Как работает Гидрофойл

[ALEX3M]

Немного в сторону уйду.
Лет 15-20 назад почти все кайты были на ручках, имели профиль, с выпуклостью почти по всей длине хорды. И почти не имели возможности уменьшать угол атаки, кайт пытался первернуться через переднюю кромку.
И максимальный размер был 10-12 кв.м. Большая площадь просто разносила в хлам с избытком тяги уже в 3мс.
Году в 2005-7 появились кайты с широким изменением тяги и угла атаки.
Казалось, бы замечательно.
Но оказалось, что для получения той же тяги, пришлось увеличить площадь в 1,5-2 раза.
Почему?
А потому, что пришлось применить профиль т.н. S- образный, тоесть, выпуклыйьсверху сперед, плоский сверху далее, и немного выпуклый снизу сзади.
Такой профиль пытается выйти из пикирования сам, за счёт сильного смещения подьемной силы вперёд, и появления подьемной силы, но вниз, в задней части профиля.
То есть, подобный профиль имеет в 2 раза меньшую ПС, чем старый профиль, как следствие отсутствия кривизны верха в задней части.
То есть, именно кривизна поверхности, создаёт ПС.
Подьемная сила создаётся именно на выпуклой поверхности, потому, что придаёт частицам потока криволинейную.траекторию, по другому- ускорение.
То есть, где кривизна больше, там местная Пс (или разрежение)больше, а где более плоская -ПС меньше.
И вычисляется она довольно легко, по формуле для движения по окружности, разрежение пропорционально скорости потока в квадрате, и обратно пропорционально радиусу кривизны поверхности, вдоль которой поток движется.
Получается, что движущийся поток "втягивает" в себя выпуклые поверхности.
Именно подобная картина наблюдается с флагами.
Бегущие бугры, растущие по мере удаления от передней кромки.

Так о чем это я?
Чем больше кривизна поверхности, тем больше подьемная сила.

[mm7]

Сообщение от lop

Лехко:

Плоское может и эффективнее, только для хорды 0.2м Рн 40000 будет на 1км/ч.
Представляешь какое это надо будет крыло?

[Urry1]

Сообщение от lop

Лехко:

А где такую книжку найти, ознакомиться с содержанием? Может, чего нового для себя найду? Вот этот пример на картинке забыл совсем. Или не знал. Плохо, когда не знаешь, да ещё и забудешь...

[lop]

Сообщение от Urry1

А где такую книжку найти, ознакомиться с содержанием? Может, чего нового для себя найду? Вот этот пример на картинке забыл совсем. Или не знал. Плохо, когда не знаешь, да ещё и забудешь...

Р.Т.Джонс, Теория крыла

Сообщение от mm7

Плоское может и эффективнее, только для хорды 0.2м Рн 40000 будет на 1км/ч.
Представляешь какое это надо будет крыло?

Ну так я и сказал, что на малых скоростях. Подходящих, кстати, для твоего симулятора. Пробежался по описанию, посмотрел в википедии про метод... Куды котится мир?! CFD задачи решают методами не гидромеханики, а молекулярно-кинетической теории. Ужос. Это ж небось какой-то альтернативщик придумал, скорее всего вообще гидромеханики не знающий, или программист.
Не, я понимаю, считать можно как угодно, хоть шариками, хоть центростремительным ускорением, хоть бросанием костей, лишь бы результат расчёта хотя бы примерно соответствовал результату эксперимента. А если соответствие эксперименту, как критерий корректности метода не рассматривать (патамушта расчёт точнее), то главным становится удобство пользователя, симпотный интерфейс и картинки вместо таблиц, как конечный результат. Хрен с ней, с подъёмной силой.

Сообщение от ALEX3M

Немного в сторону уйду.
Лет 15-20 назад почти все кайты были на ручках, имели профиль, с выпуклостью почти по всей длине хорды. И почти не имели возможности уменьшать угол атаки, кайт пытался первернуться через переднюю кромку.
И максимальный размер был 10-12 кв.м. Большая площадь просто разносила в хлам с избытком тяги уже в 3мс.
Году в 2005-7 появились кайты с широким изменением тяги и угла атаки.
Казалось, бы замечательно.
Но оказалось, что для получения той же тяги, пришлось увеличить площадь в 1,5-2 раза.
Почему?
А потому, что пришлось применить профиль т.н. S- образный, тоесть, выпуклыйьсверху сперед, плоский сверху далее, и немного выпуклый снизу сзади.
Такой профиль пытается выйти из пикирования сам, за счёт сильного смещения подьемной силы вперёд, и появления подьемной силы, но вниз, в задней части профиля.
То есть, подобный профиль имеет в 2 раза меньшую ПС, чем старый профиль, как следствие отсутствия кривизны верха в задней части.

Так и с парусами примерно то же самое происходило - эволюция от пузатых "самолётных" профилей с затянутой задней шкаториной к легко твистующим парусам с расслабленной задней - под нагрузкой у них (у лучших моделей) как раз S-образный профиль и получается. Площадь супротив парусов начала 90-х годов выросла на четверть при той же тяге на разгоне, зато ветровой диапазон расширился вдвое. И дело тут не в том, что у старых "ПС" была сзади а у новых она сместилась вперёд. А в том, что у S-образных центр давлений, то есть точка приложения равнодействующей аэродинамической силы, практически не зависит от угла атаки и нагрузки, а у обычных эта точка смещается к задней кромке с ростом угла атаки. Поэтому, когда на порыве угол атаки резко возрастает, на старых возникала тенденция к пикированию или приводу, а на новых, S-образных, такой тенденции нет или она заметно слабее.

То есть, именно кривизна поверхности, создаёт ПС.
Подьемная сила создаётся именно на выпуклой поверхности, потому, что придаёт частицам потока криволинейную.траекторию, по другому- ускорение.
То есть, где кривизна больше, там местная Пс (или разрежение)больше, а где более плоская -ПС меньше.
И вычисляется она довольно легко, по формуле для движения по окружности, разрежение пропорционально скорости потока в квадрате, и обратно пропорционально радиусу кривизны поверхности, вдоль которой поток движется.
...

Пробовал вычислять ПС по этой "формуле"?

[ALEX3M]

Сообщение от lop

Пробовал вычислять ПС по этой "формуле"?

Да, вполне правдоподобные цифры давлений получаются.
Еще интересный эксперимент, сравнивал в программе Airfoil вроде, уже давно, два плосковыпуклых профиля с одинаковой передней частью, и с выпуклой и плоской задней. Да разница в ПС была раза в полтора ,не меньше.

[mm7]

Сообщение от lop

Ну так я и сказал, что на малых скоростях. Подходящих, кстати, для твоего симулятора. Пробежался по описанию, посмотрел в википедии про метод... Куды котится мир?! CFD задачи решают методами не гидромеханики, а молекулярно-кинетической теории. Ужос. Это ж небось какой-то альтернативщик придумал, скорее всего вообще гидромеханики не знающий, или программист.
Не, я понимаю, считать можно как угодно, хоть шариками, хоть центростремительным ускорением, хоть бросанием костей, лишь бы результат расчёта хотя бы примерно соответствовал результату эксперимента. А если соответствие эксперименту, как критерий корректности метода не рассматривать (патамушта расчёт точнее), то главным становится удобство пользователя, симпотный интерфейс и картинки вместо таблиц, как конечный результат. Хрен с ней, с подъёмной силой.

Проблема крыла оказалась настолько непонятной и противоречивой, что даже маститые аэродинамики еще не пришли к согласию, как же оно на самом деле работает. Поэтому все существующие методы классической гидродинамики, которые основаны на стат методах и нахождении закономерностей путем анализа данных экспериментов, не объясняют работу крыла, а лишь дают нам закономерности, которые приближенно "угадывают" результат.
Эдак можно и нейронную сеть научить. Она тоже будет угадывать. Но объяснить не сможет.

Молекулярно-кинетические методы как раз приближают нас к тому, как оно на самом деле работает. Ведь что такое воздух или вода? Куча молекул, связанных меж-молекулярными связями. Задав как эти связи работают, можно моделировать поведение какого-то объема жидкости.
Но тут две проблемы. Нужны огромные вычислительные ресурсы. Нужно правильно смоделировать связи.

CFD конечно чаще с Навье-Стоксом считают. Но это дорого. Решетки Больтцмана считать попроще, потому этот симулятор и работает в браузере. НС бы там просто стоял колом.
У РБ есть свои преимущества и недостатки. Главное преимущество не надо делать меш. А от качества меша во многом зависит точность результата. Так же метод хорошо ложится на массивно-параллельные вычисления.
Считается даже графическими картами.
Сделать модели тело-жидкость-воздух проще. В НС сделать свободную границу жидкость-воздух очень сложно. Каждый раз придется пресчитывать весь меш, чтобы учесть волны и брызги, поверхность и положение тела. В РБ это как-бы заложено.

Ну и опять-же, что НС, что РБ они тоже лишь приближения к реальности. Но они ближе, чем просто эмпирические закономерности, найденные 200-300 лет назад. Что НС, что РБ не считают поля скоростей-давлений для каждой молекулы, а бьют пространство на частицы, рассматривая каждую как целое. Но и то внутри них тоже можно считать, турбуленцию например.

Ну, и, эксперимент тоже никто не отменяет. Любой метод симуляции должен подтверждаться экспериментом. Речь лишь идет об отклонениях симуляции от эксперимента.

[lop]

Какие "молекулы" в НС? НС - это уравнения движения сплошной среды, одного из китов, на которых опирается механика сплошной среды, разделом которой является гидромеханика. В уравнениях ГМ сплошность среды имеет следствием фундаментальное уравнение неразрывности. А РБ - это ньютоновские летающие шарики, к которым приделан статистический аппарат. Это принципиально разные вещи.
И да, "проблемы крыла" или "причин возникновения ПС" у аэродинамиков, даже не маститых нет уже более 100 лет. Эту проблему выдумали альтофреники, люди, аэродинамику специально не изучавшие, любители или специалисты из других областей физики (в лучшем случае) и решившие, что классическая аэродинамика фсё усложняет и слишком заумная, пудрит мозги народу, а на самом деле всё гораздо проще и выглядит вот так:... дальше идут разнообразные варианты, тут уже рассматривашиеся.

[mm7]

> В уравнениях ГМ сплошность среды имеет следствием фундаментальное уравнение неразрывности.

Угу. А в реальности неразрывность вовсе не фундаментальна. Жидкость переходит в газ от температуры/давления, происходит кавитация, да просто механически от неразрывного мирового океана то и дело отрываются куски воды - всплески, капли и тд и тп. И как это все учитывается в классической ГМ?
Да, НС не молекулы считает. Но все равно мешем делят среду на кусочки. Пирамидки, кубики.

> И да, "проблемы крыла" или "причин возникновения ПС" у аэродинамиков, даже не маститых нет уже более 100 лет.

Есть-есть проблема. Я смотрел их лекции. И что:
- ньютоновское перенаправление потока дном пластины - отвергнуто
- объяснение разницей длины путей с верхней и нижней сторон, с вытекающим из него Бернулли - отвергнуто. потоки не сходятся вместе. Верхний обгоняет нижний.
- объяснение ПС даунвошем вызванным эффектом Коанда - тоже отвергнуто (не помню почему).

И что остается?
Как объяснишь, например почему верхний поток обгоняет нижний?
Жуковский-Кутта это не объяснили, а просто представили это как циркуляцию.
А почему это происходит - кто нибудь объяснил?

[ALEX3M]

При простейшем случае, нулевом угле атаки плосковыпуклого крыла, верхний поток не обгоняет нижний, может даже несколько притормаживать. При этом ПС будет.
Рассмотрите это как двуижение крыла через неподвижную жидкость.
Частицы снизу не меняют положения, разве что крыло несколько сместит их за собой, в силу трения.
А частицы сверху крыла двигаются вверх, затем вниз, и тоже приобретают горизонтальную скорость, по причине того же трения.
Весь в точке входа они начинают движение вверх, со скоростью, определённой наклоном входящей кромки к потоку.
Затем эта скорость уменьшается, и меняет направление после наибольшей толщины профиля.
На участках, где появляется ускорение частиц по вертикали, то есть, с кривизной,появляется разрежение.
На плоских участках вертикальное ускорение ноль- и минимум Пс.
Если оставить крыло неподвижным, а двигать поток, то это ускорение станет центростремительным.

[mm7]

Сообщение от ALEX3M

При простейшем случае, нулевом угле атаки плосковыпуклого крыла, верхний поток не обгоняет нижний, может даже несколько притормаживать.

А я думаю всегда обгоняет.

Сообщение от ALEX3M

При этом ПС будет.
Рассмотрите это как двуижение крыла через неподвижную жидкость.
Частицы снизу не меняют положения, разве что крыло несколько сместит их за собой, в силу трения.
А частицы сверху крыла двигаются вверх, затем вниз, и тоже приобретают горизонтальную скорость, по причине того же трения.
Весь в точке входа они начинают движение вверх, со скоростью, определённой наклоном входящей кромки к потоку.
Затем эта скорость уменьшается, и меняет направление после наибольшей толщины профиля.
На участках, где появляется ускорение частиц по вертикали, то есть, с кривизной,появляется разрежение.
На плоских участках вертикальное ускорение ноль- и минимум Пс.
Если оставить крыло неподвижным, а двигать поток, то это ускорение станет центростремительным.

Т.е. у тебя крыло стоит, поток бежит - это одно, а крыло бежит, поток стоит - другое?

[ALEX3M]

Сообщение от mm7

А я думаю всегда обгоняет.


Т.е. у тебя крыло стоит, поток бежит - это одно, а крыло бежит, поток стоит - другое?

А есть кинограммы, где "обгоняет"- нижний. К сожалению, не найду.

Физически это одно, а методы расчёта - разные.
Циркуляционная модель проще для понимания, чем подбрасывание частицы над перемещающейся под ней криволинейной поверхностью.
Но в обеих моделях, ключевое - ускорение.
И зависимость от скорости в квадрате.

[Urry1]

Сообщение от lop

А в том, что у S-образных центр давлений, то есть точка приложения равнодействующей аэродинамической силы, практически не зависит от угла атаки и нагрузки, а у обычных эта точка смещается к задней кромке с ростом угла атаки. Поэтому, когда на порыве угол атаки резко возрастает, на старых возникала тенденция к пикированию или приводу, а на новых, S-образных, такой тенденции нет или она заметно слабее

А какие паруса у нас S- образные? С летучкой? Или без? Для меня это открытие. Поясняю свои сомнения: s- образность крылу придают нервюры, в нашем случае латы. Если на левом галсе парус S-образный, то на правом он будет С-образный. Как это решается? Летучка— она набивает по гику. Как S-образность достигается?

[ALEX3M]

Сообщение от Urry1

А какие паруса у нас S- образные? С летучкой? Или без? Для меня это открытие. Поясняю свои сомнения: s- образность крылу придают нервюры, в нашем случае латы. Если на левом галсе парус S-образный, то на правом он будет С-образный. Как это решается? Летучка— она набивает по гику. Как S-образность достигается?

Паруса с вырезом под гик и выступающей над люверсом латой, под нагрузкой принимают такой профиль.
Некоторые гонщики регулируют эффект, вставляя в латкарманы дополнительные латы, чтобы уменьшить степень отгиба.

[Urry1]

А есть в библиотеке это? Или в сети искать надо? Я хочу механизм понять, каким образом латы гнутся в двух местах.

[latad]

Механизм простой: между люверсом и топом мачты нет опоры для полотна и оно выгибает лату в обратную сторону. Дальше вверх это приводит к твисту, а люверс не даёт твистовать вокруг себя, зато полотно, выступающее за него, выгибается в обратную сторону.