Стрелка

Положительная стреловидность крыла

Развертки оценивает угол между крылом и самолета поперечной оси в горизонтальной проекции . Если она измеряется на передней кромке крыла, она называется стреловидностью передней кромки, для задней части аналогична стреловидности задней кромки, от корня крыла к задней части она является положительной. Стреловидность влияет на многие летные характеристики, особенно в диапазоне высоких скоростей.

Short Brothers построили Short-Dunne 5 в 1910 году, первый в мире самолет со стреловидным крылом. В 1929 году летающее крыло самолета на Александра Лео Soldenhoff вылетел с сильно стреловидным крылом.

Первые идеи положительной стреловидности крыла в связи со сверхзвуковым полетом были разработаны Адольфом Буземаном в 1935 году; Конкретные исследования в аэродинамической трубе и заявки на патенты были сделаны в 1939 году Альбертом Бетцем и его коллегами из Института аэродинамических исследований .

Положительная стрелка

Никакая стреловидность или слегка положительная стреловидность являются нормой для современных самолетов, передняя и задняя кромки крыльев могут быть отведены назад. Каждое крыло имеет определенное удлинение , то есть отношение размаха к средней глубине крыла. В концепции стреловидности сначала рассмотрим постоянное поперечное сечение крыла с бесконечным размахом.

Постоянное поперечное сечение крыла

Рис.1: Распределение скоростей

Рис.2: Изогнутые линии тока на стреловидном крыле.

Рис. 3: Распределение давления чисто двухмерного расчета в нормальном сечении (красный) по сравнению с преобразованным распределением давления в профильном сечении (зеленый).

Мы представляем себе крыло с положительной стрелкой, направленной назад, которое везде имеет одинаковое поперечное сечение и неограниченный размах. Это крыло не заострено , поэтому нет никаких эффектов вблизи фюзеляжа или законцовки крыла. Передняя кромка крыла, задняя кромка и линия на четверти глубины крыла параллельны, а три угла стреловидности одинаковы. Скорость воздушного потока можно разбить на составляющую, перпендикулярную кромке крыла, и составляющую по касательной (рис. 1), при этом тангенциальная составляющая не влияет на воздушный поток. ${\ displaystyle \ phi}$${\ displaystyle U _ {\ infty}}$${\ displaystyle U_ {n}}$${\ displaystyle U_ {t}}$

Обтекание крыла можно показать с помощью одного вертикального сечения. На рис. 2 показаны изогнутые линии потока, пересекающие поверхность среза и давление воздуха в цвете. Параметры потока в плоскости среза трехмерны, но зависят только от двух переменных: высоты над нижней кромкой крыла и глубины относительно поперечного сечения крыла.

Поскольку меньше, чем , подъемная сила, градиент подъемной силы и сопротивление давлению уменьшаются по сравнению с крылом без стреловидности. Эти свойства от наклонного потока к краю крыла с углом скольжения называются эффектами бета-косинуса. У стреловидного крыла волновое сопротивление также уменьшается больше, чем подъемная сила. Это увеличивает качество скольжения крыла и критическое число Маха при трансзвуковом обтекании . ${\ Displaystyle \ textstyle U_ {п} = U _ {\ infty} \, \ соз \ phi}$${\ displaystyle \ textstyle U _ {\ infty}}$ ${\ displaystyle \ beta}$

Поперечные вихри приводят к нестабильности, так как ламинарное состояние на стреловидном крыле переходит в турбулентное. Влияние двумерной волны Толлмина-Шлихтинга отходит на второй план.

Конечное растяжение

На реальном крыле конечной длины стреловидность изменяет распределение подъемной силы. В начале 20 века братья Хортен описывали это как эффект центра .

• Положительная стреловидность > 0 приводит к увеличению подъемной силы во внешней области и уменьшению корневой части крыла.${\ displaystyle \ phi}$
• Отрицательная стрелка <0 наоборот увеличивает подъемную силу во внутренней области.${\ displaystyle \ phi}$

Деформация распределения подъемной силы увеличивает индуцированное сопротивление. Это может компенсировать измененная хорда крыла.

Позитивный прокатились крыла ведут с одной стороны , к увеличению курсовой устойчивости и к положительному нажимным рулонному моменту . Недостатки заключаются в характеристиках отрыва, поскольку c _{a max} достигается сначала на законцовке крыла. Кабина происходит сначала в зоне элеронов , а также на «задней» части крыла. Второй отрицательный эффект - это поток материала пограничного слоя в направлении законцовки крыла, который приводит к утолщению пограничного слоя и большей тенденции к его отслоению. Подходящими средствами противодействия являются ограждения пограничного слоя , зубья пилы на передней кромке крыла (см. F-4 Phantom II ), скручивание крыла и адаптация профиля.

Настоящие крылья демонстрируют локальное сужение линий с одинаковым давлением у основания крыла и вблизи дуги. Поскольку изобары расположены по причинам симметрии у основания крыла, перпендикулярного плоскости симметрии. Настоящее крыло, таким образом, теряет преимущества стреловидности в этих областях. Чтобы компенсировать это, реализована концепция «прямых изобар». Форма профиля адаптирована таким образом, чтобы на всем пролете достигается прямая изобара.

Наконец, крыло с положительной стреловидностью имеет небольшую чувствительность к порывам, поскольку уменьшенное увеличение подъемной силы прямо пропорционально нагрузке порыва. Стрелка на крыле может быть изменяемой, отдельные секции крыла могут иметь разную стрелку.

Отрицательная стрелка

Поток воздуха на крыльях отрицательной и положительной стреловидности на примере Grumman X-29

С начала практического использования стрелки встречаются также конструкции с отрицательной стрелкой. Как показано на рисунке, воздушный поток в этой геометрии крыла движется вниз по корпусу , а не от корпуса, как в обычных конструкциях. Это позволяет потоку воздуха на законцовках крыла и на управляющих поверхностях быть намного медленнее, прежде чем поток прервется ( сваливание , англ. Сваливание ) и потеря подъемной силы . Это обеспечивает исключительную маневренность, когда крылья и рули расположены под крутым углом к ​​воздушному потоку. Самолет имеет достаточный воздушный поток над рулями направления и рулем высоты руля высоты даже на малых скоростях полета . Следовательно, теоретически такая геометрия крыла будет подходить для очень маневренных перехватчиков .

В годы Второй мировой войны исследования проводились на самолетах с отрицательной стреловидностью крыла. Однако материальные нагрузки были слишком высоки для практического использования. Совсем недавно появились композитные волокна для крыльев с отрицательной стреловидностью, которые могут выдерживать высокие скручивающие и поперечные силы.

Планеры с такой геометрией крыла в основном двухместные. На протяжении десятилетий корень крыла, то есть соединение с фюзеляжем, был сдвинут назад, так что второе сиденье можно было разместить перед лонжероном .

Примеры

Грумман Х-29

Передняя и задняя кромки крыльев отрицательно стреловидны:

• Cornelius XFG-1 , бесщеточный грузовой планер
• DFS 42 , испытательный планер
• FTAG Esslingen E11 , двухместный планер для исследования экстремальной стреловидности.
• Grumman X-29 , экспериментальный самолет
• HFB 320 , бизнес-джет
• Junkers Ju 287 , прототип бомбардировщика
• Советский экспериментальный бомбардировщик EF 140 , прототип
• САТ СР-10 , прототип, учебно-тренировочный реактивный самолет
• Schleicher ASK 13 , планер
• Schleicher K 7 , планер
• Сухой Су-47 , экспериментальный самолет .

использовать

Шлиренское фото модели с прямым крылом на скорости 1,2 Маха. Хорошо видно заклинивание передней кромки крыла.

Шлиренское фото модели со стреловидным крылом на скорости 1,2 Маха. На передней кромке крыла нет заклинивания.

Оптимальная стреловидность крыла зависит от ожидаемой скорости воздушного потока вокруг крыла. Здесь должен быть найден компромисс между высокой подъемной силой на низких скоростях для взлета (низкая стреловидность) и низким сопротивлением потоку и низкой турбулентностью на крейсерской скорости (сильная стреловидность), с целью обеспечения ламинарного потока воздуха по всем рулевым поверхностям в целом. ожидаемые полетные позиции достигаются. Если вы изобразите давление воздуха и связанные с ним скорости в системе координат, вы получите воображаемую область внутри линий, в которой можно безопасно использовать самолет. Эта огибающая , известная как огибающая полета , различается для каждой модели самолета и, наряду со многими другими факторами, в решающей степени зависит от геометрии крыла и, следовательно, от стреловидности.

Чтобы упростить ситуацию, применяются два принципа: самолеты, которые в основном летают на малых высотах и ​​на малых скоростях, должны быть оборудованы без стреловидности. Коммерческие самолеты, которые перемещаются в околозвуковом режиме на больших высотах и летают в диапазоне средних скоростей на уровне моря, отмечены средней стрелкой.

литература

• Адольф Буземанн : Аэродинамический подъем на сверхзвуковой скорости. Лекция на 5-й конференции Вольта в Риме, 1935 г.
• Эрнст Гётч: Авиационная техника. Motorbuchverlag, Штутгарт 2009, ISBN 978-3-613-02912-5 .

Сноски

1. ↑ Александр Зольденхофф…. построил самолет с летающим крылом в Беблингене с 1930 по 1932 год (20 месяцев) , Böblingen Airport Stories
2. ↑ Вернер Хайнцерлинг: Стреловидность крыла и правило площади, два основных немецких патента на аэродинамику самолетов , Мюнхен без года (Немецкий музей). онлайн (PDF; 10 МБ)
3. ↑ Фотография FTAG E11 Акафлига HS Esslingen

веб ссылки

• Вернер Хайнцерлинг: Стреловидность крыла и линейная линейка (PDF; 10 МБ)