Como a regra de área é aplicada em aviões como o A380?

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A Wikipédia diz que, devido ao impacto da regra de área no arrasto das ondas:

aircraft have to be carefully arranged so that at the location of the wing, the fuselage is narrowed or "waisted", so that the total area doesn't change much.

Isso faz muito sentido para mim. Embora seja um pouco difícil de dizer, eu entendo que na imagem fornecida lá, o círculo verde em direção à frente da aeronave deve ter aproximadamente a mesma área que o círculo azul e linhas através da seção transversal da asa:


Todas as imagens de Wikipedia salvo indicação em contrário

Isso fica mais claro na foto do F-106 Delta Dart , onde é fácil ver o < a href="https://en.wikipedia.org/wiki/Coca-Cola#Contour_bottle_design"> Coca garrafa onde as asas estão mais largas:

Esse é um foto incrível! Você poderia olhar para ele o dia todo, não é?

Peter Kämpf até fornece uma boa explicação da regra da área em seu responda aqui incluindo um desenho da patente da Junkers sobre o assunto:

Imagem postada por Peter em sua resposta, referenciada acima

Nesta imagem, eu posso ver como as áreas através de várias linhas através da fuselagem, asas e amp; os motores são todos destinados a ser (aproximadamente) iguais.

O que eu não compreendo é como isso é aplicado a aviões como o Airbus A380, que eles dizer é:

showing obvious area rule shaping at the wing root

em referência a esta imagem:

Para mim, parece que a seção transversal na raiz da asa consiste na mesma área na frente do avião (aproximadamente atrás do cockpit parece estar onde o diâmetro máximo é alcançado), mais a área da raiz da asa, mais a área através da asa, mais a área através de um par de motores (dependendo exatamente onde você faz a seção transversal). Como eu vejo, não há emagrecimento do corpo para fazer a área através da seção transversal da asa igual à área da seção transversal logo atrás do cockpit.

Esta foto de cima de outra A380 mostra que não há Coke bottle cintura perto das asas:

Não estou vendo isso corretamente ou não entendi a regra da área corretamente?     
por FreeMan 25.06.2015 / 20:25

3 respostas

Em primeiro lugar, a área não deve ser igual, mas o gradiente de área ao longo da direção do fluxo deve ser superficial. O arrasto mínimo com um determinado volume pode ser alcançado quando a distribuição de área é a de um corpo da Sears-Haack . Idealmente, esta regra aplica apenas em Mach 1 , e uma vez que você for mais rápido, o seções transversais que importam são aquelas ao longo de um cone Mach, não aquelas da seção transversal da aeronave.

Para vôos subsônicos, a penalidade por negligenciar a regra da área é pequena; só importa quando o fluxo local é supersônico à frente de uma contração do contorno da aeronave. O fluxo subsônico desaceleraria, enquanto o fluxo supersônico aceleraria mais e resultam em um choque intensivo de arraste a jusante. Adicionar algo para preencher a contração reduzirá os gradientes de pressão e, idealmente, evitará o choque. Com isso, a decisão sobre a área ajudará a mudar o início do aumento de resistência relacionado ao Mach e permitirá que os aviões de passageiros viajem um pouco mais rápido. Honestamente, não consigo ver a regra da área "óbvia" se moldando no A380 - para mim, essa é uma aerodinâmica subsônica clássica que tenta evitar acentuados gradientes de pressão na área de carga traseira do aerofólio de asas. Especialmente os postes do motor externo poderiam ser feitos melhor, mas eu divago.

Para aviões, é muito mais importante ter uma seção transversal constante da fuselagem, o que torna o alongamento da fuselagem mais simples e é muito mais fácil de construir. Área-governando a fuselagem simplesmente não vale a pena (ainda) quando sua velocidade máxima de cruzeiro é apenas Mach 0,85. É o suficiente para adicionar alguns corpos Küchemann para suavizar gradientes de pressão.

Abaixo está uma comparação de uma asa varrida a Mach 0,9, à esquerda limpa e à direita com corpos de Küchemann. Observe a enorme separação de fluxo na asa esquerda, enquanto o padrão de fluxo na asa direita mostra o fluxo anexado.

Comparação de Mach 0.9 wing (foto source )

    
25.06.2015 / 21:46

Aqui estão algumas fotos de visualização do fluxo de óleo. Presumivelmente, eles são levados no mesmo número Mach e no coeficiente de sustentação. A imagem da esquerda parece mostrar a superfície superior da asa com separação de fluxo onde o choque encontra a superfície. As seções do aerofólio provavelmente pré-datam os projetos supercríticos. A imagem da direita mostra a aplicação de cenouras Kuchemann (ou carenagens de Whitcomb). O fluxo parece estar sem choque.

A foto abaixo mostra a aplicação dessas carenagens no Convair 990. Acho que estou certo em dizer que as seções de aerofólio supercrítico, que são projetadas para enfraquecer o choque, eliminam o benefício dessas carenagens.

Não está claro para mim que as carenagens de trilhos do A380 (e muitas outras aeronaves) tenham o mesmo efeito (ou similar) visto que o fluxo na superfície inferior da asa é subcrítico em praticamente todas as condições de operação, como Peter Kampf aponta. Sua análise implica que o benefício não se deve à regulação da área transônica, mas a outros efeitos aerodinâmicos, e tenho certeza de que ele está correto.

    
06.11.2015 / 07:07