.png/1280px-Gurney_flap_(NASA_technical_memorandum).png)
Закрылок Герни (или wickerbill ) — это небольшая защелка, выступающая из задней кромки крыла. Обычно она устанавливается под прямым углом к поверхности нагнетательной стороны аэродинамического профиля [ 2] и выступает на 1–2% от хорды крыла . [3] Это устройство задней кромки может улучшить характеристики простого аэродинамического профиля почти до того же уровня, что и сложная высокопроизводительная конструкция. [4]
Устройство работает за счет увеличения давления на стороне давления, уменьшения давления на стороне всасывания и помощи потоку пограничного слоя оставаться прикрепленным к задней кромке на стороне всасывания аэродинамического профиля. [5] Обычно применяется в автогонках , горизонтальных стабилизаторах вертолетов и самолетах, где важна высокая подъемная сила , например, в самолетах -буксировщиках баннеров . [6]
Он назван в честь своего изобретателя и разработчика, американского гонщика Дэна Герни . [7] [8]
Первоначальное применение, впервые предложенное иконой американского автоспорта Дэном Герни (которого также бросил на это американский гонщик Бобби Ансер ), представляло собой прямоугольный кусок листового металла, жестко закрепленный на верхней задней кромке заднего крыла на его гоночных автомобилях с открытыми колесами начала 1970-х годов. Устройство было установлено направленным вверх, чтобы увеличить прижимную силу, создаваемую крылом, улучшая сцепление . [5] Он провел полевые испытания и обнаружил, что оно позволяет автомобилю проходить повороты на более высокой скорости, а также достигать более высокой скорости на прямых участках трассы. [9]
Первое применение закрылка было в 1971 году, [10] после того, как Гурни ушел из гонок и начал управлять своей собственной гоночной командой на постоянной основе. Его гонщик Бобби Ансер тестировал новый автомобиль Лена Терри, разработанный в раннем CAD/CAM, на гоночной трассе Phoenix International Raceway и был недоволен поведением автомобиля на трассе. Гурни нужно было что-то сделать, чтобы восстановить уверенность своего водителя перед гонкой, и он вспомнил эксперименты, проведенные в 1950-х годах некоторыми гоночными командами со спойлерами , прикрепленными к задней части кузова для устранения подъемной силы (на том уровне развития спойлеры не рассматривались как потенциальные усилители производительности, а просто как устройства для устранения дестабилизирующей и потенциально смертельной аэродинамической подъемной силы). Гурни решил попробовать добавить «спойлер» к верхней задней кромке заднего крыла. [11] Устройство было изготовлено и установлено менее чем за час, но тестовые круги Ансера с измененным крылом прошли с таким же плохим временем. Когда Ансеру удалось поговорить с Герни по секрету, он рассказал, что время круга с новым крылом замедлилось, поскольку теперь оно создавало так много прижимной силы , что машина теряла управляемость . Все, что требовалось, — это сбалансировать это, добавив прижимную силу спереди. [12]
Ансер сразу понял ценность этого прорыва и хотел скрыть его от конкурентов, включая своего брата Эла . Не желая привлекать внимание к устройствам, Гурни оставил их на виду. [13] Чтобы скрыть свои истинные намерения, Гурни обманул любопытных конкурентов, сказав им, что притупленная задняя кромка предназначена для предотвращения травм и повреждений при толкании автомобиля вручную. Некоторые скопировали дизайн, а некоторые даже попытались улучшить его, направив закрылок вниз, что на самом деле ухудшило производительность. [14]
Гурни смог использовать устройство в гонках в течение нескольких лет, прежде чем стало известно его истинное предназначение. Позже он обсудил свои идеи с аэродинамиком и конструктором крыльев Бобом Либеком из Douglas Aircraft Company . Либек испытал устройство, которое он позже назвал «закрылком Герни», и подтвердил результаты полевых испытаний Гурни, используя закрылок с хордой 1,25% на симметричном профиле Ньюмана. [15] Его статья AIAA 1976 года (76-406) «О проектировании дозвуковых профилей для высокой подъемной силы» представила эту концепцию сообществу аэродинамиков. [16]
Гурни передал свои патентные права компании Douglas Aircraft, [12] но устройство не было запатентовано, поскольку оно было по существу похоже на подвижный микрозаслонку, запатентованный Э. Ф. Запаркой в 1931 году, за десять дней до рождения Гурни. [12] [17] Аналогичные устройства были также испытаны Грушвицем и Шренком [18] и представлены в Берлине в 1932 году. [19]
Закрылок Герни увеличивает максимальный коэффициент подъемной силы ( C L,max ), уменьшает угол атаки при нулевой подъемной силе (α 0 ) и увеличивает момент тангажа при опускании носа ( C M ), что согласуется с увеличением изгиба аэродинамического профиля. [5] Он также обычно увеличивает коэффициент сопротивления ( C d ), [20] особенно при малых углах атаки, [21] хотя для толстых аэродинамических профилей сообщалось об уменьшении сопротивления. [22] Чистая выгода в общем отношении подъемной силы к лобовому сопротивлению возможна, если размер закрылка будет соответствующим образом подобран на основе толщины пограничного слоя . [23]
Закрылок Герни увеличивает подъемную силу, изменяя условие Кутта на задней кромке. [5] [9] След за закрылком представляет собой пару вращающихся в противоположных направлениях вихрей, которые поочередно сбрасываются в вихревой дорожке фон Кармана . [24] В дополнение к этим вихрям, сбрасываемым по размаху за закрылком, хордовые вихри, сбрасываемые спереди закрылка, становятся важными при больших углах атаки . [6]
Повышенное давление на нижнюю поверхность перед закрылком означает, что всасывание на верхней поверхности может быть уменьшено при сохранении той же подъемной силы. [24]
Закрылки Gurney нашли широкое применение на горизонтальных стабилизаторах вертолетов, поскольку они работают в очень широком диапазоне как положительных, так и отрицательных углов атаки. В одном крайнем случае, при подъеме на большой мощности, отрицательный угол атаки горизонтального стабилизатора может достигать −25°; в другом крайнем случае, при авторотации , он может быть +15°. В результате, по крайней мере, половина всех современных вертолетов, построенных на Западе, имеют их в той или иной форме. [25]
Закрылок Герни был впервые применен к варианту Sikorsky S-76 B, [14] когда летные испытания показали, что горизонтальный стабилизатор от оригинального S-76 не обеспечивает достаточной подъемной силы. Инженеры установили закрылок Герни на перевернутый аэродинамический профиль NACA 2412, чтобы решить проблему без перепроектирования стабилизатора с нуля. [14] Закрылок Герни также был установлен на Bell JetRanger , чтобы исправить проблему угла падения в конструкции, которую было слишком сложно исправить напрямую. [14] [25]
Вертолет Eurocopter AS355 TwinStar использует двойной закрылок Gurney, который выступает из обеих поверхностей вертикального стабилизатора . Это используется для устранения проблемы с реверсированием подъемной силы в толстых секциях аэродинамического профиля при малых углах атаки. [14] Двойной закрылок Gurney уменьшает управляющее воздействие, необходимое для перехода от зависания к прямому полету. [25]
Эти устройства обеспечивали увеличенную область присоединенного потока на верхней поверхности крыла по сравнению с крылом без закрылков.
Одной из возможных технологий является закрылок Gurney, который состоит из небольшой пластины, высотой порядка 1–2% хорды аэродинамического профиля, расположенной на задней кромке перпендикулярно стороне давления аэродинамического профиля.
благодаря правильному использованию закрылков Gurney аэродинамические характеристики простого в конструкции, легкого в изготовлении аэродинамического профиля могут быть достигнуты на практике так же, как и характеристики современного, высокопроизводительного, сложного дизайна.[ постоянная мертвая ссылка ]
Гонщик Дэн Герни использовал этот закрылок для увеличения прижимной силы и, таким образом, тяги и потенциальных скоростей поворота, создаваемых перевернутыми крыльями на его гоночных автомобилях.
...прерывистое сброс жидкости, циркулирующей в полости перед закрылком, становится более последовательным с увеличением угла атаки.... Сравнение потока вокруг конфигураций "заполненного" и "открытого" закрылка показало, что [это] отвечает за значительную часть общего прироста подъемной силы.
Либек заявил, что испытания гоночного автомобиля Дэном Герни показали, что транспортное средство имело увеличенную скорость на поворотах и прямой, когда закрылок был установлен на заднем крыле.
И я вспомнил, как много времени проводил с этими маленькими накладками сзади, или спойлерами и т. д., и я подумал про себя – ну, интересно, будет ли что-то работать на крыле? У нас уже были крылья на них в 1971 году. Конечно, это было начало закрылка Герни.
Как только Гурни подтвердил, что они одни, Ансер сказал ему, что задняя часть теперь так хорошо приземлилась, что автомобиль сильно толкает (недостаточная поворачиваемость), отсюда и плохое время на круге.
Дэн сказал мне расслабиться. Оставьте их на виду. Не привлекайте к ним внимания.
Этот обман оказался настолько успешным, что некоторые из его конкурентов прикрепили выступающие вниз выступы, чтобы лучше защитить руки.
Либек провел испытания в аэродинамической трубе эффекта закрылка Gurney высотой 1,25% хорды. Он использовал профиль типа Newman, который имел эллиптический нос и прямой клин для задней части.[ постоянная мертвая ссылка ]
Первые теоретические исследования были опубликованы Либеком, который ввел концепцию устройств задней кромки в аэродинамику самолетов.
Откидные бортики известны еще с 1931 года, когда они были впервые запатентованы компанией Zaparka (США).
Проблема состоит в том, чтобы при посадке создать область турбулентности на нижней стороне крыла вблизи задней кромки с помощью какого-либо препятствия для воздушного потока.
{{cite conference}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка ){{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )При использовании анемометрии с горячей проволокой в спектре колебаний скорости за закрылком Герни отображается тональная составляющая. Это указывает на существование вихревой дорожки фон Кармана.
Одним из критических условий полета является подъем на большой мощности. Отрицательный угол атаки горизонтального стабилизатора может достигать −25°, тогда как в режиме авторотации он может составлять +15°.
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )