Vingeprofil

Aerofoil er seksjonen av en vinge ført i henhold til et vertikalt plan og parallelt med senterlinjen til selve vingen. Seksjonene til et turbomaskinblad eller en propell er også bygget i henhold til prinsippene for bæreblader.

Teori

Når man studerer en luftfot, studeres en tredimensjonal vinge med uendelig lengde (i retningen vinkelrett på snittplanet som bestemmer profilen). I følge Kutta-Joukowski-teoremet skapes det en sirkulasjon rundt profilen som genererer en kraft, i en retning vinkelrett på den uforstyrrede strømmen, kalt løft som har en tendens til å opprettholde den. Denne teoremet er bare gyldig under forhold med ubetydelig viskositet ( Eulerisk strømning ). Generelt er ikke løftekraft den eneste kraften som virker på profilen: væskens viskositet genererer også en væskedynamisk motstand , en komponent av resultanten av de aerodynamiske kreftene rettet parallelt med den uforstyrrede strømmen.

Formen på aerofoils har en tendens til å skape en forskjell i trykk mellom de to flatene: når væsken (luft, vann eller annet) treffer aerofoilen med passende angrepsvinkel , genereres et overtrykk på buken og en depresjon. baksiden av selve profilen.

Denne trykkfordelingen får væskepartiklene til å generere en kraft rettet omtrent vertikalt, fra bunn til topp, som opprettholder den. Komponenten vinkelrett på den uforstyrrede strømmen, løftet, øker nesten lineært når angrepsvinkelen til profilen øker opp til en kritisk verdi, kalt kritisk angrepsvinkel eller kritisk aerodynamisk angrepsvinkel. Ved å øke angrepsvinkelen ytterligere, oppnås maksimal løft ved en verdi som kalles stall-angrepsvinkel eller stall-angrepsvinkel, utover hvilken profilstoppet oppstår, hvor det er en reduksjon i løft og en økning i aerodynamisk luftmotstand.

Videre, i det virkelige tilfellet med en vinge med begrenset lengde, er det nødvendig å ta hensyn til andre effekter, den viktigste er at "en generisk væske har en tendens til å bevege seg fra et høyt trykk til en lavtrykkssone".

Dette prinsippet er lett å finne i mange praktiske tilfeller, for eksempel når en ballong er punktert og luften har en tendens til å gå ut mot utsiden, det vil si mot tilstanden med (lavt) atmosfærisk trykk med hensyn til innsiden.

Ved kantene av vingen er det en migrering av væske mot punktene med lavere trykk og derfor en ytterligere generering av motstand, et fenomen som forklarer tilstedeværelsen av vertikale rulleroer ved kantene av vingene på fly eller i spoilere til racerbiler .

Følgende karakteristiske geometriske elementer kan gjenkjennes i en profil:

Forkant : det geometrisk mest avanserte punktet på profilen.
Bakkant : det geometrisk bakerste punktet på profilen.
Akkord : Den rette linjen som forbinder forkanten med bakkanten.
Bakside : linjen som avgrenser profilen fra toppen.
Mage : streken som avgrenser profilen nedenfor.
Midtbuelinje : linjen som forbinder punktene like langt mellom ryggen og magen.
Tykkelse : avstanden fra ryggen til magen målt vinkelrett på korden eller snittbuen.
Pil : avstand mellom midtlinjen og akkorden målt vinkelrett på akkorden.
Nullløftlinje : linjen som går gjennom bakkanten, parallelt med retningen til strømmen som løftet til profilen er null for.
Geometrisk innfallsvinkel eller geometrisk angrepsvinkel : vinkel dannet av korden med den uforstyrrede strømmen.

Sentrum av trykk

Trykksenteret til en bæreflate er punktet der vi kan forestille oss resultatet av de fluiddynamiske kreftene som virker på selve bæreflaten. Resultanten dekomponeres vanligvis i løft , vinkelrett på hastigheten til den uforstyrrede strømmen og positiv oppover, og motstand , parallelt med hastigheten til den uforstyrrede strømmen og positiv i retningen av hastigheten. Det fluiddynamiske momentet som virker i forhold til trykksenteret er null, fordi armen til resultanten av de aerodynamiske kreftene er null.

Ettersom angrepsvinkelen til profilen varierer i forhold til strømmen, vil posisjonen til trykksenteret variere. Variasjonen vil avhenge av profilens form, av denne grunn er det ikke hensiktsmessig å vurdere dette punktet for å studere oppførselen til en profil. Det er derfor foretrukket å vurdere påført resultanten av de aerodynamiske kreftene ved et annet punkt, det nøytrale punktet.

Den lange posisjonen til dette punktet kan beregnes på denne måten (bortsett fra den aerodynamiske motstanden): $X$

- Vi tar som et referansepunkt , det vil si abscissen til forkanten; $X_ {0}$

- Løftet vil bli brukt på en generisk avstand , som vi ønsker å beregne, fra punktet ; $P.$ $x$ $X_ {0}$

- Øyeblikket (såkalt fordi det refererer til punktet ) i profilen som undersøkes vil være (øyeblikket er negativt hvis det treffer konvensjonen) som vi, ved å dele begge medlemmene med , får hvor profilens korde og den aerodynamiske moment koeffisient representerer referert ; $M_ {0}$ $X_ {0}$ ${\ displaystyle M_ {0} = - x \ cdot P}$ ${\ displaystyle {\ frac {1} {2}} \ cdot \ rho v ^ {2} S}$ ${\ displaystyle C_ {m0} \ cdot c = -x \ cdot C_ {p}}$ $c$ ${\ displaystyle C_ {m0}}$ $X_ {0}$

På noen tekster og nettsteder refereres verdien av til kvartstrengen (derfor vil vår starte fra og ikke fra ) siden den også refereres (eller måles, i det eksperimentelle tilfellet) til det punktet. I dette tilfellet ville vi ha det $x$ $x$ ${\ displaystyle c / 4}$ $X_ {0}$ ${\ displaystyle C_ {m}}$

${\ displaystyle C_ {m_ {c / 4}} \ cdot c = - (x - {\ frac {c} {4}}) \ cdot C_ {p}}$

hvis inverse formel, for å gjøre x eksplisitt, vil være:

${\ displaystyle x = {\ frac {c} {C_ {p}}} \ cdot ({\ frac {C_ {p}} {4}} - C_ {m_ {c / 4}})}$

Ved å forenkle skriften ytterligere får vi:

${\ displaystyle x = c \ cdot {\ biggl (} {\ frac {1} {4}} - {\ frac {C_ {m_ {c / 4}}} {C_ {p}}} {\ biggr)} }$ tilsvarende og bedre kjent som . ${\ displaystyle {\ frac {x} {c}} = {\ frac {1} {4}} - {\ frac {C_ {m_ {c / 4}}} {C_ {p}}}}$

Hvis vi også ønsker å vurdere det aerodynamiske luftmotstanden, tar vi utgangspunkt i at , tar som referansepunkt og ; ${\ displaystyle M_ {0} = R \ cdot yP \ cdot x}$ $x = 0$ $y = 0$

Samle og dele begge medlemmene med , får du ${\ displaystyle {\ frac {1} {2}} \ cdot \ rho v ^ {2} S}$

${\ displaystyle C_ {m_ {0}} \ cdot c = C_ {r} \ cdot yx \ cdot C_ {p}}$

På dette tidspunktet innser vi at det på denne måten er umulig å løse ligningen: faktisk ville en andre ligning være nødvendig for å finne både ordinat og abscisse til trykksenteret, uansett hvor lett tilgjengelig ved å beregne momentkoeffisienten også i en annen punkt. Uansett kan faktoren betraktes som ubetydelig jo lavere motstandskoeffisientverdiene er sammenlignet med løftekoeffisienten og jo mer sammenlignet med den er liten, det vil si jo mer effektiv profilen er og jo tynnere og symmetrisk den er. ${\ displaystyle C_ {r} \ cdot y}$ $y$ $x$

Det nøytrale punktet

Det nøytrale punktet på vingen , også kalt fokus eller aerodynamisk senter , er punktet der momentkoeffisienten som virker på profilen (som ikke er ved høye forekomster) generelt forblir konstant ettersom forekomsten varierer. Den finnes vanligvis i et område rundt 25 % av strengen (kvartstreng). Tatt i betraktning resultanten av de aerodynamiske kreftene som påføres på dette tidspunktet, vil det også være nødvendig å ta i betraktning et generelt ikke-null påført fluiddynamisk moment (det er et system av krefter som tilsvarer systemet med krefter som faktisk påføres).

Typer profiler

Den første forskjellen i brede kategorier gjøres ved å analysere krumningene til ekstradosene og intradosene :

Konkav-konveks: både intrados og extrados har den sentrale delen av krumningen høyere enn inngangs- og utgangspunktene (i forhold til den 'fulle' delen av vingen, derfor virker extradosene konvekse mens intradosen virker konkave). Denne profilen ble brukt i eldgamle fly og brukes for tiden for noen ultralette .
Konkav-konveks moderne: det ligner mer på et konveks fly enn det forrige, og har utmerket ytelse ved lave hastigheter, derfor er det nesten universelt brukt i seilfly . Det er vanligvis også en laminær profil.
Plano-konveks: ekstradosen er som i forrige tilfelle, mens intradosen er flat. Det er en ikke-optimal, men rimelig type profil. Den brukes for tiden i noen turfly.
Bikonveks: intrados og extrados har motsatte krumninger. Hvis profilene, selv om de er buede i motsatt retning, er forskjellige, snakker vi om asymmetriske bikonvekse profiler, mens, hvis de har samme form, snakker vi om symmetriske profiler. Førstnevnte er i de fleste fly i dag, sistnevnte for aerobatiske fly (slik at de kan ha de samme egenskapene i omvendt flyging), og brukes universelt for halefly .
Laminære: er profilene som, uavhengig av tykkelsen, er i stand til å opprettholde en ikke-turbulent flyt på en betydelig del av tauet. Denne egenskapen oppnås ved å flytte profilens maksimale tykkelse mer mot bakkanten, sammenlignet med mer tradisjonelle profiler; som gir mulighet for et lengre laminært grensesjikt . Laminære profiler, eller laminær strømning, gir en lavere motstand mot fremføring, men bare innenfor et begrenset område av innfallsvinkler i forhold til strømmen.

Subkritiske profiler

Det kritiske Mach -tallet er Mach-tallet for den uforstyrrede strømmen (flygings-Mach-tallet) for hvilket det dannes et lydpunkt (en begrenset sone hvor hastigheten er lik lydens) på baksiden av profilen. Etter hvert som flight Mach øker, intensiveres sjokkbølgen som dannes, og øker forlengelsen som beveger seg mot bakkanten. På grunn av fenomenene energispredning på grunn av tilstedeværelsen av støt, vil profilens aerodynamiske motstand vokse spesielt intenst.

For å unngå dette fenomenet vil det være mulig å ta i bruk en såkalt subkritisk profil , det vil si en profil som takket være sine geometriske egenskaper vil ha et kritisk Mach-tall så høyt som mulig.

Generelt vil den subkritiske profilen ha:

liten relativ tykkelse og liten krumningsradius av forkanten for å redusere akselerasjonene til strømmen;
punkt med maksimal tykkelse flyttet bakover (omtrent i midten av strengen), for å få en gradvis krumning og derfor en så jevn trykkfordeling som mulig på ryggen.

På grunn av disse minimale geometriske forskjellene med en normal profil, er det svært vanskelig for en observatør å skille en subkritisk profil.

Superkritiske profiler

Superkritiske bæreblader er bæreblader som har et lavere kritisk Mach-tall enn de til en underkritisk bæreblad. Dannelsen av et supersonisk område på baksiden skjer ved lavere hastigheter, men takket være profilens spesielle form er det sikret at rekomprimeringen skjer med minst mulig energitap, dvs. med en normal belastning med mindre intensitet og en mindre område av aerodynamisk stall .

En superkritisk profil vil ha:

høye krumningsradier i forkanten;
punkt med maksimal tykkelse foran en subkritisk profil.

Normerte profiler

Over 1800 profiler er unikt definert og brukt i produksjon av seriefly. De vanligste er de som er definert av den amerikanske regjeringsorganisasjonen NACA (nå NASA ) identifisert med 4- eller 5-sifrede tall, som fortsatt er en standard for masseproduksjon av bæreblader for sivilt bruk.

For 4-sifrede profiler (f.eks. NACA 2415) har de følgende betydning:
- 1. siffer, verdien av maksimal krumning i prosent av akkorden (f.eks. 2 → 0,02 c);
- 2. siffer, avstand fra forkanten av posisjonen til maksimal krumning, i tideler av akkorden (f.eks. 4 → 0,4 c);
- 3. og 4., maksimal tykkelse, i prosent av strengen (f.eks. 15 → 0,15 c).
Noen ganger blir de fire sifrene, atskilt med en bindestrek (f.eks. NACA 2415 - 24), lagt til ytterligere to sifre som indikerer:
- 5. siffer, radiusen til forkanten, i prosent av akkorden (f.eks. 2 → 0,02 c);
- 6. siffer, avstanden fra forkanten til maksimal tykkelse, i tideler av akkorden (4 → 0,4 c).
For 5-sifrede profiler - konstruert med fem typer gjennomsnittslinjer - (f.eks. NACA 23012), har de følgende betydning:
- 1. siffer, multiplisert med 3/20, løftekoeffisienten som profilen ble designet for;
- 2. og 3. siffer, avstand fra forkanten av posisjonen til maksimal krumning delt på 2, i prosent av akkorden (f.eks. 30 → 0,15 c).
- 4. og 5. siffer, verdi av maksimal tykkelse, i prosent av strengen (f.eks. 12 → 0,12 c).

Andre prosjekter

Wikimedia Commons inneholder bilder eller andre filer om Airfoil

Eksterne lenker

Engelsk side som forklarer på en veldig intuitiv måte det spesielle ved utformingen av de supersoniske flyene. Den inkluderer også andre seksjoner der det gis informasjon om de ulike prinsippene for aerodynamikk generelt.
www.ae.uiuc.edu koordinater til de viktigste flyveflatene.
NACA Project Application tegneprofiler i CAD Autodesk - AutoCAD (TM) og Dassault Systemes - DraftSight (TM)