошние завихрители улучшают обтекание корневой части рулей направления и высоты.

К этому же можно отнести и довольно большую аэродинамическую поверхность на капоте двигателя:

Дело в том, что расположенный близко к крылу двигатель оказывает не очень хорошее влияние на пролетающий в тех краях поток воздуха.
А дополнительная аэродинамическая поверхность создаёт неслабый такой вихрь, улучшающий обтекание этой зоны.

Пишут, что это важно на взлёте.
Вихрь с этой поверхности хорошо заметен в сырую погоду из-за конденсации в нём водяного пара.
При полёте с выпущенными предкрылками хорошо видно, как белая полоса, начинающаяся на передней кромке Vortex Generator-а, уходит сверху него на верхнюю поверхность крыла.

Читайте так же:
Как запускают спутник с космодрома «Байконур»

Ну что же… пожалуй, на этом всё.
Теперь вы можете смелее глядеть в окно и даже улыбаться и махать ручками этим простым, но столь интересным «странным штучкам сверху».

P. S.
Небольшое видео о пользе завихрителей:

P. P. S.
Интересно, что на 737NG завихрителей сверху крыла стало меньше, чем на Классике.

P. P. P. S.
Подсказали, что по-русски их называют «турбулизаторы».
Во время написания в голову пришёл только перевод «завихрители».

kak_eto_sdelano

Как это сделано, как это работает, как это устроено

Самое познавательное сообщество Живого Журнала

Если внимательно посмотреть в окно самолёта Boeing-737 поколения Classic, то можно увидеть странные штучки, торчащие на верхней поверхности крыла.

Из окна салона выглядят они как расположенные в ряд небольшие уголки.

Для чего это нужно?

Вообще-то крыло принято обдувать ламинарным потоком. Это значит, что поток воздуха течёт плавно, безотрывно от поверхности и без завихрений.
Но.
Воздух при обтекании тела замедляется возле его поверхности. Эта замедленная часть потока называется "пограничный слой".
А нам нужно, чтобы воздух и на верхней поверхности крыла тоже пролетал интенсивно. Потому что скорость воздуха над крылом создаёт подъёмную силу.
Решение пришло внезапно и парадоксально — оказывается, для ускорения медленного потока можно использовать нелюбимые завихрения.
Сделали это с помощью внедрения в пограничный слой быстрого потока, удалённого от поверхности.

Вот с помощью показанных устройств и происходит процесс.
Как видно по следу потока на следующей картинке,

интересующие нас завихрители (по-английски "vortex generators") установлены под некоторым углом к потоку.
Они отклоняют его слегка в сторону, а на это место устремляется часть воздуха из пролетающего дальше от поверхности.
В итоге пограничный слой ускоряется за счёт внедрения более быстрого потока, удалённого от поверхности.

Такое решение позволяет улучшить обтекание крыла на малых скоростях. Позже наступает срыв потока.
Вроде как и на больших углах атаки ещё помогает.
То есть, практически, увеличивается запас до сваливания и уменьшается минимально допустимая скорость (что важно на посадке, например).

Подобные устройства есть и в других частях самолёта, где хорошо бы обеспечить качественное обтекание.
Вот, например, в районе хвоста, между килем и стабилизатором.

Полагаю, что тамошние завихрители улучшают обтекание корневой части рулей направления и высоты.

Иногда их устанавливают только в зонах элеронов, улучшая управляемость самолёта по крену на больших углах атаки, близких к критическим.

К этому же можно отнести и довольно большую аэродинамическую поверхность на капоте двигателя:

Дело в том, что расположенный близко к крылу здоровый двигатель оказывает не очень хорошее влияние на обтекание крыла.
Двигатель уменьшить нельзя — от размеров зависит экономичность. Отдалить его тоже некуда — ниже уже земля.
Зато установленная дополнительная аэродинамическая поверхность создаёт неслабый такой вихрь, улучшающий обтекание этой зоны.

Читайте так же:
Как работает превентор при бурении нефтяной скважины?

Пишут, что это важно на взлёте.
Вихрь с этой поверхности хорошо заметен в сырую погоду из-за конденсации в нём водяного пара.
При полёте с выпущенными предкрылками хорошо видно, как белая полоса, начинающаяся на передней кромке Vortex Generator-а, уходит сверху него на верхнюю поверхность крыла.

Ну что же. пожалуй, на этом всё о странных уголках на крыле.

P. S.
Небольшое видео о пользе завихрителей:

P. P. S.
Интересно, что на 737NG завихрителей сверху крыла стало меньше, чем на Классике.

Зачем нужны странные «плавнички» на концах крыльев самолётов?

Тут меня давеча спросили: а что это за такие вертикальные «плавнички» на крыльях у самолётов и зачем они нужны?

Отличный вопрос с интересным ответом. Поехали.

Почему вообще летают самолёты? Делают они благодаря явлению, известному как закон Бернулли. Суть его состоит в том, что движущиеся жидкость или газ оказывают на помещённые в эти жидкость или газ тело тем меньшее давление, чем с большей скоростью они движутся.

Это интуитивно довольно понятный закон: если мы вспомним, что давление по существу — это плотность энергии, то закон Бернулли является всего лишь своеобразной формулировкой закона сохранения энергии: сумма потенциальной и кинетической энергии должна оставаться постоянной. В движущейся среде роль «кинетической энергии» играет динамическое давление (спорный термин), определяющееся самим фактом движения газа или жидкости — это, грубо говоря, то дополнительное давление, которое мы испытываем, когда нам в лицо дует ветер. Но при этом по закону сохранения энергии статическое давление, возникающее исключительно вследствие самостоятельного, несогласованного, теплового, проще говоря, движения молекул газа или жидкости, должно уменьшаться. Именно это и происходит: если мы замерим давление в направлении, перпендикулярном направлению нашего движения, то окажется, что оно уменьшилось. Замечали, как «вытягивает» дым из окна движущегося автомобиля? Это действует как раз закон Бернулли: у движущегося относительно нас потока воздуха снаружи «статическое» давление меньше, чем у неподвижного воздуха внутри.

Ещё один, более ЗОЖный пример: окна, которые закрываются (или открываются) когда ветер дует параллельно стене дома (и плоскости окна).

Короче, мы с вами запомнили: чем быстрее движется газ, тем слабее он давит на плоскость, параллельную направлению его движения.

Теперь посмотрим на поперечное сечение крыла самолёта. Можно увидеть, что оно состоит как бы из двух половинок: верхняя — более выпуклая, нижняя — более плоская.

При движении крыла (вместе с самолётом, разумеется), в воздушном потоке воздуху, который обтекает крыло сверху, нужно пройти больший путь, чем воздуху, который обтекает его снизу. А так как в конечном итоге должна обеспечиваться непрерывность потока, то поток, обтекающий крыло сверху, должен двигаться быстрее того, что идёт снизу. Согласно закону Бернулли, это значит, что воздух под крылом давит на само крыло сильнее, чем воздух над крылом. Возникает разница давлений, которая как бы толкает крыло вверх — точнее, не как бы, а именно что толкает. Так как в законе Бернулли давление зависит не от скорости, а от квадрата скорости, то чем с большей скоростью летит самолёт — тем больше разница давлений. Так как подъёмная сила равна разнице давлений, умноженной на площадь, то чем больше площадь крыла — тем также больше подъёмная сила.

Читайте так же:
Как создавалась игра «Prince of Persia»

Именно поэтому у первых, медленно летающих самолётов, крылья были большие: разница давлений (из-за маленькой скорости) там была довольно скромная, и чтобы получить нужную подъёмную силу, требовалась серьёзная площадь. Иногда даже делали самолёты с двумя парами крыльев — бипланы, или даже (экзотика) с тремя.

Творение сумрачного тевтонского гения - триплан Fokker Dr. I

Творение сумрачного тевтонского гения — триплан Fokker Dr. I

С ростом скоростей самолётов в этом необходимость отпала. Как ни крути, а большие крылья (или большее количество крыльев) — это и лишний вес, и, что немаловажно, сопротивление воздуха — то самое «динамическое» давление, «ветер в лицо», который давит на переднюю кромку крыла. Поэтому у скоростных самолётов (например, военных истребителей) крылья маленькие: из-за их большой скорости разница давлений там солидная, и нужную подъёмную силу создаёт и небольшое крыло, которое при этом испытывает меньшее сопротивление воздуха.

Хотя наврал: трипланы существуют и сегодня. Технически трипланом является, например, российский СУ-30МК: у него тоже три пары крыльев, только расположенные не одна над другой, а одна перед другой — т.н. горизонтальный триплан. Зачем так делают — расскажу как-нибудь в другой раз.

Прошу прощения у тех, кто и так знает, за счёт чего летают самолёты: как показала практика, это далеко не такой общеизвестный факт, как многим кажется. А нам в рамках нашего объяснения надо показать, почему давление воздуха под крылом и над крылом — различны. Потому что именно это, являясь причиной того, что самолёт летает в принципе, создаёт проблемы, которые призваны решать «плавнички», которые инженеры называют законцовками крыла.

Дело вот в чем. Когда мы смотрим на ситуацию в середине крыла, всё хорошо: сверху давление меньше, снизу больше, разница давлений толкает крыло вверх. Но на конце крыла у нас возникает ситуация: здесь верхний и нижний потоки с разными давлениями встречаются. Естественно, что давления стремятся уравняться: воздух снизу крыла устремляется наверх. Огибая крыло, он закручивается в вихрь. А так как всё это дело у нас ещё движется в перпендикулярном направлении (в том, в котором движется самолёт), то за самолётом возле конца каждого крыла возникают эдакие «воздуховороты», которые называют вихревыми шнурами.

Читайте так же:
Как производят тягачи апокалипсиса

Как эти шнуры и их образование влияют на самолёт и его движение? Плохо влияют. Дабы не вдаваться в тонкости аэродинамики, поясним это так. На образование вихря требуется некая энергия. Откуда ей взяться? Просто неоткуда, кроме как из энергии, которую производят двигатели самолёта. То есть, часть этой энергии тратится не на что-то полезное, а на создание совершенно «ненужных» с точки зрения полёта вихревых шнуров. Результат: часть произведённой двигателем энергии уходит в прямом смысле слова в атмосферу. Это, в свою очередь, приводит, к примеру, к повышению затрат топлива.

Так вот, перпендикулярные «плавнички» на концах крыльев призваны как раз препятствовать свободному течению воздуха из нижней части крыла в верхнюю и закручиванию этого потока в вихри, что, в свою очередь, ведёт к более рациональному использованию производимой двигателем энергии и уменьшению расхода топлива.

Другое дело, что эти «плавнички», или «крылышки» (их, кстати, так и называют — винглеты) увеличивают лобовое сопротивление крыла и его вес. Кроме того, винглеты увеличивают нагрузку на крыло (они испытывают давление пытающегося закрутиться воздушного потока), что требует от конструкторов делать его более прочным, что в авиации обычно значит — более тяжёлым.

Всё это, в свою очередь, опять же ведёт к увеличению расхода топлива. Поэтому винглеты ставит не на все самолёты, а преимущественно на магистральные авиалайнеры, которые значительную часть своего полёта проводят в крейсерском режиме — с постоянной значительной скоростью.

Есть, к слову, и другие конструкции законцовок крыла, призванные минимизировать концевые эффекты. Например, применяются так называемые гребневые законцовки: как бы треугольнички, ориентированные в основной плоскости крыла, призванные уменьшить площадь концевых участков крыла относительно самого крыла и, соответственно, минимизировать концевые эффекты.

Их ставят, к примеру, на новейшие самолёты Boeing: они не заметны так, как классические винглеты, это просто заострённое окончание крыла, не будешь знать, на что смотреть, так и не увидишь. Подобное же решение использовано и на российском МС-21.

Авиаинженеры продолжают экспериментировать с конструкцией законцовок крыла, которые должны обеспечить должный положительный эффект при минимальных «побочках». Посмотрим, что ещё новенького они придумают.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию