Крыло прямой стреловидности
 | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
Крыло прямой стреловидности или крыло обратной стреловидности самолета - это конфигурация крыла , в которой четверти хорды линия крыла имеет стреловидность вперед. Обычно передняя кромка также смещается вперед.
Характеристики
[ редактировать ]Конфигурация с прямой стреловидностью имеет ряд характеристик, которые усиливаются по мере увеличения угла стреловидности .
Расположение основного лонжерона
[ редактировать ]Расположение основного лонжерона крыла в кормовой части привело бы к более эффективной компоновке салона и увеличению полезного пространства.
Внутренний поток по размаху
[ редактировать ]
Воздух, обтекающий любое стреловидное крыло, имеет тенденцию двигаться по размаху к самому заднему концу крыла. На крыле стреловидности назад оно направлено наружу к кончику, а на крыле стреловидности вперед — внутрь к основанию. В результате опасное состояние срыва кончика конструкции с стреловидностью назад становится более безопасным и более контролируемым срывом корня конструкции с стреловидностью вперед. Это позволяет полностью управлять элеронами, несмотря на потерю подъемной силы, а также означает, что прорези передней кромки или другие устройства, вызывающие сопротивление, не требуются. На околозвуковых скоростях ударные волны сначала возникают у основания, а не у кончика, что опять же помогает обеспечить эффективное управление элеронами.
Когда воздух течет внутрь, вихри на законцовках крыла и сопутствующее сопротивление уменьшаются. Вместо этого фюзеляж действует как очень большое ограждение крыла , и, поскольку крылья обычно больше у основания, это повышает максимальный коэффициент подъемной силы, что позволяет использовать крыло меньшего размера. В результате улучшается маневренность, особенно на больших углах атаки .
нестабильность рыскания
[ редактировать ]Одна из проблем конструкции со стреловидностью вперед заключается в том, что когда стреловидное крыло отклоняется в сторону (движется вокруг своей вертикальной оси), одно крыло отступает, а другое продвигается вперед. В конструкции со стреловидностью вперед это уменьшает стреловидность заднего крыла, увеличивая его сопротивление и отодвигая его еще дальше назад, увеличивая величину рыскания и приводя к курсовой нестабильности. Это может привести к развороту голландца . обратному [ 1 ]
Аэроупругость
[ редактировать ]Одним из недостатков крыльев со стреловидностью вперед является повышенная вероятность расхождения, аэроупругое следствие того, что подъемная сила на крыльях со стреловидностью вперед закручивает кончик вверх при увеличении подъемной силы. В конструкции с прямой стреловидностью это вызывает петлю положительной обратной связи, которая увеличивает угол падения на законцовке, увеличивая подъемную силу и вызывая дальнейшее отклонение, что приводит к еще большей подъемной силе и дополнительным изменениям в форме крыла. Эффект расхождения увеличивается с увеличением скорости. Максимальная безопасная скорость, ниже которой этого не происходит, – это скорость дивергенции самолета.
Такое увеличение подъемной силы законцовки под нагрузкой заставляет крыло сжиматься при поворотах и может привести к спиральному пикированию, выход из которого невозможен. В худшем случае конструкция крыла может быть подвергнута нагрузке до отказа.
При больших углах стреловидности и высоких скоростях, чтобы построить конструкцию, достаточно жесткую, чтобы противостоять деформации, и в то же время достаточно легкую, чтобы ее можно было реализовать на практике, требуются современные материалы, такие как композиты из углеродного волокна. Композиты также позволяют осуществлять аэроэластичную адаптацию путем выравнивания волокон, чтобы повлиять на характер деформации, придав более благоприятную форму, влияя на сваливание и другие характеристики.
Характеристики сваливания
[ редактировать ]Любое стреловидное крыло имеет тенденцию быть неустойчивым в срыве , поскольку законцовки крыла сначала сваливаются, вызывая силу тангажа, ухудшающую сваливание и затрудняющую выход. Этот эффект менее значителен при стреловидности вперед, поскольку задний конец несет большую подъемную силу и обеспечивает устойчивость.
Однако, если аэроупругий изгиб достаточен, можно противодействовать этой тенденции, увеличивая угол атаки законцовок крыла до такой степени, что законцовки срываются первыми и теряется одна из основных характеристик конструкции, на обычном крыле советы всегда глохнут первыми. Такое срыв наконечника может быть непредсказуемым, особенно когда один наконечник останавливается раньше другого.
Композитные материалы допускают аэроупругую настройку, так что при приближении к сваливанию крыло перекручивается при изгибе, чтобы уменьшить угол атаки на законцовках. Это гарантирует, что сваливание происходит в корне крыла, что делает его более предсказуемым и позволяет элеронам сохранять полный контроль.
История
[ редактировать ]Довоенные исследования
[ редактировать ]Беляев, автор упомянутого ниже проекта ДБ-ЛК, испытывал планеры с крылом прямой стреловидности БП-2 и БП-3 в 1934 и 1935 годах. [ 2 ] [ 3 ] Другие довоенные разработки включали польские серии PWS Z-17, Z-18 и Z-47 "Sęp".
Вторая мировая война и ее последствия
[ редактировать ]Конструкции крыльев прямой стреловидности, разработка некоторых из которых началась еще в довоенный период, были разработаны во время Второй мировой войны независимо в Германии, Советском Союзе, Японии и США. Первым примером летательного аппарата в 1940 году был советский Беляев ДБ-ЛК , двухбалочный самолет со стреловидными вперед секциями внешнего крыла и законцовками назад. Сообщается, что он летал хорошо. Предложенный Беляевым исследовательский самолет «Бабочка» был отменен после немецкого вторжения.
На протяжении Второй мировой войны многочисленные истребители, бомбардировщики и другие военные самолеты можно было охарактеризовать как имевшие крылья стреловидности вперед, поскольку средняя хорда их крыльев была стреловидной вперед. Однако в этих конструкциях почти всегда использовалась стреловидная назад передняя кромка, что технически представляло бы их как трапециевидные крылья с большим удлинением .
Американский Корнелиус Маллард совершил полет 18 августа 1943 года. Маллард был оснащен одним двигателем, но за ним последовали прототипы Корнелиус XFG-1 , которые представляли собой летающие топливные баки без двигателя и предназначены для буксировки более крупными самолетами. Эти конструкции Корнелиуса были необычны не только тем, что были стреловидными вперед, но и бесхвостыми.
Тем временем в Германии Ганс Воке изучал проблемы стреловидности крыльев на околозвуковых скоростях, на которые были способны новые реактивные двигатели. Он осознавал многие преимущества прямой стреловидности по сравнению с конструкциями с обратной стреловидностью, которые тогда разрабатывались, а также понимал последствия аэроупругого изгиба и нестабильности рыскания. Его первым подобным самолетом, совершившим полет, был Junkers Ju 287 16 августа 1944 года. Летные испытания этого и более поздних вариантов подтвердили преимущества на низкой скорости, но также вскоре выявили ожидаемые проблемы, препятствующие испытаниям на высокой скорости.
Воке и незаконченный прототип Ju 287 V3 были захвачены и в 1946 году доставлены в Москву, где самолет был завершен и в следующем году поднялся в воздух как ОКБ-1 EF 131 . Более поздний ОКБ-1 ЭФ 140 по сути представлял собой тот же планер, модернизированный парой советских реактивных двигателей конструкции Микулина большей тяги. В 1948 году в Советском Союзе был создан Цыбин ЛЛ-3. [ 4 ] Прототип впоследствии оказал большое влияние на Сухой SYB-A, строительство которого было завершено в 1982 году.
Когда после войны немецкие исследования достигли Соединенных Штатов, был выдвинут ряд предложений. В их число входили сверхзвуковой бомбардировщик Convair XB-53 и варианты с прямой стреловидностью North American P-51 Mustang , Bell X-1 ракетоплан и Douglas D-558-I . Предложение Bell дошло до стадии испытаний в аэродинамической трубе, где были подтверждены проблемы аэроупругости. Конструктивные проблемы, подтвержденные исследованиями серии Ju 287 и Bell X-1, оказались настолько серьезными, что доступные в то время материалы не могли сделать крыло достаточно прочным и жестким, но при этом не делая его слишком тяжелым для практического использования. В результате от разработки высокоскоростных конструкций отказались до тех пор, пока много лет спустя не стали доступны новые конструкционные материалы.
Авиация общего назначения после Второй мировой войны
[ редактировать ]
Небольшая стреловидность не вызывает серьезных проблем, и даже умеренная стреловидность вперед допускает значительное перемещение назад точки крепления основного лонжерона и несущей конструкции.
В 1954 году Вокке вернулся в Германскую Демократическую Республику, вскоре после этого переехал в Западную Германию и присоединился к Hamburger Flugzeugbau (HFB) в качестве главного конструктора. [ 1 ] В Гамбурге компания Wocke завершила работу над бизнес-джетом HFB 320 Hansa Jet , который поднялся в воздух в 1964 году. Стреловидность вперед позволила переместить основной лонжерон назад за кабину, так что лонжерон не должен был выступать в кабину.
Умеренная стреловидность вперед использовалась по тем же причинам во многих конструкциях, в основном в планерах и легких самолетах . с высоким крылом Многие тренировочные планеры сиденьями и двумя тандемными имеют слегка наклоненные вперед крылья, что позволяет расположить корневую часть крыла дальше назад, чтобы крыло не закрывало боковую видимость для пассажира, сидящего сзади. Типичными примерами являются Schleicher ASK 13 и Let Kunovice LET L-13 Blaník .
Другие примеры включают в себя:
- Серия Mooney M20 имеет скромную стреловидность вперед, с почти прямой передней кромкой и стреловидной задней кромкой и линией четверти хорды.
- Cessna NGP — прототип одномоторного самолета, призванный в конечном итоге заменить Cessna 172 и Cessna 182 .
- CZAW Попугай [ 5 ]
- Saab Safari , Bölkow Junior и ARV Super2 имеют плечевые крылья для улучшения обзора, что требует наличия крыльев, стреловидных вперед, чтобы корневая часть крыла располагалась за головами пилотов и не закрывала обзор по сторонам.
- Scaled Composites Boomerang — прототип двухпоршневой конструкции, обеспечивающей безопасное управление в случае отказа одного двигателя.
- SZD-9 Bocian и PZL Bielsko SZD-50 Puchacz — многоцелевые двухместные планеры, спроектированные и построенные в Польше.
Быстрый реактивный самолет
[ редактировать ]
Большие углы стреловидности, необходимые для высокоскоростного полета, долгие годы оставались непрактичными.
В конце 1970-х годов DARPA начало исследование использования новых композитных материалов , чтобы избежать проблемы снижения скорости расхождения за счет аэроупругой адаптации. Технология электродистанционного управления позволила сделать конструкцию динамически нестабильной и улучшить маневренность. Компания Grumman построила два демонстратора технологий X-29 , впервые полетевших в 1984 году, с крыльями стреловидности вперед и утком . Маневренный на больших углах атаки , Х-29 сохранял управляемость при угле атаки 67°. [ 6 ]
Достижения в области технологий управления вектором тяги и сдвиг в тактике воздушного боя в сторону поражения ракетами средней дальности снизили актуальность высокоманёвренных истребителей.
В 1997 году компания «Сухой» представила прототип истребителя Су-47 на Парижском авиасалоне . В производство он не поступил, хотя прошел ряд летных испытаний и выступил на нескольких авиасалонах .
КБ САТ СР-10 — прототип российского одномоторного реактивного учебно-тренировочного самолета с крылом прямой стреловидности. Первый полет он совершил в 2015 году.
В биологии
[ редактировать ]У большеголовых птерозавров были крылья стреловидной вперед, чтобы лучше балансировать в полете. [ 7 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]Встроенные цитаты
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Миллер, Дж.; X-Planes , Specialty Press, второе издание (1985), стр. 175–177.
- ^ "Беляев БП-2(ЦАГИ-2)" . www.airwar.ru .
- ^ "Механические птицы профессора Беляева / Авиация и время 2008 04" . www.k2x2.info .
- ^ Страница российской авиации: Сухой С-37 Беркут (С-32). Архивировано 13 февраля 2006 г. в Wayback Machine.
- ^ «airplane.cz» . www.airplane.cz .
- ^ НАСА. «Информационный бюллетень Драйдена - X-29» . Проверено 22 августа 2005 г.
- ^ https://qmro.qmul.ac.uk/xmlui/bitstream/handle/123456789/10947/Hone%20The%20wingtips%20of%20the%20pterosaurs%202015%20Accepted.pdf?sequence=1&isAllowed=y [ только URL-адрес PDF ]
Общие ссылки
[ редактировать ]- Миллер, Дж.; X-самолеты, от X-1 до X-29 (издание для Великобритании), MCP, 1983, стр. 175–179.