转子升力和阻力

旋转圆筒的升力远远高于纺织帆或具有相同投影面积的飞机机翼的升力。势理论预测，转子单位长度的升力应为转子表面速度与远场的乘积的2n倍风速．这意味着，对于一个恒定的转子速度，它将上升与风速的第一次方，而不是与平方。如果转子表面速度和风速保持一定比例，可以使用平方定律方程(如在飞机设计中)来与机翼和帆进行比较。自旋比(定义为与容器一起移动的框架中局部转子速度比远场风速)的作用就像飞机机翼机翼部分的入射角。从理想势理论得到的升力系数，在飞机设计中与速度的平方一起使用，如图11.6所示的粗线。开放的圆形来自Reid(1924)在直径115毫米的圆柱体上进行的风洞测试。他报告了足以在3000 rpm和10 ms-1的隧道速度下停止测试的过度振动，这将是1.79的自旋比，但没有报告自旋比高于4.32的结果。

图11.7 2008年2月，佛罗里达州皮尔斯堡，约翰·马普尔斯的Cloudia(重建的Searunner 34)，与Thom围栏进行测试。凭借600 W的转子驱动功率，她可以比束风更快地航行，停止，转向，并围绕自己的轴向任何方向偏航180°。Cloudia的工作经费由探索频道提供，Impossible Pictures组织。(©探索频道。)

图11.7 2008年2月，佛罗里达州皮尔斯堡，约翰·马普尔斯的Cloudia(重建的Searunner 34)，与Thom围栏进行测试。凭借600 W的转子驱动功率，她可以比束风更快地航行，停止，转向，并围绕自己的轴向任何方向偏航180°。Cloudia的工作经费由探索频道提供，Impossible Pictures组织。(©探索频道。)

众所周知，飞机机翼上的部分阻力是由于下表面的正压将空气推向上表面的负压而产生的永久尖涡。这种影响可以通过像信天翁那样的高展弦比翅膀和尖鳍来最小化。正是由于这个原因，弗莱特纳在他的转子顶部增加了圆盘(见图11.5)。作为进一步的设计发展，Thom(1934)试验了多个圆盘(或栅栏)，发现它们产生了非常高的升力系数，有时甚至是负阻力系数。在图11.6中，他将三倍于转子直径的圆盘直径置于转子直径0.75的间隔处，绘制成开放三角形。

负阻力系数意味着一些前向驱动动力正在从转子驱动器。在图11.6中还绘制了填充圆的系数，这些系数来自Mittal & Kumar(2003)对无限长圆柱体进行的数值模拟。下降的阻力值，甚至是负的，是有趣的，并为Thom的观察提供定性支持。在自旋比约为3之前，所有的预测都很一致，但在更高的值时则出现分歧。一张由约翰·马普尔斯合并的海上游艇改装的照片襟翼转子图11.7所示。最终喷雾容器的艺术家印象如图11.8所示。

图11.8带有Thom围栏的概念Flettner喷雾容器。风将从读者的右手边吹，转子旋转将顺时针从上面看，转子推力向左。船只还可以报告海水和空气的温度、湿度、太阳能输入、风和洋流的方向和速度、大气压力、能见度、云量、浮游生物数量、气溶胶数量、盐度和无线电接收情况，甚至可以救援遇险的游艇船员。(©J. MacNeill 2006。)

图11.8带有Thom围栏的概念Flettner喷雾容器。风将从读者的右手边吹，转子旋转将顺时针从上面看，转子推力向左。船只还可以报告海水和空气的温度、湿度、太阳能输入、风和洋流的方向和速度、大气压力、能见度、云量、浮游生物数量、气溶胶数量、盐度和无线电接收情况，甚至可以救援遇险的游艇船员。(©J. MacNeill 2006。)

战前年代的风洞天平没有后来电子设备所允许的力传感传感器。在以机械动力供给的旋涡脱落转子上进行精确的小拖曳力测量一定很困难。但如果米塔尔和托姆是对的，我们可以设计出一些非常令人兴奋的帆船。

图11.9也是取自Mittal & Kumar，显示了一系列自旋比从0到5的自旋上升后升力系数随时间的变化。自旋比高达2和4至4.8之间的振动有一个有趣的累积，这让人想起旋涡脱落，与里德报告的振动很好地一致。(然而，值得注意的是，米塔尔和库马尔模拟的雷诺数只有200，因此对于相同的特征是否会出现在一个全尺寸的飞行器上，因为雷诺数至少要大四个数量级。)

在随后的论文中，米塔尔(2004)展示了自旋上升后不同时间空气速度的跨度轴向振荡。振荡的间距接近Thom提出的围栏，这可能是围栏转子的优越性能是由于抑制这种不稳定性造成的。汤姆测量了

图11.9升力系数随时间的变化(Mittal & Kumar 2003)。(由《流体力学杂志》提供)

但后来犯了一个错误，把扭矩系数放大到实际应用所需的更高的雷诺数。诺伍德(1991)发现了这一点，他用模型测试证实了自己的扭矩计算。

与米塔尔数值预测的振动相关联的气流模式显示了清晰的旋涡脱落，就像在失速的机翼上流动一样。涡旋轴与自旋轴平行。一些飞机设计师在机翼上表面安装了小型涡发生器，以诱导轴与飞行线平行的涡对。这些稳定气流防止分离。一个圆盘会使空气向外离心，失去所有动能。但是，如图11.8所示，可能紧密排列的带根圆角的圆盘也可能诱导成对的漩涡，将一些自旋动能返回到转子核心。圆盘上圆角的双曲率对屈曲的阻力将使它们更强。

继续阅读:结论三

这篇文章有用吗?

0 0