Fotor
Forum veteraan
Laat ik eens de aftrap nemen in dit nieuwe subforum met een klein verhaal over het getal van Reynolds. Veel mensen hebben geen idee wat dit getal is en wat het voor ons modelvliegers kan betekenen. Het is slechts een beperkt verhaal dat nog veeeeel uitgebreider kan, maar ik wil een begin maken met het vergroten van het begrip.
Definitie
Het Reynoldsgetal geeft de verhouding aan tussen viskeuze krachten en traagheidskrachten in een stroming. Het geeft aan hoe ‘stroperig’ de stroming is. Die stroperigheid (viscositeit) is afhankelijk van een aantal factoren en is van grote invloed op het gedrag van de luchtstroming.
De formule: Re = p x V x L / µ
(p is eigenlijk een Griekse rho, maar die kan ik niet weergeven)
Re = Reynolds getal
P (rho) = luchtdichtheid
V = snelheid van de stroming
L = lengte van het object in de stroming, voor aerodynamische berekeningen wordt hier normaal de lengte van de vleugelkoorde gebruikt
µ (mu) = dynamische viscositeit van de vloeistof (in ons geval lucht)
Deze vergelijking levert een dimensieloos getal op.
Het Reynoldsgetal voor luchtstromingen op zeeniveau kan worden benaderd met de formule:
Re = V x L x 70.000
V = snelheid in m/s
L = lengte in meters
Een stroming over een vleugel met een koorde van 0,5 meter en een snelheid van 10 m/s heeft dus een Reynoldsgetal van ca 0,5 x 10 x 70.000 = 350.000.
Wat belangrijk is om te weten is dat een groter model een hoger Re geeft bij een gegeven snelheid, en dat een sneller model een hoger Re getal heeft bij een gegeven grootte.
Grenslaag
Voor ik verder ga over het Re getal eerst iets over de grenslaag in een stroming.
De grenslaag is het gebied vlakbij de vleugel waarbij de snelheid van een stroming verminderd wordt door wrijving met het vleugeloppervlak. Op het vleugeloppervlak zelf is de snelheid van de lucht 0, om daarboven snel op te lopen naar de snelheid van de omstromende lucht.
De grenslaag kan 2 verschijningsvormen hebben. In een laminaire grenslaag bewegen alle luchtdeeltjes min of meer evenwijdig aan elkaar. In een turbulente grenslaag bewegen de luchtdeeltjes veel chaotischer en kris-kras door elkaar.
Een laminaire grenslaag heeft voor- en nadelen. Het voordeel van een laminaire grenslaag is dat de wrijving van de luchtstroming op de vleugel, de wrijvingsweerstand, minder is dan bij een turbulente grenslaag. Een groot nadeel is dat een laminaire stroming veel makkelijker en eerder loslaat van het vleugeloppervlak. Dat is niet lekker voor de overtrekeigenschappen. Zelfs bij lage invalshoeken van de vleugel kan op het oppervlak plaatselijk loslating voorkomen, waarna de stroming later weer aan gaat liggen. Dit veroorzaakt een zgn. laminaire loslaatblaas. Deze loslaatblaas verstoort de drukverdeling om de vleugel en zorgt voor verminderde prestaties.
Reynoldsgetal en grenslaag
Een stroming over een vleugel begint altijd met een laminaire grenslaag. Na een zeker afstand gaat wordt de grenslaag vanzelf turbulent. De plaats waar dit gebeurt hangt af van o.a. de drukverdeling rond de vleugel, de gladheid van het oppervlak en het Reynoldsgetal. Hoe lager het Re getal, hoe langer de grenslaag laminair blijft. Een grenslaag die over een groot deel van de vleugel laminair is vergroot dus de kans op vervelende loslating van de stroming. Een stroming met een hoog Re getal heeft daar veel minder last van omdat de grenslaag eerder turbulent wordt, en een turbulente stroming blijft makkelijker aanliggen aan de vleugel.
Een model dat vliegt bij lage Reynolds getallen (lees: klein en langzaam) kan last hebben van ongewenste loslating van de stroming (gehele loslating = overtrek, of een loslaatblaas). Een manier om dit te voorkomen is het geforceerd turbulent maken van de grenslaag. Dit kan door een verstoring op de vleugel aan te brengen, een zgn. turbulator. Dat kan tape zijn, een dun reepje schuurpapier of speciaal zigzag-tape. Door deze verstoring aan te brengen voor het punt waar de laminaire loslating optreedt kan de loslating soms voorkomen worden. Hiermee kunnen de vliegeigenschappen of de prestaties van het model (glijhoek, daalsnelheid) soms duidelijk verbeterd worden. De toename van de wrijvingsweerstand (een turbulente grenslaag heeft meer wrijvingsweerstand dan een laminaire grenslaag) en de schadelijke weerstand van de turbulator zelf worden bij een juiste plaatsing meer dan goed gemaakt door het voorkomen van (plaatselijke) loslating van de stroming. Een turbulator wordt toegepast voor het verbeteren van de eigenschappen bij lage snelheden (dan vlieg je met laag Re getal en hoge invalshoek). Voor het vliegen bij hoge snelheden (hoog Re getal en kleine invalshoek) is een turbulator over het algemeen niet nodig. Turbulatoren worden dan ook voornamelijk toegepast op zweefvliegtuigen, omdat die relatief lange tijd langzaam vliegen.
Reynoldsgetal en prestaties
Over het algemeen geldt dat bij toenemend Re getal de prestaties van een vliegtuig toenemen. Dit komt o.a. doordat bij hogere Re getallen de grenslaag dunner wordt (relatief t.o.v. de koorde). Beneden een bepaald Re getal nemen de prestaties van een profiel ineens duidelijk af. Dit wordt het kritische Re getal genoemd voor dat profiel. Onder dat Re getal gaan vervelende laminaire effecten optreden. Het kritisch Re getal is per profiel verschillend, het ene profiel blijft bij veel lagere Re getallen fatsoenlijk presteren dan een ander profiel.
Ter illustratie hieronder de Cl/Cd polaires van het profiel SD7037 bij verschillende Re getallen.
In deze figuur is te zien dat bij een Re getal van 70.000 de weerstand op sommige stukken in de grafiek al 2x zo hoog is als bij een Re van 200.000. Bij nog lagere Re getallen nemen de prestaties snel nog verder af.
De moraal
Ik hoop dat het begrip ‘Reynolds getal’ wat duidelijker is geworden. Wat belangrijk is om te weten is dat de grootte en snelheid van je model van grote invloed zijn op de prestaties en vliegeigenschappen, omdat de lucht bij een klein / langzaam model anders stroomt dan bij een groot / snel model. Het getal van Re is een ‘maat’ waar je die stromingseigenschappen een beetje mee kan inschatten.
Definitie
Het Reynoldsgetal geeft de verhouding aan tussen viskeuze krachten en traagheidskrachten in een stroming. Het geeft aan hoe ‘stroperig’ de stroming is. Die stroperigheid (viscositeit) is afhankelijk van een aantal factoren en is van grote invloed op het gedrag van de luchtstroming.
De formule: Re = p x V x L / µ
(p is eigenlijk een Griekse rho, maar die kan ik niet weergeven)
Re = Reynolds getal
P (rho) = luchtdichtheid
V = snelheid van de stroming
L = lengte van het object in de stroming, voor aerodynamische berekeningen wordt hier normaal de lengte van de vleugelkoorde gebruikt
µ (mu) = dynamische viscositeit van de vloeistof (in ons geval lucht)
Deze vergelijking levert een dimensieloos getal op.
Het Reynoldsgetal voor luchtstromingen op zeeniveau kan worden benaderd met de formule:
Re = V x L x 70.000
V = snelheid in m/s
L = lengte in meters
Een stroming over een vleugel met een koorde van 0,5 meter en een snelheid van 10 m/s heeft dus een Reynoldsgetal van ca 0,5 x 10 x 70.000 = 350.000.
Wat belangrijk is om te weten is dat een groter model een hoger Re geeft bij een gegeven snelheid, en dat een sneller model een hoger Re getal heeft bij een gegeven grootte.
Grenslaag
Voor ik verder ga over het Re getal eerst iets over de grenslaag in een stroming.
De grenslaag is het gebied vlakbij de vleugel waarbij de snelheid van een stroming verminderd wordt door wrijving met het vleugeloppervlak. Op het vleugeloppervlak zelf is de snelheid van de lucht 0, om daarboven snel op te lopen naar de snelheid van de omstromende lucht.
De grenslaag kan 2 verschijningsvormen hebben. In een laminaire grenslaag bewegen alle luchtdeeltjes min of meer evenwijdig aan elkaar. In een turbulente grenslaag bewegen de luchtdeeltjes veel chaotischer en kris-kras door elkaar.
Een laminaire grenslaag heeft voor- en nadelen. Het voordeel van een laminaire grenslaag is dat de wrijving van de luchtstroming op de vleugel, de wrijvingsweerstand, minder is dan bij een turbulente grenslaag. Een groot nadeel is dat een laminaire stroming veel makkelijker en eerder loslaat van het vleugeloppervlak. Dat is niet lekker voor de overtrekeigenschappen. Zelfs bij lage invalshoeken van de vleugel kan op het oppervlak plaatselijk loslating voorkomen, waarna de stroming later weer aan gaat liggen. Dit veroorzaakt een zgn. laminaire loslaatblaas. Deze loslaatblaas verstoort de drukverdeling om de vleugel en zorgt voor verminderde prestaties.
Reynoldsgetal en grenslaag
Een stroming over een vleugel begint altijd met een laminaire grenslaag. Na een zeker afstand gaat wordt de grenslaag vanzelf turbulent. De plaats waar dit gebeurt hangt af van o.a. de drukverdeling rond de vleugel, de gladheid van het oppervlak en het Reynoldsgetal. Hoe lager het Re getal, hoe langer de grenslaag laminair blijft. Een grenslaag die over een groot deel van de vleugel laminair is vergroot dus de kans op vervelende loslating van de stroming. Een stroming met een hoog Re getal heeft daar veel minder last van omdat de grenslaag eerder turbulent wordt, en een turbulente stroming blijft makkelijker aanliggen aan de vleugel.
Een model dat vliegt bij lage Reynolds getallen (lees: klein en langzaam) kan last hebben van ongewenste loslating van de stroming (gehele loslating = overtrek, of een loslaatblaas). Een manier om dit te voorkomen is het geforceerd turbulent maken van de grenslaag. Dit kan door een verstoring op de vleugel aan te brengen, een zgn. turbulator. Dat kan tape zijn, een dun reepje schuurpapier of speciaal zigzag-tape. Door deze verstoring aan te brengen voor het punt waar de laminaire loslating optreedt kan de loslating soms voorkomen worden. Hiermee kunnen de vliegeigenschappen of de prestaties van het model (glijhoek, daalsnelheid) soms duidelijk verbeterd worden. De toename van de wrijvingsweerstand (een turbulente grenslaag heeft meer wrijvingsweerstand dan een laminaire grenslaag) en de schadelijke weerstand van de turbulator zelf worden bij een juiste plaatsing meer dan goed gemaakt door het voorkomen van (plaatselijke) loslating van de stroming. Een turbulator wordt toegepast voor het verbeteren van de eigenschappen bij lage snelheden (dan vlieg je met laag Re getal en hoge invalshoek). Voor het vliegen bij hoge snelheden (hoog Re getal en kleine invalshoek) is een turbulator over het algemeen niet nodig. Turbulatoren worden dan ook voornamelijk toegepast op zweefvliegtuigen, omdat die relatief lange tijd langzaam vliegen.
Reynoldsgetal en prestaties
Over het algemeen geldt dat bij toenemend Re getal de prestaties van een vliegtuig toenemen. Dit komt o.a. doordat bij hogere Re getallen de grenslaag dunner wordt (relatief t.o.v. de koorde). Beneden een bepaald Re getal nemen de prestaties van een profiel ineens duidelijk af. Dit wordt het kritische Re getal genoemd voor dat profiel. Onder dat Re getal gaan vervelende laminaire effecten optreden. Het kritisch Re getal is per profiel verschillend, het ene profiel blijft bij veel lagere Re getallen fatsoenlijk presteren dan een ander profiel.
Ter illustratie hieronder de Cl/Cd polaires van het profiel SD7037 bij verschillende Re getallen.
In deze figuur is te zien dat bij een Re getal van 70.000 de weerstand op sommige stukken in de grafiek al 2x zo hoog is als bij een Re van 200.000. Bij nog lagere Re getallen nemen de prestaties snel nog verder af.
De moraal
Ik hoop dat het begrip ‘Reynolds getal’ wat duidelijker is geworden. Wat belangrijk is om te weten is dat de grootte en snelheid van je model van grote invloed zijn op de prestaties en vliegeigenschappen, omdat de lucht bij een klein / langzaam model anders stroomt dan bij een groot / snel model. Het getal van Re is een ‘maat’ waar je die stromingseigenschappen een beetje mee kan inschatten.
Laatst bewerkt door een moderator:
.
