Что такое число Рейнольдса?

При малой скрорсти движения тела в жидкости или воздухе обтекание тела потоком происходит ламинарно. При большой скорости - турбулентно. Оказывается, что, если модель самолета испытать в воде со скоростью 7 км/час и в воздухе со скоростью 100 км/час, то результат будет одинаков. Поэтому модель самолета можно испытывать в гидроканале. Можно модель уменьшить в два раза, а скорость обтекания увеличить в два раза и от этого тоже ничего не изменится. Поведение тела в среде характеризуется безразмерным коэффициентом - числом Рейнольдса. Оно равно произведению характерного размера тела (диаметру трубы, по которой течет жидкость, хорде крыла...) на скорость движения деленное на вязкость среды.

Переход от ламинарного к турбулентному движению происходит при значении числа Рейносльса, которое называют критическим. Для движения воды по трубам критическое значение лежит в пределах 1200 - 20 000. При превышении критического значения сопротивление значительно возрастает. Для авиационных профилей, движущихся в воздухе или воде картина обратная.

Как считается число Рейнольдса? Формула очень проста.

Для воздуха Re = 68 500* Vb, где V – скорость набегания потока на крыло, b – хорда. Для воды Re = 1 000 000 V*b.

Существует критическое значение числа Рейнольдса. Меньше этого значения сопротивление крыла велико, а подъемная сила мала. Выше этого значения сопротивление в несколько раз падает, а подъемная сила в несколько раз возрастает. Для плоской пластины это значение равно 10 000, для обычных крыльев (профилей) в районе 50 000 – 100 000, для толстых крыльев - до 150 000, для шара - 410 000. Эти цифры приведены для плавно текущего (ламинарного) потока. Если в воздухе присутствуют многочисленные мелкие вихри (повышенная турбулентность воздуха), то критическое значение числа Рейнольдса понижается. Может понизиться даже в три раза. Насекомые, летающие при малых числах Рейнольдса, имеют жесткие ворсинки на передней части крыла. Эти ворсинки создают искусственную турбулентность, и вследствие этого повышают подъемную силу. Эти щетинки одновременно увеличивают лобовое сопротивление. Выигрыш для насекомых все же есть.

Один комментарий: при изменении структуры, фактуры, шероховатости поверхности изменяется не Re, а критическое значение Re, а это "две большие разницы".
К сожалению, универсального аналитического решения для определения критического значения Re до сих пор нет - либо эксперимент, либо для некоторых наиболее популярных форм - эмпирические зависимости, которые, в общем, тоже результаты многочисленных экспериментов.

 

По влиянию числа Re на Cy max профили можно условно разделить на четыре группы:

* к первой группе относятся симметричные профили и профили с малой кривизной не свыше 2-2,5% от хорды, тонкие профили со средней кривизной, максимальная ордината которой находится в задней половине хорды профиля. Cy max профилей этой группы возрастает при увеличении числа Re
* ко второй группе профилей относятся профили с толщиной 12-16% со средней кривизной 3-4% от хорды, максимальная ордината которой расположена на расстоянии (0,4-0,45)b от носка. Величина Cy max профилей этой группы весьма слабо убывает при возрастании Re
* к третьей группе относятся сильно вогнутые профили со средней кривизной около 3-4%, но с ординатой максимальной кривизны, расположенной на расстоянии (0,2-0,25)b от носка и толстые профили со средней кривизной. Cy max этих профилей сильно убывает при возрастании Re
* к четвертой группе принадлежат профили с острой или слегка закругленной передней кромкой. Cy max этих профилей весьма мал (0,4-0,5). Увеличение Re слегка увеличивает значение Cy max

Все профили можно разделить на несколько групп:

• профили серий P-II, P-III, NACA 44, ЦАГИ-846, Go относятся к классическим профилям, разработанным в 30-е годы. Эти профили обладают хорошими несущими свойствами, плавной зависимостью C_y (a) в области критических углов атаки, не предьявляют особых требований к качеству поверхности и точности выполнения контура профиля. Такие профили могут быть использованы для крыльев с мягкой обшивкой, при этом потери в несущих свойствах и аэродинамическом сопротивлении, по сравнению с жестким крылом, будут не очень значительны. По этой причине такие профили могут найти широкое применение на легких самолетах схематических конструкций
• к другой группе профилей относятся P-III, MS 16/209, Д-2, К-3, NACA 230, NACA 430, GA(W)-1. Они обладают хорошими несущими свойствами и высоким значением отношения C_{y max}/C_{xp min}. Эти профили предьявляют более высокие требования к соблюдению формы контура и могут быть рекомендованы для применения на легких самолетах с жестким крылом
• профили серии С обладают высокими несущими свойствами и резким изменением зависимости C_y (a) в области критических углов атаки. Они предьявляют высокие требования к чистоте поверхности и точности контура профиля и предназначены для пилотажно-акробатических самолетов. Применение таких профилей для крыльев любительских самолетов общего назначения нежелательно из за повышенной опасности к сваливанию
• ламинаризированные профили серии FX, разработанные Вортманом, обладают высокими несущими свойствами и аэродинамическим качеством, в том числе на малых числах Re. Такие профили могут быть рекомендованы для планеров и легких рекордных самолетов с жестким крылом. Эти профили предьявляют повышенные требования к качеству поверхности и точности выполнения контура профиля при создании летательного аппарата и в процессе эксплуатации.

 

турбулентный поток это большее сопротивление чем ламинарное и в трубе.и для мячика гольфа в полете. но турбулентный поток более энергитичен (тут с термином проблемка. я так его назвал. кому не нравится может назвать по другому) за счет перемешивание частиц потока и он более устойчив. его сложнее "оторвать" от профиля(поверхности мяча), а ламирнарный "отрывается" раньше и сорванный ламинарный поток создаёт большее сопротивление чем прижатый турбулентный.