Calculé que los Flyer I y II (1903-04) de los hermanos Wright tenían poca potencia. ¿Existen mejores coeficientes (de arrastre, sustentación) que los de Culick?

Basado en lo que dijeron los hermanos Wright en algunas cartas y dos artículos (todos los extractos relevantes se han adjuntado a esta publicación), y también utilizando los datos experimentales en el estudio "AERODINÁMICA, ESTABILIDAD Y CONTROL DEL VOLADOR WRIGHT DE 1903 - Fig. 12 Lift and Drag of the 1903 Flyer" de Fred Culick (1984) , llegué a la conclusión de que tanto el Flyer I como el II tenían muy poca potencia y no podrían haber alcanzado las velocidades aéreas reclamadas por los hermanos Wright. ¿Existen obras mejores que las de Culick con coeficientes de arrastre y sustentación más precisos?

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Estos son mis calculos:

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Fragmentos, de cartas y artículos de los Wright, relevantes para la pregunta:

1904-03-14 , W. Wright, “Carta a O. Chanute”, Dayton, 14 de marzo de 1904 “Estamos trabajando arduamente para prepararnos para la primavera. Las nuevas máquinas serán del mismo tamaño que la anterior pero pesarán un poco más, 800 lbs. probablemente. Al engranar el motor para que funcione un poco más rápido, no solo soportaremos el peso adicional, sino que tendremos suficiente excedente para aumentar la velocidad a unas 40 millas por hora”.

1904-05-20 , W. Wright, “Carta a O. Chanute”, Dayton, 20 de mayo de 1904. “Nuestras pruebas en interiores de la maquinaria muestran excelentes resultados. Con los mismos tornillos que usamos el año pasado conseguimos un aumento de velocidad de 50 vueltas por minuto, lo que indica un aumento de potencia de más de la mitad. Esto se debe en parte al engranaje del motor para que funcione a mayor velocidad por vuelta de tornillo, y en parte al aumento de la eficiencia del propio motor”.

1904-06-14 , W. Wright, “Carta a O. Chanute”, Dayton, 14 de junio de 1904, 1 página. “Esta máquina es completamente nueva, incluido el motor y la maquinaria. Estamos usando los tornillos viejos”.

1904-12-21 , Orville Wright, “Carta a Carl Dienstbach”, 21 de diciembre de 1904, 2 páginas. “Los dos vuelos más largos de la temporada se realizaron el 9 de noviembre y el 1 de diciembre. En cada uno de estos vuelos dimos casi cuatro vueltas completas y cubrimos una distancia de poco más de cuatro kilómetros y medio, a una velocidad de unas 35 millas por hora. En el vuelo del 9 de noviembre un peso de 50 lbs. (barras de hierro) además del peso del operador; en el vuelo del 1 de diciembre, 70 lbs.”

1907 , Wilbur y Orville Wright, "Las relaciones de peso, velocidad y potencia de los voladores", Navegando el aire - Una declaración científica del progreso de la ciencia aeronáutica hasta el momento actual - Por el Aero Club of America, Londres, Heinemann , 1907, Impreso en Nueva York, EE. UU., págs. 6-12. “EL volante de 1903 llevaba un motor de gasolina de cuatro cilindros de cuatro pulgadas de diámetro y cuatro pulgadas de carrera. Completo con magneto, radiadores, tanques, agua, combustible, etc., el motor pesaba un poco más de 200 libras; y a 1200 revoluciones por minuto, desarrolló 16 caballos de fuerza durante los primeros 15 segundos después de arrancar. Después de un minuto o dos, la potencia no superaba los 13 o 14 caballos de fuerza. A 1020 revoluciones por minuto, la velocidad del motor en los vuelos en Kitty Hawk el 17 de diciembre de 1903, desarrolló alrededor de 12 caballos de fuerza.El volante de 1904 estaba equipado con un motor similar al primero, pero con un diámetro de 1/8 de pulgada más grande. Este motor a 1500 revoluciones por minuto desarrolló 24 caballos de fuerza durante los primeros 15 segundos, pero solo 16 a 17 caballos de fuerza después de unos minutos de funcionamiento. Completo con agua, combustible y otros accesorios, pesaba 240 libras. El mismo motor, con algunas modificaciones en el dispositivo de engrase y el carburador, se usó en todos los vuelos de 1905. Una prueba de su potencia realizada poco después de los vuelos de octubre de 1905, reveló una ganancia de 3 caballos de fuerza sobre las pruebas. hecho justo antes de montarlo en el volante en 1904. Esta ganancia se atribuye a la mayor suavidad de los cilindros y pistones producida por el desgaste. La pequeña producción de estos motores se debió a la falta de experiencia en la construcción de motores de gasolina. … Una comparación de los volantes de 1903, 1904,El volante de 1903 pesaba, completo con operador, 745 lbs. Su vuelo más largo fue de 59 segundos de duración con una velocidad de 30 millas por hora y un gasto de 12 caballos de fuerza. El volante de 1904 pesaba alrededor de 900 libras, incluida una carga de 70 libras. en barras de hierro. Se mantuvo una velocidad de más de 34 millas por hora durante una distancia de 3 millas con un gasto de 17 caballos de fuerza.El volante de 1905 pesaba, incluida la carga, 925 libras. Con un gasto de 19 a 20 caballos de fuerza recorrió más de 24 millas a una velocidad de más de 38 millas por hora. Los vuelos de 1904 y 1905 habrían sido un poco más rápidos si se hubieran hecho en línea recta, como lo fueron los de 1903. En 1903, 62 lbs. por caballo de fuerza se llevaban a una velocidad de 30 millas por hora; en 1904, 53 libras. a 34 millas por hora; y en 1905, 46 libras. a 38 millas por hora. Se notará que el peso transportado por caballo de fuerza es casi exactamente en proporción inversa a la velocidad, como exige la teoría: cuanto mayor sea la velocidad, menor será el peso transportado por caballo de fuerza. Dado que los volantes se pueden construir con aproximadamente la misma eficiencia dinámica para todas las velocidades de hasta 60 millas por hora, un volante diseñado para transportar un peso total de 745 lbs. a 20 millas por hora requeriría sólo 8 caballos de fuerza, o dos tercios de la potencia necesaria para 30 millas por hora. A 60 millas serían necesarios 24 caballos de fuerza, el doble de lo que se requiere para llevar el mismo peso a 30 millas por hora. A 120 millas por hora, probablemente se necesitarían de 60 a 75 caballos de fuerza, y el peso transportado por caballo de fuerza sería de solo 10 o 12 libras. A tan alta velocidad, la resistencia del cuerpo del operador y del motor es un factor formidable, que consume 64 veces más caballos de fuerza que a 30 millas por hora. A velocidades inferiores a 60 millas por hora, esta resistencia es casi insignificante”. y el peso transportado por caballo de fuerza sería solo de 10 o 12 libras. A tan alta velocidad, la resistencia del cuerpo del operador y del motor es un factor formidable, que consume 64 veces más caballos de fuerza que a 30 millas por hora. A velocidades inferiores a 60 millas por hora, esta resistencia es casi insignificante”. y el peso transportado por caballo de fuerza sería solo de 10 o 12 libras. A tan alta velocidad, la resistencia del cuerpo del operador y del motor es un factor formidable, que consume 64 veces más caballos de fuerza que a 30 millas por hora. A velocidades inferiores a 60 millas por hora, esta resistencia es casi insignificante”.

1908-09 , Orville y Wilbur Wright, “The Wright Brothers' Aeroplane”, The Century Magazine, Nueva York, septiembre de 1908, vol. LXXVI, No. 5, págs. 641-650 (págs. 648-649). “ Nuestras primeras hélices, construidas enteramente a partir de cálculos, daban en trabajo útil el 66 por ciento de la potencia gastada. Esto fue aproximadamente un tercio más de lo que habían asegurado Maxim o Langley”.

Volante I, 17 de diciembre de 1903Flyer I, Kitty Hawk, Carolina del Norte, 17 de diciembre de 1903.

Los voladores de Wright en Kitty Hawk pueden haber sido ayudados un poco por el aumento del flujo de aire de la brisa marina contra las dunas. Sin duda, tenían una potencia marginal, teniendo en cuenta que un aumento en AOA de 5 a 10 grados podría más que duplicar el coeficiente de resistencia. Uno puede ver cómo una velocidad aerodinámica ligeramente más alta (AOA más bajo para la misma sustentación) fue una ventaja. No es de extrañar que diseñaran sus aviones para que "se desplomaran" cuando se "paralizaran". Véase Gustave Whitehead , otro de los primeros pioneros.
Creo que los Wright hicieron un gran esfuerzo para asegurarse de que los vuelos motorizados estuvieran en terreno plano; No creo que se hayan beneficiado del levantamiento de pendientes.
"El avión de 1903 fue superado considerablemente si vamos a confiar en los resultados del artículo que cité". -- ¿Quería escribir "poco poder"?
@quietflyer, citó un texto escrito por otra persona, en su respuesta. Concluyó, según los datos que encontró, que Flyer I fue dominado.

Respuestas (2)

Los resultados de una prueba realizada el 21 de noviembre de 1903 no coinciden con las medidas del túnel de viento de 1999. La discrepancia es enorme. Los hermanos Wright y la gente de la NASA probaron aviones y hélices muy diferentes; de lo contrario, los datos experimentales informados habrían coincidido bien.

No estoy de acuerdo con que los experimentos de 1999, en el modelo de tamaño completo del avión de 1903, dieron medidas más precisas que las obtenidas por Fred Culick y reportadas en 1984.

De los resultados de la prueba del túnel de viento Wright Flyer de 1903 a gran escala del Centro de Investigación Ames de la NASA - 1999 , página 18:

En el túnel de viento, la hélice reproducida no alcanzó la condición de prueba T=D @ 28 mph cuando operaba a la velocidad máxima permitida de 340 RPM. Estos datos están siendo analizados

La misma presentación, en la página 10, contiene una medida para R PAG METRO = 340 demostración C D = 0.035 y C L = 0,66 (Extraje estos valores precisos del diagrama usando una herramienta de software especial).

La resistencia mínima a 28 mph debería haber sido:

D = W C D C L = 745 yo b F 0.035 0,66 = 39.50 yo b F ,   ( V a i r = 28 metro pag h , R PAG METRO = 340 )

PAG 340 R PAG METRO ,   28 metro pag h = V a i r D η = 4.47 h pag ,   η = 0,66
Del cuaderno de 1903 de Orville Wright:

Sábado, 21 de noviembre Después de muchos intentos de sujetar las ruedas dentadas, finalmente lo logramos al rellenar las roscas con cemento para neumáticos. El motor funcionó de manera muy irregular, sacudiendo las cadenas y sacudiendo terriblemente la máquina. Descubrimos que el problema estaba en la alimentación de gasolina, y después de arreglar la válvula para que la vibración no pudiera cambiarla, no tuvimos más problemas de esa fuente. La primera prueba de velocidad fue 306 rev. tornillo a minuto (309 en 60½ seg). Un cilindro hizo solo unas pocas explosiones durante la prueba. En la siguiente prueba obtuvimos 333 rev. en 60 seg. Después de la cena nos dispusimos a medir el empuje apoyando los patines centrales sobre rodillos y sujetando un extremo de la máquina, mientras atábamos una cuerda al otro extremo, que pasaba sobre una polea y transportaba una caja de arena de 50 libras. Además de levantar la arena conseguimos un tirón adicional de 16 a 18 libras en la balanza, lo que hizo que el empuje total de los tornillos fuera de 132 a 136 libras, a una velocidad de 350 revoluciones por minuto. Nuestra confianza en el éxito de la máquina es ahora mayor que nunca. El clima de hoy fue cálido y agradable con viento de 6 a 8 metros del noreste.

Orville Wright dice que en un viento de 6 a 8 metro / s (Voy a tomar V a i r = 7 metro / s = 15.69 metro pag h en promedio), en R PAG METRO = 350 , los Wright recibieron el impulso:

T = 132   t o   136 yo b F ,   ( V a i r = 15.69 metro pag h , R PAG METRO = 350 )
Es cierto, hay una diferencia de 10 R PAG METRO entre la prueba descrita por Orville y la realizada en el túnel de viento pero esto no puede explicar la enorme diferencia entre el empuje obtenido por los hermanos Wright T metro i norte = 132 yo b F , que habría aumentado aún más en V a i r = 28 metro pag h , y la del grupo de experimentadores, en las instalaciones de la NASA, que evidentemente fue T < 39.50 yo b F .

Solo PAG = 4.47 h pag volar un 745 yo b avion en 28 metro pag h parece poco realista.

1. He encontrado este artículo:

The Wilmington Messenger, Wilmington, Carolina del Norte, 26 de mayo de 1904, col. 1, pág. 6.

Elizabeth City Economist: un caballero que visita esta ciudad y cuyo hogar está en Kitty Hawk, es responsable de la afirmación de que los hermanos Wright, famosos en aeronaves, regresarán a Kitty Hawk en un futuro cercano y reanudarán el trabajo en su monstruo aéreo. Según este señor, la aeronave nunca se ha quitado de Kitty Hawk y casi todas las entrevistas publicadas en los periódicos de Norfolk han sido erróneas a este respecto. Este caballero ha ayudado a los Wright en todo su trabajo y tiene una supervisión general de su propiedad durante su ausencia. Él dice que no han completado el barco y que regresarán en algún momento dentro del próximo mes y reanudarán su trabajo. Hay una historia actual de que completarán el barco y harán el viaje desde aquí a St. Louis en algún momento de este otoño.

El texto se publicó (¡qué casualidad!) el mismo día 26 de mayo de 1904, cuando los hermanos Wright volaron el Flyer II, cerca de Dayton, por primera vez. El artículo dice que según un hombre que trabajó para ellos y se ocupó de las cosas que dejaron en Kitty Hawk, los dos inventores no habían terminado el Flyer I. En conclusión, ¡esta máquina no voló el 17 de diciembre de 1903!

2. Volviendo a la pregunta, sí, hay mejores datos experimentales que los de Fred Culick. Se pueden encontrar en el artículo: "Resultados de la prueba del túnel de viento Wright Flyer de 1903 a escala completa del Centro de Investigación Ames de la NASA", del cual extraje los siguientes diagramas:

ingrese la descripción de la imagen aquí Folleto I 1903 - Datos del túnel de viento - Efectos del poder

Como se puede ver en los diagramas de arriba, para 300 RPM, si C D = 0.06 entonces C L = 0.7 , y usando las fórmulas dadas en la pregunta, resulta que la potencia que necesitaba el Flyer I, el 17 de diciembre de 1903, era solo PAG 300 = 7.74 h pag , que es ridículamente bajo. Para 340 RPM, a C D = 0.04 ( C L = 0.7 ), la potencia necesaria habría sido sólo PAG 340 = 5.16 h pag .

El avión de 1903 fue superado considerablemente si hemos de confiar en los resultados del artículo que cité.

(El peso del avión se tomó como W = 745 yo b F , velocidad V = 30 metro pag h , eficiencia de las hélices 0,66 )

Como nota: todas las pruebas experimentales con modelos de varios tamaños, que representan Flyer I, tienen como fuente principal de datos la réplica de 1916 construida por Orville Wright, no el original de 1903.

Los números de Robert the Reynolds de los modelos eran ligeramente inferiores a los de los Flyers "reales", que rondaban entre 1 y 2 millones a 20-40 mph (9-18 m/s con una cuerda de 2 metros). Esto está justo en el rango (desde los polares) donde los números de Reynolds más altos darán relaciones Cl/CD mucho más favorables, especialmente en ángulos de ataque más bajos. El trabajo de los Wright desde el vuelo de cometas y los túneles de viento realmente valió la pena, aunque apenas.
Sí, el flujo de aire de apoyo ayudó.
"En conclusión, esta máquina no voló el 17 de diciembre de 1903" --!!
Las mediciones de Fred Culick y las del grupo AIAA concuerdan para el caso en que las hélices no funcionaron: "Las comparaciones (sin hélices) con pruebas anteriores en túnel de viento de modelos más pequeños mostraron una concordancia bastante estrecha" (ver: wrightflyer.org/wp-content/ uploads/2012/10/… página 16).
Calculé que los Flyer I y II (1903-04) de los hermanos Wright tenían poca potencia. ¿Existen mejores coeficientes (de arrastre, sustentación) que los de Culick?
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