Question:
Une aile soufflée pourrait-elle être assez puissante pour soulever un avion à une vitesse d'avancement nulle?
Russ Boys
2015-07-30 16:09:38 UTC
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Théoriquement, un avion, en utilisant n'importe quel type de flux d'air auto-généré au-dessus de l'aile (fixe), pourrait-il gagner suffisamment de portance pour décoller (ou simplement décoller du sol) à une vitesse d'avancement nulle? >

Je suppose que si un avion et ses moteurs étaient suffisamment légers, vous pourriez être en mesure de fournir un flux d'air suffisamment élevé à travers les ailes en utilisant les hélices (semblable à un mouvement vers l'avant) - bien que je sois évidemment pleinement conscient que la plupart des les surfaces de contrôle importantes ne seraient pas fonctionnelles. C'est juste théorique.

À quelle fin ... eh bien ... une compréhension plus efficace de la portance auto-générée (peut-être?) Pourrait résulter de la recherche sur l'utilisation extrême de volets / ailes soufflées super-STOL. Petits avions de transport à grande portance opérant à partir de petits avions / héliports urbains encombrés avec de très petites pistes.

Je suis conscient des limites de ces conceptions, telles que l'inefficacité à des vitesses plus élevées et, en l'absence de de forme et de géométrie variables (ce qui ajouterait trop de poids), la consommation de carburant deviendrait prohibitive. C'est purement une idée de spéculation.

Vous devriez peut-être fixer des limites à votre question. Doit-il être habité? Un avion de la taille d'un insecte ou d'un oiseau serait-il admissible? Les ailes rotatives (hélicoptère) seraient-elles qualifiées de «flux d'air auto-généré au-dessus de l'aile»?
Je n'ai pas les données pour répondre à la question de savoir si un avion peut voler par flux d'air auto-générateur au-dessus des ailes. Ce que je peux dire, c'est qu'il y a des cas où des avions légers se sont envolés à cause d'ailes très hautes soufflant directement vers l'avion. Voici une vidéo d'un avion stationné "décollant": https://www.youtube.com/watch?v=TlEKiSwttsc Comme vous pouvez le voir, l'avion ne génère pas de flux d'air au-dessus des ailes par lui-même. C'est le vent à grande vitesse qui fournit le flux d'air. Comme vous pouvez le voir, le vol n'a pas duré très longtemps;)
Oui. Ça s'appelle un hélicoptère.
Vous semblez suggérer une sorte de moteur soufflant de l'air à travers les ailes pour générer de la portance. Cela n'a pas de sens. L'aile est beaucoup, beaucoup moins efficace à 100% pour convertir le flux d'air en portance. Vous obtiendrez beaucoup plus de portance simplement en pointant ces moteurs vers le bas.
@DavidRicherby Ce serait beaucoup plus efficace, mais pas aussi amusant. :)
AiliivnyxqCMT Killjoy ->
D'accord. Je suppose que j'aurais pu poser / ou poser la question légèrement différemment. Évidemment, je parlais de l'aile fixe. Et je suppose que je voulais dire aussi un avion assez gros pour être considéré comme un engin de transport de passagers, bien que la taille réelle soit quelque peu hors de propos.
@DavidRicherby J'aurais également dû préciser cela, je ne suggérais pas que ce serait une bonne idée. En fait, je sais que ce serait une idée vraiment stupide en pratique. Je posais simplement une question oui / non de savoir si un avion (peut-être attaché, si vous le souhaitez, pour empêcher le flux d'air de fournir une poussée vers l'avant dans notre scénario imaginaire) pouvait atteindre une portance positive en soufflant un flux d'air auto-généré de votre propre aile.
Oui, et ces avions sont appelés hélicoptères. Les rotors des hélicoptères fonctionnent comme des ailes et non comme des hélices, car ils assurent la portance de la même manière que les ailes des avions à voilure fixe.
Les hélicoptères @vsz ne sont pas à voilure fixe (voir le commentaire du PO juste au-dessus du vôtre précisant qu'il posait une question sur une aile fixe soufflée.)
J'imagine qu'une idée de la puissance requise pour créer soi-même un ascenseur peut être obtenue en regardant une soufflerie. La puissance du moteur de l'aéronef doit être similaire à la puissance des moteurs du tunnel (au prorata du rapport du rapport aéronef / sections de tunnel).
Juste un petit test de physique ici, pas censé être condescendant. Si l'avion s'auto-générait du flux d'air vers l'arrière, la réaction à cela pousserait l'avion vers l'avant. En d'autres termes, poussée. Ainsi, vous auriez l'air plus rapide au-dessus de l'aile, plus l'air plus rapide à partir d'une vitesse d'avion croissante. Le meilleur des deux mondes. On dirait que ce que vous voulez, c'est une hélice (peut-être avec un conduit pour diriger toute la poussée sur le dessus de l'aile).
Vous pouvez trouver des travaux de recherche approfondis à ce sujet sur https://en.wikipedia.org/wiki/Rockwell_XFV-12
Sept réponses:
reirab
2015-07-30 19:09:08 UTC
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Techniquement parlant, oui, c'est possible, mais très peu pratique.

Bien sûr, comme d'habitude, l'explication de la physique de Jan Hudec est tout à fait correcte. Tout ce qui souffle suffisamment d'air au-dessus des ailes pour voler générerait une poussée vers l'avant insensée, ce qui signifie que vous ne resteriez pas longtemps à une vitesse d'avancement nulle.

Cependant , c'est tout à fait possible d'appliquer une autre force dans la direction opposée égale en amplitude à ce qui serait autrement la force nette vers l'avant produite par le (s) moteur (s) soufflant les ailes. Cela donnerait une force avant totale nette de zéro, donc aucune accélération vers l'avant ne se produirait, vous permettant de décoller à une vitesse d'avance nulle. Bien sûr, vous voudrez vous assurer que tout ce qui applique cette force ne souffle pas également dans les ailes dans la direction opposée, sinon vous perdez votre portance.

Quelques possibilités pour fournir cette force :

  • Moteurs à réaction normaux montés à l'envers
  • Moteurs à hélice normaux à pas négatif
  • Moteurs-fusées montés à l'envers
  • Une attache (vraiment solide)
  • Freins de roue (cela ne fonctionne que tant que vous êtes au sol, bien sûr ... vous commenceriez à accélérer très rapidement car les roues se détachent du sol, mais vous pourriez techniquement quitter le sol avec une vitesse d'avancement nulle.)
  • Une très grosse mitrailleuse, comme la GAU- 8 Avenger ou Gryazev-Shipunov GSh-6-30
  • Beaucoup d'AK-47 («lots» étant un nombre à peu près égal à la poussée nette vers l'avant des moteurs en livres divisée par 13)

Voici à peu près à quoi ressembleraient les fusées montées à l'arrière:
C-130 Rocket Assisted Landing
C-130 Fusée Atterrissage assisté
Source: YouTube

Une autre possibilité pour répondre techniquement à votre exigence de décoller à une vitesse d'avancement nulle serait de commencer simplement à rouler vers l'arrière assez vite pour accélérer vers l'avant jusqu'à une vitesse d'avancement nulle au moment où les pneus quittent le chaussée. :)

Bien sûr, comme vous l'avez sûrement compris maintenant, tout ce qui précède est une manière extrêmement inefficace de décoller. Ils fonctionneraient cependant techniquement. Et, bien sûr, dans le cas du GAU-8, tout ce qui se trouve devant vous pendant le décollage va avoir une très mauvaise journée.

Une vitesse d'avance nulle ne signifie pas qu'une vitesse négative (vers l'arrière) est correcte. Cela devrait signifier simplement ceci: vitesse horizontale nulle.
@jjack Ce paragraphe était une blague. Ce que j'ai décrit dans ce paragraphe aurait toujours une vitesse horizontale nulle au décollage. Ce serait juste différent de zéro avant le décollage, répondant ainsi techniquement aux exigences de l'OP (car il n'a pas dit qu'il ne pouvait pas avoir une vitesse horizontale non nulle avant le décollage.)
Je suppose que le simple fait d'incliner les ailes suffisamment en arrière pour qu'une grande partie des actions générées par la portance pour contrer la poussée vers l'avant ait été écartée comme une possibilité pour de bonnes et suffisantes raisons?
@NathanTuggy Toute AoA qui n'entraîne pas le décrochage de l'aile laissera toujours une force vers l'avant assez importante. Je supposais d'après la façon dont l'OP posait la question qu'il voulait que l'aile génère de la portance de la manière normale (c'est-à-dire qu'elle ne calait pas.) Souffler les ailes juste en dessous de l'AoA critique serait certainement utile, mais ce ne serait pas complètement éliminer (ou même presque éliminer complètement) la force vers l'avant.
@reirab: Assez juste, même si j'aimerais voir tous les calculs / diagrammes détaillés que vous pouvez déterrer.
Ces C-130 à freinage rapide étaient destinés à atterrir dans un stade de football. Juste à côté de l'ambassade américaine. À Téhéran, Iran.
djr
2015-07-30 20:36:39 UTC
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Je dirais que votre réponse devrait être: "Oui, c'est certainement possible - Cela s'appelle un hélicoptère" :) Semble être la meilleure réponse à mon humble avis. +1
Je sais tout ce qui précède, c'était simplement un poseur spéculatif. C'est une question absurde, mais je suppose que je me demandais simplement si une différence de pression suffisante pourrait être créée en utilisant un flux d'air auto-généré sur une aile fixe, peut-être attachée pour empêcher le mouvement vers l'avant.
Jan Hudec
2015-07-30 17:56:52 UTC
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Non, ce ne serait pas le cas.

Pour décoller verticalement, vous devez appliquer une force verticale égale au poids de l'avion et pas ou juste une petite force horizontale pour éventuellement commencer à bouger.

Désormais, la force totale sur un aéronef (n'importe quel aéronef) a une direction opposée au changement (moyen) de la vitesse de l'air circulant autour de l'aéronef, et une amplitude proportionnelle à l'ampleur du changement de vitesse et de sa quantité de l’air.

Donc, pour décoller, l’avion doit beaucoup accélérer vers le bas . Au décollage normal, l'air se déplace horizontalement autour de l'aéronef, de sorte que les ailes doivent seulement le plier légèrement pour générer une accélération vers le bas suffisante et une force de portance correspondante. Mais en décollage vertical, l'air ne bouge pas, il faut donc simplement l'accélérer vers le bas.

Mais une aile n'est pas capable de plier le flux de 90 °, seulement peut-être 30 ° ou quelque chose comme ça, donc pour donner à l'air une vitesse verticale suffisante, vous lui donneriez également une vitesse horizontale encore plus élevée, générant beaucoup de poussée.

Pour toute cette poussée, vous auriez besoin de fournir de l'énergie avec les moteurs. Cela signifie un rapport poussée / poids d'au moins 2: 1. Aucun avion n'a cela. Les avions conventionnels peuvent faire avec 0,2, les VTOL (y compris les hélicoptères) ont besoin de 1 et un peu. 2 est absurdement inefficace. Et ce ne serait pas un vrai décollage vertical car l'avion accélérerait très vite horizontalement.

Avec une forme circulaire, l'effet Coandă peut plier l'air de plus, mais cela ne compte plus vraiment comme une aile. Et cela n'a toujours aucun avantage sur la rotation du vecteur de poussée lui-même. L'avantage de souffler l'échappement du moteur sur l'aile n'est pas que ce serait plus efficace, c'est que c'est plus simple que de faire tourner les moteurs.

Le dernier point est le plus important - la rotation du vecteur de poussée lui-même est beaucoup plus facile. Je serais donc d'accord si la question était de savoir s'il était raisonnable de faire cela. Mais en ce qui concerne la possibilité, j'ai trois préoccupations: a) Pourquoi une surface aérodynamique avec un angle de déflexion de 70 ° à 80 ° ne s'appellerait pas une aile? b) Il y a des turboréacteurs avec un rapport poussée / poids d'environ 6, donc une poussée / poids du système d'environ 2 n'est pas impensable (cela aurait l'air très ridicule, certes). c) Vous pouvez réduire la poussée horizontale avec deux moteurs antagonistes (encore une fois, idiot, mais possible).
@JulianHzg Voir ma réponse ci-dessous. :)
L'accélération de l'écoulement autour du haut de l'aile par rapport au bas provoque une différence de pression entre la surface supérieure et inférieure de l'aile. Cette différence de pression est appelée ascenseur. Il n'est pas nécessaire que l'écoulement quitte le bord de fuite à un angle descendant. La portance due à la flexion de l'écoulement est ce qu'on appelle une turbine à réaction, qui est un concept différent. Donc techniquement, la réponse de Jan Hudec est fausse.
@jjack: Vous devez vous rappeler que toutes les lois physiques sont valables en même temps. La troisième loi de Newton exige que si l'air applique une force ascendante sur l'aéronef, l'aéronef doit appliquer une force descendante à l'air et la deuxième loi de Newton exige que l'air soit accéléré vers le bas proportionnellement à la force agissant sur lui puisqu'il est libre de le faire. donc. Les forces sont créées par les différences de pression, mais cela n'a aucun rapport avec l'endroit où l'air finit par se déplacer. Les lois de Newton exigent qu'il soit en baisse, donc en bas.
Jan, bien que je sache qu'une certaine portance sera toujours générée via la réaction d'élan de la 3ème loi, je souscris personnellement pleinement au modèle de différence de pression de la portance. Pourquoi? Eh bien, parce que je connais de nombreux avions volés qui peuvent naître à 10 nœuds, avec un poids total de l'air de réaction vers le bas de quelques kilogrammes par rapport au poids de l'avion. L'énorme portance (comme démontré par des mesures contrôlées en laboratoire à l'aide d'instruments barométriques placés au-dessus et au-dessous de l'aile) dépasse de loin toute portance générée par la réaction de 3e loi. Je n'ai aucune idée de pourquoi c'est toujours contesté.
@RussBoys, il est toujours contesté car c'est une idée fausse totale qui ne veut toujours pas mourir. Il n'y a pas d'ascenseur généré par la réaction de la 3ème loi et d'autre ascenseur créé par autre chose. Il y a juste une portance aérodynamique et un tas de lois physiques qui s'y appliquent et l'une de ces lois est la 3e loi: toute force que l'air applique à l'aéronef doit avoir une force de réaction de la même ampleur et de la direction opposée que l'aéronef applique à l'air. . Et comme l'air n'a pas de support solide, il accélère selon la deuxième loi.
@RussBoys, la deuxième loi n'exige pas que la masse de l'air de réaction soit comparable à la masse de l'aéronef, elle exige simplement que la force soit égale à l'accélération de la masse dans le temps. L'air est accéléré _a lot_. Et il y a aussi beaucoup d'air: tout l'air dans l'envergure de l'aile et à une hauteur comparable. à la fois au-dessous et au-dessus de l'aile. Oui, l'air au-dessus de l'aile est également une masse de réaction et il est également accéléré vers le bas. Il applique également une force (plus que l'air sous l'aile, en fait) et les lois du mouvement s'y appliquent, donc il est accéléré.
Jan a raison. Que vous regardiez la portance comme une différence de pression ou comme la réaction égale et opposée de la force appliquée à l'air (à la fois au-dessus et au-dessous de l'aile), vous obtenez les mêmes chiffres. Les deux sont simplement des manières différentes de décrire la même chose. Il y a des tonnes de questions sur cette SE sur la façon dont cela fonctionne.
ALAN WARD
2015-07-30 17:14:15 UTC
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En utilisant l ' effet Coanda, il est théoriquement possible que les moteurs d'un avion soufflent suffisamment d'air au-dessus de l'aile pour générer de la portance.

Cependant, dans un avion réel, les moteurs sont placés de manière à ne pas placer l'aile complète dans leur sortie. Sinon, une grande quantité de traînée serait constamment produite pendant le vol vers l'avant. Le débit sortant du moteur n'a pas non plus une section transversale suffisante pour affecter l'aile complète, à moins qu'une aile très trapue (petit rapport hauteur / largeur, pas très efficace) ait été utilisée.

Des applications ont été vues dans des prototypes tels que le Boeing YC-14 ou des modèles de production tels que l'Antonov An-72, mais il s'agissait d'avions STOL, pas de VTOL.

Intéressant. Merci. Je n'ai pas pensé à cela. Mais utile à savoir pour de plus amples recherches.
Peter Kämpf
2015-08-02 02:12:38 UTC
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Peut-être.

Vous auriez besoin d'un type d'aile très spécial, qui contrôle la direction du flux au bord de fuite en soufflant. Un tel concept avait été testé par AeroVironment dans les années 1980 et dans un modèle, mais à ma connaissance il n’existe aucun avion transportant un homme utilisant ce concept.

La section transversale de l’aile le profil aérodynamique est un cercle, avec une fente d'échappement à l'arrière. Le courant d'échappement d'une turbine à gaz est canalisé à travers le longeron tubulaire de l'aile et sort par une fente dans le sens de l'envergure dans un collier autour du longeron. En tournant la position de la fente et en pompant suffisamment d'air à travers elle, vous pouvez contrôler la quantité de circulation créée par cette aile.

Cross section through tubular wing with rotating exhaust

Le la position d'échappement de l'aile intérieure peut être utilisée pour contrôler la portance, comme le font les volets sur une aile «normale», et la partie extérieure prend en charge la fonction d'ailerons. En pointant l'échappement droit vers le bas et avec un débit massique d'air suffisant, cette aile peut en effet décoller verticalement. Cependant, l'efficacité n'aura rien d'exceptionnel.

Un volet soufflé au sens conventionnel a besoin d'un flux externe, car son propre débit massique est beaucoup trop petit pour créer une portance suffisante. Tout ce qu'il fait est de revigorer une ancienne couche limite usée, de sorte qu'elle reste attachée sur le contour en aval du point de soufflage. Sans vitesse, il n’existe pas de flux externe susceptible d’être influencé, à l’exception d’une petite quantité entraînée par le flux d’air du volet soufflé.

Une idée similaire, quoique moins radicale, a été utilisée dans l’avion de recherche britannique Chasse 126. Il a utilisé les gaz d'échappement de son moteur Orpheus monté sur le fuselage pour souffler de l'air sur ses volets. De plus, il avait de petites buses à l'extrémité du fuselage et les extrémités des ailes pour le contrôle à basse vitesse, tout comme le Harrier Jump Jet. Cependant, il lui fallait une certaine vitesse avant pour créer suffisamment de portance pour voler.

Hunting 126 in flight

Chasse au 126 en vol (image source).

Urquiola
2015-08-02 00:07:34 UTC
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Je dirais que le décollage vertical dans une aile non rotative, pas une machine à poussée déviée a été obtenu dans les modèles Custer Channel Wing, vous avez quelques vidéos sur YouTube https://youtu.be/-Sn5JL9t_C4 http://www.flightglobal.com/pdfarchive/view/1952/1952%20-%200044.html http://www.angelfire.com/va3/bythefire/ NASA Technical Report Server -NTRS- a un rapport de soufflerie L53A09 pleine grandeur de cet arrangement http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19930087470.pdf et des liens vers les sites des adeptes de Custer existent sur Wikipedia

James
2015-07-31 16:20:18 UTC
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JulianHzg a demandé si une surface avec un grand angle de déviation (70-80 degrés) pouvait être appelée une aile. Le Harrier a une telle surface. Si nous sommes prêts à appeler les buses d'échappement "ailes", nous avons un exemple fonctionnel.

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Les buses d'échappement ne sont cependant pas des ailes (ou des profils aérodynamiques). Un hélicoptère est plus proche de ce que OP demande, car il fait en fait passer le vent sur les profils aérodynamiques (les pales du rotor) même s'il ne se déplace pas horizontalement, mais OP posait des questions sur une aile fixe soufflée.


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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