Por que o barco foi montado dessa maneira na parte de baixo da asa do iate flutuante “Landseaire”?

A razão é a "cauda chata" do barco. O arrasto que este "rabo achatado" produz quando montado "reverso" é muito menos que o arrasto dinâmico que induziria ao contrário.

link

I don't see how the link helps explain why the flat side produces less drag than the pointed side.– Ron Beyer

Os coeficientes cw publicados (veja a resposta de @jwzumwalt) mostram o melhor valor para a forma de queda voltada para o fluxo de ar.

Não há entrada para uma queda invertida . Mas é evidente que isso teria um coeficiente cw maior.

Um olhar mais atento ao barco revela que ele também tem uma forma de queda . Mas isso está de frente para sua cauda. Portanto, o barco cria menos arrasto quando montado "reverso".

If this was the case, wouldn't the boat cause less drag moving backwards through the water also? – andy-m

Por outro lado, um pouco de turbulência na cauda dos barcos poderia ajudar a manter a direção na ausência de um paddel de direção ...

This explanation is wrong - an anemometer spins with the forward facing blunt half of the hemisphere causing the most drag - en.wikipedia.org/wiki/Anemometer – jwzumwalt

As diferenças mais importantes entre o anemômetro e o experimento de arrasto são:
As taças no anemômetro são oca que "capturam" melhor a direção do vento do que a superfície plana das meias tigelas preenchidas na experiência.

No que diz respeito à menor questão de por que é montado tão longe do corpo, neste caso, é realmente o único lugar disponível; a Catalina é anfíbia, então montá-la na fuselagem / casco causaria problemas com operações fora d'água. A estrutura interna da asa também precisa ser considerada: o barco só pode ser conectado se houver um ponto duro estrutural e algum método de soltar o barco. Neste caso, o barco é montado onde as lojas underwing normalmente seriam montadas, então já existe um mecanismo de liberação e estrutura interna de suporte: underwing.jpg

Quanto à questão principal, meu phd é em design hipersônico, então eu sou um pouco confuso em subsônicos, mas apesar de montar o barco para trás aumenta o arrasto frontal, tendo a proa afiada voltada para ré reduz a separação do fluxo. separação de fluxo reduz o arrasto de pressão Isso ajudaria a reduzir a turbulência da esteira e reduzir o impacto na cauda. Possivelmente também minimiza os distúrbios na lavagem do propulsor, uma vez que o barco está montado tão perto do motor. Neste caso, embora a frente plana não seja ideal para o arrasto, todo o barco tem a forma de uma carenagem de gota, com uma borda de fuga mais nítida. Sem dados de túnel de vento ou análise de cfd para apoiar essa teoria, é apenas minha suposição: como outros afirmaram, poderia simplesmente ser o contorno do barco que combinava melhor com a asa dessa maneira.

O anexo do barco, como visto na imagem para reduzir o arrasto, pode parecer senso comum. No entanto, a verdade às vezes é mais estranha que a ficção. Nós recebemos o arrastar de vários objetos 2D e 3D na página 3-17 de "Fluid-Dynamic-Drag" de Hoerner.

Ambos os objetos 2D e 3D, com a ponta romba voltada para trás - assim como o barco se move pela água - tem o mínimo de resistência. O arrasto na água vai aproximar o arrasto no ar, e o barco deveria estar apontando para o vento para ter o menor arrasto.

No perfil de arrastar 3D, o # 2 & 3 ilustrações têm CD de ~ 0,40, enquanto a direção oposta (# 8 e 9, sem corte primeiro) tem um Cd ~ 1,20, ou cerca de três vezes mais.

Se a intenção era reduzir o arrasto, os projetistas ou mecânicos que instalaram o barco sem dados do túnel de vento erraram! Mas também é possível o barco está situado nessa direção devido à proa ser mais alta e encaixar melhor na curvatura da asa. O barco parece combinar muito bem com a curvatura. Observe a curva do trilho do barco na outra foto.

Podemos ver um exemplo do mundo real e ver que os dados do túnel de vento estão corretos. Hoerner no mesmo livro fornece Cd para várias formas de bala "cauda de barco" e eles também têm o menor arrasto com o fim rombudo final. As balas podem usar uma forma diferente da que estamos acostumados, mas os testes mostram uma bala com ponta afiada e a traseira sem corte tem o mínimo de Cd.

Na verdade, o Bell X-1 era "uma 'bala com asas', sua forma se assemelhava a uma bala de metralhadora Browning calibre 50 (12,7 mm)" - link

Um anemômetro gira porque a metade romba do hemisfério voltada para a frente tem o maior arrasto, significando que o barco está na direção errada pelo menor arrasto - link

Observe que a forma triangular com seus cantos agudos também é contra-intuitiva para o que normalmente esperamos.

Acho que o gráfico de arrasto representa com precisão o arrasto de barcos. O que parece estar causando um mal-entendido é que normalmente encontramos um corpo blunt de frente com menos atrito, mas neste caso o barco tem cantos afiados que podem "tropeçar" "o fluxo de outra forma suave. Os cantos afiados tornam isso uma exceção à regra, conforme mostrado no gráfico de arrasto.

Quanto a por que está nessa posição, a resposta parece simples - é aí que os pontos difíceis para bombas e torpedos são - assim montando os botes que fazem sentido, tanto de ponto estrutural quanto de manutenção. Do artigo vinculado :

Slung under each wing, where bombs and torpedoes used to hang, are two 14-ft dinghies.

Quanto à orientação, parece que foi selecionado para que o barco se encaixe perfeitamente na parte de baixo da asa. É repetidamente mencionado em vários artigos:

Aqui

Each boat fits snugly against the wing and is raised or lowered by a built-in electric hoist.

e aqui

The Landseaire had 14-foot dinghies under each wing, hoisted to fit flush by cables that had once lifted torpedoes and bombs ...

Note que a foto em questão mostra uma demonstração do produto e parece que os barcos foram anexados à asa em ambas as orientações - primeiro arco

Landseaire com o barco na popa primeiro; imagem de arquivos flightglobal

e também a popa primeiro:

N68740 em Ontário, Califórnia, em abril de 1957, como uma conversão de iate aéreo executivo "Landseaire"; imagem de Coleção Ed Coates

Fundamentalmente, esta questão está relacionada com Número de Reynolds e similaridade dinâmica .

Para que o fluxo em torno de duas formas geométricas similares seja semelhante e, portanto, para que o coeficiente de arrasto $ C_D $ seja semelhante, os respectivos fluxos ' números de Reynolds $ Re $ e números de Mach $ M $ deve ser o mesmo. O número de Mach está relacionado à compressibilidade e, para o caso em questão (aeronave subsônica e barco), os efeitos de compressibilidade são insignificantes, por isso, vamos nos concentrar em $ Re $.

O número de Reynolds é essencialmente a razão entre forças inerciais e viscous ou forças de atrito presentes em um fluxo: $$ Re = \ frac {\ text {Forças inerciais}} {\ text {Viscosidade / forças de fricção }} \:. $$

O número de Reynolds é uma função do comprimento do corpo (neste caso, barco), a velocidade do fluxo e a viscosidade (espessura / viscosidade) do fluido.

Vamos estimar $ Re $ pelo barco na água e montado na asa da aeronave:

Supondo que o barco tem cerca de $ 3m $ de comprimento e se move na água a $ 2m / s $, e assumindo o aeronaves cruzeiros a $ 200 $ km / h $ 10 \: 000 $ ft, podemos estimar $ Re $ usando esta calculadora útil e as propriedades fluidas da água e do ar encontradas aqui (você também pode fazer isso manualmente, é uma fórmula fácil).

Verifica-se que:

$$ \ begin {align} Re {\ rm de água} e aproximadamente 6 \: 000 \: 000 \\ Re {\ rm ar} e aproximadamente 10 \: 000 \: 000 \ end {align} $$ Estes valores para $ Re $ são da mesma ordem de grandeza e o fluxo é de fato quase dinamicamente similar. Observe que os valores de $ Re $ geralmente atingem muitas ordens de grandeza e esses valores são realmente muito próximos.

Com base nisso, os mesmos princípios de redução de arrasto e arraste devem ser mantidos e eles provavelmente teriam sido melhor colocando o barco de outra maneira, ou seja, a mesma orientação que é feita para ser aerodinâmica na água.

Pode ser que eles simplesmente o tenham colocado dessa forma porque era mais fácil de montar, ao contrário de quaisquer razões aerodinâmicas.

PS: Eu estava esperando que o $ Re $ do barco montado na aeronave fosse muito mais alto do que na água, e nesse caso eu teria argumentado que se o $ O peso de um corpo imerso em um fluxo é muito diferente, os mesmos princípios de racionalização não seriam válidos, embora, neste caso, pareçam ser verdadeiros.

Se o barco fosse o contrário, ele poderia produzir um pouco de sustentação, fazendo com que a asa fosse puxada para baixo, ou poderia ter um efeito do elevador produzido pela superfície superior da asa, recusando-se a levantar caminho. Tornar o fluxo de ar turbulento sob a asa reduz a tendência de queda da pressão.

Este barco está sujeito a aerodinâmica sub-sônica na região onde os efeitos de compressibilidade são insignificantes. Nesta região, os corpos aerodinâmicos são em forma de lágrima com uma frente redonda que fornece forças de sucção e uma parte traseira afunilada para evitar que o fluxo de ar pare.

O barco não tem extremidade arredondada em ambos os lados. Ele tem um lado cônico em uma extremidade - posicione-o na parte traseira do fluxo e pelo menos uma das duas propriedades de corpos aerodinâmicos subsônicos é utilizada.

E a popa tem uma forma parcialmente arredondada, o que ajuda a simplificar quando na frente, não na traseira. A superfície plana não ajuda nem na frente nem na traseira.

Assim, sem saber o Cd exato das medições do túnel de vento ou CFD e com base em uma estimativa de Ordem de Magnitude, meu dinheiro seria que o barco tenha menos resistência com a curva apontando para trás.