?

Log in

No account? Create an account
entries friends calendar profile PERATRONIKA H&S - персональная звукотехника Previous Previous Next Next
Кое что о вихревой аэродинмике - fan_d_or — LiveJournal
fan_d_or
fan_d_or
Кое что о вихревой аэродинмике

взято у </b></a>bulkin_s




На этом снимке очень хорошо видны вихревые "колбаски", генерируемые корневым наплывом крыла. При оценке движения воздушных масс следует помнить, что туман визуализирует не весь вихрь, а только его центральную часть. То есть, реальный диаметр вихрей раза в полтора больше, и нижняя часть вихря плотно прилипает к поверхности центроплана.

Визуализировано и разрежение над верхней плоскостью крыла - а по интенсивности тумана можно судить о глубине достигаемого разрежения. То есть, густой туман в вихревых колбасках против легкого затуманивания над поверхностью крыла означает, что разрежение в вихрях намного больше, а значит, значительна и подъемная сила, формируемая вихрями.

Именно этим и объясняются пресловутые "40% подъемной силы, создаваемой фюзеляжем", которыми характеризуется аэродинамическая компоновка МиГ-29/Су-27.

Вихревая аэродинамика - это аэродинамика нового поколения, отличающаяся от классической аэродинамики, в которой подъемная сила вычисляется через циркуляционный вихрь, оборачивающийся вокруг крыла (по формуле Жуковского). В вихревой аэродинамике ф-ла Жуковского неприменима - продольный вихрь существует в трехмерии и потому требуется интегрирование по другому контуру.
Кроме того, вихрь целиком располагается над несущей поверхностью и потому совершенно не имеет значения ни профиль этой поверхности, ни то, что находится под поверхностью - важна лишь "поляна" над которой гуляет вихрь. И потому с одинаковым успехом работает и крыло в варианте бесхвостки (Ту-144/конкорд, а так же МФИ 1.44), и уплощенный фюзеляж с разнесенными мотогондолами - в варианте МиГ-29/Су-27.

Следует обратить внимание на то, что при всей внешней схожести, аэродинамика F-15 в значительно меньшей степени обусловлена вихревым компонентом - для получения существенного эффекта от вихревой аэродинамике необходимо закрутить вихрь, как можно более сильно. Для этого требуется развитой наплыв с определенной конфигурацией (толщиной профиля и т.п).
В мощном вихре за счет центробежных сил формируется большое разрежение - в результате вихрь становится заметно легче окружающего воздуха и пытается всплыть, подсасывая вслед за собой любую поверхность, над которой он проносится. Потому вторым важным атрибутом вихревой аэродинамики являются "штаны" - так на профессинальном жаргоне именуют соответствующие аэродинамические элементы. по которым скользит вихрь. Например, в отличие от Ф-15, одномоторный Ф-16 имеет "правильный" наплыв, а так же и "штаны". Но у Ф-16 проблемы с поперечной устойчивостью на закритических углах атаки - его единственный киль попадает в затенение и машина валится на крыло. На МиГ-29/Су-27 эта проблема решена за счет установки широко разнесенного двухкилевого оперения.

Еще один важный момент, который следует обязательно отметить в исторической перспективе - изобретение вихревой аэродинамики ошибочно приписывается фирме Сухого. Хотя на самом деле первый вариант Су-27 не обладал элементами вихревой аэродинамики - достаточно взглянуть на первый прототип Т-10-1:
 

Мы видим тонкий оживальный наплыв, который малоэффективен в качестве вихрегенератора - его назначение другое: препятствовать перебалансировке на сверхзвуковой скорости, происходящей вследствие смещения аэродинамического фокуса крыла назад.
Для эффективной вихрегенерации форма наплыва в плане должна быть такой:
 
МиГ-21И

Это МиГ-21И - самолет-аналог, на которой изучалась аэродинамика будущего Ту-144. Микояновцы располагали всей полнотой информации по наплыву и потому применили его в проекте 9-12, несколько усовершенствовав (увеличив толщину профиля наплыва, что дало стабильную вихрегенерацию в более широком диапазоне углов атаки, а так же, изменило закон перемещения аэродинамического фокуса, позволив впоследствии реализовать "кобру", основанную на автоматическом возвращении машины из закритических углов атаки. Соавтором этой концепции вместе с микояновскими аэродинамичками является аэродинамик ЦАГИ Георгий Сергеевич Бюшгенс.

Таким образом, МиГ-29 начиная с прототипа 9-12 полностью соответствовал концепции сверхманевренного самолета, реализующего принципы вихревой аэродинамики. Су-27 в первой своей инкарнации этому совершенно не соответствовал и был не сверхманевренным аппаратом. Лишь после полной переработки проекта в вариант Т-10С, он стал этим принципам соответствовать.

Еще одним позитивным свойством корневого вихря является то, что он препятствует скосу потока, характерному для стреловидного крыла - если рассмотреть схему перемещения потоков воздуха, то можно обнаружить, что в зоне сопряжения центроплана с консолью вихрь направлен вверх от плоскости крыла. В результате, он отсасывает воздух с плоскости и порождает силу, препятствующую скосу потока. Это уменьшает индуктивный вихрь на конце крыла (визуализируемый дымовыми трассерами на исходном снимке) и в конечном итоге увеличивает аэродинамическое качество.
Если взглянуть на снимок Т-10-1, то можно увидеть на крыле вертикальные перегородки, традиционно используемые отечественной аэродинамической школой в качестве средства против скоса потока на стреловидном крыле. Этот факт подтверждает отсутствие корневого вихря - то есть, неиспользование принципов вихревой генерации.

Еще один снимок, позволяющий с другого ракурса взглянуть на конфигурацию вихрей:
Изъято у  </b></a>russos
Там же, у </b></a>russos можно посмотреть другие отличные фотографии, включая  картину потоков на крыле F-15 и убедиться в отсутствии  вихревых жгутов...

UPD: пара снимков от </b></a>bulkin_s на которых вихревая структура видна ещё более детально - благодаря погодным условиям (высокой влажности на МАКС-2009) можно даже посчитать число витков вихревого жгута и убедиться, что вихрь МиГа крутится быстрей чем Сушки - что даёт более высокую степень разрежения. Более высокие обороты приводят к большей устойчивости жгута - на Су он рассасывается раньше.
Такая разница вихревых структур обусловлена конфигурацией наплыва - на Сушке зона перед крылом имеет участок с уменьшенной стреловидностью, а на МиГе этот же участок напротив, сделан с увеличением стреловидности.
В результате вариант Су приводит к размазыванию энергии по всей кромке наплыва, а в варианте МиГа энергия концентрируется в малой зоне непосредственно перед крылом.


Су-35_мини
МиГ29ОВТ_мини
 
 

Tags: ,

36 comments or Leave a comment
Comments
elena_hochnadel From: elena_hochnadel Date: February 27th, 2008 02:19 pm (UTC) (Link)
О, как интересно! Спасибо.
daddym From: daddym Date: March 4th, 2008 11:53 am (UTC) (Link)
А Ту144 это разве не Бартини?
fan_d_or From: fan_d_or Date: March 4th, 2008 12:36 pm (UTC) (Link)
Нет. По крайней мере формально на этой теме он не работал. Хотя аэродинамик он от Бога - и нечто подобное рисовал на пятнадцать лет раньше.
silentpom From: silentpom Date: March 14th, 2008 09:12 am (UTC) (Link)
А у супер-хорнета они есть?
fan_d_or From: fan_d_or Date: March 14th, 2008 01:12 pm (UTC) (Link)
Угу. У него ярко выраженный наплыв-вихрегенератор.

Причем, в америке присхождение вихревой аэродинамической компоновки восходит к нортроповской же машине F-5. По опыту вьетнамских догфайтов, Ф-5, хотя и считался устаревшим, оказался на удивление достойным противником МиГ-21 и МиГ-17. Этот опыт был тщательно проанализирован в период создания Ф-16 и наплыв Ф-16 обязан своим происхождением именно наплыву Ф-5. Конечно, наплыв Ф-5 - не столь полноценный и универсальный вихрегенератор, как в более поздних проектах, но он весьма положительно проявил себя на маневрировании с большой положительной перегрузкой. В авиационной периодике того времени было довольно много кадров Ф-5 с характерными "усами" над центропланом - получилось это скорей стихийно, чем намеренно, но, тем не менее, результат был осознан и правильно развит.
На Ф-5 наплыв еще не выполнял другую свою важнейшую функцию - сохраниение оптимальной продольной балансировки на сверхзвуке, как это свойственно 9-12 и Т-10С. Для этого он должен быть выдвинут вперед намного больше.
Вот на Ф-16 эту функцию наплыв уже выполнял.

Естественно, что нортроповские конструкторы владели ситуацией и Ф-17 получил полноценный наплыв-вихрегенератор, увеличивающий к тому же аэродинамическое качество на сверхзвуке.
Другой отличительной особенностью аэродинамики Ф-17 является вынесение килей в зону между крылом и оперением, где они остаются достаточно эффективными, особенно при наличии развала...
silentpom From: silentpom Date: March 20th, 2008 04:10 am (UTC) (Link)
спасибо большое, излагаете очень доступно :)
А я думал, почему F-5 с такой нагрузкой на крыло и двигателем мог крутиться с МиГ-21.

На еврофайтере функции наплыва выполняет ПГО или нет?
fan_d_or From: fan_d_or Date: March 20th, 2008 09:03 am (UTC) (Link)
Про еврофайтер сказать затрудняюсь - в процессе вихрегенерации много нюансов и схожие внешне конфигурации могут на деле отличаться существенно.
Во всяком случае, наличие функции вихрегенерации у ПГО вполне вероятно - а как оно там на самом деле, фиг его знает.

Вот про МФИ (1-44) можно сказать совершенно точно - у него ПГО с функцией вихрегенератора. На ПГО есть характерный зуб, ну, и у меня есть информация об этой машине из первоисточника ;-)
МФИ вообще должен был быть сверх-уникальной машиной - и в отношении сверхманевренности, и в отношении применения вихревой аэродинамики. Чрезвычайно жалко, что этот проект загнулся из-за недостатка финансирования и яростного противодействия со стороны конкурента, действовашего совершенно некорректными методами.

А вот про С-37 можно сказать, что у него наплыв - как седло на корове! Аэродинамическая концепция не выдерживает никакой критики - КОС (крыло обратной стреловидности) порождает собственный вихрь, стекающий по консолям от законцовок к центроплану. Собственно, в этой особенности КОС и состоит его _единственное_ преимущество, причем, преимущество это существует только для простого крыла без крутки и каких либо элементов, препятствующих перетеканию вдоль размаха.
Подобное же перетекание вдоль обычного стреловидного крыла приводит к раннему срыву потока с концов и, кроме того, порождает мощный индуктивный вихрь, впустую уносящий энергию и тем снижающий общее аэродинамическое качество - на чем КОС и выигрывает у него.

Еще в начале сверхзвуковой эры выяснилось, что КОС имеет преимущество потому, что индуктивный вихрь КОС упирается в фюзеляж и правильное сочетание крыла с фюзеляжем дает прирост подъемной силы. Потому КОС рассматривался, как перспективный способ улучшения ЛТХ.

Но наплыв-вихрегенератор, генерящий мощный вихрь в центре резко улучшает несущие свойства стреловидного крыла - за счет отсасывания стекающего потока - и тем улучшающий характеристики до уровня, сопоставимого с применением КОС. А вот при сочетании наплыва с КОС получается полная чепуха - вихрь с наплыва неизбежно встречается с индуктивным вихрем крыла. Оба вихря - крупномасштабные и потому единственным результатом их встречи может быть только сильный бафтинг хвостовой части летатательного аппарата, побороть который представляется авантюрным.

Кроме того, другое назначение наплыва - это сохранение балансировки на сверхзвуке, парирующее изменение фокуса крыла. Но то же свойство имеет и КОС - то есть, наплыв и КОС перехватывают друг у друга функции и к хорошему это не приводит.

Это известные вещи - но при создании С-37 они были проигнорированы. Почему? А потому, что функция у этого аппарата вовсе не связана с реальными ЛТХ - С-37 создан исключительно в _политических_ целях. Дело в том, что МФИ даже в самые катастройские времена получал гос-финансирование, благодаря которому микояновская фирма выживала. И пусть и медленно, но проект бы доводился б и смог бы дожить до лучших времен, которые неизбежно должны были наступить в конце концов.
Для того, что б создать ВИДИМОСТЬ альтернативы проекту МФИ, которым владел конкурент, и был создан аппарат, обладающий ярко выраженными ВНЕШНИМИ признаками "продвинутости" - и именно потому в С-37 были сунуты все новомодные штучки. Мол, это крутей крутого - и потому финансирование МФИ должно быть прекращено, а лучше - передано в другие руки.

Собственно, так и произошло - а то, что чудо в перьях с вывернутыми крыльями летать не будет, мало уже кого волнует...
;(((
silentpom From: silentpom Date: March 20th, 2008 03:42 pm (UTC) (Link)
ну Су-47 все же летает, правда не знаю как - но ведь его позиционируют как прототип истребителя, а не собственно истребитель. А Су-37 Терминатор они не могли как альтернативу предлагать? Или уже выжали все что можно их его схемы?

Не знаю как должен был летать МФИ но выглядит страшно. Как то архаично и страшно - хотя строго мое ИМХО.
fan_d_or From: fan_d_or Date: March 20th, 2008 05:22 pm (UTC) (Link)
С-37 и есть Су-47. Про него и речь...

А Су-37 - это просто вариации на темы все того ж Су-27 - тоже пиар такой, дать новое имя модификации старого самолета.
From: (Anonymous) Date: September 5th, 2009 07:11 pm (UTC) (Link)

вихревая аэродинамика су-27

ну не позволю согласиться с вашем мнением по поводу су-27. су-27 - это единственный самолет в мире, у которого система "фюзеляж - наплыв - крыло" работает как единое целое! и такую конфигурацию получили чисто случайно, как говориться "попали в десятку". дело в том, что у су-27 изобары от фюзеляжа до конца крыла идут равномерно, не разрываясь. КРОМЕ ТОГО ЗА СЧЕТ ОПТИМАЛЬНО ПОДОБРАННОЙ СРЕДИННОЙ ДЕФОРМАЦИИ КРЫЛА получается минимальное индуктивное сопротивление. на миге-29 ИЗОБАРЫ разрываются в районе перехода наплыва в крыло как раз из-за его излома(изобары не терпят резких изломов)!! а в этом вы и сами могли убедиться: если вы посмотрите на полет миг-29 стрижей или просто, то во время большой влажности вы увидите постоянные вихревые жгуты, стекающие с кончиков крыла! НА СУ-27 ВЫ ЭТОГО НЕ УВИДИТЕ!!!!! вы увидите равномерную вихревую пелену!!!!! это доказательство вышесказанного тезиса. на су-27 вы видите практически плавный переход наплыва в крыло(первоначально на т-10-1 вообще стояло серповидное крыло, которое было взято из работ Бартини).
еще одно ВАЖНОЕ ЗАМЕЧАНИЕ. ПЕРВОНАЧАЛЬНО НА МИГЕ СТОЯЛ НАПЛЫВ С ТУПОЙ КРОМКОЙ ! а это означает то, что вихрь начинает формироваться на больших углах атаки и он получается неустойчивый! то, что вы видите на фото - совершенно другой самолет, а именно на нем сделана острая кромка, как на су-27!!!! и эта аэродинамическая компоновка работает несколько по-другому, чем исходная.
Резюме: на МиГе наплыв работает отдельно от крыла,и индуктивное сопротивление МиГа больше, чем Су-27!!аэродинамика МиГа получилась не лучше су-27.
НИЧЕГО ПОДОБНОГО СУ-27 НЕ СДЕЛАНО И ВРЯД ЛИ БУДЕТ СДЕЛАНО!
gelonu17 From: gelonu17 Date: March 25th, 2012 01:27 pm (UTC) (Link)
А о Китайском J-20 черном Драконе.Что вы можете сказать.?C точки зрения вихревой аэродинамики.
На нем колневой наплыв крыла применили да еще и GUJ--что это дает?
fan_d_or From: fan_d_or Date: March 25th, 2012 02:54 pm (UTC) (Link)
Пока ничего не скажу - не видел хороших снимков, что б помедитировать над ними.
Если знаете - давайте ссылку...
electronick From: electronick Date: August 22nd, 2012 06:00 am (UTC) (Link)
Спасибо - доступно и ясно для изучавшего аэродинамику на непрофильных курсах :)
sobakazoga From: sobakazoga Date: June 4th, 2019 04:44 pm (UTC) (Link)
Фандор, здравствуй, уважаемый.
Измазал в своей грязи твой пост сегодня и, как приличный человек, сообщаю о содеянном https://sobakazoga.livejournal.com/619828.html
fan_d_or From: fan_d_or Date: June 4th, 2019 04:49 pm (UTC) (Link)
Ну, мне ЖЖ даёт отмашки по такому случаю - так, что можно меня и не информировать: всё одно узнаю ;-)

Но доброе слово и доброе отношение - ценю.
Алаверды, короче...
36 comments or Leave a comment