Эллиптическое крыло

Эллиптическое крыло — это крыло в плане, передняя и задняя кромки которого приближаются к двум сегментам эллипса . Его не следует путать с кольцевыми крыльями , которые могут иметь эллиптическую форму.

Относительно небольшое количество самолетов использовало эллиптическое крыло, еще меньшее количество из них было запущено в серийное производство ; большинство самолетов, которые использовали эту функцию, были представлены в 1930-х и 1940-х годах. Пожалуй, самым известным самолетом с эллиптическим крылом является Supermarine Spitfire , Второй мировой войны британский истребитель времен . Еще одним важным применением был Heinkel He 70 «Blitz», немецкий скоростной почтовый самолет и -разведчик бомбардировщик ; Ранние версии бомбардировщика He 111 также использовали такую конфигурацию крыла, прежде чем по экономическим причинам была принята более простая конструкция.

Характеристики

Теоретически наиболее эффективный способ создания подъемной силы — это ее эллиптическое распределение по размаху крыла. ^{[ 1 ]} Чисто эллиптическим формам не присуще превосходство, и крылья с другими формами в плане могут быть оптимизированы для обеспечения эллиптического распределения подъемной силы по размаху.

Базовая эллиптическая форма крыла также имеет недостатки:

Почти равномерное распределение подъемной силы всего размаха крыла эллиптического крыла с постоянным аэродинамическим сечением может привести к одновременному остановке , что потенциально может привести к потере управления без особого предупреждения. Чтобы улучшить характеристики сваливания и предупредить пилота, конструкторы используют неоднородный аэродинамический профиль. Например, крыло Supermarine Spitfire было одновременно утончено к законцовкам и скручено для получения размытия , что уменьшило нагрузку на законцовки, так что внутреннее крыло заглохло первым. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]} Такие компромиссы отходят от теоретического эллиптического распределения подъемной силы, увеличивая индуцированное сопротивление. Эллиптическое распределение подъемной силы по размаху не может быть достигнуто с помощью нескрученного крыла эллиптической формы в плане, поскольку в распределении подъемной силы имеется логарифмический член, который становится важным вблизи законцовок крыла. ^{[ 4 ]}

Эллиптические формы крыла в плане более сложны в изготовлении. ^{[ 5 ]} У него либо передняя, либо задняя кромка, либо и то, и другое изогнуты, а нервюры изменяются неравномерно по размаху крыла. На практике большинство эллиптических крыльев являются приблизительными, например, несколько секций передней и задней кромок Spitfire представляют собой дуги окружностей.

Полуэллиптическое крыло

Чтобы крыло имело эллиптическое распределение площади, не обязательно, чтобы передняя и задняя кромки были изогнуты. Если одно из них прямое, как в полуэллиптической форме в плане, крыло все равно может иметь эллиптическое распределение площади. Было произведено несколько самолетов этого типа; одним из самых успешных является американский «Северский П-35» .

В послевоенное время полуэллиптический профиль крыла тщательно исследовался на предмет его экранного эффекта характеристик ; Было высказано предположение, что он подойдет для экранопланов (которые работают близко к воде, с эффектом земли, чтобы избежать более высокого индуцированного сопротивления, возникающего из-за эффекта земли). Низкий уровень индуцированного сопротивления, создаваемый полуэллиптическим крылом, был бы полезен для этих транспортных средств. ^{[ 6 ]}

История

Британский теоретик-аэродинамик Фредерик Ланчестер, пожалуй, был первым, кто подробно написал об эллиптическом крыле, сделав это в 1907 году. ^{[ 7 ]} Людвиг Прандтль независимо заново открыл это в 1917–1918 годах . Несмотря на такое раннее начало, эллиптическое крыло изначально рассматривалось скорее как теоретическая концепция, чем как концепция для практического применения, отчасти из-за насущной необходимости найти компромисс между аэродинамическими свойствами самолета и другими аспектами его конструкции. Пройдет немало времени, прежде чем план-форма будет использоваться на практике. ^{[ 7 ]}

Первым самолетом, использовавшим эллиптическое крыло, был Bäumer Sausewind , немецкий легкий спортивный самолет, совершивший свой первый полет 26 мая 1925 года. Его конструкторы, братья Гюнтер, впоследствии присоединились к немецкому авиастроительному производителю Heinkel и применили свои разработки, в том числе эллиптическое крыло для нескольких различных проектов, реализованных фирмой. ^{[ 8 ]} В начале 1930-х годов Хейнкель разработал быстрый почтовый самолет и -разведчик бомбардировщик Heinkel He 70 «Blitz» с эллиптическим крылом. Он показал отличные характеристики для того времени, установив восемь индивидуальных мировых рекордов скорости на расстояние, достигнув, как сообщается, максимальной скорости 377 км/ч (222 миль в час). ^{[ 9 ]}

Вскоре после этого компания Heinkel разработала бомбардировщик He 111 , который совершил свой первый полет 24 февраля 1935 года. По сравнению с предыдущим He 70 это был более крупный самолет, который первоначально маскировался под гражданский авиалайнер, несмотря на то, что изначально он разрабатывался для обеспечения зарождающегося самолета. Люфтваффе с быстрым средним бомбардировщиком ; этот обман произошел из-за ограничений, наложенных на Германию после Первой мировой войны и запрещавших разработку или размещение бомбардировочной авиации. ^{[ 8 ]} Несмотря на то, что этот тип производился в огромных количествах до и во время Второй мировой войны , только ранние серийные модели He 111 были оснащены эллиптическим крылом. ^{[ 10 ]} Основная причина отказа от эллиптического крыла He 111 в пользу крыла с прямыми передней и задней кромками была экономической: последняя конструкция могла быть изготовлена с большей эффективностью. ^{[ 11 ]}

Вероятно, авиастроительной компанией, чаще всего ассоциирующейся с эллиптическим крылом, была британская компания-производитель Supermarine . В начале 1920-х годов главный конструктор компании Реджинальд Митчелл разработал Supermarine S.4 , британский гоночный гидросамолет с эллиптическим крылом ; свой первый полет он совершил в 1924 году. Хотя прямые преемники S.4 имели крыло, разработанное другим конструктором, Митчелл оставался сторонником этой формы плана. ^{[ 12 ]} К 1934 году Митчелл и его конструкторский состав были заняты проектированием нового истребителя для Королевских ВВС . Они решили использовать полуэллиптическую форму крыла, чтобы решить два противоречивых требования; крыло должно было быть тонким, чтобы обеспечить высокое критическое число Маха , но оно должно было быть достаточно толстым, чтобы вместить убирающееся шасси, вооружение и боеприпасы. Эллиптическая форма в плане является наиболее эффективной аэродинамической формой для раскрученного крыла, приводящей к наименьшему индуцированному сопротивлению . Полуэллиптическая форма в плане была перекошена таким образом, чтобы центр давления, возникающий вблизи положения четверти хорды на всех скоростях, кроме самых высоких, находился рядом с основным лонжероном, предотвращая скручивание крыльев. Спитфайр совершил свой первый полет 5 марта 1936 года. ^{[ 12 ]}

Решение об эллиптическом крыле было принято довольно рано. С аэродинамической точки зрения это было лучше всего для нашей цели, потому что индуцированное сопротивление, вызываемое при создании подъемной силы, было минимальным при использовании этой формы: эллипс был... теоретически совершенством... Чтобы уменьшить сопротивление, мы хотели иметь минимально возможную толщину относительно хорды. , в соответствии с необходимой прочностью. Но у основания крыло должно было быть достаточно толстым, чтобы вместить убранное шасси и орудия... Митчелл был очень практичным человеком... Эллипс был просто формой, которая позволяла нам создать самое тонкое из возможных крыло с местом внутри для размещения пулемета. необходимая структура и то, что мы хотели втиснуть. И выглядело это красиво.

Беверли Шенстон ^{[ 13 ]}

Митчелла иногда обвиняли в копировании формы крыла He 70 Хейнкеля. Общение между Эрнестом Хейнкелем и Митчеллом в 1930-х годах подтверждает осведомленность Митчелла о He 70 и его характеристиках. ^{[ 7 ]} Однако Беверли Шенстон , специалист по аэродинамике из команды Митчелла, заметила, что: «Наше крыло было намного тоньше и имело совершенно другое сечение, чем у Хейнкеля. В любом случае скопировать форму крыла было бы просто напрашиваться на неприятности. от самолета, предназначенного совершенно для другой цели». ^{[ 14 ]}

Почти все Republic P-47 Thunderbolts истребители американские были оснащены эллиптическими крыльями; только последние серийные модели отличаются: вместо этого они имеют квадратные законцовки крыла, как у маловысотных вариантов Spitfire. ^{[ 7 ]} Aichi D3A , японский пикирующий бомбардировщик Императорского флота Японии , также использовал эллиптическое крыло, во многом похожее на крыло He 70. ^{[ 15 ]} Истребитель Mitsubishi A5M также использовал эллиптическую конструкцию крыла. ^{[ 16 ]} Несколько других типов имели форму в плане, сравнительно мало отличавшуюся от эллиптической. Истребитель Hawker Tempest II , который позже превратился в Hawker Fury и Hawker Sea Fury , также использовал крыло почти эллиптической формы в плане, хотя и с квадратными законцовками. ^{[ 17 ]}^{[ 18 ]}

Сообщается, что с 2009 года британская авиастроительная компания Swift Aircraft разрабатывает двухместный очень легкий самолет , легкий спортивный самолет и CS-23 самолет категории Swift Aircraft Swift с эллиптическим крылом. ^{[ 19 ]}

Ссылки

Цитаты

^ Клэнси 1975, разделы 5.17, 5.25 и 8.14.
^ «Спитфайр»», Иконки самолетов № 14, Келси, 2013, стр. 33.
^ Смит, Дж. «Развитие Spitfire и Seafire». Журнал Королевского авиационного общества , 1947, с. 343.
^ Джордан, П.Ф. «О подъемных крыльях с параболическими законцовками». ЗАММ, 54, 1974. стр. 463–477.
^ Кнауф, Томас (24 октября 2012 г.). Справочник по полетам на планере . КнигаBaby. ISBN 978-1-62488-139-8 .
^ Мамада, Хироши; Андо, Сигенори (май 1974 г.). «Минимальное индуцированное сопротивление полуэллиптического экраноплана» . Журнал самолетов . 11 (5): 257–258. дои : 10.2514/3.59236 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Гаррисон, Питер (февраль 2019 г.). «Идеальное крыло самолета» . Журнал «Авиация и космос».
^ Jump up to: ^а ^б Маккей 2003, с. 7.
^ Дональд 1999 , с. 494.
^ Маккей 2003, с. 9.
^ Рейнс 2004 с. 31.
^ Jump up to: ^а ^б Этель 1997, с. 12.
^ Прайс 2002, стр. 17–18.
^ Прайс 1977, стр. 33–34.
^ Франсильон 1979, стр. 272–273.
^ Грин и Суонборо 1982, с. 28.
^ Томас и Шорс 1988, с. 105.
^ Мейсон 1967, с. 3.
^ Джексон, Пол (2011). Jane's All the World's Aircraft 2011-12 . Колсдон, Суррей: IHS Jane's. п. 596. ИСБН 978-0-7106-2955-5 .

Библиография

Клэнси, LJ Аэродинамика. Питман Паблишинг Лимитед, Лондон. 1975. ISBN 0-273-01120-0 .
Дональд, Дэвид, изд. (1999). Энциклопедия гражданской авиации (иллюстрированное, исправленное издание). Лондон: Аурум. ISBN 1-85410-642-2 .
Этелл, Джеффри Л. и Стив Пейс. Спитфайр . Сент-Пол, Миннесота: Motorbooks International, 1997. ISBN 0-7603-0300-2 .
Франсильон, Рене Ж. Японская авиация Тихоокеанской войны . Лондон: Putnam & Company Ltd., 1970 (2-е издание, 1979 г.). ISBN 0-370-30251-6 .
Глэнси, Джонатан. Спитфайр: Иллюстрированная биография . Лондон: Atlantic Books, 2006. ISBN 978-1-84354-528-6 .
Грин, Уильям; Суонборо, Гордон (август – ноябрь 1982 г.). «Нулевой предшественник... Mitsubishi A5M». Любитель воздуха . № 19. С. 26–43.
Мейсон, Фрэнсис К. Hawker Tempest I–IV (Самолет в профиле номер 197). Лезерхед, Суррей, Великобритания: Profile Publications Ltd., 1967.
Маккормик, Барнс В. Аэродинамика, аэронавтика и механика полета. Джон Уайли и сыновья, Нью-Йорк, 1979 год. ISBN 0-471-03032-5 . стр. 135–139.
Милн-Томсон, LM Теоретическая аэродинамика , 4-е изд., Dover Publications Inc, Нью-Йорк, 1966/1973. ISBN 0-486-61980-X . стр. 208–209.
Прайс, Альфред. История Spitfire: переработанное второе издание . Эндерби, Лестер, Великобритания: Siverdale Books, 2002. ISBN 978-1-84425-819-2 .
Регнат, Карл-Хайнц (2004), Черный Крест, Том 4: Heinkel He 111 , Хершам, Суррей, Великобритания: Midland Publishers, ISBN 978-1-85780-184-2
Томас, Крис и Кристофер Шорс. История тайфуна и бури . Лондон: Arms and Armor Press, 1988. ISBN 978-0-85368-878-5 .

Внешние ссылки

План крыла «Спитфайра»: предложение через aerosociety.com
Коэффициент индуцированного сопротивления через grc.nasa.gov.

[1] Клэнси 1975, разделы 5.17, 5.25 и 8.14.

[2] «Спитфайр»», Иконки самолетов № 14, Келси, 2013, стр. 33.

[3] Смит, Дж. «Развитие Spitfire и Seafire». Журнал Королевского авиационного общества , 1947, с. 343.

[4] Джордан, П.Ф. «О подъемных крыльях с параболическими законцовками». ЗАММ, 54, 1974. стр. 463–477.

[5] Кнауф, Томас (24 октября 2012 г.). Справочник по полетам на планере . КнигаBaby. ISBN 978-1-62488-139-8 .

[6] Мамада, Хироши; Андо, Сигенори (май 1974 г.). «Минимальное индуцированное сопротивление полуэллиптического экраноплана» . Журнал самолетов . 11 (5): 257–258. дои : 10.2514/3.59236 .

[perfect_wing-7] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Гаррисон, Питер (февраль 2019 г.). «Идеальное крыло самолета» . Журнал «Авиация и космос».

[Mackay_2003_p7-8] Jump up to: ^а ^б Маккей 2003, с. 7.

[FOOTNOTEDonald1999494-9] Дональд 1999 , с. 494.

[Mackay_2003_p9-10] Маккей 2003, с. 9.

[Regnat_2004_p31-11] Рейнс 2004 с. 31.

[Ethell_p._12-12] Jump up to: ^а ^б Этель 1997, с. 12.

[13] Прайс 2002, стр. 17–18.

[document_pp._33–34-14] Прайс 1977, стр. 33–34.

[15] Франсильон 1979, стр. 272–273.

[GreenA5Mp28-16] Грин и Суонборо 1982, с. 28.

[Thomas_and_Shores_1988,_p._105.-17] Томас и Шорс 1988, с. 105.

[mason_3-18] Мейсон 1967, с. 3.

[JAWA11-19] Джексон, Пол (2011). Jane's All the World's Aircraft 2011-12 . Колсдон, Суррей: IHS Jane's. п. 596. ИСБН 978-0-7106-2955-5 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]