Вихревой генератор своими руками: Вихревой теплогенератор своими руками — схема сборки + Видео

Разновидности воздушных теплогенераторов

На рынке можно встретить теплогенератор роторного вида. Статором здесь служит сам корпус. В роторе просверлены отверстия нужного диаметра. Они нужны для образования пузырьков, которые производят тепло.

Положительных сторон не так много, но производительность отмечена на хорошем уровне. Из минусов можно отметить:

• Повышенный уровень шума;
• Большой износ деталей;
• Сальники и уплотнители нуждаются в частой замене;
• Дорогое техобслуживание.

Разновидность статического теплогенератора заключается в отсутствии вращающихся деталей. Кавитационный процесс возникает без принуждения, а в работе участвует только насос. Можно привести перечень плюсов и минусов подобной конструкции:

• Низкое давление не мешает работе устройства;
• Холодные и горячие концы имеют большую разницу в температуре;
• Полностью безопасная конструкция;
• Способен быстро производить нагрев;
• Высокий КПД, более 90%;
• Способен не только нагревать, но и охлаждать.

Воздушный теплогенератор статического типа стоит дорого, и окупается долгое время. Поэтому, чтобы его купить, нужно иметь реальную потребность в таком устройстве.

Как работает устройство

Роторные и статорные теплогенераторы работают на принципе кавитации. Это явление считалось неблагоприятным, потому что выделяющиеся во время работы в большом количестве пузырьки сжимаясь, приводили к разрушению окружающих элементов.

Из этого процесса научились извлекать пользу. Образовавшиеся пузырьки выводят тепло из воды, которая движется в системе. Конструктивная особенность теплогенераторов позволяет избегать разрушения его элементов.

Как происходит нагрев

В системе устанавливается трубный преобразователь, в который подается поток не нагретой воды. Навстречу этому потоку подаются другие потоки жидкости. Направленные друг на друга потоки образуют процесс кавитации. Выходя из преобразователя, жидкость нагревается.

Особенности конструкции

Рассмотрим фото теплогенератора. Строение устройства внешне достаточно простое. Имеется большой двигатель, и цилиндрическое изделие (улитка), они подключаются между собой.

«Улитку» применяют не случайно, это усовершенствованная труба Ранка. Ее форма позволяет усилить эффект кавитации. Внутри улитка имеет активатор в виде диска, который делает особую перфорацию. Вращение этого диска заставляет воду двигаться.

Дисковый активатор крутится за счет электродвигателя, разгоняя жидкость в системе. Таким образом, механическая энергия преобразуется в тепло.

Где может применяться устройство

Одним из основных направлений использования теплогенератора считается отопление. Это оборудование способно обогревать не только здания, небольшие постройки типа гаража, но и промышленные предприятия.

Устройство может нагревать водопроводную воду для любого бытового назначения. Этот процесс происходит быстро, поэтому получить горячую воду для бассейна или бани не составит труда.

В условиях, где требуется смешать жидкости разной плотности, помогут кавитационный процесс. Это могут быть различные лаборатории, где нужно получить однородную консистенцию.

Какие преимущества

Вихревой теплогенератор экономично расходует электроэнергию, и имеет высокий КПД. Если сравнивать с другими отопительными приборами, то это устройство экономичнее для домашнего использования.

Размеры стандартного генератора значительно меньше чем отопительный котел. Он займет меньше места в котельной, чем газовое оборудование. Вес установки достаточно легок, поэтому теплогенератор большой мощности можно свободно установить на обычном полу.

Кавитационный генератор имеет простую конструкцию, в которой минимум движущихся элементов. Поэтому ломаться там практически нечему. Устройство не нуждается в дополнительных модификациях. Его можно внедрить в готовую систему отопления, не подгоняя диаметр труб, и их уклон.

Заключение

У тех, кто не знаком с подобным прибором может возникнуть вопрос, какой теплогенератор лучше? Однозначно можно сказать, что статический тип конструкции значительно превосходит роторные аналоги.

Фото вихревого теплогенератора

Также рекомендуем просмотреть:

Помогите сайту, поделитесь в соцсетях 😉

еще одна история непризнанного гения

История некоторых изобретений, связанных с поиском альтернативных источников энергии, чудесным образом пронзает пространство и время. Удивительные открытия, сделанные десятки лет назад, внезапно обретают вторую жизнь в умелых руках грамотных специалистов. В условиях заметного истощения природных ресурсов интересные идеи, гордо отринутые несколько лет назад «за ненадобностью», сегодня могут оказаться актуальными. Отличной иллюстрацией сказанного станет генератор Олега Грицкевича. Открытие, сделанное на стыке 80-90-х годов, было перспективным, но оказалось ненужным на родине исследователя из-за дефицита денежных средств и социально-экономических перипетий того смутного времени. Сегодня МГД генератор Грицкевича вновь в центре внимания специалистов и умельцев, желающих продолжить и развить идею бестопливных машин.

Генератор Олега Грицкевича: история с географией

Будущий изобретатель родился в 1947 году, закончил Дальневосточный политехнический институт. В его трудовой книжке – солидный стаж работы в Дальневосточном отделении РАН. Одновременно ученый не забывал о собственной уникальной разработке – конструкции генератора, не требующей использования топливных ресурсов. Результатом его «хобби» стало создание революционной модели вихревого генератора. Ничего сложного и нового: талант Грицкевича позволил ему взглянуть на привычные законы физики немного под другим углом.

Интервью, данное газете «Сегодня», зачитывали до дыр не только обыватели, но и лучшие ученые умы, озаботившиеся поиском альтернативных источников энергии. Грицкевич уверен: в его разработке нет ничего особенного. Вот его почти дословная цитата: «Вольт, посвятивший десятилетия своей жизни электричеству, немного ошибся и углубился в дебри. Он попросту забыл об электростатике, а я вспомнил про нее. И не просто вспомнил, но и нашел способ реализовать полезные свойства этого явления на практике».

По словам Грицкевича, принцип статического электричества был известен еще древним грекам. Однако те, в силу своей погруженности в философию и слабого развития технической мысли, остались наблюдателями этого явления. Команда Грицкевича пошла дальше: за 20 лет им удалось с нуля найти электростатике практическое применение. Компактный безмеханический генератор способен работать без перерыва до 30 лет, не нуждается в топливе и сложном обслуживании. А если довести разработку до ума, для нее станет реальностью полувековой срок действия. Стоимость такой модели несерьезно мала, а вырабатываемая энергия в 40 раз дешевле, чем электричество от атомной станции, и в 4 раза ниже, чем стоимость киловатта от ветрогенератора, берущего энергию из воздуха.

То, что красиво описано словами, имеет свое воплощение. Более того, изобретение было запатентовано в СССР в 1988 году. Научный образец проявил себя лучшим образом во время тестового испытания в Армении, где он проработал пять лет. Попытки получить разрешение на массовое производство и продвижение идеи нашла отклик на всех уровнях власти. Но идее не суждено было сбыться.

Тяжелые 90-е годы, поставившие страну на грань выживания, свели научную работу к нулю. Продолжая работу, Грицкевич искал пути воплощения новой технологии в жизнь. Ему было отказано красиво, но прямо: изобретение выдающееся, но денег на его продвижение нет.

Разместив информацию о своем генераторе в тогда еще молодом интернете, Грицкевич сумел выйти на американских инженеров из местного Института альтернативной энергии. После детального изучения разработки ученому сделали заманчивое предложение: переезд в США и продолжение исследований при условии полного спонсирования всех начинаний. Приезд Грицкевича на Всемирный конгресс новой энергетики в Солт-Лейк-Сити стал переломным: ученого настойчиво приглашали на Запад, где обещали всяческую поддержку. Не видя перспективы для своей работы на просторах отечества, Грицкевич был вынужден переехать в США в 1999 году со всей командой. Сегодня он продолжает работу вместе с соратниками, а нюансы его изобретения по понятным причинам хранятся в тайне.

Генератор Грицкевича своими руками: что удалось узнать

Вихревой теплогенератор Грицкевича конструктивно состоит из цилиндрической рабочей камеры. На одной из ее сторон соосно расположена труба с утолщением, которая отстоит на небольшом расстоянии от противоположной стенки камеры. На трубе установлен шнек с навивкой, участки которой изготовлены с разными параметрами. Два патрубка на выходе предназначены для циркуляции теплоносителя. В его роли могут выступать вода, глицерин или смесь этих веществ в определенной пропорции. Детальнее о схеме генератора Грицкевича:

Движение рабочей жидкости под напором через патрубки запускает устройство. Жидкость попадает на шнек, гидроудары по которому дают вращение узла. Здесь происходит изменение направления потока согласно движению навивки на поверхности шнека. Пузырьки газа и пара, образующиеся на поверхности, взрываются с выделением тепла по осевой линии встроенной в камеру трубы. Через теплообменник полученное тепло передается потребителю.

Исследования показали: КПД работы такого устройства составляет до 700%. Неравномерный шаг шнека, от которого зависит мощность генератора, — уникальная разработка. Попытки создать аналогичное устройство с дырчатыми и пластинчатыми завихрителями вместо шнека не увенчались успехом. Посторонний шум, который образуется в таких моделях, гасит часть энергии и способствует появлению кавитационных разрушений. В генераторе Грицкевича нет подобных недостатков: гидравлические удары, запускающие вращение шнека, не несут в себе разрушительной силы. Напротив, перепады давления на рабочей поверхности нарезки лишь усиливают эффект и гарантируют работоспособность устройства.

Вихревой индукционный нагреватель своими руками: делаем самодельный агрегат

Электрические нагревательные приборы исключительно удобны в эксплуатации. Они гораздо безопаснее, чем любое газовое оборудование, не производят копоти и сажи, в отличие от агрегатов, работающих на жидком или твердом топливе, наконец, для них не нужно заготавливать дрова и т. п. Главный недостаток электрических нагревателей — высокая стоимость электроэнергии. В поисках экономии некоторые умельцы решили изготовить индукционный нагреватель своими руками. Они получили отличное оборудование, для работы которого требуется гораздо меньше расходов.

Принцип работы индукционного нагрева

В работе индукционного нагревателя используется энергия электромагнитного поля, которую нагреваемый объект поглощает и преобразует в тепловую. Для генерирования магнитного поля используется индуктор, т. е. многовитковая цилиндрическая катушка. Проходя через этот индуктор, переменный электрический ток создает вокруг катушки переменное магнитное поле.

Самодельный инверторный нагреватель позволяет производить нагрев быстро и до очень высоких температур. С помощью таких устройств можно не только нагревать воду, но даже плавить различные металлы

Если внутрь индуктора или близ него разместить нагреваемый объект, его будет пронизывать поток вектора магнитной индукции, который постоянно меняется во времени. При этом возникает электрическое поле, линии которого располагаются перпендикулярно направлению магнитного потока и движутся по замкнутому кругу. Благодаря этим вихревым потокам электрическая энергия трансформируется в тепловую и объект нагревается.

Таким образом, электрическая энергия индуктора передается объекту без использования контактов, как это происходит в печах сопротивления. В результате тепловая энергия расходуется более эффективно, а скорость нагрева заметно повышается. Широко применяется этот принцип в области обработки металла: его плавки, ковки, пайки наплавки и т. п. С не меньшим успехом вихревой индукционный нагреватель можно использовать для подогрева воды.

Индукционный генератор тепла в системе отопления

Чтобы организовать отопление частного дома с помощью индукционного нагревателя, проще всего использовать трансформатор, который состоит из первичной и вторичной короткозамкнутой обмотки. Вихревые токи в таком устройстве возникают во внутренней составляющей и направляют образовавшееся электромагнитное поле на вторичный контур, который одновременно выполняет роль корпуса и нагревательного элемента для теплоносителя.

Обратите внимание, что в качестве теплоносителя при индукционном нагреве может выступать не только вода, но также антифриз, масло и любые другие токопроводящие среды. При этом степень очистки теплоносителя большого значения не имеет.

Инверторный нагреватель имеет компактные размеры, работает бесшумно и может быть установлен практически в любом подходящем месте, соответствующем требованиям техники безопасности

Индукционный отопительный котел оснащают двумя патрубками. Нижний патрубок, по которому будет поступать холодный теплоноситель, необходимо устанавливать на вводном участке магистрали, а вверху устанавливают патрубок, передающий горячий теплоноситель к подающему участку трубопровода. Когда теплоноситель, находящийся в котле, нагревается, возникает гидростатический напор, и теплоноситель поступает в отопительную сеть.

В работе индукционного нагревателя есть ряд преимуществ, о которых следует упомянуть:

• теплоноситель в системе постоянно циркулирует, что предотвращает вероятность ее перегрева;
• индукционная система вибрирует, в результате накипь и другие осадки не откладываются на стенках оборудования;
• отсутствие традиционных нагревательных элементов позволяет эксплуатировать котел с высокой интенсивностью, не опасаясь частых поломок;
• отсутствие разъемных соединений исключает протечки;
• работа индукционного котла не сопровождается шумом, поэтому его можно установить практически в любом подходящем помещении;
• при индукционном нагреве не выделяются какие-либо опасные продукты разложения топлива.

Безопасность, бесшумная работа, возможность использовать подходящий теплоноситель и долговечность оборудования привлекли немало домовладельцев. Некоторые из них задумываются о возможности изготовить самодельный индукционный нагреватель.

Как сделать индукционный нагреватель самому?

Самостоятельное изготовление такого нагревателя — не слишком сложная задача, с которой может справиться даже начинающий мастер. Для начала следует запастись:

• куском пластиковой трубы с толстыми стенками, которая станет корпусом нагревателя;
• стальной проволокой диаметром не более 7 мм;
• переходниками для присоединения корпуса нагревателя к отопительной системе дома;
• металлической сеткой, которая будет удерживать внутри корпуса кусочки стальной проволоки;
• медной проволокой для создания индукционной катушки;
• высокочастотным инвертором.

Для начала следует подготовить стальную проволоку. Для этого ее просто нарезают кусочками примерно 5 см длиной. Дно отрезка пластиковой трубы закрывают металлической сеткой, внутрь засыпают кусочки проволоки, сверху корпус также закрывают металлической сеткой. Корпус должен быть заполнен кусочками проволоки полностью. При этом приемлемой может быть проволока не только из «нержавейки», но также из других металлов.

Затем следует изготовить индукционную катушку. В качестве основы используется подготовленный пластиковый корпус, на который аккуратно наматывают 90 витков медной проволоки.

После того, как катушка готова, корпус с помощью переходников присоединяют к отопительной системе дома. После этого катушку подключают к сети через высокочастотный инвертор. Считается вполне целесообразным сделать индукционный нагреватель из сварочного инвертора, поскольку это самый простой и бюджетный вариант.

Чаще всего при изготовлении самодельных вихревых индукционных нагревателей используют недорогие модели сварочных инверторов, поскольку они удобны и полностью соответствуют требованиям

Необходимо отметить, что не стоит испытывать устройство, если в него не подается теплоноситель, иначе пластиковый корпус может очень быстро расплавиться.

Интересный вариант индукционного нагревателя, сделанного из варочной панели, представлен в видеоматериале:

Несколько полезных советов по безопасности

Чтобы повысить безопасность конструкции, советуется выполнить изоляцию открытых участков медной катушки.

Индукционный нагреватель рекомендован только для закрытых систем отопления, в которых осуществляется принудительная циркуляция теплоносителя с помощью насоса.

Следует размещать систему индукционного нагрева на расстоянии не менее 30 см от стен и мебели и не менее 80 см — от потолка или пола.

Чтобы сделать работу устройства более безопасной, рекомендуется оснастить его манометром, а также системой автоматического управления и приспособлениями для отвода попавшего в систему воздуха.

вихревой своими руками, чертежи и устройство, схемы Потапова, система отопления

Кавитационный теплогенератор отличается хорошей эффективностью и компактностьюРедко какой хозяин не пытается сэкономить на отоплении или потреблении еще каких-либо благ, которые с каждым годом становятся все дороже и дороже. Чтобы сделать экономной отопительную систему жилого или производственного помещения, многие люди прибегают к помощи различных схем и методам получения тепловой энергии. Один из аппаратов, подходящий под эти цели – кавитационный теплогенератор.

Что такое вихревой теплогенератор

Кавитационный вихревой генератор тепла – это простое устройство, способное эффективно обогреть помещение, затрачивая при этом минимум средств. Это происходит благодаря нагреву воды при кавитации – образовании небольших паровых пузырьков в местах снижения давления жидкости, которое возникает либо при работе насоса, либо при звуковых колебаниях.

Кавитационный нагреватель способен преобразовать механическую энергию в тепловую, что активно применяется в промышленности, где нагревающие элементы могут выйти из строя, работая с жидкостью, имеющей большую температурную разность. Такой кавитатор является альтернативой для систем, работающих на твердом топливе.

Преимущества вихревых кавитационных нагревателей:

• Экономичность системы отопления;
• Высокая эффективность обогрева;
• Доступность;
• Возможность собрать своими руками.

Вихревой теплогенератор не следует располагать рядом с жилым помещением в связи с его высоким уровнем шума

Недостатки аппарата:

• При самостоятельной сборке довольно сложно найти материалы для создания аппарата;
• Слишком большая мощность для небольшого помещения;
• Шумная работа;
• Немалые габариты.

Стандартное устройство теплогенератора и принцип его работы

Процесс кавитации выражается в образовании пузырьков пара в жидкости, впоследствии чего давление медленно понижается при большой скорости потока.

Из-за чего может происходить парообразование:

• Возникновением акустики, вызванной звуком;
• Излучением лазерного импульса.

Закрытые воздушные области перемешиваются с водой и уходят в место с большим давлением, где хлопаются с излучением ударной волны.

Принцип работы кавитационного аппарата:

• Струя воды движется через кавитатор, где насос создает водяное давление, попадающее в рабочую камеру;
• В камерах жидкость увеличивает скорость и давление с помощью различных трубочек разных размеров;
• В центре камеры потоки смешиваются, и появляется кавитация;
• При этом полости пара остаются маленькими и не взаимодействуют с электродами;
• Жидкость движется к противоположному концу камеры, откуда возвращается назад для следующего использования;
• Нагрев происходит благодаря движению и расширению воды на выходе из сопла.

Так работает вихревой кавитационный нагреватель. Его устройство простое, но позволяет быстро и эффективно обогреть помещение.

Кавитационный нагреватель и его типы

Нагреватель, работающий с кавитацией, может быть нескольких типов. Чтобы понять, какой генератор вам нужен, следует разобраться в его типажах.

Кавитационный нагреватель следует время от времени осматривать на наличие изношенных деталей

Виды кавитационного нагревателя:

1. Роторный – самый популярный из них это аппарат Григгса, работающий с помощью центробежного насоса ротационного действия. Внешне он выглядит как диск с отверстиями без выхода. Одно такое отверстие носит название: ячейка Григгса. Параметры этих ячеек и их число зависят от типа генератора и частоты вращения привода. Нагрев воды происходит между статором и ротором посредством быстрого ее движения по поверхности диска.
2. Статический – он не имеет никаких вращающихся элементов, а кавитацию создают специальные сопла (элементы Лаваля). Насос нагнетает давление воды, что проводит к ее быстрому движению и нагреву. Выходные отверстия сопел более узкие, чем предыдущие и жидкость начинает двигаться еще быстрее. Из-за быстрого расширения воды и получается кавитация, дающая в итоге тепло.

Если выбирать между этими двумя видами, то следует учитывать, что производительность роторного кавитатора более высокая и он не такой габаритный, как статический.

Правда, статический нагреватель меньше изнашивается из-за отсутствия вращающихся элементов. Использовать аппарат можно до 5 лет, а если выйдет из строя сопло – его с легкостью можно заменить, затрачивая на это куда меньше средств, чем на теплогенератор в роторном кавитаторе.

Экономный кавитационный теплогенератор своими руками

Создать самодельный вихревой генератор с кавитацией вполне реально, если внимательно изучить чертежи и схемы устройства, а также понимать его принцип работы. Самым простым для самостоятельного создания считается ВТГ Потапова с КПД 93%, схема которого подойдет как для домашнего, так и для промышленного использования.

Перед тем, как приступить к сборке прибора, следует правильно выбрать насос, ориентируясь по его типу, мощности, нужной тепловой энергии и величине напора.

В основном все кавитационные генераторы имеют формы сопла, которая считается самой простой и удобной для таких устройств.

Что нужно для создания кавитатора:

• Манометры для измерения давления;
• Термометр для замера температуры;
• Выходные и входные патрубки с краниками;
• Вентили для удаления воздушных пробок из отопительной системы;
• Гильзы для термометров.

Также нужно проследить за размером сечения отверстия между диффузором и конфузором. Оно должно быть примерно 8 – 15 см, не уже и не шире.

Схема создания кавитационного генератора:

1. Выбор насоса – здесь следует определиться с нужными параметрами. Насос обязательно должен иметь возможность работать с жидкостями высоких температур, иначе он быстро сломается. Также он должен уметь создавать рабочее давление в минимум 4 атмосферы.
2. Создание камеры кавитации – тут главное правильно выбрать размер сечения проходного канала. Оптимальным вариантом считается 8-15 мм.
3. Выбор конфигурации сопла – оно может быть в виде конуса, цилиндра или просто быть закругленным. Впрочем, не так важна форма, как то, чтобы вихревой процесс начинался уже при входе воды в сопло.
4. Изготовление водного контура – внешне это такая изогнутая трубка, ведущая от камеры кавитации. К ней присоединяются две гильзы с термометром, два манометра, воздушный вентиль, который ставится между входом и выходом.

Корпус кавитационного теплогенератора можно покрасить в любой цвет

После создания корпуса следует провести испытание теплогенератора. Для этого насос следует подключить к электроэнергии, а радиаторы к отопительной системе. Далее происходит включение в сеть.

Особенно стоит смотреть на показания манометров и выставить нужную разницу между входом и выходом жидкости в пределах 8-12 атмосфер.

Далее в систему пускается вода. Если она нагревается за 10 минут на 3-5 градусов в минуту – это хорошо. За непродолжительное время жидкость прогреется до 60 градусов. Этого вполне достаточно для работы.

Теплогенератор своими руками (видео)

Кавитационный нагреватель достаточно интересный и экономный способ обогреть помещение. Он легко доступен и при желании может создаваться самостоятельно. Для этого нужно докупить необходимые материалы и сделать все в соответствии со схемами. И эффективность аппарата не заставит себя долго ждать.

Добавить комментарий

Действительно ли вихревые генераторы помогают дорожным машинам?

Автомобильные спойлеры служат не только для ярких аксессуаров, но и для других целей. Хотя технически они не являются крыльями, и они, и спойлеры используют воздух, обрушивающийся на автомобили, чтобы уменьшить подъемную силу. Однако они не единственные помощники по аэродинамике, доступные для дорожных автомобилей. Некоторые модели, такие как Honda Civic Type R, также начинают оснащаться вихревыми генераторами. Но предназначены ли они исключительно для внешнего вида или они приносят ощутимую пользу?

Прежде чем мы сможем обсудить функциональность вихревых генераторов, важно понять явления, которые привели к их развитию.В частности, DriveTribe объясняет явление гидродинамики разделения пограничного слоя. Что, полный отказ от ответственности, было частью моей университетской степени.

Когда воздух или любая другая жидкость течет по объекту, например, автомобилю, некоторая ее часть прилипает к поверхности. Это создает более медленно движущийся вязкий слой, называемый пограничным слоем. Конструкторы автомобилей хотят, чтобы этот пограничный слой как можно точнее повторял линию крыши для «максимальной аэродинамической эффективности», — поясняет CarThrottle .

К сожалению, когда жидкость в пограничном слое движется над крышей, и из-за того же принципа Бернулли, который регулирует крылья самолетов и автомобилей, она сталкивается с возрастающим давлением, объясняет Aerospace Engineering . В результате пограничный слой постепенно замедляется, останавливается и меняет направление. Как только это происходит, пограничный слой разделяется на турбулентный след. И это вызывает серьезные проблемы.

Турбулентный след заставляет машину казаться «больше» с точки зрения встречного воздуха, объясняет NASA .В результате значительно увеличивается лобовое сопротивление, увеличивая расход топлива и снижая скорость. А след полон кружащихся водоворотов, создающих зону низкого давления сразу за автомобилем. По сути, это засасывает его назад посредством так называемого «сопротивления давления», — объясняет Университет Вирджинии.

Кроме того, разделение пограничного слоя ограничивает поток воздуха через спойлер и / или крыло автомобиля. Это означает, что они не могут выполнять свою работу должным образом. И именно здесь в игру вступают вихревые генераторы.

СВЯЗАННЫЙ: Когда послепродажные колеса того стоят?

Автомобили — не первые автомобили с вихревыми генераторами; Первыми они были у самолетов, сообщает журнал Journal of Fluids Engineering . Их также можно найти на мячах для гольфа: ямочки на щеках являются генераторами вихрей, объясняет Phys.org . Те, которые установлены на гоночных и дорожных автомобилях, таких как Civic Type R, обычно выглядят как треугольники, планки или плавники, сообщает Carfax .

Но независимо от их конкретной конструкции, генераторы вихрей имеют одно и то же назначение: управление разделением пограничного слоя. Они делают это, генерируя вихри — отсюда и название — которые втягивают высокоэнергетический турбулентный воздух в низкоэнергетический пограничный слой. Это создает более турбулентный пограничный слой, что означает немного большее сопротивление поверхности, поясняет BrightHub Engineering . Однако для этого есть несколько очень веских причин.

СВЯЗАННЫЕ С: Что на самом деле означает «быстрое рулевое управление»?

Турбулентный пограничный слой остается соединенным намного дольше, чем нетурбулентный.В результате сопротивление давления в основном исчезает, а турбулентный след сокращается. Это снижает общее лобовое сопротивление автомобиля, что чрезвычайно важно для гоночных автомобилей, объясняет F1Technical . «Очищая» воздушный поток таким образом, генераторы вихрей направляют больше воздуха к крыльям и интерцепторам. Таким образом, больше прижимной силы, сообщает Road & Track .

СВЯЗАННЫЙ: Повышает ли спойлер стоимость вашего автомобиля?

Стоит отметить, что Civic Type R — отнюдь не первый дорожный автомобиль с вихревыми генераторами.Mitsubishi Lancer Evo VIII MR имел их еще в 2003 году, сообщает Automobile . У Honda Ridgeline они также есть на наружных зеркалах заднего вида, чтобы уменьшить шум ветра. Но стоит ли устанавливать вихревые генераторы на машину, в которой их еще нет?

Vortex имеют заметные преимущества для спортивных автомобилей, как на трассе, так и вне ее, сообщают SpeedNews и Car and Driver . Но они должны быть правильно спроектированы и адаптированы к вашему конкретному автомобилю и его существующим аэродинамическим характеристикам.Что-то вроде CTR с его высоким крылом получает преимущество от своих вихревых генераторов даже на разрешенных дорожных скоростях, размышляет CarThrottle . Но для крошечного спойлера на машине, которая никогда не видит гоночной трассы или даже скоростного поворота? Возможно, это не более чем украшения.

Тем не менее, как и в случае со спойлерами и крыльями, если вы сделаете это правильно, вихревые генераторы не будут только для стиля.

Следите за обновлениями MotorBiscuit на нашей странице в Facebook.

Советы и эксперименты по проектированию вихревого генератора

(VG) могут использоваться для различных целей, таких как изменение характеристик сваливания, снижение скорости взлета и посадки и даже уменьшение лобового сопротивления (обычно на больших трансзвуковых авиалайнерах).Все эти эффекты являются результатом того факта, что VG помогают контролировать и изменять пограничный слой над поверхностью.

В моем случае я хотел улучшить характеристики сваливания одного из моих крыльев. Рассматриваемое крыло представляет собой бальзовое крыло, построенное по принципу царапины, которое имеет тенденцию сваливаться. Чтобы исправить эту проблему, я спроектировал VG, которые размещаются на внешней 1/3 ^rd крыла. Подробная информация о конструкции VG представлена ​​ниже. Но сначала я покажу вам некоторые результаты, чтобы доказать, что они работают.

Frist Я хотел бы показать изображение «чистого» крыла без генераторов вихрей. На рисунке 1 ниже показано застрявшее чистое крыло, снабженное пучками (также называемыми кусками веревки). Пучки дают нам представление о том, что поток делает на поверхности крыла. На изображении видно, что обтекание очень хаотично по всему размаху крыла. В результате во время полета происходит срыв опрокидывания, что приводит к опрокидыванию самолета.

Рисунок 1: Стойла с чистым крылом

Теперь мы можем взглянуть на срыв крыла с вихревыми генераторами, установленными на подвесном двигателе 1/3 ^{-го пролета} .Как вы можете видеть на рисунке 2, пучки позади VG расположены прямо назад, в то время как остальные пучки на крыле снова расположены хаотично. Конечным результатом является то, что крыло имеет гораздо более управляемую и плавную стойку без плохих характеристик сваливания на конце.

Рисунок 2: Срыв крыла с вихревыми генераторами

В целом, генераторы Vortex помогли приглушить плохие характеристики сваливания и сделать самолет более управляемым во время сваливания. На видео ниже показано 4 стойла (2 с чистым крылом и 2 с VG).Я также дал несколько советов по созданию собственных вихревых генераторов ниже.

В этом разделе я предоставлю вам все уравнения, которые я использовал для разработки вихревых генераторов, которые я установил на своем самолете. Математика не состоит из двух, а требует лишь некоторой алгебры. У этих уравнений есть свои ограничения, о которых я упоминал ниже, но они послужат хорошей оценкой при проектировании ваших групп VG.

Сегодня в самолетах используется много типов вихревых генераторов.Для простоты я сделал простые прямоугольные ВГ для своего самолета. Ниже приведено изображение, содержащее различные стили VG. В конце концов, вы можете сделать их практически любой формы.

Перед проектированием ваших VG вам необходимо определить, с каким числом Рейнольдса вы будете работать. Для этого вам нужно будет приблизительно определить или узнать скорость сваливания вашего самолета. Уравнение 1 ниже показывает, как рассчитать это значение.

Уравнение 1: Расчет числа Рейнольдса

Далее вам необходимо определить длину ВГ и где вдоль хорды крыла будут размещены ВГ.Длина ваших VG должна составлять около 5-8% длины хорды вашего крыла. Это просто значение, которое, как я обнаружил, работает для квадратных VG, которые я сделал.

Длина ваших VG должна составлять около 5-8% длины хорды вашего крыла.

Теперь вы можете рассчитать положение VG вдоль хорды. VG должны быть размещены прямо перед переходом от ламинарного к турбулентному пограничному слою на вашем крыле. Эта точка перехода расположена примерно на 16% от хорды крыла от передней кромки.Таким образом, вы захотите разместить переднюю кромку ваших VG на расстоянии, равном (16% хорды — длина VG) от передней кромки вашего крыла. Это поместит VG прямо перед переходом от ламинарного пограничного слоя к турбулентному.

Расположите переднюю кромку VG на расстоянии, равном (16% хорды — длина VG) от передней кромки крыла

Затем вы захотите определить высоту ваших VG.VG работают для управления пограничным слоем, и поэтому они наиболее эффективны внутри пограничного слоя. На более крупных самолетах и ​​авиалайнерах авиации общего назначения высота VG обычно составляет 80% от высоты ламинарного пограничного слоя прямо перед точкой перехода от ламинарного к турбулентному переходу на крыле. Однако на моделях самолетов это обычно приводит к VG с высотой значительно меньше 1/64 дюйма (моя модель имеет высоту пограничного слоя 0,00097 дюйма). Это делает их очень сложными в производстве, и поэтому я сделал мои VG высотой 1/8 ^— дюйма, чтобы с ними было легче обращаться.Чтобы рассчитать высоту ламинарного пограничного слоя на вашем крыле до точки перехода, вы можете использовать уравнение 2 ниже.

Уравнение 2: Высота пограничного слоя до точки перехода.

Следующим шагом является определение шага ВГ по размаху крыла. Для этого я вывел уравнение, которое определяет размер вихря, создаваемого ВГ. Это уравнение получено из уравнения подъемной силы и уравнений, управляющих вихревым потоком.Конечным результатом является уравнение 3 ниже. После определения радиуса вихрей, создаваемых VG, я рекомендую вам расположить VG на расстоянии не менее двух радиусов друг от друга. Я также рекомендую размещать ВГ под углом 15 градусов к потоку, идущему над крылом. Это позволит ВГ работать эффективно и производить самые большие вихри. Если вы хотите поэкспериментировать с разными углами, не забудьте изменить коэффициент подъемной силы (CL) для этого угла.

Я также рекомендую размещать VG на внешней 1/3 ^rd до ½ размаха крыла.Это сделает так, что внутренние секции крыла остановятся первыми, в то время как внешняя секция продолжит иметь плавный воздушный поток. Это приведет к плавному срыву и поможет уменьшить срыв чаевых.

Уравнение 3: Радиус вихря, создаваемого VG

Последний шаг — изготовить вихревые генераторы и установить их на свой самолет. Для создания ваших VG я рекомендую использовать какой-нибудь тонкий, но прочный материал.Я сделал свои VG, используя какой-то прочный картон для плакатов. Вы также можете сделать их из пластиковых папок или подобного материала. Если вы хотите, чтобы ваши VG были съемными, я рекомендую приклеить их к скотчу, а затем поместить на свой самолет.

Чтобы упростить установку VG, я рекомендую использовать простую направляющую, сделанную из листа бумаги, которая поможет выровнять ваши вихревые генераторы на крыле. Ниже я включил несколько изображений установленных мною вихревых генераторов, чтобы дать вам представление о том, как они могут выглядеть.

Эти уравнения и подсказки имеют различные ограничения. Уравнения не учитывают изменяющийся профиль скорости в пограничном слое при определении размера вихрей. Некоторые из вещей, о которых я упомянул выше, просто работают. Таким образом, если вы решили попробовать создать виртуальные группы, следуя шагам, которые я упомянул выше, и они не работают должным образом, я рекомендую поэкспериментировать с некоторыми, чтобы увидеть, что работает для вас.

Надеюсь, вам понравилось экспериментировать!

Для получения дополнительной информации посетите тему RcGroups по адресу:

http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=2252309

Вихревой генератор — обзор

3.2.3.1 Влияние низкого давления на поток и теплопередачу в теплообменниках с ребристыми и овальными трубами

Чтобы выявить влияние низкого давления на общий поток и теплопередачу ребристо-трубчатые теплообменники, численное моделирование ребристо-овальных трубчатых теплообменников с РНГ и без них.На рисунке 29 показана принципиальная схема теплообменников с ребристыми и овальными трубками с треугольными крылышками. LVG симметрично установлены за овальными трубками, а заштрихованная область представляет собой расчетную область. Проточные каналы теплообменников с ребристыми и овальными трубами без и с треугольными крылышками показаны на рис. 30. Расположение и ориентация ГПН показаны на рис. 31. На поверхности оребрения создаются условия нескользкости и непроницаемости. применяется для скоростей, в то время как периодические условия применяются для температуры.

Рисунок 29. Ребристо-овальные трубчатые теплообменники с LVG и расчетной областью (единица измерения: мм) [43].

Рисунок 30. Проточный канал ребристо-овальных теплообменников [43]. (A) Базовая структура. (B) Структура LVG.

Рисунок 31. Размер и расположение LVG [43].

При прохождении воздуха по каналу теплообменника с ребристыми и овальными трубами с ГПН образуются продольные вихри из-за разницы давлений до и после ГПН и трения.Ось этого сильного закрученного вторичного потока совпадает с направлением основного потока. при буксировке до сильного нарушения ГПН пограничные слои могут быть ослаблены или их формирование может быть прервано. Сильные эффекты воронки продольных вихрей также могут переносить жидкость из области следа в область основного потока. Холодная текучая среда у кромки и горячая текучая среда в области основного потока могут быть хорошо перемешаны, и теплопередача может быть улучшена.

На рисунке 32 показаны распределения изовелов в трех плоскостях x — z при Re = 1500.Скорость во входной области перед LVG почти однородна и без вихрей. После того, как жидкость проходит через LVG, образование продольных вихрей приводит к сильно неоднородным изовеням и сильному вторичному течению. Поперечная скорость может в три раза превышать скорость на входе. Сильный закрученный поток переносит жидкость около ребра и стенки трубы к сердцевине основного потока. Между тем, жидкость в ядре основного потока также переносится в область около ребра и стенки трубы.Эти процессы значительно способствуют смешиванию горячих и холодных жидкостей и увеличивают коэффициент теплопередачи.

Рис. 32. Распределение изоуровней в трех поперечных сечениях, перпендикулярных направлению потока (единица измерения: м / с) [43].

На Рис. 33 показаны графики вектора скорости и линии тока в трех поперечных сечениях, перпендикулярных направлению основного потока. Когда жидкость проходит через LVG, изменение давления и разделение жидкости на поверхности LVG создают очень сложный вихревой поток.Как видно из рис. 33, помимо основного вихря могут образовываться индуцированные вихри и угловые вихри. Совместное воздействие различных вихрей привело к полному возмущению теплового пограничного слоя. Горячие и холодные жидкости полностью смешиваются, и теплопередача улучшается.

Рис. 33. Векторные графики и линии тока, генерируемые LVG в трех поперечных сечениях, перпендикулярных направлению основного потока [43].

На рисунке 34 показан температурный контур в трех поперечных сечениях, перпендикулярных основному потоку, при Re = 1500. Во входной области изотермы параллельны друг другу, и нет явного изменения теплового пограничного слоя перед жидкость, проходящая через LVG. Однако изотермы искажаются после LVG. Тепловой пограничный слой становится тоньше, а градиент температуры увеличивается на поверхности ребра, на которую попадают продольные вихри. Эти изменения увеличивают коэффициент теплопередачи на поверхности ребер, и улучшаются характеристики теплопередачи теплообменника.

Рисунок 34. Изотермы на трех поперечных сечениях, перпендикулярных основному направлению потока (единица: K) [43].

На рис. 35 показано распределение локальной скорости на средней плоскости, которая параллельна плоскости x – y для случаев без LVG и с ними. Из фиг. 35A можно видеть, что существует большая зона следа для случая без LVG. Флюид в этой зоне почти изолирован от флюида в основном потоке. Образуется тепловой барьер, и теплопередача в этой зоне крайне плохая.После установки LVG сильный поперечный вторичный поток, создаваемый продольными вихрями, эффективно уменьшает размер зоны следа. Между тем, жидкость с высоким импульсом перенаправляется к поверхности овальной трубы продольными вихрями, что, в свою очередь, эффективно задерживает отрыв пограничного слоя на овальной трубе (рис. 35B). Все вышеперечисленные механизмы могут эффективно способствовать улучшению теплоотдачи. На рисунках направление потока снизу вверх.

Рисунок 35. Распределение локальной скорости в среднем поперечном сечении (единицы: м / с) [43]. (A) Без LVG. (B) С LVG.

На рис. 36 показаны профили локальной температуры в среднем поперечном сечении для Re = 1500. Из рис. 36А видно, что температура в вышеупомянутой зоне теплового барьера близка к температуре овальной трубы. Зона термобарьера становится значительно меньше после установки LVG (рис.36B). Сравнение рис. 36a и b показывает, что распределения температуры перед LVG почти одинаковы для обоих случаев. Однако температура жидкости значительно снижается после того, как жидкость проходит через LVG, особенно в области ниже по потоку от LVG. Возникновение продольных вихрей изменяет поле течения и способствует перемешиванию холодной и горячей жидкости. Температурный градиент на поверхности теплопередачи также увеличивается, что в конечном итоге приводит к усилению теплопередачи во всем теплообменнике.Как и раньше, направление потока — снизу вверх.

Рис. 36. Профили локальной температуры в среднем поперечном сечении (единица измерения: K) [43]. (A) Без LVG. (B) С LVG.

На рисунке 37 показано среднее число Нуссельта по сравнению с числом Рейнольдса для случая без LVG и с ним. Видно, что оба числа Нуссельта увеличиваются с увеличением числа Рейнольдса. В исследованном диапазоне чисел Рейнольдса ( Re = 500–2500) теплообменник с ребристыми и овальными трубами с низковольтными теплообменниками показал лучшие характеристики теплопередачи по сравнению со случаем без низковольтных теплообменников.Использование LVG увеличивает среднее число Нуссельта примерно на 14–33%. На рисунке 38 показан коэффициент трения в зависимости от числа Рейнольдса для случая без LVG и с ним. Оба коэффициента трения уменьшаются с увеличением числа Рейнольдса. В исследованном диапазоне чисел Рейнольдса ( Re = 500–2500) теплообменник с ребристыми и овальными трубами с LVG показал более высокий коэффициент трения по сравнению со случаем без LVG. Увеличение коэффициента трения составляет примерно 30–41%. Причина повышенного коэффициента трения заключается в том, что наличие LVG увеличивало сопротивление формы, так что падение давления в теплообменнике увеличивалось.

Рисунок 37. Среднее число Нуссельта в зависимости от числа Рейнольдса для теплообменников с ребристыми и овальными трубками [43].

Рис. 38. Зависимость коэффициента трения от числа Рейнольдса для теплообменников с ребристыми и овальными трубками [43].

Результаты моделирования также анализируются с использованием принципа синергии поля [24], где угол пересечения между скоростью и градиентом температуры является важным параметром.На рисунке 39 показан средний угол взаимодействия в зависимости от числа Рейнольдса. Видно, что средние углы пересечения для обоих случаев уменьшаются с увеличением числа Рейнольдса. Это означает, что с увеличением числа Рейнольдса возмущение усиливается и угол между вектором скорости и градиентом температуры уменьшается. Другими словами, улучшается синергия между полями скорости и температуры. В исследованном диапазоне чисел Рейнольдса ( Re = 500–2500) угол пересечения для теплообменника с ребристыми и овальными трубами с ГНВ всегда меньше, чем для случая без ГП.Это означает, что LVG улучшают синергию между полем скорости и температурой в теплообменнике и уменьшают угол пересечения, что приводит к повышению эффективности теплопередачи.

Рис. 39. Сравнение угла пересечения вектора скорости и градиента температуры для теплообменников с ребристыми и овальными трубками [43].

Чтобы продемонстрировать улучшение синергии между полем течения и температурным полем, на рис.40 показано сравнение синергии между полями потока и температуры для случаев без LVG и с ними. На рисунках 40A и B показаны изотермы и линии тока для случая без LVG. На входе в теплообменник изотермы и линии тока почти перпендикулярны друг другу, что указывает на очень хорошую синергию между полями потока и температуры. По мере того, как поток продолжает движение к зоне следа, изотермы растягиваются и параллельны линиям тока из-за рециркуляции в зоне следа.Это означает, что угол пересечения между вектором скорости и градиентом температуры увеличивается, а синергия между полями потока и температуры ухудшается. На рис. 40C и D показаны изотермы и линии тока для случая с LVG. Как и в случае без LVG, изотермы и линии тока почти перпендикулярны друг другу на входе в теплообменник. По мере того, как поток продолжает движение к зоне следа, LVG генерируют продольные вихри на выходе из овальных трубок.Сильный закрученный вторичный поток изменил локальные поля скорости и температуры, так что угол пересечения между скоростью и изотермами увеличился. Другими словами, угол между скоростью и температурным градиентом уменьшается, синергия между скоростью и температурой в зоне следа улучшается, а общая теплопередающая способность теплообменника увеличивается.

Рис. 40. Сравнение синергии между полями скорости и температуры для случая без LVG и с ним [43].(A) Изотермы для случая без LVG. (B) Обтекаемые формы для корпуса без LVG. (C) Изотермы для случая с LVG. (D) Оптимизация для случая с LVG.

Дизайн Stolspeed VGs

Генераторы вихрей: как они работают?

Новый прототип Civic Type-R не стал сдерживать аэродинамику с добавлением шипастой крыши в стиле Mitsubishi Evo.Так в чем же функция этих замысловатых плавников?

Новый прототип Honda Civic Type R, представленный на Парижском автосалоне, был одним из самых интересных автомобилей, представленных на выставке. Мы все надеемся, что его суровый и агрессивный стиль дойдет до серийного производства.Однако из всех сумасшедших деталей аэродинамики наше внимание привлек один особенный элемент: маленькие шишки в верхней части заднего ветрового стекла. Они называются вихревыми генераторами, которые ранее наиболее широко использовались на Mitsubishi Lancer Evolution и стали нишевой модификацией для одержимых аэробикой бензоловых.

Чтобы понять, какие преимущества они приносят аэродинамике автомобиля, мы должны сначала посмотреть, как воздушный поток взаимодействует с движущимся телом автомобиля. Из-за трения между твердой поверхностью и молекулами воздуха, проходящими над ней, воздух образует профиль жидкости, при этом неподвижный воздух находится в точке встречи между жидкостью и поверхностью.Этот профиль также можно назвать пограничным слоем. Затем скорость воздуха увеличивается до так называемой скорости набегающего потока по мере увеличения расстояния от кузова автомобиля, как показано на диаграмме ниже.

С точки зрения эффективности потока, вы хотите, чтобы воздух двигался по машине как можно быстрее, чтобы избежать большого трения, вместо этого, чтобы он плавно скользил по машине и от нее.Что касается крыши автомобиля, воздух будет максимально повторять кривизну крыши, что известно как «прикрепленный поток».

Итак, если включить в уравнение заднее крыло, идеальной ситуацией будет красивый присоединенный поток, который следует по всей линии крыши автомобиля и воздействует на крыло, увеличивая при этом прижимную силу и общую аэродинамическую эффективность крыла.

К сожалению, воздушный поток достигает точки разделения где-то на конце крыши и диффундирует в свободное воздушное пространство, в результате чего турбулентный, медленно движущийся воздух разбивается о загрузочную область, что означает, что очень небольшой поток жидкости когда-либо плавно спускается к крылу .Такие факторы, как наклон лобового стекла и кривизна линии крыши, имеют большое влияние на характеристики воздушного потока над автомобилем и способствуют размещению точки разделения.

Хотя эта точка разделения неизбежна, аэродинамические компоненты, такие как крылья и диффузоры, можно оптимизировать, контролируя расстояние, на котором происходит разделительный поток.Этого можно достичь, используя — как вы уже догадались — вихревые генераторы.

Чтобы поддерживать прикрепленный поток как можно дольше, вам нужен воздух высокой энергии. Итак, глядя на профиль жидкости, вы хотите получить высокоэнергетический воздух из верхней части профиля как можно дальше вниз и, следовательно, как можно ближе к кузову автомобиля.

Через канал YouTube KYLE.ПРИВОДЫ

Генератор вихрей нарушает воздушный поток, проходящий по кузову, создавая вихрь между потоками высокой и низкой энергии. Это втягивает поток высокоэнергетического воздуха из свободного потока вниз в пограничный слой, увеличивая энергию пограничного слоя. Воздух с высокой энергией намного более эффективно прилипает к кузову и, следовательно, увеличивает прилагаемый поток.

Это причина того, что — на автомобилях — вихревые генераторы расположены на концах крыши, используя как можно больше высокоэнергетического воздуха.Однако на дорожных автомобилях их конструкция не самая эффективная. На самолетах и ​​автомобилях Формулы-1 вихревые генераторы имеют острые края и часто имеют треугольную форму, чтобы создать максимально эффективный вихрь на очень высоких скоростях. Но на серийно выпускаемых дорожных автомобилях правила безопасности требуют, чтобы они были сглажены и закруглены, что снижает их влияние на воздушный поток, напоминая гораздо больше чисто эстетического компонента, чем люди могут предположить.

Эффективность аэродинамических компонентов обычно увеличивается с увеличением скорости, поэтому автомобили F1 могут оправдать использование вихревых генераторов в рамках своей конструкции, но воздушный поток, проходящий над обычным дорожным автомобилем — даже на треке, — обычно просто недостаточно быстр.Вот почему задние крылья действительно функционируют на дорожном автомобиле только в том случае, если они расположены достаточно высоко от кузова, чтобы перехватывать любой высокоэнергетический воздушный поток. Так что Civic может просто сойти с рук, учитывая его ярко выраженное положение крыла, но устройства будут иметь значительный эффект только на очень высоких скоростях.

Вы модифицировали свою машину, чтобы использовать вихревые генераторы? И улучшает ли стиль Evo вид и без того помешанного Civic Type R? Прокомментируйте ниже свои мысли об изворотливых маленьких аэродинамических устройствах.

: предотвращение остановок при высоких и низких скоростях

Вы, возможно, видели вихревые генераторы — эти маленькие плавники, которые выступают из передней части авиалайнера, такого как 737-800, или самолета с коротким взлетом и посадкой (STOL), такого как Top Cub.

737-800

Верхняя опора

Эти маленькие плавники удивительны; они создают вихри, как и кончики ваших крыльев.Как это помогает? Вихри втягивают высокоэнергетический воздух в пограничный слой, что задерживает срыв. Они являются неотъемлемой частью многих самолетов для снижения скорости сваливания — но знаете ли вы, что они также используются на околозвуковых самолетах для обеспечения эффективности поверхностей управления на высоких скоростях?

создают миниатюрные вихри с кончиками крыльев для возбуждения пограничного слоя

Несколько недель назад мы писали о пограничном слое. Это слой воздуха прямо над поверхностью вашего самолета, где трение кожи замедляется и забирает энергию из воздушного потока.

Когда воздух проходит через ваше крыло, давление уменьшается, пока не достигнет центра подъемной силы — примерно на 25% вниз по хорде крыла. Затем давление снова начинает увеличиваться, поэтому воздух перемещается из области низкого давления в область более высокого давления — это называется «неблагоприятный градиент давления». Когда воздушный поток движется к высокому давлению, он теряет энергию. В конце концов, когда у него заканчивается энергия, воздушный поток отделяется от крыла.

Воздух над пограничным слоем не подвержен поверхностному трению, поэтому он обладает большей энергией, чем воздух в пограничном слое.Если бы вы могли втянуть часть этого свободного потока воздуха в пограничный слой, вы могли бы добавить энергии и задержать разделение пограничного слоя. Вот тут и пригодятся вихревые генераторы.

Генераторы вихрей действуют как крошечные крылья и создают миниатюрные вихри на концах крыльев, которые по спирали проходят через пограничный слой и набегающий воздушный поток. Эти вихри смешивают высокоэнергетический набегающий поток воздуха с нижним энергетическим пограничным слоем, позволяя воздушному потоку в пограничном слое дольше выдерживать неблагоприятный градиент давления.Теперь ваше крыло может работать под большим углом атаки, прежде чем разделение воздушного потока вызовет срыв.

Практические примеры

На самолетах с коротким взлетом и посадкой (STOL) вы часто увидите генераторы вихрей вдоль передней кромки крыла. На авиалайнерах вы можете увидеть их перед закрылками, где возникают большие отрицательные градиенты давления. В обоих случаях генераторы вихрей помогают поддерживать воздушный поток под большими углами атаки, задерживая срыв.

Генераторы вихрей также могут задерживать остановку на высокой скорости

Когда воздушный поток через аэродинамический профиль достигает околозвуковых или сверхзвуковых скоростей, образуется ударная волна.В конце концов, эти ударные волны будут формироваться на передней кромке аэродинамического профиля, а также на задней кромке и в любых точках шарнира управляющей поверхности.

Когда воздух движется по ударной волне, он внезапно теряет энергию. Фактически, потеря энергии может быть настолько большой, что воздушный поток отделяется от аэродинамического профиля за ударной волной — точно так же, как это происходит при низкоскоростном сваливании. Если за ударной волной находится элерон или руль высоты, разделенный воздушный поток делает рулевую поверхность неэффективной и может сделать управление самолетом невозможным.

В этой высокоскоростной ситуации генераторы вихрей могут втягивать высокоэнергетический воздух снаружи пограничного слоя, смешивать его с воздухом внутри пограничного слоя и предотвращать разделение. Они также могут разрушить ударную волну, уменьшая количество энергии, теряемой при прохождении воздуха через волну.

Горизонтальный стабилизатор на L-39 Albatros — отличный тому пример. Горизонтальный стабилизатор — это, по сути, перевернутое крыло, которое создает подъемную силу вниз. Несмотря на то, что L-39 является дозвуковым самолетом, воздушный поток, движущийся над хвостовой частью, может разгоняться до околозвуковых скоростей, образуя ударную волну.Генераторы вихрей в нижней части стабилизатора удерживают воздушный поток, прикрепленный к аэродинамическому профилю, когда он движется через руль высоты, что позволяет поддерживать контроль по тангажу на высоких скоростях.

Станьте лучшим пилотом.
Подпишитесь, чтобы получать последние видео, статьи и викторины, которые сделают вас более умным и безопасным пилотом.

Генераторы вихрей и производительность STOL

Поддержание присоединенного потока — первоочередная задача проектировщика любого самолета.Чтобы свести к минимуму сопротивление и максимизировать подъемную силу, желательно поддерживать полностью присоединенный поток. Внешняя форма самолета создана, чтобы способствовать прилеганию потока, но иногда все равно происходит отрыв.

Срыв вызван отрывом потока. В конце концов, если угол атаки будет достаточно большим, поток через верхнюю часть крыла разделится, и крыло потеряет подъемную силу. Помимо правильной формы крыла и фюзеляжа, есть несколько дополнительных устройств, которые можно использовать для задержки или устранения разделения потока.

Войдите в генератор вихрей

Наиболее популярными из них являются генераторы вихрей, которые представляют собой небольшие устройства, используемые для повторного присоединения оторванного потока. Устанавливаемые группами, они могут помочь устранить разделение и решить различные аэродинамические проблемы. Существует несколько типов VG, но наиболее распространенным является лопаточный тип. Это небольшие лопасти с низким удлинением, которые устанавливаются перпендикулярно к обшивке самолета. Каждый вихревой генератор установлен так, что он имеет угол атаки относительно набегающего потока, что заставляет его действовать как крыло.Он развивает подъемную силу перпендикулярно набегающему потоку и сбрасывает вихрь со своего свободного конца. Концевой вихрь VG остается близко к поверхности самолета, когда он движется к корме.

Вихрь, создаваемый VG, имеет тенденцию перемещать воздух, который находится рядом с обшивкой самолета, вверх, от обшивки, в то же время перемещая воздух из внешнего потока вниз, ближе к обшивке. Такое перемешивание воздуха дает VG положительный эффект на разделение потоков.

Когда отделение неизбежно, воздух в пограничном слое, прямо возле кожи, не получает энергии. Он движется медленно и вскоре остановится и изменит направление, вызывая разделение. Однако воздух во внешнем потоке движется быстро и обладает высокой кинетической энергией. Вихрь, создаваемый VG, перемещает часть этого быстро движущегося высокоэнергетического воздуха вниз в утомленный пограничный слой и уносит часть уставшего воздуха от поверхности. Конечный эффект заключается в увеличении скорости воздуха в пограничном слое и задержке или предотвращении отрыва потока.

Для правильной работы VG должен иметь возможность воздействовать на воздух за пределами пограничного слоя, и для этого он должен быть размещен немного выше по потоку от точки, где поток отделяется без VG. Если разделение может происходить выше по потоку от VG, оно будет погружено в разделенный поток и не сможет достичь чистого воздуха, поступающего из внешнего потока, для смешивания с пограничным слоем.

VG для Kit World

В течение многих лет VG в основном находили на больших транспортных средствах и военных самолетах.Но за последние 10 лет вихревые генераторы вошли в мир авиации общего назначения, и были разработаны модернизируемые комплекты VG для улучшения характеристик легких самолетов. Эти комплекты впервые появились, чтобы приручить низкоскоростное поведение некоторых серийных близнецов, в том числе Beech Baron и некоторых из наиболее популярных близнецов Cessna. Совсем недавно появились комплекты VG, предназначенные для снижения скорости сваливания и улучшения характеристик КВП однодвигательных самолетов.

Комплекты вихревых генераторов обычно предназначены для двух областей:

1) Улучшение Clmax: Срыв вызван разделением воздушного потока над крылом.Уменьшение отрыва и задержка сваливания до более высокого угла атаки увеличит максимальный коэффициент подъемной силы (Clmax) и снизит скорость сваливания. Этого можно добиться, правильно расположив ВГ на верхней поверхности крыла.

Две конфигурации оказались успешными. В первом используется полнопролетный ряд VG для увеличения максимальной подъемной силы всего крыла и снижения скорости сваливания. VG задерживают срыв всего крыла, тем самым увеличивая Clmax и снижая скорость сваливания. Полноразмерные VG увеличивают максимальную подъемную силу крыла, но они не оказывают большого влияния на то, где на размахе сначала появляется срыв, когда крыло, наконец, сваливается.Соответственно, полнопролетные VG снижают скорость сваливания, но могут не иметь никакого положительного влияния на поперечную устойчивость в сваливании.

Если основной целью установки VG является улучшение поперечной устойчивости и управления элеронами при сваливании, а не снижение общей скорости сваливания, то правильным подходом является установка VG только на внешней части крыла. Это приведет к задержке сваливания наконечников и плавному срыву с корнями.

2) Улучшение мощности управления: еще одно место, где VG могут предоставить полезное исправление, — это то, где нам нужно увеличить мощность управления самолета, особенно мощность руля направления на многомоторных самолетах.Если, например, самолет оснащается более мощными двигателями, чем те, для которых он был первоначально спроектирован, дополнительная мощность может быть больше, чем может быть дифферент руля направления, чтобы самолет оставался прямым в случае отказа двигателя. Это приводит к увеличению минимальной скорости управления (Vmc). Чтобы снизить Vmc, требуется больше мощности на руле. Дооснащение самолета большим рулем направления часто непрактично или непомерно дорого, поэтому существует большая мотивация для улучшения управляемости существующего руля направления.

Эффективность контрольной поверхности ограничена тем, насколько далеко она может быть отклонена до того, как поток разделится на шарнирной линии. Отклонение поверхности дальше этого значения приведет к значительному увеличению сопротивления, но не увеличит подъемную силу, создаваемую поверхностью.

Как мы уже обсуждали, размещение ВГ перед точкой разделения может повторно активировать пограничный слой и задержать разделение. Добавление ряда VG прямо перед линией шарнира руля направления увеличивает степень отклонения руля направления до отделения потока.Подъем руля направления на больших отклонениях также увеличивается. Вихревые генераторы перед шарниром руля направления являются особенностью нескольких комплектов VG, которые в настоящее время продаются для приручения серийных легких близнецов. Их также можно встретить на кораблях Beech Starship, Boeing 727 и многих других серийных самолетах.

VG Перетащите

Аэродинамическое исправление, предоставленное VG, не является полностью бесплатным: VG все время находятся в воздушном потоке, и они действительно создают некоторое сопротивление. Сколько зависит от конфигурации самолета, размера и размещения ВГ.Если добавить VG к очень чистому крылу, особенно к тому, которое имело бы ламинарный поток без VG, снижение лобового сопротивления может быть значительным. На многих самолетах улучшения качества воздушного потока за VG достаточно, чтобы компенсировать или почти компенсировать сопротивление самих устройств.

VG Геометрия

Есть два распространенных способа установки пластинчатых ВГ. Все VG должны быть установлены таким образом, чтобы они имели угол атаки относительно местного воздушного потока от 15 ° до 20 °, но они могут быть установлены так, чтобы все VG были параллельны друг другу, или попарно с равным и равным углом. -противоположные углы атаки.

Первый подход, когда все VG параллельны, называется «вращающейся» установкой, потому что все генераторы испускают вихри, которые вращаются в одном и том же направлении. Парная установка с равными и противоположными углами называется установкой встречного вращения, потому что каждая пара генераторов испускает пару вихрей, которые вращаются в противоположных направлениях.

Используются оба типа установки. В «Вояджере» и большинстве других самолетов «утка», которым требуются ВГ, используется ряд пар генераторов, вращающихся в противоположных направлениях.Генераторы вихрей на киле Боинга 727 и на утке звездолета вращаются.

В течение многих лет установки VG с встречным вращением использовались более широко и лучше понимались, чем установки с вращением в одном направлении. Установки VG с вращением в одном направлении имеют несколько меньшее сопротивление, чем конфигурации с вращением в противоположных направлениях, и в последние годы они стали более распространенными. Подходящая конфигурация зависит от деталей геометрии и воздушного потока над поверхностью, на которой они используются.

VG Размер

Для эффективного перемешивания внешнего потока воздуха с пограничным слоем, VG должны выступать над краем пограничного слоя, но только немного, чтобы минимизировать сопротивление.Рекомендуемая высота для первой попытки примерно в 1,2 раза больше местной толщины пограничного слоя. Толщину пограничного слоя трудно определить точно, но обычно она составляет от 1% до 2% расстояния от передней кромки.

VG Форма и размещение

Типичные VG имеют треугольную или трапециевидную форму со стреловидными передними кромками и вертикальными задними кромками. Чтобы вообще работать, ВГ должны быть установлены перед точкой отрыва потока. Перед установкой групп VG определите, где начинается разделение, которое вы хотите устранить.Ряд VG должен быть на небольшом расстоянии перед этой точкой.

Для вращающихся VG корневой хорда VG должна быть порядка четырехкратной высоты VG, а расстояние между VG в ряду должно составлять от пяти до шести высот VG.

Для вращающихся в противоположных направлениях VG, основная хорда VG должна быть примерно в 2,5 раза больше высоты генератора. Расстояние между центрами двух генераторов в паре встречного вращения должно быть примерно таким же, как основная хорда одного VG. Пары, вращающиеся в противоположных направлениях, должны располагаться на расстоянии примерно 10 VG друг от друга.

Чтобы заставить установку вихревого генератора работать, нужно поэкспериментировать с размером, числом и расстоянием между VG. Если первоначальная установка VG дает желаемый эффект, попробуйте уменьшить размер и / или количество генераторов, чтобы уменьшить сопротивление.