Løft-til-dra-forhold- Lift-to-drag ratio
I aerodynamikk er løfte-til-dra-forholdet (eller L/D-forholdet ) mengden løft som genereres av en vinge eller et kjøretøy, delt på det aerodynamiske motstanden det skaper ved å bevege seg gjennom luften. Et større eller gunstigere L/D -forhold er vanligvis et av hovedmålene med flydesign; siden et bestemt flys nødvendige løft er satt av vekten, gir det løftet med lavere motstand direkte bedre drivstofføkonomi i fly , klatreytelse og glideforhold .
Begrepet beregnes for en bestemt lufthastighet ved å måle heisen som genereres, deretter dividere med dra ved den hastigheten. Disse varierer med hastighet, så resultatene er vanligvis plottet på en todimensjonal graf. I nesten alle tilfeller danner grafen en U-form på grunn av de to hovedkomponentene i dra.
Løft-til-dra-forhold kan bestemmes ved flygetest, ved beregning eller ved testing i en vindtunnel.
Dra
Løftindusert drag er en komponent i total drag som oppstår når en endelig spenningsvinge genererer løft. Ved lave hastigheter må et fly generere løft med en høyere angrepsvinkel , og derved resultere i større indusert drag. Dette begrepet dominerer lavhastighetssiden av grafen over løft versus hastighet.
Formmotstand er forårsaket av flyets bevegelse gjennom luften. Denne typen drag, også kjent som luftmotstand eller profilmotstand, varierer med kvadratet med hastighet (se dragligning ). Av denne grunn er profilmotstanden mer uttalt ved større hastigheter, og danner høyre side av løfte/hastighetsgrafens U -form. Profilmotstanden reduseres først og fremst ved å effektivisere og redusere tverrsnittet.
Lift, som motstand, øker med kvadratet av hastigheten og forholdet mellom løft og motstand ofte er plottet i forhold til løfte og dra koeffisienter C, L og C- D . Slike grafer omtales som dragkurver . Hastigheten øker fra venstre til høyre. Løfte/dra -forholdet er gitt av skråningen fra opprinnelsen til et punkt på denne kurven, og derfor oppstår det maksimale L/D -forholdet ikke på det punktet med minst drag, punktet lengst til venstre. I stedet skjer det med en litt større hastighet. Designere vil vanligvis velge et vingedesign som produserer en L/D-topp ved valgt marsjfart for et drevet fastvinget fly, og dermed maksimere økonomien. Som alle andre ting innen luftfartsteknologi , er ikke løft-til-drag-forholdet det eneste hensynet til vingedesign. Ytelse i høy angrepsvinkel og en forsiktig stall er også viktig.
Glidforhold
Ettersom flykroppen og kontrollflatene også vil legge til drag og muligens noe løft, er det rimelig å vurdere flyets L/D som helhet. Som det viser seg, er glideforholdet , som er forholdet mellom et (ikke -drevet) flys bevegelse fremover og nedstigningen, (når det flyr med konstant hastighet) numerisk lik flyets L/D. Dette er spesielt av interesse i design og drift av høy ytelse seilfly , som kan ha glideforhold nesten 60 til 1 (60 enheter av stykke fremover for hver enhet av nedstigningen) i de beste tilfellene, men med 30: 1 er betraktet som god ytelse for generell fritidsbruk. For å oppnå en glideres beste L/D i praksis krever presis kontroll over lufthastigheten og jevn og behersket betjening av kontrollene for å redusere motstanden fra avbøyde kontrollflater. I null vindforhold vil L/D være lik tilbakelagt distanse dividert med tapt høyde. For å oppnå maksimal avstand for høyde tapt i vindforhold krever ytterligere modifikasjon av den beste lufthastigheten, det samme gjør vekslende cruising og termalisering. For å oppnå høy hastighet over hele landet, legger seilflypiloter som venter på sterke termikler ofte sine seilfly (seilfly) med vannballast : den økte vingbelastningen betyr et optimalt glideforhold ved større lufthastighet, men på bekostning av å klatre saktere i termisk. Som nevnt nedenfor er maksimal L/D ikke avhengig av vekt eller vingebelastning, men med større vingebelastning oppstår maksimal L/D ved en raskere lufthastighet. Dessuten betyr den raskere lufthastigheten at flyet vil fly med et større Reynolds-nummer, og dette vil vanligvis føre til en lavere nulløft-dragkoeffisient .
Teori
Matematisk kan det maksimale løfte-til-dra-forholdet anslås som:
hvor AR er sideforholdet , det spenn virkningsgrad , et tall mindre enn, men nær enhet for rette, lange kanter vinger, og den null-lift luftmotstandskoeffisient .
Viktigst av alt er det maksimale løfte-til-dra-forholdet uavhengig av flyets vekt, vingens område eller vingens belastning.
Det kan vises at to hoveddrivere for maksimalt løft-til-dra-forhold for et fastvinget fly er vingespenn og totalt fuktet område . En metode for å estimere nulløft-dragkoeffisienten til et fly er den ekvivalente hudfriksjonsmetoden. For et godt designet fly består null-løftemotstand (eller parasittmotstand) stort sett av hudfriksjonsmotstand pluss en liten prosentandel av trykkmotstand forårsaket av strømningsseparasjon. Metoden bruker ligningen:
hvor er ekvivalent hudfriksjonskoeffisient, er det fuktede området og er vingens referanseområde. Den ekvivalente hudfriksjonskoeffisienten står for både separasjonsmotstand og hudfriksjonsmotstand og er en ganske konsekvent verdi for flytyper av samme klasse. Ved å erstatte dette i ligningen for maksimalt løft-til-dra-forhold, sammen med ligningen for sideforhold ( ), gir du ligningen:
hvor b er vingespenn. Begrepet er kjent som det fuktede sideforholdet. Ligningen viser viktigheten av et fuktet sideforhold for å oppnå en aerodynamisk effektiv design.
Supersonisk/hypersonisk løft -til -drag -forhold
Ved svært store hastigheter har løft -til -drag -forholdene en tendens til å være lavere. Concorde hadde et løfte/dra -forhold på omtrent 7 ved Mach 2, mens en 747 er omtrent 17 på omtrent mach 0,85.
Dietrich Küchemann utviklet et empirisk forhold for å forutsi L/D -forhold for høy Mach:
hvor M er Mach -nummeret. Vindtunneltester har vist at dette er omtrent nøyaktig.
Eksempler på L/D -forhold
- Spurv : 4: 1
- Fiskemåke 10: 1
- Felles tern 12: 1
- Albatross 20: 1
- Wright Flyer 8.3: 1
- Boeing 747 i cruise 17.7: 1.
- Cruising Airbus A380 20: 1
- Concorde ved start og landing 4: 1, og øker til 12: 1 ved Mach 0.95 og 7.5: 1 ved Mach 2
- Helikopter på 100 kn (190 km/t) 4,5: 1
- Cessna 172 gliding 10.9: 1
- Cruise Lockheed U-2 25.6: 1
- Rutan Voyager 27: 1
- Virgin Atlantic GlobalFlyer 37: 1
Jetliner | cruise L/D | Første fly |
---|---|---|
L1011 -100 | 14.5 | 16. november 1970 |
DC -10 -40 | 13.8 | 29. august 1970 |
A300 -600 | 15.2 | 28. oktober 1972 |
MD-11 | 16.1 | 10. januar 1990 |
B767 -200ER | 16.1 | 26. september 1981 |
A310 -300 | 15.3 | 3. april 1982 |
B747 -200 | 15.3 | 9. februar 1969 |
B747-400 | 15.5 | 29. april 1988 |
B757 -200 | 15.0 | 19. februar 1982 |
A320 -200 | 16.3 | 22. februar 1987 |
A310 -300 | 18.1 | 2. november 1992 |
A340 -200 | 19.2 | 1. april 1992 |
A340 -300 | 19.1 | 25. oktober 1991 |
B777 -200 | 19.3 | 12. juni 1994 |
Se også
- Gravity drag -raketter kan ha et effektivt løft -til -drag -forhold samtidig som høyden opprettholdes.
- Inductrack maglev
- Løftkoeffisient
- Rekkevidde (aeronautikk) avhenger av løfte/dra -forholdet.
- Støttespesifikt drivstofforbruk som heisen skal dra, bestemmer den nødvendige kraften for å opprettholde høyden (gitt flyets vekt), og SFC tillater beregning av drivstoffforbrenningshastigheten.
- Trykk-til-vekt-forhold
Referanser
- ^ Wander, Bob (2003). Glider Polars and Speed-To-Fly ... Made Easy! . Minneapolis: Bob Wander's Soaring Books & Supplies. s. 7-10.
- ^ Glider Flying Handbook, FAA-H-8083-13 . US Department of Transportation, FAA. 2003. s. 5-6 til 5-9. ISBN 9780160514197.
- ^ Loftin, LK Jr. "Quest for performance: Evolusjonen av moderne fly. NASA SP-468" . Hentet 2006-04-22 .
- ^ Raymer, Daniel (2012). Aircraft Design: A Conceptual Approach (5. utg.). New York: AIAA.
- ^ Aerospaceweb.org Hypersonisk kjøretøydesign
- ^ Antonio Filippone. "Forhold mellom løft og dra" . Avanserte emner innen aerodynamikk . Arkivert fra originalen 28. mars 2008.
- ^ Cumpsty, Nicholas (2003). Jet fremdrift . Cambridge University Press. s. 4.
- ^ Christopher Orlebar (1997). Concorde -historien . Osprey Publishing. s. 116. ISBN 9781855326675.
-
^ Leishman, J. Gordon (24. april 2006). Prinsipper for helikopter aerodynamikk . Cambridge University Press. s. 230. ISBN 0521858607.
Det maksimale løfte-til-dra-forholdet for hele helikopteret er omtrent 4,5
- ^ a b Cessna Skyhawk II ytelsesvurdering http://temporal.com.au/c172.pdf
- ^ "U2 Developments -transkripsjon" . Central Intelligence Agency . 1960. Lay sammendrag - transkripsjon .
- ^ David Noland (februar 2005). "The Ultimate Solo" . Populær mekanikk .
- ^ Rodrigo Martínez-Val; et al. (Januar 2005). "Historisk utvikling av lufttransportproduktivitet og effektivitet" . 43. AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exitit . doi : 10.2514/6.2005-121 .