Domanda:
Il lavaggio dell'elica potrebbe fornire una portanza sufficiente per il decollo, anche in teoria?
chasly - reinstate Monica
2020-09-01 00:57:40 UTC
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So che questa sembra una cosa da pazzi da chiedere, ma non è la stessa cosa che sollevarsi dai bootstrap. Se provi a sollevarti in questo modo, ci sono due forze uguali e opposte, tuttavia ci sono esperimenti con aerei a propulsione muscolare che funzionano.

Quindi, a condizione che l'aereo sia stato stabilizzato in qualche modo e le ali siano state progettate per lo scopo, il lavaggio dell'elica potrebbe teoricamente sollevare l'aereo? Se no, perché no?

Nota

Capisco che un normale aereo inizierebbe a muoversi in avanti. Si supponga che l'aereo sia trattenuto dalla parte posteriore da un cavo e che l'esperimento si svolga in assenza di vento.

Certamente potrebbe pensare a una galleria del vento. Tuttavia immagino che l'elica dovrebbe avere la stessa apertura delle ali. quindi non è molto pratico.
[Correlato] (https://aviation.stackexchange.com/q/9543/62)
Questa è l'idea alla base di Channel Wings.
i giroscopi volano più o meno in questo modo.
* aerei a propulsione muscolare * - non servono esperimenti; gli uccelli hanno dimostrato che funziona da più tempo di quanto gli esseri umani siano esistiti
Cinque risposte:
Camille Goudeseune
2020-09-01 03:08:33 UTC
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Sì. L'ala non si preoccupa di ciò che fa passare l'aria. Vento contrario, lavaggio dell'elica, scia 747, starnuti del gopher.

Se l'aereo è trattenuto dal movimento in avanti e il lavaggio dell'elica su gran parte dell'ala è abbastanza veloce, diciamo più della velocità di stallo dell'aereo, allora l'ala deve generare una portanza sufficiente per supportare l'aereo, facendolo decollare.

Non si tratta tanto di progettare l'ala in modo speciale, quanto di far tollerare all'aereo le numerose eliche di grandi dimensioni necessario e il peso dei motori. Quella potenza è troppo per una crociera efficiente. Ma è facile da implementare con un modellino di aeroplano da una libbra.

(+1) Anche l'AoA deve essere preso in considerazione: il flusso d'aria più veloce della velocità di stallo non è sufficiente per garantire il decollo.
Domanda successiva: quanti gopher che starnutiscono in sincronia sarebbero necessari per far decollare un 747?
"Ma è facile da implementare con un modello di aeroplano da una libbra" Beh, un aeroplano da 0,0000001lb potrebbe semplicemente andare alla deriva in aria come una sfera perfetta senza alcun profilo alare. Non credo che sfruttare le leggi di scala dell'universo sia un approccio valido. I modelli in scala di aerei non si comportano affatto come quelli a grandezza naturale. Sebbene in teoria potremmo essere in grado di costruire un aereo che si solleva sotto il proprio lavaggio dell'elica, ritengo che possa essere il tipo di situazione che è così inefficiente da spingerci contro i limiti fondamentali dei materiali con cui dobbiamo costruire il veicolo, rendendo è realisticamente impossibile.
L'orologio starnutisce a circa [4,5 m / s] (https://biology.stackexchange.com/a/64062/24592). [Questo articolo] (https://phys.org/news/2011-10-electricity-nose-power-human-respiration.html) riporta che la respirazione ordinaria potrebbe alimentare circa un microwatt. Sfortunatamente non ho idea di come convertirlo nel numero di starnuti umani necessari, figuriamoci negli starnuti di gopher. Forse questa dovrebbe essere una nuova domanda.
Ci vorrebbero circa 120 scoregge di passero per uguagliare uno starnuto di gopher.
Quindi la respirazione umana, circa 4 sec / respiro, è un microwatt? Lo starnuto prolungato è altrettanto veloce. I roditori respirano 3 volte più velocemente, ma i loro polmoni sono 300 volte più piccoli. Quindi un gopher che starnutisce costantemente produce 10 nanowatt. Un lancio del 747 richiede 90 megawatt, o 900 quadrilioni di starnuti di gopher, coprendo un quadrato di circa mille miglia su un lato.
@CamilleGoudeseune Man ... Nemmeno una talpa di roditori.
@Eric, grazie al cielo. https://what-if.xkcd.com/4/
Gopher europei o africani?
@SebastianLenartowicz Sembra un candidato ideale da chiedere a Randell Munroe! Voglio dire, chi altro ha tempo per trascorrere la giornata o due di cui uno avrebbe bisogno per trovare una risposta robusta? Chi altro saprebbe (o sarebbe in grado di trovare) l'unico zoologo che ha effettivamente scritto un articolo sugli starnuti di gopher ?? (Ans se continuiamo a parlarne avveleniamo tutte le ricerche su Google!)
@RossPresser Leggere attentamente: I simpatici ricercatori dell'articolo dicono che * possono raccogliere un microwatt dalle vibrazioni * causate dalla respirazione. La potenza complessiva del movimento dell'aria è probabilmente di ordini di grandezza maggiore, soprattutto se sbuffi e sbuffi per sollevare questo B747 ;-).
@CamilleGoudeseune Questa è la migliore risata che ho avuto tutto l'anno. Grazie!
Ricalcolo. Per misurare il trasferimento di energia efficiente dal respiro, usa un pallone da festa, che secondo il NIST immagazzina 255 lbf-ft, o 350 J. Un essere umano ne gonfia uno in 20 secondi, quindi 18 W. Un gopher è 100 volte inferiore, 0,18 W. 90 MW / 0,18 W produce 500 milioni di gopher * almeno *, coprendo Wittman Field (OSH) più Camp Scholler.
Peter Kämpf
2020-09-01 03:06:19 UTC
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In linea di principio sì, ma perché dovresti farlo? Per il decollo verticale questo sarebbe decisamente inefficiente.

La portanza è prodotta deviando l'aria verso il basso.

Ciò diventa più facile poiché più aria è disponibile per la deflessione poiché la quantità di deflessione necessaria per un dato sollevamento può essere ridotta. Tuttavia, quando tutto il movimento dell'aria è fornito dall'elica, perché ridurre l'efficienza soffiandola orizzontalmente su un'ala, dove crea attrito? Non sarebbe meglio dirigere questo flusso d'aria direttamente verso il basso in modo che non sia necessaria un'ulteriore deflessione?

Qualsiasi deviazione comporterà perdite, quindi prendere la deviazione sopra l'ala complica le cose inutilmente. Ciò non significa che non sia stato provato: come fa notare qq jkztd nei commenti, il Ryan VZ-3 ha utilizzato questo concetto, anche se con scarsi risultati.

Ryan 92 VZ-3

Ryan 92 VZ-3, ricostruito dopo l'incidente (immagine fonte).

Per un approccio teorico, il diametro dell'elica dovrebbe essere altrettanto grande come la mezza campata dell'aereo, con entrambe le eliche montate a metà campata. Ora anche il carrello di atterraggio deve essere più lungo di un quarto di arco per farli girare liberamente. Successivamente, l'ala necessita di alette in grado di deviare il flusso d'aria di 90 °, il che comporterà un soffio attivo. Questo diventa abbastanza complesso rapidamente, quindi un design come quello di seguito sembra più promettente:

Vertol Model 76 VZ-2

Vertol Model 76 VZ-2 (immagine source) è stato il primo progetto di ala inclinabile che è passato con successo dal volo verticale a quello orizzontale ed è stato costruito per lo stesso scopo del VZ-3. Sebbene non sia visivamente più attraente del VZ-3, ha avuto una carriera più lunga: ha volato per primo (nel 1957 rispetto al 1959 per il VZ-3) ed è stato utilizzato fino al 1965 mentre il VZ-3 è stato ritirato nel 1961.

È stato provato, era il vertiplane Ryan VZ-3
È interessante notare che la spinta per potenza aumenta con l'area del rotore, sia che si tratti di un singolo rotore o di N rotori più piccoli. Da qui l'ampia area del rotore su tutto ciò che desidera utilizzare il sollevamento del rotore grezzo.
@qqjkztd: Grazie per le informazioni! Certo, il VZ-2 era un design più pratico e migliore nei decolli verticali. Il VZ-3 creerebbe sempre una certa spinta in avanti, quindi un decollo puramente verticale sarebbe impossibile.
Brian Drummond
2020-09-01 16:16:49 UTC
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Limitare la domanda a un flusso d'aria approssimativamente orizzontale ... è stato provato.

Il Custer Channel Wing è stato uno che ha provato ... non ce l'ha fatta, ma è stato affermato di essere in grado di volare a 8-11 mph. Potrebbe essere stato ottimistico, ma il CCW5 (nella foto: immagine dal Wiki collegato) apparentemente ha volato a 35 mph.

enter image description here

E continua in fase di prova ... questa volta in combinazione con l'effetto Coanda... risultati non riportati finora.

WOW - che ottima risposta, la migliore qui
TypeIA
2020-09-01 01:13:33 UTC
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Assolutamente. Ecco come appare:

enter image description here

Qui è un turbogetto (questo è un motore F-35) ma dal punto di vista della fisica non c'è motivo per cui non puoi farlo con un'elica.

Finché hai qualche mezzo per dirigere una porzione sufficiente della spinta verso il basso, puoi decollare. Un profilo alare reindirizzerebbe anche la spinta leggermente verso il basso, ma molto in modo meno efficiente di un ugello.

Questo non sarebbe nemmeno lontanamente pratico con un normale motore e profilo alare. La fisica funziona però, se il tuo motore è in grado di produrre una spinta sufficiente per ottenere la componente verso il basso richiesta.

@fectin Capisco la differenza e penso che tu abbia perso il punto. La portanza è una forma di spinta nel senso che entrambe sono forze. La domanda propone uno scenario in cui un profilo alare converte la spinta orizzontale del motore in spinta di sollevamento. Il design nella foto è un modo molto più efficiente per farlo. Ma la fisica, dal punto di vista della disposizione delle forze, è esattamente la stessa.
@fectin Grazie, questi sono ottimi esempi - in realtà è quasi esattamente il punto che speravo di fare per l'OP: pensarci in quel modo rende facile trovare scenari che si possono usare per dimostrare a se stessi che è possibile.
Errore mio: quell'ultimo commento aiuta! Capisco meglio il tuo punto ora, ma non è emerso nella tua risposta.
Sebbene un turbofan non sia un turbogetto, l'F35 in realtà * non * è un esempio (o almeno poco più di un elicottero), poiché incorpora una ventola di sollevamento azionata da albero ad asse verticale anteriore del motore, oltre a vettorizzare il flusso sul retro. L'esempio che probabilmente vorresti è il sistema Kestrel / Harrier che è un (moltiplicatore) di spinta vettoriale turbo * fan *.
Russell McMahon
2020-09-01 17:01:59 UTC
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Presumibilmente ti riferisci all'utilizzo di ali fissate alla cellula con eliche che guidano l'aria su di esse.

Se invece muovi l'ala attraverso l'aria per creare un flusso d'aria su di essa, "taglia fuori l'intermediario" e finire con un elicottero o una tipica imbarcazione multirotore.

Allo stesso modo un ornitottero muove l'ala nell'aria per raggiungere la portanza.

Previsti downvotes. È la vita. Sembrava ancora utile aggiungere.


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Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 4.0 con cui è distribuito.
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