Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Управление пограничным слоем относится к методам управления поведением пограничных слоев потока жидкости .

Может быть желательно уменьшить разделение потока на быстрых транспортных средствах, чтобы уменьшить размер следа (обтекаемость), что может уменьшить сопротивление. Разделение пограничного слоя обычно нежелательно в авиационных системах с высоким коэффициентом подъемной силы и воздухозаборниках реактивных двигателей.

Ламинарный поток вызывает меньшее поверхностное трение, чем турбулентный, но турбулентный пограничный слой лучше передает тепло. Турбулентные пограничные слои более устойчивы к отрыву.

Возможно, потребуется увеличить энергию в пограничном слое, чтобы он оставался прикрепленным к своей поверхности. Свежий воздух можно вводить через щели или подмешивать сверху. Слой с низким импульсом на поверхности может быть отсосан через перфорированную поверхность или удален, когда он находится в канале высокого давления. Его можно полностью удалить с помощью дивертора или внутреннего дренажного канала. Его энергия может быть увеличена по сравнению с энергией набегающего потока за счет подачи воздуха с высокой скоростью.

Природа [ править ]

Фрэнк Э. Фиш утверждает, что у дельфинов, похоже, есть турбулентный пограничный слой, чтобы уменьшить вероятность разделения и минимизировать сопротивление, и что механизмы поддержания ламинарного пограничного слоя для уменьшения трения кожи для дельфинов не были продемонстрированы. [1]

Крылья птиц имеют особенность передней кромки, называемую Alula, которая задерживает срыв крыла на низких скоростях аналогично предкрылку передней кромки на крыле самолета. [2]

Тонкие мембранные крылья, обнаруживаемые у летучих мышей и насекомых, имеют особенности, которые, по-видимому, вызывают благоприятную шероховатость при задействованных числах Рейнольдса, тем самым позволяя этим существам летать лучше, чем в противном случае. [3]

Спорт [ править ]

Шарам могут быть приданы элементы, которые делают поверхность шероховатой и увеличивают дальность удара или броска. Из-за придания шероховатости пограничный слой становится турбулентным и остается прикрепленным дальше вокруг спины, прежде чем оторваться с меньшим следом, чем в противном случае. По мячу можно ударить по-разному, чтобы заставить его вращаться, заставляя двигаться по кривой траектории. Вращение вызывает смещение пограничного слоя в одну сторону, что создает боковую силу.

Контроль BL (придание шероховатости) был применен к мячам для гольфа в 19 веке. Строчка на мячах для крикета и бейсболках действует как контрольная структура пограничного слоя. [4]

На цилиндре [ править ]

В случае обтекания цилиндра набегающим потоком можно использовать три метода для управления отрывом пограничного слоя , возникающим из-за неблагоприятного градиента давления. [5] Вращение цилиндра может уменьшить или устранить пограничный слой, который образуется на стороне, которая движется в том же направлении, что и набегающий поток. Сторона, движущаяся против потока, также показывает лишь частичный отрыв пограничного слоя. Всасывание, применяемое через щель в цилиндре рядом с точкой разделения, также может задерживать начало разделения за счет удаления частиц жидкости, которые замедлились в пограничном слое. В качестве альтернативы, жидкость может выдуваться из обтекаемой щели, так что замедленная жидкость ускоряется и, таким образом, точка отделения задерживается.

Поддержание ламинарного пограничного слоя на самолетах [ править ]

Аэродинамические профили с ламинарным потоком были разработаны в 1930-х годах для поддержания благоприятного градиента давления для предотвращения их турбулентности. Их результаты в аэродинамической трубе с низким лобовым сопротивлением привели к их использованию на таких самолетах, как P-51 и B-24, но для поддержания ламинарного потока требовались низкие уровни шероховатости и волнистости поверхности, которые обычно не встречаются в эксплуатации. [6] Крэг [7] утверждает, что испытания профиля P-51, проведенные в высокоскоростной аэродинамической трубе DVL в Берлине, показали, что эффект ламинарного потока полностью исчез при реальных полетных числах Рейнольдса . Реализация ламинарного потока в приложениях с высоким числом Рейнольдса обычно требует очень гладких, безволновых поверхностей, создание и обслуживание которых может быть затруднительным. [6]

Поддержание ламинарного потока за счет управления распределением давления на аэродинамическом профиле называется естественным ламинарным потоком (NLF) [6] и достигнуто конструкторами планеров с большим успехом. [8]

На стреловидных крыльях благоприятный градиент давления становится дестабилизирующим из-за поперечного потока, и для управления поперечным потоком необходимо всасывание. [9] Эффект формирования аэродинамического профиля с отсасыванием пограничного слоя известен как управление ламинарным потоком (LFC) [6]

Конкретный метод управления, необходимый для ламинарного управления, зависит от числа Рейнольдса и стреловидности крыла. [10] Гибридное управление ламинарным потоком (HLFC) [6] относится к технологии стреловидного крыла, в которой LFC применяется только к области передней кромки стреловидного крыла и NLF позади него. Мероприятия, спонсируемые НАСА, включают NLF на гондолах двигателей и HLFC на верхних поверхностях крыла и горизонтальных и вертикальных поверхностях хвостового оперения. [11]

Конструкция самолета [ править ]

В авиационной технике управление пограничным слоем может использоваться для уменьшения паразитного сопротивления и увеличения полезного угла атаки . Установленные на фюзеляже воздухозаборники двигателей иногда оснащаются разделительной пластиной .

В 1920-х и 1930-х годах в Aerodynamische Versuchsanstalt в Геттингене было проведено много исследований по повышению подъемных характеристик за счет всасывания для аэродинамических крыльев . [ необходима цитата ]

Пример воздушного судна с активным контролем пограничного слоя японцев плоскость моря ShinMaywa США-1 . [12] Этот большой четырехмоторный самолет использовался для борьбы с подводными лодками (ASW) и поиска и спасания (SAR). Он был способен работать с взлетно-посадочной полосой и очень низкими скоростями воздуха. Его замена в роли SAR, ShinMaywa US-2 , использует аналогичную систему для своей способности летать со скоростью 50 узлов. [13]

См. Также [ править ]

  • Взорванная заслонка
  • Эффект Коанды
  • Устройство высокого подъема
  • Крыло управления циркуляцией
  • Слот переднего края
  • Отсасывание пограничного слоя
  • Генератор вихрей
  • Аэродинамика
  • Турбулятор

Ссылки [ править ]

  1. ^ Миф и реальность парадокса Грея: значение уменьшения сопротивления дельфинов для технологий https://web.archive.org/web/20160305153746/http://darwin.wcupa.edu/~biology/fish/pubs/pdf/2006B % 26BGray% 27sParadox.pdf
  2. ^ http://www.ardeola.org/files/1295.pdf
  3. ^ "Дизайн самолета" Стинтон Даррол, BSP Professional Books, Oxford 1989, ISBN  0-632-01877-1 , стр.97
  4. ^ "Spinning Flight" Лоренц Ральф Д. Спрингер Science + Business Media, LLC 2006, ISBN 0-387-30779-6 , стр. 33 
  5. ^ "Теория пограничного слоя" Шлихтинг Клаус, Герстен, Э. Краузе, Х. Младший Эртель, К. Мэйс 8-е издание Springer 2004 ISBN 3-540-66270-7 
  6. ^ a b c d e "Понимание аэродинамики на основе аргументов реальной физики" Маклин Дуг, John Wiley & Sons Ltd. Чичестер, ISBN 978-1-119-96751-4 , стр. 339 
  7. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2016-03-04 . Проверено 13 января 2016 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  8. ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 16 сентября 2012 года . Проверено 13 января 2016 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  9. ^ https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19790025267.pdf
  10. ^ http://goldfinger.utias.utoronto.ca/IWACC2/IWACC2/Program_files/Collier_2.pdf слайд 12
  11. ^ http://goldfinger.utias.utoronto.ca/IWACC2/IWACC2/Program_files/Collier_2.pdf слайд 5
  12. ^ ShinMaywa рекламный ролик, ок 1980 г.
  13. ↑ Объяснение и данные на сайте ShinMaywa, данные получены 12 декабря 2020 г.