[lop]

Сообщение от m-1

...
Не вписывается практика в нее сейчас так, как нам хочется. Погрешности уж больно большие между прогнозом-расчетом по старой теории и экспериментом.
А реально вносимые поправки пока доступны только избранным.

Есть такое дело, погрешности. Только ведь старая теория предлагает хоть какие-то методики расчёта, и если ими регулярно пользоваться и иметь вдобавок к расчётам данные, пусть и кривоватые, экспериментов с аналогичными объектами, то погрешность вполне укрощается до разумных пределов. Конечно, хотелось бы иметь некую "точную" теорию, где всё строго - скоко пощщитал, ровно стоко и вышло. Но ведь... "современные теории" вообще не предлагают каких-то расчётных методик, это и не теории даже, а так, набор умозрительных соображений с иллюстрациями.

В принципе, "старая" теория вполне себе точна и базируется на небольшом количестве законов сохранения:
- закон сохранения массы, дающий уравнение неразрывности;
- закон сохранения количества движения, дающий уравнения Навье-Стокса;
- закон сохранения энергии - актуален только для воздуха с его переменной плотностью, для несжимаемой жидкости автоматически соблюдается при условии соблюдения первых двух.
Хотите точности? Нет проблем - "старая" теория даёт вам точную систему дифференциальных уравнений в частных производных - решайте её с любой желаемой точностью, которую вы (и ваши вычислительные средства) можете себе позволить. Слишком трудоёмко? Но ведь это не проблема теории, она своё дело сделала, а проблема нахождения подходящего инструмента. Разве "современные теории" предлагают какие-то более точные уравнения? Нет, уравнений они вообще не предлагают, да и не могут предложить, потому что у их авторов очевидные проблемы с математикой.
По сути дела, если бы у нас были достаточно мощные инструменты для расчётов, то посчитать поток вокруг самолёта или судна было бы принципиально не сложнее, чем посчитать деформацию какой-нибудь ферменной конструкции в теории упругости. Но таких инструментов пока нет, поэтому вся остальная гидромеханика посвящена рассмотрению частных случаев течений, которые позволяют существенно упростить систему уравнений движения. Эти упрощённые решения мы уже можем посчитать достаточно точно имеющимися инструментами. Но чем больше упрощений, тем больше становится погрешность расчётного метода, тем уже диапазон условий, при которых его можно применять, тем важнее квалификация того, кто выбирает необходимый для данного случая обтекания метод.

Возьмём, например, течение в пограничном слое. Введение понятия пограничного слоя основывалось на допущении, что область течения можно разбить на две части: внешнюю, где вязкость не играет особой роли, и внутреннюю тонкую область - слой, прилегающий к поверхности тела, в которой вязкость существенна, но само течение по сути двумерное - нормальная к поверхности компонента скорости отсутствует. Такой подход даёт неплохие результаты с достаточно небольшой погрешностью, до тех пор, пока справедливы начальные предположения о возможности разбить течение на две части, то есть для тел хорошо обтекаемых, когда нет зон отрыва потока, где очевидно не соблюдаются ни предположение о пренебрежимости вязкостью, ни предположение о двумерности обтекания в расчётной области. То есть этот метод был разработан для решения вполне определённой задачи, как инструмент, предназначенный для выполнения вполне определённой операции. Но если какой-то не очень сведующий в "старой" теории человек начинает использовать концепцию пограничного слоя применительно к обтеканию тел с зонами отрыва, то есть не являющихся хорошо обтекаемыми и имеющими значительные отрывные зоны, и получает неудовлетворительные результаты, то виновата в этом не "старая" теория, а только сам малограмотный расчётчик. А незачем гвозди микроскопом забивать, для этого есть молоток.

Лет двадцать назад обтекание шара считали с удовлетворительной точностью до числа Re около 4. Сейчас где-то до сотни добрались - с экпериментом расчёт согласуется вполне. Когда начнут рассчитывать кризис сопротивления - боюсь даже загадывать. Это без ямочек. Думаете, ямочки позволять упростить уравнения движения?

В свете вышесказанного возможно появление такого вопроса: а зачем тогда нужна вся эта гидромеханика, если с её помощью, на современном уровне развития вычислительной техники, мы не в состоянии рассчитать сопротивление шара при практически интересных скоростях? Ну, во-первых, хотя бы затем, чтобы сдуру не браться за такие расчёты, тратя массу времени на заведомо неверный результат. Сейчас появилось довольно много софта, разработчики которого обещают, что любой желающий, умеющий пользоваться клавой и мышкой без особого напряга может посчитать любое течение . И, к сожалению, таких желающих находится. И они даже что-то считают и получают столбики цифр и рисуют по ним графики. И даже склонны верить, что то, что они насчитали гораздо ближе к истине, чем результаты экспериментов, грубых и несовершенных. Ну что же, как метод изучения - приемлемо, хотя и сурово. А во-вторых, та же гидромеханика, для данного конкретного случая, имеет бохато эмпирики, результатов экспериментов с продувкой шариков, так что любой желающий может их использовать. Вот данных по шарикам с ямочками наверняка меньше, да и неудивительно - одному такие ямочки нравятся, другому - сякие, попробуй-ка продуй заранее все их комбинации.

Придуманный Re слабо помогает по определению? - при сравнении сильно различающихся объектов: маленьких моделей и большой натуры?

Хорошо помогает, когда удаётся обеспечить его одинаковость у натуры и у модели. Но это довольно тяжело, ведь если модель вдвое меньше натуры, то обдувать её нужно двойной скоростью. А если в 10 раз? Это ж сколько средств в трубу должно вылететь? Потому и ставят турбулизаторы на модель, чтобы при разных Re у модели и натуры получить схожую картину обтекания, хотя бы границу ламинарно-турбулентного перехода. Причем, как правило, турбулизаторы на модели не уменьшают сопротивление, а его увеличивают. Хотя бывают и исключения, если на модели возникает ламинарный отрыв, которого заведомо не будет у натуры из-за различия в Re.

А плавник маленький - влезает в любой дорогостоящий тоннель, удобен в тестировании? И теория про него проста? (Только, мало кто его тестирует и не расшаривает данные. )

Теория не проста. Но зачем же плавник в дорогостоящий тоннель совать, когда есть плавниковый колодец. И тестируют плавники немало, каждый божий день ( а в Америке - и когда у нас ночь) наверное десятки, если не сотни тысяч экспериментаторов берут экспериментальную установку, называемую "доска", с закреплённым в ней плавником и начинают исследования, сопротивления и боковой/подъёмной силы плавника в том числе. И данные, пусть в основном качественные, в общем, расшаривают на в/с форумах, или заносят в персональную базу данных под названием моск.

...
Главный герой на картинке - гольфовый мяч.
И несколько (из множества!) примеров применения принципа турбулизации пограничного слоя.
Теоретически не эффективно их применение в конкретном интересном случае?

Гольфовый мяч для меня не является конкретным интересным случаем.

Если на основе олдскульной теории - то да, не катит (то бишь противоречит). Но ведь работает на практике!?

Что именно и чему именно в "олдскульной теории" противоречит? То, что сопротивление ламинарного ПС ниже, чем сопротивление тубулентного ПС на хорошо обтекаемых телах, противоречит тому, что сопротивление шарика с ямочками якобы ниже сопротивление гладкого шарика? И в чем противоречие? Ведь шарик не является хорошо обтекаемым телом и сама концепция погранслоя к течению вокруг всего шара неприменима. Где в "олдскульной теории" вы выкопали правило, что сопротивление любых гладких тел должно быть меньше сопротивления таких же, но шероховатых? Вы выдаёте за "олдскульную теорию" ваше собственное поверхностное представление о ней.

Если теоретизировать по-новому - не все факты гладко в нее вписываются.

На словах объяснить эффект гольфового мяча особым влиянием впадин-димплесов (dimples) за счет возникновения (нового для теории) устойчивого ламинизированного потока микровортексов (микровихрей) - вроде получается гладко, а вот расчитать этот поток и управлять им - компьютерной мощи не хватает (без внятной-то теории).

Ну вот, понеслась новизна, назовём гадкие старые понятия новыми красивыми и непонятными словами, и сразу тьма мракобесия рассеется и наступит истина. На словах. Можно назвать школу лицеем, а ПТУ - колледжем, но процент дураков в учебных заведениях от этого не изменится. Как не хватало компьютерной мощи в олдскуле, так и в ньюскуле осталось. А щастье казалось так близко...

Приходится экспериментально искать и вскрывать другие закономерности турбулизации, на что тратится, не жалея, куча бабла.

И в чём же тут новизна? Уже было раньше.

Дождемся ли внедрения нового Re ламинарной турбулизации, который будет описывать поведение пограничного слоя на новом уровне знаний?...

Ну, я- то думаю, что ламинарной турбулизации вы не дождётесь, но ведь вы мне не поверите.

Кстати, опыты дают однозначное преимущество гольфового мяча перед гладким И ВО ВРАЩЕНИИ! Т.е., по олдскульной теории было вполне закономерно ожидать обвального роста турбулентности после срыва ламинарности, со всеми вытекающими. Однако.
Если бы гольфисты искали способы повышения дальности удара, идя только по пути повышения качества шлифования поверхности гладкого мяча, то не имели бы сейчас реально работающий парадокс снижения не только лобового сопротивления гольфового мяча, но и повышения летных качеств мяча - лифта и устойчивости.

Ну надо же! Несколько постов назад я предположил ровно этот результат, и в полном соответствии с устаревшей теорией.

Сообщение от m-1

Так делается от безнадеги. Ничего лучшего не придумано...
___________________

Привожу показательную историю про одного студента-авиамоделиста и разновидность VG турбулизатора.
...
Планер в полете оказался неустойчивым по тангажу.

То есть на крыле, при некоторой комбинации скорости и угла атаки происходил срыв потока из-за ламинарного отрыва ПС.

Моделисту пришлось увеличивать хвостовое оперение примерно так, изменяя, естественно, и положение центра тяжести.
...
Поведение планера оставалось визуально неудовлетворительным.

Было бы странно, если бы модификация хвостового оперения меняла характер обтекания крыла.

Моделист никак не мог понять, почему апробированная схема центровки в его случае не дает плавного, устойчивого полета.
Студенту ничего не оставалось, как добиваться устойчивости полета только с помощью нештатного изменения формы профиля крыла на s-образное с помощью закрылок. Прямое их положение было чревато падением планера. К счастью, планер оказался на удивление крепким и падения на склоне горы не повредили его прежде, чем был достигнут искомый результат.

Закрылки могли бы помочь, если бы проблема неустойчивости была бы следствием плохой центровки или просто слишком большого "гуляния" центра давления с изменением угла атаки. А на отрыв потока вблизи передней кромки закрылки вряд ли могут существенно повлиять.

...

У любознательного моделиста, как у студента, была возможность воспользоваться испытательным аэродинамическим стендом и продуть свое крыло, что он и сделал.
...
Обтекание потока визуализировал подручными средствами.



Первая картинка (слева) – без турбулизатора. Справа – с прямой приклеенной лентой.
...
Видно, что прямая лента практически не изменила характер обтекания,
...

А мне это не видно. По моему, на первой паре картинок обтекание очень даже разное. Без ленты почти 40% хорды обтекается без отрыва, а с лентой - процентов десять, которые до ленты. Или у меня с глазами чего-то не так?

Далее с лентой, расположенной по диагонали, – для выявления места, наиболее ламинизирующего поток на крыле.

То есть, это лента чтоле поток ламинизировала? А до неё он какой был, турбулентный? Воистину, волшебно.

...
В результате студент добился того, чего и мечтал увидеть. Как он пишет – убив классический ламинарный поток на крыле, он преобразил планер до неузнаваемости - получил впечатляюще новое, магическое поведение планера в полете:
исчезло резкое проваливание планера в потоке, закрылки стали работать в штатном режиме (стала ненужной искусственная s-образность при управлении).

Приводится ролик с полетом планера в ветреную погоду.
___________
(Побольше бы таких историй? )

Рад за студента, конечно. Только сделал он, имхо, следующее: поставив свою зигзагообразную ленту, он вместе с "классическим ламинарным потоком" на крыле убил чрезмерно высокое качество профиля на малых углах атаки, и одновременно с этим устранил отрыв ламинарного ПС на больших углах атаки, чреватый потерей устойчивости по тангажу. То есть, планер стал более тормозной, но зато вполне устойчивый. Ура!

Теперь осталось найти энтузиаста, который приклеит зикзак на плавниг. Составит компанию человеку с плавником, вымазанным эпоксидкой с песком. От у них заруба будет!