Morfing powierzchniowy

[KopalniaWiedzy.pl 358]

Badania nad aerodynamiką piłeczek golfowych dowiodły, że ich nieregularna powierzchnia pozwala na dalszy lot, gdyż zmniejsza opory powietrza. Jest to jednak prawdą przy niewielkich prędkościach. Gdy piłeczka leci szybciej wgłębienia powodują większe opory.

 

Specjaliści z MIT-u postanowili wykorzystać przydatne właściwości pofałdowanej powierzchni, biorąc jednak pod uwagę fakt, że przy szybszym ruchu staje się ona problemem. Dlatego też rozpoczęli pracę nad powierzchnią, której strukturę można zmieniać w czasie rzeczywistym.

 

Punktem wyjścia do prac były... śliwki. Mają one miękki środek i sztywną powierzchnię. Gdy środek się kurczy, powierzchnia staje się pofałdowana. Uczeni postanowili zatem wykorzystać dwa miękkie podobne do gumy materiały, z których stworzyli piłeczkę. Gdy ze środkowego materiału usunęli powietrze, materiał na zewnątrz pofałdował się.

 

Prowadzono wiele badań nad fałdowaniem się płaskich powierzchni. Niewiele jednak wiadomo, co dzieje się na powierzchniach zakrzywionych. Jak krzywizna wpływa na marszczenie się - mówi profesor Pedro Reis. Jak się okazało, na zakrzywionych powierzchniach przy pewnym stopniu marszczenia się powstaje wzór bardzo podobny do tego, jaki widzimy na powierzchni piłeczek do golfa. Co ważne, tak pomarszczony obiekt ma bardzo podobne właściwości aerodynamiczne. Zdaliśmy sobie sprawę, że nasze próbki wyglądają jak piłeczki do golfa. Wielokrotnie testowaliśmy je w tunelach aerodynamicznych i stwierdziliśmy, że dochodzi do podobnego zmniejszenia oporów powietrza jak w przypadku piłeczek - dodaje uczony.

 

Naukowcy zaprezentowali zatem odwracalny mechanizm pożądanego marszczenia powierzchni. To pozwala na dobieranie właściwości aerodynamicznych obiektu pokrytego powłoką stworzoną na MIT.

 

Opracowanie takiej powłoki wymagało olbrzymiej liczby testów laboratoryjnych, które pozwoliły na określenie najlepszych parametrów pomarszczenia. Jednak sama powłoka jest łatwa do wykonania.

 

Wspomniana powłoka może bardzo szybko znaleźć zastosowanie w praktyce. Profesor Reis zauważa, że czasze dużych radarów mogą nie wytrzymać naporu silnego wiatru i zawalić się. Jeśli byłyby w stanie zmienić powierzchnię tak, by stawiała mniejszy opór, udałoby się uniknąć katastrofy. Innym polem zastosowań może być przemysł motoryzacyjny czy lotniczy, gdzie zmieniana w czasie rzeczywistym powierzchnia pojazdu pozwoliłaby na zredukowanie oporów powietrza, a zatem na zaoszczędzenie paliwa.

 

[radar 104]

Profesor Reis zauważa, że czasze dużych radarów mogą nie wytrzymać naporu silnego wiatru i zawalić się. Jeśli byłyby w stanie zmienić powierzchnię tak, by stawiała mniejszy opór, udałoby się uniknąć katastrofy. Innym polem zastosowań może być przemysł motoryzacyjny czy lotniczy, gdzie zmieniana w czasie rzeczywistym powierzchnia pojazdu pozwoliłaby na zredukowanie oporów powietrza, a zatem na zaoszczędzenie paliwa.

Że radarów i że czasze? Nie rozumiem dlaczego to akurat miałoby specjalnie pomóc.

Co innego motoryzacja i przemysł lotniczy. W motoryzacji około 40% paliwa zużywa się na pokonanie oporów powietrza, a w samolotach, nie tylko zmniejszenie oporów byłoby korzystne, ale i zwiększenie, dzięki czemu można by zmniejszyć prędkość przeciągnięcia.

A co z tymi radarami? Chyba, że chodzi mu o takie zabudowane, w kształcie kuli.

[pogo 102]

Ciekawe ile to waży... żeby się nie okazało, że korzyści z pofałdowania jakie są przy małych prędkościach sumarycznie wyjdą na minus po doliczeniu dodatkowej masy.

[radar 104]

Jeśli wykorzystaliby materiał, który odkształca się pod wpływem przyłożonego napięcia to może nie aż tak dużo?

[TrzyGrosze 67]

w samolotach, nie tylko zmniejszenie oporów byłoby korzystne, ale i zwiększenie, dzięki czemu można by zmniejszyć prędkość przeciągnięcia. .

Oj, nie może być. Jak zwiększenie oporu, może zmniejszać prędkość przeciągnięcia ?

[pogo 102]

hmm... A właściwie co to jest "prędkość przeciągnięcia"?

Myślałem, że to raczej powinien być jakiś kąt... zależny od prędkości, albo raczej od składowych prędkości.

Ktoś powie czy mam zapytać kumpla, który niedawno zrobił licencję?

[TrzyGrosze 67]

To prędkość, przy której na skrzydle samolotu (szybowca) następuje oderwanie strug, czyli ustaje wytwarzanie siły nośnej i samolot ( szybowiec) przepada. Najczęściej w korkociąg.

[radar 104]

No wiecie?

Ale OK, ponieważ sam czasami w tej kwestii jestem leniwy to nie odpowiem "sprawdź w googlach" (chociaż polecam opcję np. w firefox i w operze po zaznaczeniu tesktu pod PPM "search with google" )

 

http://pl.wikipedia.org/wiki/Pr%C4%99dko%C5%9B%C4%87_przeci%C4%85gni%C4%99cia

 

Przyznaję, że nie jestem tego pewny, ale skojarzyłem, że klapy mają za zadanie właśnie zwiększenie oporu aerodynamicznego, a...

 

Prędkość przeciągnięcia zmniejsza wysunięcie klap

Klapy - ... pozwalające w razie potrzeby znacznie zwiększyć siłę nośną (o 50 - 80%) oraz opór skrzydła. Wykorzystywane zwykle aby umożliwić lot z mniejszą prędkością, a także aby skrócić start i podejście do lądowania.

Kąt natarcia –...Zazwyczaj płaty o małym kącie krytycznym mają mniejsze opory podczas przelotu, natomiast mają gorsze właściwości podczas startu i lądowania, a często mają gorszą charakterystykę przeciągnięcia (wymagają bardziej precyzyjnego pilotażu, są mniej tolerancyjne na błędy pilotażu).

 

http://pl.wikipedia.org/wiki/Klapy_%28lotnictwo%29

http://pl.wikipedia.org/wiki/K%C4%85t_natarcia

 

Nie wykluczam, że się mylę oczywiście

[TrzyGrosze 67]

Myślałem, że jakoś udowodnisz, że zwiększenie oporu zmniejsza prędkość przeciągniecia.

Owszem, klapy wysklepiając profil skrzydła, zwiększają siłę nośną i automatycznie zmniejszają pp, przy jednoczesnym zwiększeniu oporu aerodynamicznego. Ale ten opór to niekorzystny skutek uboczny grubszego profilu.

Wysnucie na podstawie tego wniosku, że to opór zmniejsza prędkość przeciągnięcia, to typowy błąd ekwiwokacji (polecam przeanalizowanie paradoksu pijaka).

Jedyny celowy opór w lotnictwie, to opór hamulców aerodynamicznych. No i kiedyś spadochrony z niego korzystały, ale teraz wolą korzystać z prawa Bernoulliego.

[radar 104]

Pewnie nie udowodnię, tylko wnioskuję na podstawie tych podstawowych informacji.

Skoro można by zwiększyć opór (zmniejszyć prędkość) przepływu powietrza pod skrzydłem, a jednocześnie zmniejszyć opór nad skrzydłem to zwiększy się stosunek ciśnienia co oznacza większą siłę nośną przy mniejszej prędkości względnej samolotu, a zwiększenie sił nośnej oznacza zmniejszenie prędkości przeciągnięcia. Może powinienem uściślić wcześniej, że chodziło mi o przeciągnięcie statyczne:

Przeciągnięcie statyczne – przeciągnięcie w wyniku stopniowego zmniejszania prędkości lotu statku powietrznego, aż do osiągnięcia i przekroczenia jego prędkości minimalnej

... ale jak powiedziałem, są to jedynie moje luźne dywagacje.

[TrzyGrosze 67]

Skoro można by zwiększyć opór (zmniejszyć prędkość) przepływu powietrza pod skrzydłem, a jednocześnie zmniejszyć opór nad skrzydłem to zwiększy się stosunek ciśnienia co oznacza większą siłę nośną przy mniejszej prędkości względnej samolotu, a zwiększenie sił nośnej oznacza zmniejszenie prędkości przeciągnięcia.

Oj, opierasz się na nie całkiem poprawnym) wyjaśnieniu powstawania siły nośnej:

Cytat z Wiki:

"Popularne błędne objaśnienia powstawania siły nośnej(...)

 

Model "dłuższej drogi i konieczności spotkania się cząstek"

Usiłuje się tu posłużyć elementami mechaniki płynów, ale przyjmuje błędne założenie, że odpowiednie cząsteczki poruszające się powyżej płata oraz poniżej muszą spotkać się za płatem (rys.12). Ponieważ na skutek wypukłości górnej części płata mają one do przebycia dłuższą drogę - prędkość przepływu nad górną częścią płata jest większa niż nad dolną. Większej prędkości musi odpowiadać mniejsze ciśnienie – zgodnie z prawem Bernoulliego. Różnica ciśnień powoduje powstanie siły nośnej.

W rzeczywistości cząsteczki będące obok siebie przed płatem nie spotykają się za płatem jak na rysunku. Próby obliczenia siły nośnej na podstawie takiego przebiegu prowadzą do rezultatów niezgodnych z rzeczywistością."

---------

Przeciągnięcie statyczne i dymiczne mają tą samą przyczynę: oderwanie strugi i utratę siły nośnej. Tylko sposób osiągnięcia inny.

[radar 104]

Ha! Dziękuję. Model z wykorzystaniem prawa Bernoulliego znany mi był od dawna i nie sądziłem, że coś się w tym zakresie zmieniło. Człowiek uczy się całe życie

 

Mało tego, zawsze mnie zastanawiało, dlaczego;

Nie próbuje nawet wyjaśnić tego, że samolot może lecieć lotem odwróconym, gdy siła nośna działa w przeciwnym niż „normalnie” kierunku.

ale uznałem, że nie bardzo to rozumiem i albo chodzi wtedy o kąt natarcia albo jestem na to za głupi

 

Swoją drogą wiesz może dlaczego na tym rysunku pokazane jest, że największe podciśnienie i nadciśnienie występuje tuż przed/na krawędzi natarcia, a nie tuż za? Jak na moją intuicję i wiedzę o wirach największe podciśnienie powinno być delikatnie za krawędzią natarcia...

http://pl.wikipedia.org/wiki/Plik:Oplide20.svg

[pogo 102]

Gdyby jednak zwiększyć opór powietrza pod skrzydłem to wydaje się, że mogłoby to zadziałać jak sprężarka, zwiększyć ciśnienie powietrza i tym samym siłę nośną...

Ale to nadal nie rozwiązuje problemu oderwania się strugi powietrza od górnej powierzchni skrzydła, więc raczej nic nie daje... Chyba, że mówimy o jednoczesnym zmniejszeniu kąta natarcia.

 

Z resztą mam wątpliwości czy rzeczywiście zwiększony opór aerodynamiczny jest w stanie działać jak sprężarka.

[radar 104]

Stawiając opór będzie de facto sprężać, pytanie w jakim zakresie wartości i gdzie jest fizyczna granica.

 

TrzyGrosze, mógłbyś mi wyjaśnić lub dać źródło w jaki sposób przekroczenie prędkości minimalnej (w dół) powoduje oderwanie strugi?

Przepływ wokół profilu wytwarzającego siłę nośną charakteryzuje się powstaniem szczególnych pól ciśnień i prędkości, przy czym pole prędkości musi mieć różną od zera cyrkulację...Bezpośrednio po rozpoczęciu ruchu z daną prędkością i kątem natarcia przepływ jest bezcyrkulacyjny i siła nośna nie występuje

Jak na moje oko chodzi o zanik cyrkulacji, ale chętnie dowiem się jak jest naprawdę.

[TrzyGrosze 67]

, mógłbyś mi wyjaśnić lub dać źródło w jaki sposób przekroczenie prędkości minimalnej (w dół) powoduje oderwanie strugi? .

Jest w linku, który wcześniej przytoczyłeś:

wikipedia.org/wiki/Przeciągnięcie

W MIARĘ ZBLIŻANIA SIĘ DO PRĘDKOŚCI PRZECIĄGNIĘCIA stery tracą swą efektywność, w wyniku czego może wystąpić – w zależności od przebiegu przeciągnięcia – częściowa lub całkowita utrata sterowności statku powietrznego. Ponieważ przy dużych kątach natarcia nastepuje przesuwanie się (z rosnącym kątem) punktu oderwania strug opływu gornej powierzcni skrzydła do przodu, symptomem zbliżania się do prędkości przeciągnięcia może być również tzw. trzepotanie skrzydeł – odczuwalne drgania, oznaczające, że na części powierzchni skrzydeł JUŻ NASTĄPIŁO ODERWANIE STRUG. CAŁKOWITE ODERWANIE STRUG powoduje praktycznie utratę siły nośnej przez skrzydło.

------------

Wracając do oporu zwiększającego siłę nośną: wystarczy przeanalizować wzory. W żadnej z teori ją (s.n.) tłumaczących żaden opór ( a są różne) jej nie zwiększa.

[Astroboy 34]

Znalazłem (nieszczęsne równanie Bernoulliego) coś w temacie:

demotywatory.pl/3741296

 

Przy okazji

Jedyny celowy opór w lotnictwie, to opór hamulców aerodynamicznych. No i kiedyś spadochrony z niego korzystały, ale teraz wolą korzystać z prawa Bernoulliego.

TrzyGrosze, nie siedzę w temacie, ale trudno wyobrazić mi sobie bezwirowy i stacjonarny przepływ powietrza względem jakiegokolwiek spadochronu. Możesz rozwinąć temat?

[radar 104]

Jest w linku... W MIARĘ ZBLIŻANIA SIĘ DO PRĘDKOŚCI PRZECIĄGNIĘCIA stery tracą swą efektywność...

To widziałem, ale pierwsza część akapitu kończąca się: "...lub całkowita utrata sterowności statku powietrznego" nie wyjaśnia przyczyny ("tracą swą efektywność", ale dlaczego?), a druga część zaczyna się od "Ponieważ przy dużych kątach natarcia następuje..." co zmienia warunki. Mi chodzi o lot równoległy do powierzchni Ziemi, tam nie ma dużego kąta natarcia, a jedynie zmniejszanie prędkości. Innymi słowy opisują zbliżanie się do prędkości przeciągnięcia przy dużych kątach natarcia (ściągnięcie steru i wytracenie prędkości), a nie o to o co pytam, czyli prędkość przeciągnięcia w locie prostoliniowym.

[TrzyGrosze 67]

Mi chodzi o lot równoległy do powierzchni Ziemi, tam nie ma dużego kąta natarcia, a jedynie zmniejszanie prędkości.

Ależ mechanizm, wbrew pozorom jest TEN SAM.

Gdy samolot lecąc (równolegle do pow.Ziemi) zmnie jszy prędkość poniżej Vmin, siła nośna zaczyna być mniejsza od ciężaru samolotu. I nie ma cudów! Ziemia zaczyna ściągać go w dół więc kąt natarcia skrzydła wobec strug powietrza ROŚNIE powyżej wartości krytycznej. I dalej jak w definicji przeciągnięcia.

nie siedzę w temacie,

Ja też, ale przyjmuję, że czasza spadochronu, która wyewoluowała z biernego opornika, do profilu lotniczego, wykorzystuje już całkiem inne zjawiska earodynamiczne.

[Astroboy 34]

Ja też, ale przyjmuję, że czasza spadochronu, która wyewoluowała z biernego opornika, do profilu lotniczego, wykorzystuje już całkiem inne zjawiska earodynamiczne.

 

Niekoniecznie. Tu znalazłem coś ciekawego:

http://www.mtu-net.ru/mosseev/pl/paralab.htm

Słowianie też potrafią.

 

Dla zawiedzionych, "pl" w adresie to od "parachute lab.".

Jeszcze wszystkiego nie ogarnąłem...

[radar 104]

Ależ mechanizm, wbrew pozorom jest TEN SAM. Gdy samolot lecąc (równolegle do pow.Ziemi) zmnie jszy prędkość poniżej Vmin, siła nośna zaczyna być mniejsza od ciężaru samolotu. I nie ma cudów! Ziemia zaczyna ściągać go w dół więc

Moment, moment, moment!

Dalsza część się zgadza, ale DLACZEGO (patrząc pod kątem oderwania strugi, a nie profilu) siła nośna się zmniejsza poniżej Vmin? Udowodniłeś związek oderwania strugi/zwiększenia kąta natarcia jak samolot JUŻ spada, jak mówiłem, wtedy się zgadza, ale dlaczego spada?

 

EDIT: A jednak chyba się mylę Spada, bo siła nośna staje się _nieznacznie_ mniejsza od siły ciążenia i wtedy zaczyna spadać, itd...