Question:
Pourquoi le bateau a-t-il été monté de cette façon sur le dessous de l'aile du yacht volant «Landseaire»?
dalearn
2017-12-19 20:16:24 UTC
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Après avoir vu l'image ci-dessous du yacht volant "Landseaire" ici, j'étais curieux de savoir pourquoi le petit bateau monté sous l'avion était monté tel qu'il était. Au moins pour moi (et @Dave qui l'a mentionné dans sa réponse contenant cette photo), j'ai trouvé intéressant que le bateau soit monté "à l'envers" et aussi loin du corps de l'avion. Quelqu'un peut-il expliquer pourquoi ce poste et cette orientation étaient nécessaires ou pourquoi ils ont été choisis?

[Si vous voulez en savoir plus sur l'histoire de cet avion en particulier] (http://www.vintagewings.ca/VintageNews/Stories/tabid/116/articleType/ArticleView/articleId/424/Sweet-Dreams-and-Nightmares. aspx) lisez cela. Malheureusement, cela ne donne aucune raison pour laquelle le bateau est monté comme ça, bien qu'une photo semble suggérer que le contour du bateau correspondait à l'aile plus proche dans cette configuration.
Je doute que cela soit dû aux points de montage sur l'aile et sur le bateau, et c'était simplement plus facile de le monter de cette façon. Ce n'est peut-être pas une décision de performance / aérodynamique.
Peut-être ont-ils prévu de construire un bord d'attaque de bateau en mousse, mais ils n'ont jamais eu le temps de le faire. Comme fait sur le fuselage arrière de la navette spatiale sur l'avion cargo 747.
Ma première pensée a été que cela maintient le taux de changement de la section transversale lisse, comme il apparaît juste derrière le moteur. Là encore, je doute fortement que cet avion s'inquiète des performances supersoniques =)
Il est également étrange qu'ils n'aient pas attaché quelque chose d'aérodynamique à la surface plane du bateau pour réduire la traînée et améliorer la circulation de l'air. Ou peut-être qu'ils l'ont fait mais ce n'est pas illustré.
La forme de la partie arrière d'un corps est aérodynamiquement plus importante que la forme de la partie avant d'un corps.
Neuf réponses:
#1
+27
Timothy Truckle
2017-12-19 21:28:41 UTC
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La raison en est la "queue plate" du bateau. La traînée produite par cette "queue plate" lorsqu'elle est montée "à l'envers" est bien moindre que la traînée dynamique qu'elle induirait dans l'autre sens.

https://en.wikipedia.org/wiki/ Drag_ (physique)


Je ne vois pas comment le lien aide à expliquer pourquoi le côté plat produit moins de traînée que le côté pointu. - Ron Beyer

Les coefficients cw publiés (voir la réponse de @jwzumwalt) montrent la meilleure valeur pour la forme de goutte tournée vers le courant d'air.

Il n'y a pas d'entrée pour une chute inversée Mais il est évident qu'il aurait un coefficient cw plus élevé.

Un examen plus attentif du bateau révèle qu'il a également une forme de goutte . Mais c'est face à sa queue. Par conséquent, le bateau crée moins de traînée lorsqu'il est monté "en marche arrière".


Si c'était le cas, le bateau ne causerait-il pas moins de traînée en reculant dans l'eau également? - andy-m

Cela pourrait mais le tirant d'eau habituel du bateau n'est pas si profond qu'une partie pertinente de la "queue plate" est en fait dans l'eau. enter image description here source: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2d/Bundesarchiv_B_145_Bild-F056332-0004%2C_Bonn%2C_Bundesgartenschau%2C_Seen.jpg

Par contre un peu de turbulences à la queue des bateaux pourrait aider à garder la direction en l'absence de pagaie de direction ...


Cette explication est faux - un anémomètre tourne avec la moitié émoussée vers l'avant de l'hémisphère causant le plus de traînée - fr.wikipedia.org/wiki/Anemometer - jwzumwalt

Les différences les plus importantes entre l'anémomètre et le l'expérience de traînée est:
Les demi-bols dans l'anémomètre sont creux ce qui "attrape" le vent bien mieux que la surface plane du rempli des demi-bols dans l'expérience.

Je ne vois pas comment le lien aide à expliquer pourquoi le côté plat produit moins de traînée que le côté pointu. Il se peut que ce soit correct, mais cela ressemble plus à une déclaration qu'à n'importe quel type d'explication pour expliquer pourquoi ...
Il pourrait y avoir une raison différente de le monter de cette façon.
Si tel était le cas, le bateau ne causerait-il pas moins de traînée en arrière dans l'eau?
Le bateau dépasse-t-il le bord de fuite de l'avion?
@jjack basé sur mon estimation approximative, ce n'est pas le cas, mais il est certainement proche du bord de fuite. Peut-être 6 pouces ou un pied?
Si la façon dont le bateau est fixé est plus aérodynamique que l'inverse, alors [vous devriez l'expliquer à la Nasa] (https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/VirtualAero/BottleRocket/airplane/Images /shaped.gif). Ils croient qu'un prisme avec la face plate en avant génère 4x la traînée d'une balle (bien que le numéro Re ne soit pas mentionné) :-)
@mins Si la traînée n'a rien à voir avec cela, pourquoi n'avons-nous pas de véritable avion avec une "queue plate"? Et pour la ressource que vous avez liée: la traînée dynamique (et la valeur des formes * cw *) dépend de la vitesse de l'air ...
C'est intéressant. Vous citez une démonstration qui montre quelque chose d'assez particulier. jwzumwalt montre un graphique de Cd pour divers objets qui montre la réponse la plus intuitive. Comme c'est excitant! Deux réponses qui ne sont pas d'accord, ET citent leurs sources =)
Cette explication est fausse - un anémomètre tourne avec la moitié émoussée tournée vers l'avant de l'hémisphère causant le plus de traînée - https://en.wikipedia.org/wiki/Anemometer
@jwzumwalt Oui, la partie creuse "attrape" le vent.
@CortAmmon Cet exemple montre que le coefficient cw de la carte dépend principalement de la forme de sa queue: https://en.wikipedia.org/wiki/Drag_coefficient#Practical_example J'ai trouvé une ressource allemande disant que 80% de la traînée des voitures est générée à sa queue. Et je crois fermement que les avions suivent la même physique ...; o)
Une traînée de voitures dans le mouvement vers l'avant n'a aucun rapport avec la discussion. Ce qui nous intéresse, c'est une comparaison, vous auriez besoin de montrer quelle est la traînée si la voiture est également conduite en arrière. Le test en soufflerie que j'ai documenté montre du Cd pour les surfaces creuses (petites lignes de tirets) et plates (lignes pleines). Surface plane SOLIDE face au vent Cd 1.17, surface plane SOLIDE arrière Cd .42 - les souffleries ne mentent pas.
@jwzumwalt * "Les souffleries ne mentent pas." * D'accord. Mais le coefficient cw dépend également de la vitesse. La traînée * dymaique * générée au niveau de la queue des formes augmente de façon quadratique avec la vitesse tandis que la traînée * statique * à l'avant augmente de manière linéaire. Alors, quelle vitesse de l'air a été utilisée pour trouver les coefficients cv?
@CortAmmon: La dynamique des fluides (y compris l'aérodynamique) dépend toujours du régime d'écoulement. En particulier, aucun des cas ne mentionne le nombre de Reynolds (alias le numéro Re, comme l'appelle mins).
Notez que les bateaux conçus pour la vitesse n'ont pas de poupe émoussée - les coques de course sont presque symétriques, les dispositions de la gouverne de direction représentant l'essentiel de la différence.
#2
+23
Nathan
2017-12-20 07:14:19 UTC
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En ce qui concerne la moindre question de savoir pourquoi il est monté si loin du corps, dans ce cas, c'est en fait le seul endroit disponible; le Catalina est amphibie, donc le monter sur le fuselage / la coque causerait des problèmes avec les opérations hors-mer. La structure interne de l'aile doit également être prise en compte: le bateau ne peut être attaché que s'il y a un point dur structurel et une méthode pour libérer le bateau. Dans ce cas, le bateau est monté là où les magasins sous les ailes seraient normalement installés, il y a donc déjà un mécanisme de libération et une structure de support interne: underwing.jpg

Comme pour la question principale , mon doctorat est en conception hypersonique, donc je suis un peu flou sur les subsoniques, mais bien que monter le bateau à l'envers augmente la traînée frontale, avoir la proue pointue tournée vers l'arrière réduit la séparation du flux. la séparation de l'écoulement réduit la traînée de pression Cela aiderait à réduire la turbulence de sillage et à réduire le tremblement sur la queue. Peut-être cela minimise également les perturbations dans le lavage de l'hélice, puisque le bateau est monté si près du moteur. Dans ce cas, bien que l'avant plat ne soit pas optimal pour la traînée, l'ensemble du bateau a plutôt la forme d'un carénage en forme de larme, avec un bord de fuite plus net. Sans données de soufflerie ou analyse CFD pour étayer cette théorie, ce n'est que ma supposition: comme d'autres l'ont dit, il pourrait simplement s'agir du contour du bateau correspondant mieux à l'aile de cette façon.

Une raison pour laquelle ils n'auraient pas pu rendre l'ensemble du bateau un peu plus aérodynamique ou mettre dans une coque aérodynamique?
@dalearn oui, peut-être. Mais avec la bureaucratie qui intervient dans les décisions militaires lorsqu'il s'agit de modifications de conception, obtenir la certification d'une toute nouvelle conception de bateau aurait été un problème. Ils auraient pu tout aussi facilement attacher un carénage jetable au bateau pour le rendre plus aérodynamique, si c'était vraiment un problème. Les canots de sauvetage personnalisés pour le travail ASR existaient définitivement. Le B-17 a été utilisé pour asr avec un bateau personnalisé. [lien] (https://i.pinimg.com/474x/7f/e8/86/7fe8869caa6e3bb0c2bf2f5bbc91d0c2--b--aero.jpg)
@Nathan Pensez-vous que le bateau faisait partie de l'avion militaire d'origine? Ou a-t-il été ajouté plus tard?
#3
+12
jwzumwalt
2017-12-20 03:53:10 UTC
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La fixation du bateau comme on le voit sur la photo pour réduire la traînée peut sembler être du bon sens. Cependant, la vérité est parfois plus étrange que la fiction. On nous donne la traînée de divers objets 2D et 3D à la page 3-17 de "Fluid-Dynamic-Drag" par Hoerner.

Les objets 2D et 3D avec l'extrémité émoussée vers l'arrière - tout comme le bateau se déplace dans l'eau - a le moins de traînée. La traînée dans l'eau va se rapprocher de près de la traînée dans l'air, et le bateau aurait dû pointer vers le vent pour avoir la moindre traînée.

Dans le profil de traînée 3D, les illustrations # 2 & 3 ont un CD de ~ .40 tandis que la direction opposée (# 8 & 9, émoussé en premier) a un Cd ~ 1,20, soit environ trois fois plus.

Si l'intention était de réduire la traînée, les concepteurs ou les mécaniciens qui ont installé le bateau sans données de soufflerie se sont trompés! Mais, il est également possible que le bateau soit situé dans cette direction car la proue est plus haute et s'adapte mieux au carrossage de l'aile. Le bateau semble bien correspondre au carrossage. Notez la courbe du rail du bateau dans l'autre image.

Nous pouvons regarder un exemple du monde réel et voir que les données de la soufflerie sont correctes. Hoerner dans le même livre fournit du Cd pour diverses formes de balles «en queue de bateau» et elles ont également le moins de traînée avec l'extrémité émoussée traînant. Les balles pourraient utiliser une forme différente de celle à laquelle nous sommes habitués, mais les tests montrent qu'une balle avec une pointe acérée et un arrière émoussé a le moins de Cd.

En fait, le Bell X-1 était "une" balle avec des ailes ", sa forme ressemblant étroitement à une balle de mitrailleuse Browning de calibre .50 (12,7 mm)" - https: // fr.wikipedia.org/wiki/Bell_X-1

Un anémomètre tourne parce que la moitié émoussée tournée vers l'avant de l'hémisphère a le plus de traînée, ce qui signifie que le bateau est pour le moins dans la mauvaise direction faites glisser - https://en.wikipedia.org/wiki/Anemometer

Notez que la forme triangulaire avec ses angles aigus est également contre-intuitive par rapport à ce à quoi nous nous attendrions normalement.

Je pense que le tableau de traînée représente précisément la traînée des bateaux. Ce qui semble causer un malentendu, c'est que nous trouvons normalement qu'un corps mélangé émoussé orienté vers l'avant a le moins de traînée, mais dans ce cas, le bateau a des angles vifs qui peuvent "trébucher "le flux autrement lisse. Les coins pointus en font une exception à la règle comme illustré dans le graphique de déplacement.

enter image description here

L'aérodynamisme est très différent à 108 nœuds de vitesse de croisière de Catalina, 832 nœuds de vitesse maximale du Bell X-1 et 1730 nœuds de balle quittant le museau de la mitrailleuse M2. Le premier cas est subsonique, où le bord de fuite compte beaucoup, tandis que les deux derniers sont supersoniques, où la séparation se produit toujours après le point le plus épais de toute façon et le plus important est la pointe pointue pour minimiser le contact avec l'onde de choc. De plus, votre image ne montre vraiment rien qui ressemble vraiment au bateau.
Vous interprétez gravement le graphique de manière erronée. Les raccords profilés, les pantalons de roue, etc. sont installés à l'extrémité arrondie vers l'avant et à l'extrémité conique à l'arrière. Le bateau se rapproche de cette forme et est installé dans l'orientation correspondant à tout le reste de forme similaire.
@JanHudec Je dirais que le bateau ressemble un peu à l'image `` simplifiée ''
Je conviens que cela n'implique pas de manière convaincante que le bateau serait mieux orienté vers l'avant, toujours +1 pour certains nombres réels de soufflerie.
#4
+7
aeroalias
2017-12-20 19:13:32 UTC
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Quant à savoir pourquoi se trouve à cette position, la réponse semble simple - c'est là que se trouvent les points difficiles pour les bombes et les torpilles - donc monter les dériveurs qui a du sens, tant du point de vue structurel que de maintenance. Extrait de l ' article lié:

En bandoulière sous chaque aile, là où les bombes et les torpilles étaient suspendues, se trouvent deux dériveurs de 14 pieds.

Quant à l'orientation, on dirait qu'elle a été choisie pour que le bateau s'ajuste parfaitement contre le dessous de l'aile. Il est évoqué à plusieurs reprises dans plusieurs articles:

Ici

Chaque bateau s'adapte parfaitement à l'aile et est soulevé ou abaissé par un dans le palan électrique.

et ici

Le Landseaire avait des dériveurs de 14 pieds sous chaque aile, hissés pour s'adapter au ras par des câbles qui avaient une fois a soulevé des torpilles et des bombes ...

Notez que la photo en question montre une démonstration de produit et on dirait que des bateaux étaient attachés à l'aile dans les deux orientations - arc en premier

Boat stern fist

Landseaire avec le bateau installé à l'arrière en premier; image tirée des archives de flightglobal

et aussi sévère en premier:

Boat stern first

N68740 en Ontario , Californie en avril 1957 en tant que conversion de yacht à air "Landseaire"; image de la Collection Ed Coates

Intéressant en effet que le bateau sur vos photos soit plus proche de ce à quoi je m'attendrais (par exemple, bien ajusté à l'aile, forme plus aérodynamique, etc.) alors que le bateau sur ma photo ressemble à une barque ou similaire.
Le bateau que vous revendiquez comme étant la proue en premier est en fait le premier à l'arrière, comme en témoignent à la fois la forme de la coque et la position de la plaque signalétique.
#5
+4
Mike
2017-12-20 06:49:00 UTC
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Fondamentalement, cette question est liée au nombre de Reynolds et à la similarité dynamique .

Pour que le flux de deux formes géométriques similaires soit similaire et que leur coefficient de traînée $ C_D $ soit similaire, les nombres de Reynolds $ Re $ et les nombres de Mach $ M $ doivent être le même. Le nombre de Mach est lié à la compressibilité et pour le cas présent (avion subsonique et bateau), les effets de compressibilité sont négligeables, alors concentrons-nous sur $ Re $.

Le nombre de Reynolds est essentiellement le rapport des forces inertielles aux forces visqueuses ou de frottement présentes dans un écoulement: $$ Re = \ frac {\ text {Forces inertielles}} {\ text {Forces visqueuses / de frottement}} \:. $$

Reynolds le nombre est fonction de la longueur du corps (dans ce cas le bateau), de la vitesse de l'écoulement et de la viscosité (épaisseur / collant) du fluide.

Estimons $ Re $ pour le bateau dans l'eau et monté sur l'aile de l'avion:

En supposant que le bateau fait environ 3 millions de dollars de long et se déplace dans l'eau à 2 millions de dollars / s $, et en supposant que les avions croisières à 200 $ km / h à 10 $ \: 000 $ ft, nous pouvons estimer $ Re $ en utilisant ce calculateur pratique et les propriétés des fluides de l’eau et de l’air ici (vous pouvez également faites-le à la main, c'est une formule facile).

On constate que:

$$ \ begin {align} Re _ {\ rm water} & \ approx 6 \: 000 \ : 000 \\ Re _ {\ rm air} & \ approx 10 \: 000 \: 000 \ end {align} $$ Ces valeurs pour $ Re $ sont du même ordre de grandeur et le flux est en fait presque dynamiquement similaire. Notez que les valeurs $ Re $ couvrent généralement plusieurs ordres de grandeur et que ces valeurs sont en fait assez proches.

Sur cette base, les mêmes principes de rationalisation et de réduction de la traînée devraient être valables et il aurait probablement été préférable de placer le bateau dans l'autre sens, c'est-à-dire la même orientation que celle conçue pour être aérodynamique dans l'eau.

Il se peut cependant qu'ils le placent simplement de cette façon parce qu'il était plus facile à monter, par opposition à toute raison aérodynamique .

PS: Je m'attendais à moitié à ce que le $ Re $ du bateau monté sur l'avion soit beaucoup plus élevé que dans l'eau, auquel cas j'aurais fait valoir que si le $ Re $ d'un corps immergé dans un flux est très différent, les mêmes principes de rationalisation ne tiendraient pas, bien que dans ce cas, il semblerait que ce soit le cas.

Les bateaux conçus pour se déplacer rapidement ou efficacement en mode déplacement n'ont pas de tableau arrière carré - les bateaux traditionnels à propulsion humaine ont des poupe conique, tout comme les navires de guerre et (à la flottaison) la plupart des voiliers à quille. Un tableau arrière carré sur un bateau à rames est plus une simplification de fabrication pour donner une large zone de passagers et une commodité pour le montage d'un moteur hors-bord, dans une coque qui planerait de toute façon si elle était alimentée pour se déplacer à n'importe quelle vitesse réelle. D'ailleurs, sur les bateaux à rames, la proue est parfois aussi carrée.
Intéressant, merci!
Notez que même si les nombres de Reynolds sont similaires, les situations sont assez différentes car le bateau se trouve sur la surface de l'eau, plutôt que d'y être immergé. En particulier, cela signifie que la traînée des vagues est importante même à faible vitesse (en gros, vous avez des ondes de surface WRT à grand nombre de mach, car elles se déplacent si lentement). L'optimisation de la poupe est donc peu utile - la proue sera d'abord le goulot d'étranglement, adressé par https://en.wikipedia.org/wiki/Bulbous_bow.
Intéressant @leftaroundabout, maintenant que vous mentionnez que cela semble évident, merci. Pour les intérêts en jeu, la traînée des vagues pour les avions et les bateaux est-elle causée par le même mécanisme physique?
En gros, oui, mais il y a quelques différences importantes. Les ondes d'eau se propagent dans le plan 2D et ont une relation de dispersion non linéaire, c'est pourquoi il n'y a pas de distinction subsonique / supersonique aussi dure que pour les avions.
La traînée des vagues a plus en commun avec l'aérodynamique supersonique, où les effets de compressibilité et les ondes de choc jouent un grand rôle. La surface de l'eau est compressible dans le sens vertical.
#6
+2
codevolunt
2017-12-20 16:13:20 UTC
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Si le bateau était dans l'autre sens, il peut produire sa propre portance, entraînant la traction de l'aile vers le bas, ou peut avoir un effet de la portance produite par la surface supérieure de l'aile, refusant la portance en ce sens façon. Rendre le flux d'air turbulent sous l'aile réduit la tendance à la baisse de pression.

+1 C'est une idée intéressante (vraiment) cependant, même si cela empêcherait une tendance au roulement, cela crée maintenant une tendance au lacet (qui pourrait peut-être être équilibrée par un réglage de poussée asymétrique).
#7
+1
Koyovis
2018-01-13 12:27:07 UTC
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Ce bateau est soumis à une aérodynamique subsonique dans la région où les effets de compressibilité sont négligeables. Dans cette région, les corps profilés sont en forme de larme avec un devant rond fournissant des forces et un arrière effilé pour éviter les bulles de séparation et la traînée concomitante.

Le bateau n'a pas d'extrémités arrondies. Mettez donc son extrémité effilée à l'arrière, pour exploiter l'une des deux propriétés des corps aérodynamiques subsoniques.

Et la poupe a une forme partiellement arrondie, ce qui aide à la rationalisation à l'avant, pas à l'arrière. La surface plane n'aide ni à l'avant ni à l'arrière.

Donc, sans connaître le Cd exact à partir des mesures en soufflerie ou du CFD, le bateau a probablement le moins de résistance avec la proue pointant vers l'arrière.

#8
  0
Camille Goudeseune
2019-09-10 07:16:52 UTC
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D'autres ont répondu que les bateaux sont si éloignés du bord parce qu'ils sont suspendus aux points durs conçus pour les munitions.
La raison pour laquelle les points durs eux-mêmes sont si éloignés est double: les munitions sont dégagées du propwash pour réduire la traînée, et quand il tombe, il ne heurtera pas les entretoises. Les deux raisons s'appliquent également aux bateaux.

On ne penserait pas qu'ils largueraient les bateaux comme ils auraient largué des munitions. Cependant, s'il fallait renflouer ... :)
Bien sûr, "baissé doucement." Mais il faut encore dégager les entretoises!
#9
  0
Robert DiGiovanni
2020-02-23 23:25:11 UTC
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Le bateau et l'aile peuvent être considérés ensemble, comme une seule forme aérodynamique. La poupe (du bateau) se trouve dans une région où l'aile AOA ralentit le plus le flux d'air relatif.

Comme le savent les «doubles ailiers», l'arrière de la face inférieure de l'aile est l'endroit où le courant d'air provenant du dessous de l'aile se recombine avec le lavage vers le bas de l'aile supérieure. Le flux est ici beaucoup plus rapide et turbulent. Les propriétés de l'écoulement de l'air au bord de fuite ont été étudiées il y a un siècle et appliquées aux avions STOL sous forme de volets Junkers.

Pour cette combinaison bateau / aile en particulier, la façon dont ils sont montés produirait le moindre traînée.



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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