J. Szantyr Wykład nr 18 Podstawy teorii płatów nośnych Płaty nośne są ważnymi elementami wielu wytworów współczesnej techniki.

Podobne dokumenty
J. Szantyr Wykład nr 21 Aerodynamika płatów nośnych Płaty nośne są ważnymi elementami wielu wytworów współczesnej techniki.

OPŁYW PROFILU. Ciała opływane. profile lotnicze łopatki. Rys. 1. Podział ciał opływanych pod względem aerodynamicznym

WYDZIAŁ OCEANOTECHNIKI I OKRĘTOWNICTWA. Katedra Hydromechaniki i Hydroakustyki

Numeryczna symulacja opływu wokół płata o zmodyfikowanej krawędzi natarcia. Michał Durka

Jan A. Szantyr tel

Projekt skrzydła. Dobór profilu

Mechanika lotu. TEMAT: Parametry aerodynamiczne skrzydła samolotu PZL Orlik. Anna Kaszczyszyn

WYDZIAŁ LABORATORIUM FIZYCZNE

Pomiar rozkładu ciśnień na modelu samochodu

J. Szantyr Wykład nr 19 Warstwy przyścienne i ślady 1

2. Zapoczątkowanie kawitacji. - formy przejściowe. - spadek sprawności maszyn przepływowych

Kurs teoretyczny PPL (A) Dlaczego samolot lata?

WYDZIAŁ OCEANOTECHNIKI I OKRĘTOWNICTWA. Katedra Hydromechaniki i Hydroakustyki

MECHANIKA PRĘTÓW CIENKOŚCIENNYCH

AERODYNAMIKA I WYKŁAD 7 WYBRANE ZAGADNIENIA AERODYNAMIKI MAŁYCH PRĘDKOŚCI

OKREŚLENIE WSPÓŁCZYNNIKA OPORU C X CIAŁA O KSZTAŁCIE OPŁYWOWYM.

Celem ćwiczenia jest eksperymentalne określenie rozkładu ciśnienia na powierzchni walca kołowego oraz obliczenie jego współczynnika oporu.

Eksperymentalnie wyznacz bilans energii oraz wydajność turbiny wiatrowej, przy obciążeniu stałą rezystancją..

.DOŚWIADCZALNE CHARAKTERYSTYKI AERODYNAMICZNE MODELU SAMOLOTU TU-154M W OPŁYWIE SYMETRYCZNYM I NIESYMETRYCZNYM

J. Szantyr Wyklad nr 6 Przepływy laminarne i turbulentne

RÓWNANIE MOMENTÓW PĘDU STRUMIENIA

PL B1. ŁAZUR ZBIGNIEW, Lublin, PL BUP 09/16. ZBIGNIEW ŁAZUR, Lublin, PL WUP 03/17 RZECZPOSPOLITA POLSKA

AERODYNAMIKA I WYKŁAD 3 TEORIA CIENKIEGO PROFILU LOTNICZEGO

PROJEKTOWANIE I BUDOWA

J. Szantyr Wykład nr 27 Przepływy w kanałach otwartych I

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1

Projekt nr 2 Charakterystyki aerodynamiczne płata

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Mechaniczny Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu LABORATORIUM TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ

J. Szantyr Wykład 4 Podstawy teorii przepływów turbulentnych Zjawisko występowania dwóch różnych rodzajów przepływów, czyli laminarnego i

Zakład Mechaniki Płynów i Aerodynamiki

Numeryczne modelowanie procesów przepł ywowych

J. Szantyr Wykład nr 20 Warstwy przyścienne i ślady 2

Defi f nicja n aprę r żeń

Jan A. Szantyr tel

DYNAMIKA ŁUKU ZWARCIOWEGO PRZEMIESZCZAJĄCEGO SIĘ WZDŁUŻ SZYN ROZDZIELNIC WYSOKIEGO NAPIĘCIA

Turbulizatory Aero-Service zostały opracowane z myślą o samolotach ultralekkich, LSA, oraz eksperymentalnych i specjalnych.

STATYCZNA PRÓBA SKRĘCANIA

Laboratorium komputerowe z wybranych zagadnień mechaniki płynów

auka Nauka jako poszukiwanie Fizyka Pozycja i ruch przedmiotów Nauka i technologia

Badanie własności aerodynamicznych samochodu

Aerodynamika I. wykład 3: Ściśliwy opływ profilu. POLITECHNIKA WARSZAWSKA - wydz. Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa A E R O D Y N A M I K A I

LABORATORIUM POMIARY W AKUSTYCE. ĆWICZENIE NR 4 Pomiar współczynników pochłaniania i odbicia dźwięku oraz impedancji akustycznej metodą fali stojącej

Parametry układu pompowego oraz jego bilans energetyczny

KINEMATYKA I DYNAMIKA CIAŁA STAŁEGO. dr inż. Janusz Zachwieja wykład opracowany na podstawie literatury

Karta (sylabus) przedmiotu Transport Studia I stopnia. Podstawy budowy i lotu statków powietrznych. Język polski

Turbina wiatrowa. (73) Uprawniony z patentu: (43) Zgłoszenie ogłoszono: Kaczorowski Romuald, Gdynia-Orłowo, PL

Statyka Cieczy i Gazów. Temat : Podstawy teorii kinetyczno-molekularnej budowy ciał

J. Szantyr Wykład nr 26 Przepływy w przewodach zamkniętych II

Badanie rozkładu pola magnetycznego przewodników z prądem

- spadek sprawności. - erozję elementów maszyn i urządzeń przepływowych. - generację drgań i emisji akustycznej

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Mechanika ogólna. Kinematyka. Równania ruchu punktu materialnego. Podstawowe pojęcia. Równanie ruchu po torze (równanie drogi)

Oddziaływanie wirnika

Wytrzymałość Konstrukcji I - MEiL część II egzaminu. 1. Omówić wykresy rozciągania typowych materiałów. Podać charakterystyczne punkty wykresów.

prędkości przy przepływie przez kanał

Zasada działania maszyny przepływowej.

Mgr inż. Wojciech Chajec Pracownia Kompozytów, CNT Mgr inż. Adam Dziubiński Pracownia Aerodynamiki Numerycznej i Mechaniki Lotu, CNT SMIL

NOWOCZESNE TECHNOLOGIE ENERGETYCZNE Rola modelowania fizycznego i numerycznego

(86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/LV01/00008 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

Doświadczalne charakterystyki aerodynamiczne modelu samolotu dalekiego zasięgu ze skrzydłem o ujemnym kącie skosu w opływie symetrycznym

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Karta (sylabus) przedmiotu Mechanika i Budowa Maszyn Studia II stopnia

LABORATORIUM TERMODYNAMIKI I TECHNIKI CIEPLNEJ. Badanie charakterystyki wentylatorów połączenie równoległe i szeregowe. dr inż.

Aerodynamika I Efekty lepkie w przepływach ściśliwych.

PL B1. ŁAZUR ZBIGNIEW, Lublin, PL BUP 09/16. ZBIGNIEW ŁAZUR, Lublin, PL WUP 03/17 RZECZPOSPOLITA POLSKA

WYKŁAD 11 POMPY I UKŁADY POMPOWE

PL B1. POLITECHNIKA ŚLĄSKA, Gliwice, PL FUNDACJA ROZWOJU KARDIOCHIRURGII IM. PROF. ZBIGNIEWA RELIGI, Zabrze, PL

Podczas wykonywania analizy w programie COMSOL, wykorzystywane jest poniższe równanie: 1.2. Dane wejściowe.

Wyznaczanie sił działających na przewodnik z prądem w polu magnetycznym

Zadania i funkcje skrzyń biegów. Opracował: Robert Urbanik Zespół Szkół Mechanicznych w Opolu

PROFIL PRĘDKOŚCI W RURZE PROSTOLINIOWEJ

METODA WYZNACZENIA WARTOŚCI WSPÓŁCZYNNIKA AERODYNAMICZNEGO POCISKÓW STABILIZOWANYCH OBROTOWO

Ćw. 4. BADANIE I OCENA WPŁYWU ODDZIAŁYWANIA WYBRANYCH CZYNNIKÓW NA ROZKŁAD CIŚNIEŃ W ŁOśYSKU HYDRODYNAMICZNYMM

WYZNACZANIE MODUŁU YOUNGA METODĄ STRZAŁKI UGIĘCIA

Czym jest aerodynamika?

Akademia Górniczo- Hutnicza Im. Stanisława Staszica w Krakowie

Funkcja liniowa - podsumowanie

Laboratorium. Hydrostatyczne Układy Napędowe

PL B1. Politechnika Warszawska,Warszawa,PL BUP 25/03. Mateusz Turkowski,Warszawa,PL Tadeusz Strzałkowski,Warszawa,PL

Rozdział VII. Przekształcenia geometryczne na płaszczyźnie Przekształcenia geometryczne Symetria osiowa Symetria środkowa 328

Badanie rozkładu pola elektrycznego

POLITECHNIKA LUBELSKA

Statystyka hydrologiczna i prawdopodobieństwo zjawisk hydrologicznych.

DYNAMIKA SIŁA I JEJ CECHY

J. Szantyr Wykład 2 - Podstawy teorii wirnikowych maszyn przepływowych

Dlaczego samolot lata?

LABORATORIUM OPTYKI GEOMETRYCZNEJ

Tarcie poślizgowe

silniku parowym turbinie parowej dwuetapowa

Konstrukcja łopat siłowni wiatrowej Magnus a

OPORY PRZEPŁYWU PRZEWODÓW WENTYLACYJNYCH

POLITECHNIKA LUBELSKA

WYZNACZANIE MODUŁU YOUNGA PRZEZ ZGINANIE

POMIAR NATĘŻENIA PRZEPŁYWU

Doświadczalne charakterystyki aerodynamiczne modelu samolotu F-16 w opływie symetrycznym

dr inż. Cezary Żrodowski Wizualizacja Informacji WETI PG, sem. V, 2015/16 b) Operacja wyciągnięcia obrotowego z dodaniem materiału - uchwyt (1pkt)

Rys Przeciągniecie statyczne szybowca

Politechnika Poznańska Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania

Transkrypt:

J. Szantyr Wykład nr 18 Podstawy teorii płatów nośnych Płaty nośne są ważnymi elementami wielu wytworów współczesnej techniki. < Helikoptery Samoloty Lotnie

Żagle > < Kile i stery Wodoloty Śruby okrętowe

Śmigła Turbiny parowe > Turbiny wodne >

Samochody wyścigowe < Pompy Wiatraki i turbiny wodne >

Natura była i jest inspiracją dla techniki.

Na każdym obiekcie umieszczonym w przepływie powstaje wypadkowa siła aero- lub hydrodynamiczna. Siłę tę można rozłożyć na składową prostopadłą do kierunku prędkości, zwaną siłą nośną oraz składową równoległą do kierunku prędkości, zwaną siłą oporu. Płaty nośne są obiektami kształtowanymi w taki sposób, aby uzyskać maksymalną wartość siły nośnej przy minimalnej wartości siły oporu. O własnościach płata w dużym stopniu decyduje kształt jego przekroju prostopadłego do rozpiętości czyli kształt profilu aerodynamicznego. P wypadkowa siła aerodynamiczna P Z P X - siła nośna - siła oporu M - moment siły aerodynamicznej V - prędkość przepływu α kąt natarcia

Punkt przyłożenia wypadkowej siły aerodynamicznej D przemieszcza się przy zmieniającym się kącie natarcia, z reguły jednak pozostaje blisko punktu F położonego w odległości 0,25 l od krawędzi natarcia, który jest nazywany środkiem aerodynamicznym profilu. Rzeczywisty opływ płata nośnego może być matematycznie modelowany przy pomocy wiru:

Aby wytworzyć siłę nośną na profilu należy tak go ukształtować, aby powstał na nim tzw. opływ cyrkulacyjny, czyli asymetryczny względem kierunku prędkości. Wtedy po jednej stronie profilu prędkość opływu rośnie i jednocześnie ciśnienie spada (jest to tzw. strona ssąca), a po drugiej stronie prędkość opływu spada i ciśnienie rośnie (jest to strona cisnąca). Ta różnica ciśnień działająca na profil wytwarza siłę nośną. Cyrkulacyjny opływ profilu uzyskuje się albo poprzez wygięcie profilu, albo przez ustawienie go pod pewnym kątem w stosunku do prędkości przepływu, tzw. kątem natarcia. Najczęściej ciej stosuje się odpowiednią kombinację obu sposobów.

Linie prądu w opływie profilu Wektory prędkości w opływie profilu

Rozkład ciśnienia na profilu przy zmieniającym się kącie natarcia Rozkład elementarnych sił powierzchniowych na profilu przy zmieniającym się kącie natarcia

Geometria profili aerodynamicznych Profile dzielimy na wklęsło-wypukłe (rysunek górny), płasko-wypukłe (rysunek środkowy), dwuwypukłe (rysunek dolny). Cięciwa profilu l to odcinek łączący dwa najbardziej oddalone punkty profilu. Grubość profilu g (lub d) to najdłuższy odcinek prostopadły do cięciwy ograniczony konturem profilu. Kształt profilu może być utworzony przez superpozycję profilu symetrycznego i tzw. linii szkieletowej lub linii średniej.

Linia szkieletowa jest to miejsce geometryczne środków okręgów wpisanych w profil. Ważnym parametrem jest maksymalne wygięcie linii szkieletowej f i jego położenie wzdłuż cięciwy x f Innym ważnym parametrem jest położenie maksymalnej grubości x d Dostępne są eksperymentalnie określone charakterystyki licznych rodzin profili o systematycznie zmienianych parametrach. Najbardziej znana jest rodzina profili NACA (National Advisory Committee for Aeronautics - obecnie NASA): seria czterocyfrowa np. NACA2418: NACA f l x 100 l f d 10 100 l seria pięciocyfrowa np. NACA23012: NACA f l 2x 100 l f d 100 l 100

Charakterystyki aerodynamiczne profilu Charakterystyki aerodynamiczne profilu to zależność współczynników siły nośnej i siły oporu (ewentualnie także momentu) od kąta natarcia. C C Z X PZ = ρ V 2 2 PX = ρ V 2 2 M S C M = ρ 2 V 2 ε = C C Z X S Sl współczynnik doskonałości profilu gdzie S powierzchnia płata (w przypadku profilu powierzchnia odcinka o jednostkowej rozpiętości)

Przebieg charakterystyk aerodynamicznych jest odbiciem zmieniających się warunków opływu profilu przy zmieniających się kątach natarcia. Ponadto zależy on od geometrii profilu, liczby Reynoldsa i liczby Macha. Przy umiarkowanych kątach natarcia siła nośna jest liniową funkcją tego kąta. Przy dużych kątach natarcia występuje oderwanie przepływu i siła nośna przestaje rosnąć pomimo dalszego zwiększania kąta natarcia.

Ważne są szczególne punkty charakterystyk aerodynamicznych profilu: Kąt zerowej siły nośnej jest proporcjonalny do względnego wygięcia linii szkieletowej profilu: f α 0 = k l Kąt maksymalnej siły nośnej (krytyczny kąt natarcia) odpowiada wystąpieniu rozwiniętego oderwania przepływu na stronie ssącej profilu. Dla profilu NACA2418 mamy: Optymalny kąt natarcia odpowiada maksymalnej wartości współczynnika doskonałości profilu. Dla profilu NACA2418 mamy: = 2,6 α kryt 0 =17,8 0 αopt ε = 20, 6

Maksymalny współczynnik siły nośnej osiąga wyższe wartości przy wyższych liczbach Reynoldsa, gdyż wtedy oderwanie przepływu występuje przy wyższych kątach natarcia.

Jeżeli charakterystyki aerodynamiczne są określane dla płata o skończonej rozpiętości, to parametrem silnie wpływającym na przebieg charakterystyk jest wydłużenie płata λ: gdzie: b rozpiętość płata Im mniejsze wydłużenie płata λ tym mniejsze nachylenie krzywej współczynnika siły nośnej i mniejsza maksymalna wartość tego współczynnika. Wynika to z rosnącego znaczenia wtórnego przepływu krawędziowego, który prowadzi do wyrównywania różnicy ciśnień pomiędzy stroną ssącą i cisnącą płata w rejonach bliskich krawędzi. Wartość λ = oznacza charakterystyki aerodynamiczne profilu. Z kolei współczynnik oporu rośnie przy malejącym wydłużeniu płata. λ = b 2 S

W oparciu o znane charakterystyki aerodynamiczne profilu można ustalić charakterystyki aerodynamiczne płata o skończonej rozpiętości zbudowanego z takich profili. Na przykład dla płata o obrysie prostokątnym mamy: ( + τ ) C 1 α = α + z πλ C x = Cx + C 2 z ( 1+ δ ) πλ Przy znanym współczynniku siły nośnej i kącie natarcia profilu wzór 1 pozwala określić kąt natarcia płata o danym wydłużeniu dający ten sam współczynnik siły nośnej. Wzór 2 pozwala określić współczynnik oporu płata przy tym kącie natarcia jeżeli znany jest współczynnik oporu profilu. λ τ δ 3 0,11 0,022 4 0,14 0,033 5 0,16 0,044 6 0,18 0,054 7 0,20 0,064 8 0,22 0,074 9 0,23 0,083

Charakterystyki aerodynamiczne mogą być przedstawione w formie tzw. wykresu biegunowego. Na takim wykresie też można przedstawić wpływ wydłużenia płata na jego charakterystyki

Palisady profili Płaty nośne tworzące np. wirniki turbin lub pomp oddziaływają ze sobą, zmieniając swoje charakterystyki. Zjawisko to można przedstawić na przykładzie tzw. palisady profili. prędkość na wlocie - V 1 prędkość na wylocie - Palisada przyspieszająca prędkość na wylocie jest większa od prędkości na wlocie (turbiny reakcyjne) Palisada neutralna moduły prędkości na wylocie i wlocie są takie same (turbiny akcyjne) Palisada opóźniająca prędkość na wylocie jest mniejsza od prędkości na wlocie (pompy) V 2

Mechanizacja skrzydeł (głównie samolotów) służy do zwiększania współczynników siły nośnej przy małych prędkościach poprzez zmianę geometrii (zwiększenie wygięcia) profili.

Różne rozwiązania mechanizacji skrzydeł samolotów

Eksperymentalne badania i obserwacje przepływów powietrza wokół rozmaitych obiektów są prowadzone w tunelach aerodynamicznych Duży tunel aerodynamiczny w Moskwie (CAGI) Widok zewnętrzny tunelu aerodynamicznego Wnętrze przestrzeni pomiarowej tunelu Sześcioskładnikowy dynamometr do pomiaru sił na modelu

Różne rodzaje eksperymentów w tunelu aerodynamicznym