Question:
Y a-t-il une voilure qui donne une portance raisonnablement bonne dans les deux sens du flux d'air: vers l'avant et vers l'arrière?
curious_cat
2015-08-20 12:55:40 UTC
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Une voilure pourrait-elle être conçue pour offrir une portance raisonnablement bonne dans les deux sens d'écoulement?

J'ai été motivée par cette question connexe sur Aviation SE: Un avion peut-il voler en arrière si son hélice est en marche arrière ?

En pratique, la plupart des ailes sont en effet optimisées pour une direction de déplacement. Et cela a du sens dans le contexte du cas d'utilisation pour lequel ils sont conçus.

Mais hypothétiquement, un concepteur avait-il conçu un profil d'aile pour un avion qui voulait pouvoir voler dans les deux sens? ? Les moyens d'inversion d'écoulement pourraient être modifiés, par ex. hélices à pas réversible etc.

Des exemples de tels profils?

Pourquoi voudriez-vous faire cela?

Je n'ai pas de bonne réponse ici. Peut-être juste de la curiosité.

Plus de spéculations: cela pourrait donner à un chasseur ou à un avion acrobatique des manœuvres spéciales? La possibilité de faire marche arrière sans caler à la fin d'une montée raide, etc. mais a encore une portance suffisante pour ne pas effectuer de façon abyssale en sens inverse? c'est-à-dire des performances non strictement symétriques. Avec de bons rapports portance / traînée en vol avant mais quelque peu traînant en marche arrière. Disons, un cas d'utilisation où 99% du temps de vol est en mouvement vers l'avant, mais pour l'autre 1%, vous ne voulez pas de levage de merde absolu en mouvement inverse.

Peut-être que cette flexibilité peut faire ressortir plus de créativité dans les dessins?

[Celui-ci] (http://airfoiltools.com/airfoil/details?airfoil=ys900-il) semble être à 95% là-bas, alors je ferais un saut en disant "oui, c'est possible". Mais, [pourquoi voudriez-vous] (http://www.imdb.com/title/tt0099810/quotes?item=qt2298892)?
@DevSolar Je vais ajouter des raisons farfelues comme vouloir atterrir sur de vraies pistes d'atterrissage étroites, puis m'asseoir dans le cockpit à l'autre bout et voler sans avoir à tourner? :) Désolé, ça semble farfelu, je sais. Pas de bonnes raisons que je puisse trouver vraiment!
Un système réel serait probablement basé sur un système d'éléments mobiles. C'est à dire. la rotation peut transformer une surface de contrôle à l'arrière de l'aile en un nez arrondi à l'avant.
Les modèles volent avec des ailes complètement plates en carton mousse, vous avez juste besoin de surfaces de contrôle des deux côtés et d'un moyen de verrouiller les principales.
Je suis également tombé sur cette question et la réponse acceptée, qui, selon d'autres sources, est "totalement erronée": http://xkcd.com/803/ (et je me suis inscrit ici principalement pour poser une question similaire à la vôtre). Une explication de base est donnée sur http://www.explainxkcd.com/wiki/index.php/803:_Airfoil, mais il faut faire la différence entre les cas de vol "vers le haut" ou "vers l'arrière", bien sûr ... .
Le bord de fuite tranchant est ce qui donne la condition Kutta, donc s'il était tranchant à l'avant et à l'arrière, cela pourrait fonctionner, bien qu'il soit enclin à caler en raison du bord d'attaque pointu. Un autre problème est la [* stabilité en hauteur *] (http://www.av8n.com/how/htm/aoastab.html#sec-basic-stability).
Anecdote connexe - typiquement, un modèle réduit d'avion radiocommandé volera toujours si l'hélice est placée à l'envers de sorte que le "bord tranchant" est en tête et le "bord arrondi" est à la traîne. Ainsi, le profil aérodynamique de l'hélice crée toujours une certaine poussée, c'est-à-dire une portance, dans cette configuration. Cependant, les performances seront considérablement réduites. Maintenant, quant à la stabilité en tangage d'un avion entier volant "en arrière"? Je dirais qu'il ferait mieux d'avoir un ordinateur pour que tout fonctionne bien.
J'ai également vu une photo d'un modèle réduit d'avion où l'ensemble de l'aile, qui avait un dièdre, était élastique sur le fuselage à l'envers et à l'envers, de sorte qu'il avait un angle et donc le bord tranchant était avant et le bord arrondi était à la traîne. Apparemment, il volait encore.
Huit réponses:
Peter Kämpf
2015-08-20 14:19:15 UTC
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Il n'y a pas de profil aérodynamique avec une bonne portance dans les deux sens d'écoulement, mais un avec une certaine portance est envisageable. Cependant, le rapport portance / traînée n'aura rien d'extraordinaire.

Un candidat raisonnable serait créé si nous utilisons la moitié avant du vénérable NACA 66 (2) -415 et le copions à nouveau pour la dernière moitié. Comme ça:

NACA 66415 with mirrored front half

Comme vous pouvez le reconnaître d'après l'intrigue, cela a été fait avec XFOIL. Cependant, l'itération ne converge pas. Mais lorsque de l'air réel frappe cette chose, cela créera de la portance, un peu comme le ferait une plaque cambrée. Son coefficient de portance à angle nul non visqueux est déjà de 0,5, cependant, les effets visqueux réduiront ce coefficient de portance.

Dans un bon profil aérodynamique, le bord de fuite pointu définit le point de séparation de l'écoulement, tandis que le nez arrondi le laisse à le flux pour trouver un point de stagnation approprié. Ici, nous avons un contour arrondi aux deux extrémités, de sorte que le point de séparation s'élargit à une zone de séparation, et cela rampera sur le côté supérieur une fois que le flux développera une certaine aspiration au sommet. Par conséquent, la portance sera médiocre et la traînée sera élevée.

Avec une petite astuce, XFOIL peut être convaincu qu'il s'agit d'un profil aérodynamique régulier avec un bord de fuite vraiment émoussé. Voici donc le résultat à un nombre de Reynolds de 5 millions et de Mach 0,3:

XFOIL plot

Cependant, maintenant la séparation au bord de fuite est prescrite et ne montera pas aussi facilement, de sorte que les résultats pourraient être trop positifs. Il semble que L / D dépasse 70 (ce qui me surprend! Le 66 (2) -415 d'origine a un L / D plus bas aux mêmes conditions de débit, ce qui est un indice fort que nous abusons ici de XFOIL). Comparez cela à un bon profil L / D de planeur supérieur à 200 à ce nombre de Reynolds et de Mach.

Applicabilité

Je ne vois pas de bonne raison de le faire. Les conséquences du vol en arrière incluent:

  • Ce qui était stable auparavant deviendra instable - dans toutes les directions! Rappelez-vous que le point neutre est au quart de corde, mesuré dans le sens du débit. Si le sens d'écoulement est inversé, la distance entre le point neutre et le centre de gravité sera soudainement supérieure à la moitié de la corde de l'aile - dans la mauvaise direction! Il en va de même pour la verticale, qui est désormais déstabilisante.
  • Cela inclut toutes les gouvernes: elles se heurteront à leurs butées et resteront en déviation maximale. Un système de commande manuelle deviendra inutilisable, et même un système hydraulique commandé par ordinateur subira des charges extrêmes qui surpassent les actionneurs conventionnels. Lorsqu'il est combiné avec des volets Gurney ou un soufflage dirigé des deux côtés, les problèmes de contrôle devraient devenir gérables.
  • Si vous avez terminé avec l'inversion d'une hélice à pas variable, la plupart de l'hélice ne fonctionnera pas plus, parce que la torsion de la lame est maintenant opposée à ce qu'elle devrait. Cependant, vous pourriez créer une poussée suffisante si vous utilisez une propulsion de type VJ-101 où les nacelles du moteur pivotent de 180 °.

VJ-101 in flight

VJ-101 (image source)


EDIT: @Marius mentionné dans un commentaire sous le S-72 X-Wing, une tentative de faire avancer un hélicoptère en arrêtant le rotor au-dessus d'une certaine vitesse d'avancement. Le X-Wing a en fait utilisé un profil elliptique et a forcé la condition Kutta par soufflage dirigé. Cela lui a permis également d'utiliser une aile rigide et d'ajuster la levée de la lame pour un contrôle cyclique et collectif par soufflage. C'est en effet la seule application sensée d'un profil aérodynamique qui fonctionne dans les deux sens.


UNE AUTRE MODIFICATION: Je viens de trouver ceci sur Airfoiltools.com: Le Sikorsky DBLN-526 profil aérodynamique à double extrémité. Il était très probablement utilisé sur le S-72, et ses 26% ne fonctionneraient que par soufflage dirigé, de toute façon.

Si nous voulions comparer cela à une voilure standard (disons quelque chose utilisé dans les gros avions commerciaux), quel serait le rapport portance / traînée des deux? c'est-à-dire combien est-ce pire?
@curious_cat: Cela devient trop spéculatif. J'ai fait un calcul subsonique - faire cela à des vitesses transsoniques donnera probablement des résultats encore moins crédibles. Je n'ai pas les outils pour analyser correctement ce profil aérodynamique.
Merci! Mais vous en savez encore assez pour être sûr que _ "la portance sera médiocre et la traînée sera élevée"? _ Ou y a-t-il une chance, peut-être après quelques optimisations, que l'on se retrouve avec un profil aérodynamique avec une portance pas si mauvaise- ratios de traînée?
AilibgnyxuCMT Oui, absolument!
Je suppose qu'il serait probablement plus facile de fabriquer une aile avec une peau flexible étirée sur un squelette manipulable mécaniquement, de sorte que la forme de l'aile puisse être modifiée pour produire une forme de voilure correcte dans l'une ou l'autre des directions souhaitées plutôt que d'en créer une qui soit bon pour les deux ... mais je spécule juste ici ...
@curious_cat Vous pourriez probablement surmonter * certains * des inconvénients (par exemple pour les commandes d'aile, peut-être un spoiler et un volet fendu à chaque extrémité du profil aérodynamique, avec un ordinateur de contrôle qui utilise le jeu qui se trouve sur le bord de fuite tout en gardant les autres verrouillés place), mais l'aérodynamique de base de «l'aile» serait toujours défavorable. Il peut être plus judicieux de prendre la poussée dont vous avez besoin pour décoller et de la pointer simplement vers le bas pour voler (à quel point [qui a besoin d'ailes?] (Https://en.wikipedia.org/wiki/ Lunar_Landing_Research_Vehicle))
Je pense que c'est similaire au profil aérodynamique utilisé sur un hélicoptère à rotor arrêté, tel que le S-72 X-Wing (https://www.helis.com/70s/h_s72.php). Je ne trouve pas de référence sur have, mais je pense qu'ils utilisent un profil elliptique pour obtenir l'aérodynamique symétrique du rotor lorsqu'il est arrêté. Ils ont utilisé le contrôle de la circulation pour obtenir une portance suffisante du rotor lorsqu'il fonctionnait normalement.
@Marius: C'est en effet la seule bonne application d'un tel profil aérodynamique, et je n'y ai pas pensé au moment où j'ai écrit la réponse. Merci d'avoir mentionné le X-Wing!
Outre les frisbees et les boomerangs, une autre utilisation d'un foil comme celui-ci serait comme un hydroptère, une planche de dérive ou une dérive sur un proa ou un autre navire qui navigue dans les deux sens. Si vous aviez un petit rabat à charnière d'environ 5 à 10% de corde attaché aux surfaces inférieures à quelques pour cent du bord de chaque côté et libre de pivoter pour qu'il traîne quand c'était le bord de fuite, vous pourriez peut-être obtenir un nettoyeur. séparation de flux.
Gerry
2016-12-07 00:57:32 UTC
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Je ne pense pas qu'il y ait eu de concept de vol en sens inverse, mais le Lockheed F-104 avait une aile symétrique. C'était une forme biconvexe avec un rapport d'épaisseur de 3,36%. Il avait à la fois des lattes de bord d'attaque et des volets de bord de fuite. Les performances à basse vitesse étaient encore loin d'être idéales, mais elles fonctionnaient très bien à Mach 2+.

Greg Taylor
2016-12-07 17:20:21 UTC
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Walter Morrison a répondu à cette question dans les années 30 et lui a également trouvé une utilisation pratique.

Nous le connaissons sous le nom de soucoupe volante, ou frisbee.

Koyovis
2017-07-19 14:12:06 UTC
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Oui, c'est possible - en fait, tous les profils aérodynamiques ont une capacité de portance en dehors de la plage de décrochage normale. La situation de flux inversé peut se produire dans les hélicoptères qui se déplacent trop rapidement, de sorte que le mors intérieur de la pale en retrait a un flux inversé.

En dehors de la plage opérationnelle normale, tous les voilures se comportent plus ou moins comme des plaques plates un deuxième coefficient de portance maximum à 45 degrés, et avec un coefficient de traînée énorme par rapport à un fonctionnement normal.

Par exemple le NACA 0012:

enter image description here Vous pouvez voir que le coefficient de portance à 180 degrés est assez similaire à celui à zéro degré.

enter image description here

Le coefficient de traînée est plus élevé à 180 degrés qu'à 0 degrés. Un peu difficile à voir en raison de l'échelle du graphique, mais $ C_D $ à environ 180 degrés est facilement 10 à 20 fois plus élevé qu'à environ 0 degré.

Un nouvel utilisateur [a laissé une réponse] (https://aviation.stackexchange.com/a/74947/14897) demandant d'où venaient ces graphiques. Ajouter des liens ou des noms de référence serait bien.
@ymb1 c'est à partir d'un rapport du serveur de la NASA, un rapport NACA ou NASA que j'ai utilisé il y a plus de 10 ans pour faire le modèle de vol d'un simulateur d'hélicoptère. Les rapports étaient des images scannées je crois, je dois encore les avoir quelque part mais je ne peux pas les trouver.
Robin Bennett
2019-09-10 18:01:14 UTC
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Un endroit où une voilure réversible est utilisée est sur la dérive des Proas - des bateaux qui peuvent naviguer dans les deux sens. Ils ont des côtés fixes au vent et sous le vent, plutôt que des extrémités avant et arrière, de sorte que le foil doit toujours générer une portance dans la même direction, mais le flux est inversé.

Leur forme ressemble beaucoup à celle de la réponse de Peter Kämpf.

xxavier
2017-04-30 10:56:27 UTC
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L'aile supérieure du «Vertaplane» de Herrick avait un profil aérodynamique entièrement symétrique où les bords d'attaque et de fuite étaient interchangeables. Bien sûr, cet avion ne volait pas en arrière, mais l'aile supérieure pouvait être tournée de 180 ° et fonctionnait tout aussi bien ... https://airandspace.si.edu/collection-objects/herrick-hv-2a-vertaplane

Peter R. McMahon
2019-04-17 10:13:46 UTC
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L'une ou l'autre des ailes du diagramme produira une portance dans les deux sens. Celle de droite a la forme d'une aile de boomerang, donc ça marche, mais il y aurait moins de perte si l'air à la pointe était séparé à la fois vers le haut & vers le bas. enter image description here

Bienvenue sur Av.SE.
quiet flyer
2019-09-11 03:52:29 UTC
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Quelque part sur le site rcgroups.com, j'ai vu une fois un article décrivant où quelqu'un a pris l'aile d'un modèle réduit d'avion RC et l'a retourné de sorte que le bord de fuite soit devant et l'a attaché au fuselage avec des élastiques. Le vol était possible.

Ou pour le plaisir, comment ** ne pas ** le faire (FliteTest): https://www.youtube.com/watch?v=Ika-qrX-vhQ


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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