stringtranslate.com

Манжета с передним краем

Свисающая манжета передней кромки, установленная на американском самолете AA-1 Yankee в рамках эксперимента НАСА.

Манжета передней кромки — это фиксированное аэродинамическое устройство крыла, используемое на самолетах с фиксированным крылом для улучшения характеристик сваливания и штопора . Манжеты могут быть либо заводской конструкции, либо дополнительной модификацией, устанавливаемой на рынке. [1]

Манжета передней кромки — это модификация передней кромки крыла, обычно слегка свисающее внешнее удлинение передней кромки . В большинстве случаев внешней модификации передней кромки манжета крыла начинается примерно на 50–70% полуразмаха и охватывает внешнюю переднюю кромку крыла. [2]

Основная цель — добиться более постепенного и мягкого начала сваливания без тенденции к выходу из штопора, особенно там, где исходное крыло имеет резкое/асимметричное поведение сваливания [1] [3] с пассивным, неподвижным, недорогим устройством, которое будет иметь минимальное влияние на производительность. Еще одним преимуществом является снижение скорости сваливания с более низкими скоростями захода на посадку и более короткими посадочными дистанциями. Они также могут, в зависимости от расположения манжеты, улучшить управление элеронами на низкой скорости.

Терминология

В технических отчетах по сопротивлению сваливанию/штопору манжеты передней кромки назывались концепцией свисания или свисающей передней кромкой ( DLE ), или модифицированной внешней передней кромкой . [4] В этих отчетах и ​​других отчетах НАСА по тому же объекту [5] выражение «манжета передней кромки» не использовалось.

Другие авторы используют просто «манжета» или «манжета-крыло». [6]

История

В 1970-х и 1980-х годах НАСА руководило программой исследований сваливания/штопора в авиации общего назначения, используя модельные и полномасштабные эксперименты, стремясь найти эффективные средства для улучшения характеристик сваливания/штопора самолетов общей авиации. [7]

Влияние центральной выемки в середине размаха на максимальную подъемную силу крыла было продемонстрировано в 1976 году. [8] После испытаний различных модификаций передней кромки на моделях и полноразмерных самолетах НАСА в конечном итоге выбрало полуразмахную опущенную переднюю кромку (DLE), которая впервые была испытана на американском самолете AA-1 Yankee (1978).

В отчете NASA 1979 года [9] объясняется, что при больших углах атаки разрыв манжеты создает вихрь, который действует как ограждение, не давая отделенному потоку продвигаться наружу. Наклон подъемной силы имеет более плоскую вершину, а угол сваливания задерживается до большего угла. Чтобы достичь больших углов атаки, внешний аэродинамический профиль должен быть опущен, некоторые эксперименты исследовали «преувеличенно» опущенные передние кромки. Физическая причина эффекта манжеты не была четко объяснена. [10]

Некоторые гораздо более старые отчеты давали некоторые похожие результаты. В отчете NACA 1932 года [11] о влиянии щелей на передней кромке различной длины говорилось: «Это признак того, что щелевая часть на каждом конце крыла в некоторой степени работает как отдельное крыло».

Получение более высоких коэффициентов подъемной силы в результате удаления пограничного слоя хорошо известно на пропеллерах (центробежная сила, вызывающая внешнее смещение пограничного слоя), [12] или крыльях (всасывание пограничного слоя). Внутренний вихрь манжеты передней кромки и вихрь законцовки крыла действуют как для удаления пограничного слоя внешней секции крыла, помогая этому виртуальному крылу с низким удлинением достичь более высокого угла сваливания. [13]

Важным моментом является то, что крыло, по-видимому, аэродинамически разделено на две части: внутреннюю часть срыва и внешнюю часть, которая ведет себя как изолированное крыло с малым удлинением, способное достигать большого угла атаки. Резкий разрыв манжеты является ключевым фактором; все попытки постепенного обтекания для подавления вихря и положительные эффекты модификации вновь ввели резкий срыв конца. [14]

Результаты остановки/штопора

Согласно отчету NASA о сваливании/штопоре, «базовые самолеты: AA-1 (Yankee), C-23 (Sundowner), PA-28 (Arrow), C-172 (Skyhawk) входили в штопор в 59–98 процентах преднамеренных попыток входа в штопор, тогда как модифицированные самолеты входили в штопор только в 5 процентах попыток и требовали длительных, усиленных управляющих воздействий или запредельных нагрузок для входа в штопор». [15]

Соотношение сторон крыла и влияние расположения

Наиболее успешные экспериментальные результаты NASA были получены на довольно низком крыле с удлинением 6:1 (Grumman Yankee AA-1), с DLE, размещенным на 57% полуразмаха. Поскольку вихри (внутренняя манжета и законцовка крыла) эффективны на ограниченной длине размаха (примерно в 1,5 раза больше местной хорды), DLE сам по себе не способен сохранить достаточную внешнюю подъемную силу для сохранения контроля крена в случае крыла с большим удлинением. [16] Крылья с удлинением более 8 или 9 имеют другие устройства для завершения эффекта манжеты, [17] например, полосы сваливания (как использовались на Cirrus SR22 и Cessna 400 ), «слоты Рао» (как использовались на Questair Venture ), вихрегенераторы или сегментированное свисание (как использовалось на модифицированной NASA Cessna 210 ). В случае крыла Cessna 210 с большим удлинением (AR = 11:1) демпфирование крена при сваливании было не столь эффективным. [18]

Случай с высокорасположенным крылом был иным. Полномасштабные испытания модифицированной Cessna 172 показали, что одного только внешнего переднего обтекателя недостаточно для предотвращения выхода из штопора, самолету не хватало курсовой устойчивости на больших углах атаки. С добавлением подфюзеляжного киля самолет вошел в управляемую спираль вместо штопора. [19]

Штраф за перетаскивание

В зависимости от длины и формы манжеты, манжета передней кромки может оказывать аэродинамическое воздействие на полученную скорость сопротивления сваливанию/штопору, что приводит к некоторой потере крейсерской воздушной скорости, хотя иногда слишком малой, «чтобы ее можно было обнаружить с помощью производственных приборов». [20] В случае лучшей модификации крыла AA-1 Yankee потеря крейсерской скорости составила 2 мили в час или 2%, а потери скорости при наборе высоты не наблюдалось. [21] Влияние на крейсерскую скорость Piper PA-28 RX (модифицированное Т-образное оперение) не поддавалось измерению. [22] Для Questair Venture «В тщательно контролируемых испытаниях производительности потеря крейсерской производительности оказалась незаметной (1 узел)». [23]

Приложения

Первое использование внешних манжет, за исключением исследовательских самолетов НАСА, было на самолете Rutan VariEze в 1978 году. Они были испытаны в аэродинамической трубе в 1982 году, а позднее (в 1984 году) заменены на вихревые манжеты . [24]

Следующие самолеты были модифицированы для экспериментов путем добавления внешнего обтекателя передней кромки в результате исследовательской программы NASA по сваливанию/штопорообразованию:

Манжеты передней кромки использовались на легких самолетах с высокими эксплуатационными характеристиками 1900-х годов, таких как Cirrus SR20 и Columbia 350 , которые оба получили сертификацию FAA с этим устройством. [32] [33]

Несколько поставщиков комплектов STOL для вторичного рынка используют манжеты передней кромки, в некоторых случаях в сочетании с другими аэродинамическими устройствами, такими как крыльевые ограждения и зависающие элероны. [34]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Crane, Dale: Словарь авиационных терминов, третье издание , стр. 144. Aviation Supplies & Academics, 1997. ISBN  1-56027-287-2
  2. ^ Местоположение относительно половины размаха: Beech C23 0,54, Piper PA-28 0,55, Yankee AA-1 0,57, Cirrus SR20 0,61, Lancair 300 0,66, Questair Venture 0,70, Cessna 172 0,71 - согласно SAE TP 2000-01-1691, стр. 14
  3. ^ Кокс, Джек (ноябрь 1988). "Questair Venture, часть вторая" . Получено 8 августа 2009 .
  4. ^ Стаф, ДиКарло Развитие устойчивости к вращению для небольших самолетов - Ретроспектива , SAE TP 2000-01-1691 или "Документ NASA о вращении при срыве самолета из 1970-х годов, или [1].
  5. ^ НАСА TP 2011 (Yankee AA-1), НАСА TP 2772 (Cessna 210)
  6. ↑ Берт Рутан, Canard Pusher n°19 (1979), «Wing cuff improves VariEze stalling» или более поздняя разработка Wing Cuff Design для Cessna CJ1 [2]
  7. ^ H. Paul Stough III и Daniel J. DiCarlo, Развитие сопротивления вращению для небольших самолетов - ретроспектива , серия SAE TP 2000-01-1691
  8. ^ Крюгер, Р.А. и Фейстель, Т., Снижение тенденций к сваливанию-штопорообразованию посредством аэродинамического проектирования крыла , статья SAE 760481
  9. ^ NASA TP 1589, Исследование в аэродинамической трубе полномасштабного самолета гражданской авиации, оснащенного усовершенствованным крылом с естественным ламинарным обтеканием
  10. ^ NASA TP 1589: «Механизм, посредством которого подъемная сила внешней панели поддерживается для таких улучшенных характеристик сваливания/штопора, неясен».
  11. ^ NACA TN 423, Вейк, Фред Э. Исследование поперечного управления вблизи сваливания с легким высокопланом, испытанным с различными величинами вымывания и различной длиной щели на передней кромке. [3]
  12. ^ Хорнер, Гидродинамический подъем , 12-24
  13. ^ Циммерман, NACA TN 539, 1935, «Аэродинамические характеристики нескольких аэродинамических профилей с малым удлинением». «Сохранение нетурбулентного потока при очень больших углах атаки... по-видимому, обусловлено действием концевых вихрей по удалению пограничного слоя, который в конечном итоге накапливается вблизи задней кромки верхней поверхности аэродинамического профиля».
  14. ^ Добавление обтекателя... для устранения разрыва вновь введен резкий срыв потока (SAE TP 2000-01-1691)
  15. ^ Сводка результатов попыток штопора для четырех исследовательских самолетов НАСА. , [4]
  16. ^ Барнаби Уайнфан, KitPlanes , июль 1998 г., Аэродинамическая труба, тема месяца — срывы крыла с крыльев: «Было обнаружено, что конфигурация манжеты с одним свисанием, описанная в NASA TP 1589, недостаточна для предотвращения штопора на крыльях с большим передаточным отношением».
  17. ^ Мурри, Джордан, НАСА TP 2772, Исследование в аэродинамической трубе полномасштабного самолета гражданской авиации, оснащенного усовершенствованным крылом с естественным ламинарным обтеканием (Cessna 210), Модификации передней кромки, стр. 9, «Данные для конфигурации с внешним падением показывают значительно улучшенные характеристики демпфирования крена при сваливании; однако нестабильные характеристики демпфирования крена не полностью устраняются при использовании только внешнего падением».
  18. ^ NASA TP 2722, «... неустойчивое поведение сваливания и повторного присоединения, происходящее внутри на верхней поверхности крыла по мере прогрессирования сваливания крыла».
  19. ^ Исследования модификаций для улучшения сопротивления штопору высокоплана, одномоторного, легкого самолета , документ SAE 891039 (1989)
  20. ^ Х. Холмс, Программа НАСА по сваливанию/штопору в авиации общего назначения , Sport Aviation, январь 1989 г.
  21. ^ Влияние модификаций передней кромки крыла на полномасштабный самолет авиации общего назначения с низким расположением крыла , Nasa TP 2011, Характеристики сопротивления, стр. 13
  22. ^ NASA TP 2691, Летное исследование влияния модификации передней кромки внешнего крыла на характеристики сваливания/штопора легкого самолета с низким расположением крыла, одним двигателем и Т-образным хвостовым оперением  : «в пределах точности измерений не было обнаружено разницы в сопротивлении самолета для коэффициентов подъемной силы, типичных для крейсерского полета».
  23. ^ "Сопротивление вращению" (PDF) . whycirrus.com .
  24. ^ Рутан ВариЭзе , НАСА TP 2382 (1985) и НАСА TP 2623 (1986)
  25. ^ НАСА TP 1589, НАСА TP 2011
  26. ^ NASA CT 3636, NASA TP 2691
  27. ^ Документ SAE 891039
  28. ^ АИАА 86-2596
  29. ↑ Sport Aviation, ноябрь 1988 г. Мейер и Йип, отчет AIAA 89-2237-CP.
  30. ^ НАСА TP 2772
  31. ^ DOT/FAA/CT-92/17, Совместный симпозиум AIAA/FAA по ГА
  32. ^ "Данные". grumman.net .
  33. ^ Cessna (2009). "Эта красота не просто поверхностна". Архивировано из оригинала 26 июля 2009 года . Получено 8 августа 2009 года .
  34. ^ Horton Inc (nd). "Описание комплекта Horton STOL". Архивировано из оригинала 21 ноября 2008 года . Получено 8 августа 2009 года .{{cite web}}: CS1 maint: год ( ссылка )

Внешние ссылки