Existe um aerofólio que proporciona uma sustentação razoavelmente boa para ambas as direções de fluxo de ar: para frente e para trás?

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Um aerofólio poderia ser projetado para dar uma sustentação razoavelmente boa para ambas as direções de fluxo?

Eu estava motivado por essa questão relacionada na Aviation SE: Um avião pode voar para trás se a hélice estiver em marcha à ré?

Parece que, na prática, a maioria das asas é realmente otimizada para uma direção de viagem. E isso faz sentido no contexto do caso de uso para o qual foram projetados.

Mas, hipoteticamente, um projetista projetou um perfil de asa para uma aeronave que quisesse voar em ambos os sentidos, poderia ser feito? Os meios de inversão de fluxo podem ser variados, e. hélices de passo reversível etc.

Algum exemplo de tais perfis?

Por que você quer fazer isso?

Eu não tenho uma boa resposta aqui. Talvez apenas curiosidade.

Mais especulação: poderia dar a um caça ou aeronave acrobática algumas manobras especiais? A capacidade de reverter sem parar no final de uma subida íngreme etc.?

Pergunta modificada:

O que dizer de um aerofólio que é otimizado principalmente para o fluxo à frente, mas ainda tem sustentação suficiente para não funcionar abismalmente ao contrário? Ou seja, desempenho não estritamente simétrico. Com boa sustentação para arrastar rácios no vôo para frente, mas um pouco arrastado ao contrário. Digamos, um caso de uso em que 99% do tempo de voo esteja em movimento para a frente, mas para os outros 1% você não quer levantar a porcaria absoluta no movimento reverso.

Talvez essa flexibilidade possa trazer mais criatividade aos projetos?

    
por curious_cat 20.08.2015 / 09:55

6 respostas

Não há aerofólio com boa sustentação nas duas direções de fluxo, mas é possível conceber um com algum tipo de sustentação. No entanto, a relação entre o elevador e o arrasto não será nada para se escrever.

Um candidato razoável seria criado se usarmos a metade dianteira do venerável NACA 66 (2) -415 e copiá-lo novamente no último tempo. Assim:

Como você pode reconhecer no enredo, isso foi feito com o XFOIL . No entanto, a iteração não converge. Mas quando o ar real atinge essa coisa, ele cria um elevador, assim como uma placa curvada serve. Seu coeficiente inviscido de elevação de ângulo zero já é de 0,5, no entanto, efeitos viscosos reduzirão esse coeficiente de sustentação.

Em um bom aerofólio, o bordo posterior pontiagudo define o ponto de separação do fluxo, enquanto o nariz arredondado o deixa no fluxo para encontrar um ponto de estagnação adequado. Aqui nós temos um contorno arredondado em ambas as extremidades, então o ponto de separação se alarga para uma área de separação, e isto irá se arrastar para o lado de cima quando o fluxo desenvolver alguma sucção no topo. Assim, a sustentação será fraca e o arrasto será alto.

Com um pequeno truque, o XFOIL pode ser convencido de que este é um aerofólio regular com um bordo traseiro realmente rombudo. Então este é o resultado em um número Reynolds de 5 milhões e Mach 0.3:

No entanto, agora a separação no bordo de fuga é prescrita e não será tão facilmente subida, por isso os resultados podem ser positivos demais. Parece que L / D excede 70 (o que me surpreende! O original 66 (2) -415 tem um L / D mais baixo nas mesmas condições de fluxo, o que é um strong indício de que estamos usando indevidamente o XFOIL aqui). Compare isso com um bom aerofólio planador L / D de mais de 200 neste número de Reynolds e Mach.

Aplicabilidade

Não consigo pensar em uma boa razão para fazer isso. As consequências de voar para trás incluem:

  • O que antes era estável se tornaria instável - em todas as direções! Lembre-se de que o ponto neutro está no quarto de acorde, medido na direção do fluxo. Se a direção do fluxo for invertida, a distância entre o ponto neutro e o centro de gravidade será de repente mais da metade do acorde de asa - na direção errada! O mesmo vale para a vertical, que agora está desestabilizando.
  • Isso inclui todas as superfícies de controle: elas ficarão em suas paradas e permanecerão na deflexão máxima. Um sistema de controle manual se tornará inutilizável, e mesmo um hidráulico controlado por computador experimentará cargas extremas que dominam os atuadores convencionais. Quando combinados com aba da Gurney ou soprando diretamente em ambos os lados, os problemas de controle devem ser gerenciáveis.
  • Se for feito com a reversão de uma hélice de passo variável, a maior parte da hélice não funcionará mais, porque a rotação da lâmina é agora oposta a como deveria. Você poderia, no entanto, criar impulso suficiente se você usasse uma propulsão estilo VJ-101, onde as gôndolas do motor girassem 180 °.

VJ-101 (imagem fonte )

EDIT: @Marius mencionado em um comentário abaixo do S-72 X-Wing , uma tentativa de fazer um helicóptero vai mais rápido, parando o rotor acima de uma certa velocidade de avanço. O X-Wing realmente usou um aerofólio elíptico e forçou o Kutta condição por sopro dirigido. Isto permitiu também usar uma asa rígida e ajustar o levantamento da lâmina para controle cíclico e coletivo por sopro. Esta é de fato a única aplicação sensata de um aerofólio que funciona em ambas as direções.

OUTRA EDIÇÃO: Acabei de encontrar este no Airfoiltools.com: O Sikorsky DBLN-526 terminou Aerofólio de asas rotativas. Era mais provável que fosse usado no S-72, e seus 26% só funcionariam com sopro direcionado, de qualquer forma.

    
20.08.2015 / 11:19
Não acho que houvesse qualquer conceito de voar na direção inversa, mas o Lockheed F-104 tinha uma asa simétrica. Era uma forma biconvexa com uma taxa de espessura de 3,36%. Ele tinha tanto ripas de ponta como abas de borda traseira. O desempenho de baixa velocidade ainda era menor que o ideal, mas funcionou muito bem em Mach 2+.

    
06.12.2016 / 19:57

Walter Morrison respondeu a essa pergunta nos anos 30, e encontrou um uso prático para isso também.

Nós o conhecemos como um disco voador ou frisbee.

    
07.12.2016 / 12:20

A asa superior do 'Vertaplane' de Herrick tinha um aerofólio totalmente simétrico onde as bordas anterior e posterior eram intercambiáveis. É claro que o avião não voou para trás, mas a asa superior podia virar 180º e funcionava igualmente bem ... link

    
30.04.2017 / 07:56

Sim, isso pode ser feito - na verdade, todos os aerofólios têm capacidade de elevação fora da faixa de estol normal. A situação do fluxo reverso pode ocorrer em helicópteros que viajam muito rápido para que o bit interno da lâmina recuada tenha fluxo reverso.

Fora da faixa operacional normal, todos os aerofólios se comportam mais ou menos como chapas planas com um segundo coeficiente de levantamento máximo a 45 graus e com um coeficiente de arrasto enorme comparado ao operacional normal. / p>

Por exemplo, o NACA 0012:

Você pode ver que o coeficiente de sustentação a 180 graus é bem parecido com o de zero graus.

O coeficiente de arrasto é maior a 180 graus do que a 0 graus. Um pouco difícil de ver devido à escala do gráfico, mas $ C_D $ em torno de 180 graus é facilmente 10 a 20 vezes mais alto do que 0 grau.

    
19.07.2017 / 11:12

Poderia ser útil em helicópteros, já que após a retirada da tenda da lâmina, ela poderia contribuir para o levantamento (você ainda precisaria de dois rotores alternativos para manter o vôo)

    
22.06.2018 / 02:58