stringtranslate.com

Передняя манжета

Опущенная передняя манжета, установленная на американском авиационном самолете AA-1 Yankee в рамках эксперимента НАСА.

Передняя манжета представляет собой неподвижное аэродинамическое крыльевое устройство, используемое на самолетах для улучшения характеристик сваливания и вращения . Манжеты могут быть изготовлены на заводе или иметь дополнительную модификацию послепродажного обслуживания. [1]

Манжета передней кромки представляет собой модификацию передней кромки крыла, обычно представляет собой слегка свисающую внешнюю часть передней кромки . В большинстве случаев модификации внешней передней кромки манжета крыла начинается примерно на 50–70% половины размаха и охватывает внешнюю переднюю кромку крыла. [2]

Основная цель состоит в том, чтобы обеспечить более постепенное и плавное начало сваливания без какой-либо тенденции к отклонению от вращения, особенно если исходное крыло имеет резкое/асимметричное поведение сваливания [1] [3] с помощью пассивного, неподвижного и недорогого устройства. это окажет минимальное влияние на производительность. Еще одним преимуществом является снижение скорости сваливания за счет более низких скоростей захода на посадку и более коротких посадочных дистанций. Они также могут, в зависимости от расположения манжет, улучшить управление элеронами на низкой скорости.

Терминология

В технических отчетах по сопротивлению сваливанию/вращению манжеты с передней кромкой назывались концепцией свисания или опущенной передней кромкой ( DLE ) или модифицированной внешней передней кромкой . [4] В этих отчетах и ​​других отчетах НАСА об одном и том же объекте, [5] выражение «манжета передней кромки» не использовалось.

Другие авторы используют просто «манжету» или «манжету крыла». [6]

История

НАСА возглавляло программу исследований сваливания/штопора в авиации общего назначения в 1970-х и 1980-х годах, используя модельные и полномасштабные эксперименты, в поисках эффективных средств для улучшения характеристик сваливания/штопора самолетов авиации общего назначения. [7]

Влияние центральной вырезки 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 опущенную на полуразмах переднюю кромку ( DLE), который впервые был испытан на американском авиационном самолете AA-1 Yankee (1978 г.).

В отчете НАСА 1979 года [9] поясняется, что при больших углах атаки разрыв манжетки создает вихрь, который действует как ограждение, не давая оторвавшемуся потоку продвигаться наружу. Наклон подъемника имеет более плоскую вершину, а угол сваливания отложен до более высокого угла. Чтобы достичь больших углов атаки, внешний профиль должен быть опущен, в некоторых экспериментах исследуется «преувеличенное» опущение передней кромки. Физическая причина эффекта манжеты не была четко объяснена. [10]

Некоторые гораздо более старые отчеты дали схожие результаты. В отчете NACA 1932 года [11] о влиянии прорезей различной длины на передней кромке говорится: «Это признак того, что прорези на каждой законцовке крыла в некоторой степени действуют как отдельное крыло».

Получение более высоких коэффициентов подъемной силы в результате удаления пограничного слоя хорошо известно на воздушных винтах (центробежная сила, вызывающая смещение пограничного слоя наружу) [12] или крыльях (отсос пограничного слоя). Внутренний вихрь передней манжеты и вихрь законцовки крыла действуют как на удаление пограничного слоя внешней части 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 сваливания 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 обтекателя подавить вихрь и положительные эффекты модификации снова приводили к резкому срыву законцовки. [14]

Результаты сваливания/вращения

Согласно отчету НАСА о сваливании/штопоре: «Основные самолеты: АА-1 (Янки), С-23 (Сандаунер), ПА-28 (Эрроу), С-172 (Скайхок) входили в штопор в 59–98 процентах случаев. преднамеренные попытки входа в штопор, в то время как модифицированный самолет входил в штопор только в 5 процентах попыток и требовал длительных, усиленных управляющих воздействий или запредельных нагрузок для входа в штопор». [15]

Соотношение сторон крыла и эффекты местоположения

Наиболее успешные экспериментальные результаты НАСА были получены на крыле с довольно низким удлинением 6:1 (Grumman Yankee AA-1) с DLE, расположенным на 57% полуразмаха. Поскольку вихри (внутренняя манжета и законцовка крыла) эффективны на ограниченной длине размаха (примерно в 1,5 раза превышающей местную хорду), один только DLE не может сохранить достаточную внешнюю подъемную силу для сохранения управления по крену в случае крыла с большим удлинением. [16] Крылья с удлинением более 8 или 9 оснащены другими устройствами для создания эффекта манжеты, [17] например полосами сваливания (используемыми на Cirrus SR22 и Cessna 400 ), «слотами Rao» (используемыми на Questair ). Venture ), вихревые генераторы или сегментированный спад (как используется на модифицированной НАСА Cessna 210 ). В случае крыла Cessna 210 с большим удлинением (AR = 11:1) демпфирование крена при сваливании было не столь эффективным. [18]

Иной была ситуация с крылом высокорасположенной конфигурации. Полномасштабные испытания модифицированной Cessna 172 показали, что одной подвесной передней манжеты недостаточно для предотвращения отклонения от штопора, самолету не хватает путевой устойчивости на больших углах атаки. С добавлением подфюзеляжного киля самолет вошел в управляемую спираль вместо вращения. [19]

Штраф за перетаскивание

В зависимости от длины и формы манжеты, передняя манжета может оказывать аэродинамическое воздействие на полученную скорость сопротивления сваливанию/штопору, что приводит к некоторой потере крейсерской скорости полета, хотя иногда слишком маленькой, «чтобы ее можно было обнаружить с помощью производственных приборов». [20] В случае лучшей модификации крыла АА-1 «Янки» потеря крейсерской скорости составила 2 мили в час или 2%, а потери скорости при наборе высоты не было. [21] Влияние Piper PA-28 RX (модифицированное Т-образное хвостовое оперение) на крейсерскую скорость невозможно было измерить. [22] Что касается Questair Venture: «В ходе тщательно контролируемых эксплуатационных испытаний снижение крейсерских характеристик оказалось незаметным (1 уз)». [23]

Приложения

Первое использование подвесных манжет, за исключением исследовательских самолетов НАСА, было на Rutan VariEze в 1978 году. Они прошли испытания в аэродинамической трубе в 1982 году, а позже (1984 год) были заменены вортилонами . [24]

Следующие самолеты были модифицированы для экспериментов с добавлением подвесной передней манжеты в результате исследовательской программы НАСА по сваливанию/штопору:

Передовые манжеты используются на высокопроизводительных легких самолетах 1900-х годов, таких как Cirrus SR20 и Columbia 350 , которые оба получили сертификацию FAA вместе с этим устройством. [32] [33]

Некоторые поставщики комплектов взлета и посадки на вторичном рынке используют передовые манжеты, в некоторых случаях в сочетании с такими другими аэродинамическими устройствами, как ограждения крыла и опускающиеся элероны. [34]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ ab Crane, Dale: Словарь авиационных терминов, третье издание , стр. 144. Aviation Supplies & Academics, 1997. ISBN  1-56027-287-2
  2. ^ Местоположение относительно полуразмаха: 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 г.). «Квестэр Венчур, часть вторая» . Проверено 8 августа 2009 г.
  4. ^ Стаф, Разработка ДиКарло сопротивления вращению для небольших самолетов - ретроспектива , SAE TP 2000-01-1691 или «Бумага НАСА по вращению при сваливании из 1970-х годов, или [1].
  5. ^ НАСА TP 2011 (Янки AA-1), НАСА TP 2772 (Cessna 210)
  6. ^ Берт Рутан, Canard Pusher № 19 (1979), «Мажетка крыла улучшает сваливание VariEze» или более поздняя конструкция манжеты крыла для Cessna CJ1 [2]
  7. ^ Х. Пол Стаф III и Дэниел Дж. ДиКарло, Разработка сопротивления вращению для небольших самолетов - ретроспектива , серия SAE TP, 2000-01-1691
  8. ^ Крегер, РА; и Фейстель, Т., Уменьшение тенденции к срыву вращения посредством аэродинамического проектирования крыла , документ SAE 760481.
  9. ^ NASA TP 1589, Исследование в аэродинамической трубе полномасштабного самолета гражданской авиации, оснащенного усовершенствованным крылом с естественным ламинарным потоком.
  10. ^ NASA TP 1589: «Механизм, с помощью которого подъем внешней панели поддерживает такие улучшенные характеристики сваливания / вращения, неясен».
  11. ^ NACA TN 423, Вейк, Фред Э. Исследование бокового управления вблизи сваливания, исследование полета на легком моноплане с высоким крылом, испытанном с разной степенью размыва и различной длиной прорези передней кромки. [3]
  12. ^ Хоернер, Гидродинамический лифт , 12-24.
  13. ^ Циммерман, NACA TN 539, 1935, «Аэродинамические характеристики нескольких профилей малого удлинения». «Сохранение нетурбулентного потока до очень больших углов атаки... по-видимому, связано с действием законцовочных вихрей при удалении пограничного слоя, который в конечном итоге накапливается вблизи задней кромки верхней поверхности аэродинамического профиля».
  14. ^ Добавление обтекателя ... для устранения разрывов вновь введен резкий срыв носовой части (SAE TP 2000-01-1691).
  15. ^ Сводка результатов попыток вращения четырех исследовательских самолетов НАСА. , [4]
  16. ^ Барнаби Уэйнфан, KitPlanes , июль 1998 г., Аэродинамическая труба, Сваливание на крыльях - тема месяца: «Было обнаружено, что конфигурация манжеты с одним свисанием, описанная в NASA TP 1589, недостаточна для предотвращения вращения на крыльях с высоким передаточным числом».
  17. ^ Мурри, Джордан, NASA TP 2772, Исследование в аэродинамической трубе полномасштабного самолета гражданской авиации, оснащенного усовершенствованным крылом с естественным ламинарным обтеканием (Cessna 210), Передовые модификации, стр. 9, «Данные для подвесного двигателя» Конфигурация с наклоном демонстрирует значительно улучшенные характеристики демпфирования крена в свале, однако нестабильные характеристики демпфирования крена не устраняются полностью только с помощью внешнего спада».
  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 вращению однодвигательного легкого самолета с высоким крылом, документ SAE 891039 (1989).
  20. ^ Х. Холмс, Программа сваливания и вращения НАСА для авиации общего назначения , Sport Aviation, январь 1989 г.
  21. ^ Влияние модификаций передней кромки крыла на полномасштабный низкоплан самолета гражданской авиации , Nasa TP 2011, Характеристики сопротивления, стр. 13
  22. ^ Nasa TP 2691, Летное исследование влияния модификации подвесной передней кромки крыла на характеристики сваливания / вращения одномоторного низкоплана с Т-образным хвостовым оперением  : «в пределах точности измерений не было обнаружено никакой разницы». в лобовом сопротивлении самолета для коэффициентов подъемной силы, типичных для крейсерского полета».
  23. ^ «Сопротивление вращению» (PDF) . Почемуcirrus.com .
  24. ^ Рутан ВариЭзе , НАСА TP 2382 (1985) и НАСА TP 2623 (1986)
  25. ^ НАСА TP 1589, НАСА TP 2011
  26. ^ НАСА CT 3636, НАСА TP 2691
  27. ^ Бумага SAE 891039
  28. ^ АИАА 86-2596
  29. ^ Sport Aviation, ноябрь 88. Meyer et Yip, отчет AIAA 89-2237-CP.
  30. ^ НАСА ТП 2772
  31. ^ DOT/FAA/CT-92/17, Совместный симпозиум AIAA/FAA по GA.
  32. ^ «Данные». Грумман.нет .
  33. ^ Цессна (2009). «Эта красота глубже кожи». Архивировано из оригинала 26 июля 2009 года . Проверено 8 августа 2009 г.
  34. ^ Horton Inc (nd). «Описание комплекта STOL Horton». Архивировано из оригинала 21 ноября 2008 года . Проверено 8 августа 2009 г.

Внешние ссылки