Исследование аэродинамических профилей или "эффект Бартини" найден?

Panguver

Новичок
Всем привет, я тут новенький, но на инженерном форуме (ссср3D) я давно.

В разное время мне пришлось поработать в разных сферах проектирования, и везде у меня был один подход - создать автоматизированное решение для объекта проектирования (конфигуратор) средствами программирования САПР. Мой первый конфигуратор я создавал в "Аэроконе", компании, проектирующей беспилотники.

Тема проектирования в авиации мне была интересна всегда, и временами я возвращался к задачам, которые начал и не закончил решать в "Аэроконе", например, к конфигуратору крыла.

А недавно под совместную работу с моим конфигуратором крыла я начал создавать конфигураторы аэродинамических профилей. За неимением опыта CFD-продувок в "серьёзных" пакетах, я научился построенные по формуле профили передавать в программу XFLR5, которая работает на основе кода xFoil, в которой давно проектируют и анализируют профили.

После нескольких десятков продувок в XFLR5 я заметил странность, о которой слышал ранее, когда на моей презентации в ЦАГИ мои разработки сравнили с работами Бартини, Роберта Людвиговича. Его метод построения профиля на основе аналитических уравнений дали при продувках в ЦАГИ особо низкое лобовое сопротивление крыла и рекорды скорости его самолётам "Сталь".

Я создал анимацию результатов продувок моих профилей на фоне профиля NACA23018 и готовлю схожие сравнения с другими.

AirFoilsTunnel.gif

Здесь видны поляры аэродинамического качества при изменении числа Рейнольдса для трёх профилей. Красный анализ - от профиля, чья продувка показана на гифке ниже:

На гифке анализа поляр от числа Re наблюдаются аномальные "туннельные" улучшения аэродинамического качества в небольшом диапазоне углов атаки. Причем - качество профиля на периферии (в-целом) углов атаки падает при понижении Re при том, что качество профиля в "туннеле" наоборот, растёт. На моих профилях разной геометрии "пик туннеля" возникает на разных Re, от 16М до 280М и в диапазоне углов атаки 2-7 градусов.

Поскольку Бартини рисовал свои профили аналитически по схожему принципу, я попробовал по его общей формуле что-то построить, и анализ кривизны показал схожесть с моими профилями. На сравнительном анализе ниже - общеизвестный профиль NASA/LANGLEY LS(1)-0417 (GA(W)-1) AIRFOIL (ls417-il) (сиреневый штрих) на фоне двух моих сконфигурированных профилей на одном Re и "гора" кривых анализа на Re 3е5-5e9.
Langley_VS_MY.png


Часть моих исследований показаны ниже - видны характерные "туннельные эффекты", резко повышающие аэродинамическое качество. Эти данные могли бы объяснить эффект профилей Бартини и его рекорды скоростей в своё время. Синенькие кривые - NACA23018, анализы в одинаковых условиях.

TopsAirFoil.png


Кто-нибудь сталкивался с подобными результатами анализов профилей или крыла?

Секрет профилей Бартини раскрыт?

Будет ли реальная польза от применения профилей с такими вот графиками аэродинамического анализа?

Мы можем летать на 30% лучше?
 
Реклама
Это ужасно. Такой отрицательный градиент - гарантированный отрыв потока. Прикиньте разницу давлений между 4 и 5 по хорде на жёлтой линии, учтите, что перепад этот - против потока, и подумайте что с потоком в погранслое будет.

1668011_c388eefb03a2176ce7b3b72c2b0378d1.png


То, что Бартини проектировал хорошие профили аналитически - не значит, что всякий аналитически спроектированный профиль хорош.
 
Да, вы правы. Срыв потока будет внезапным на заштатном угле атаки, но подъёмная сила не упадёт так внезапно, как аэродинамическое качество. Зато на автопилоте, следящим за режимом полёта можно поиметь все плюшки. Профиль не для экстремалов, а для экономичной доставки груза беспилотником с ИИ.

Более того - вы, возможно, и неправы. Вы эту ссылку из шапки смотрели?

Жаль мне не дают право эту же картинку повесить у вас. Там на симуляции срыв потока на 10 градусах, а лавинное падение аэродинамического качества после тоннеля - на пяти градусах.

Отсюда имеем экстремальное качество при крейсерских режимах полёта, а поляры подъёмной силы надо исследовать дополнительно. Резкое падение аэродинамического качества (точнее, туннельное его повышение) вызвано резким падением лобового сопротивления, это на её поляре видно, надо вообще сделать такие анимашки для всех типов поляр.

Вот так выглядят поляры лобового сопротивления для сравниваемых профилей в шапке.
lobovoe.png


Как мы тут чётко видим - прирост и падение аэродинамического качества связаны с тонкой настройкой формы профиля для уменьшения лобового сопротивления. Собственно, "туннель" по природе обусловлен пониженным лобовым сопротивлением в узком диапазоне углов атаки. Эффект присутствует при 2-3 градусах атаки, а падает при 5-ти. А срыв потока отстоит минимум вдвое дальше - за 10-ю градусами.

Так что, возможно, это не ужасно, а почти идеально. Профиль "резонирует" на крейсерских режимах 30%-м улучшением, читай, экономией топлива и некоторым повышением скорости.

Также есть немало уже тестированных профилей (один из них как раз салатового цвета), резонирующих "туннельным эффектом" на более высоких Re, по статистике - от 16е6 до 250е6. Попадание в пик на нужном Re - вопрос исследования, но он зависит сугубо от формы градиента кривизны верхней дужки. У меня топовые "туннельные" профили на высоких Re имеют ту же нижнюю дужку, что и представленный тут.
 
Последнее редактирование:
Дело в том, что крыло проходит при полёте очень широкий диапазон углов атаки. Взлетать и лететь строго на 2 градусах - значит не иметь большой подъёмной силы при взлёте. Не иметь большой подъёмной силы - значит, при заданной длине ВВП крыло должно быть гигантским. При огромном крыле Cx может быть и маленьким, но абсолютное значение сопротивления Cx*S*V^2/2 будет большим - Cx меньше на 30%, а площадь крыла больше в три раза. Соответственно, двигатель нужен мощный, расход топлива большой и т.д.
 
Cl-Mylens.png


Где тут видно, что мой профиль хуже взлетает? Примерно так же. Цифры свыше 10-15 градусов не берём в расчёт - программа не гарантирует корректность расчёта на таких углах.

Видно, что подъемная сила на 5 градусах не меньше, чем у конкурента на 10-ти.
 
3D-версия анализов виртуальной продувки.
3Dtunnel.png

На ближнем плане - низкие Re от 0,3е6 и растущий "горб" тоннеля при росте Re, который исчезает на значениях свыше 1е9.

Создан новый конфигуратор профиля, которому задают camber position и высоту точкой и набор точек, через которые надо пройти с моим фирменным градиентом кривизны, который и даёт "туннельный эффект". Разработка уже породила 2 новых топовых профиля в середине диапазона углов атаки с наивысшим аэродинамическим качеством. Ранее разработанные профили порождали "туннели" на 2 и 7 градусах, новые - примерно посредине.
NewTonnels.png
 
Я тут ошибся - поляры лобового сопротивления выглядят так, но смысла не меняют - лобовое падает в резонансе "туннельного" подъёма Cl/Cd относительно конкурентов.
Cd_alpha+.png
 
Назад