Передняя манжета
представляет Передняя манжета 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 плавное и плавное начало сваливания, без какой-либо тенденции к отклонению от вращения, особенно там, где исходное крыло имеет резкое/асимметричное поведение сваливания. [1] [3] с пассивным, неподвижным и дешевым устройством, которое 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
[ редактировать ]манжеты с передней кромкой назывались концепцией свисания или опущенной передней кромкой ( DLE ) или модифицированной внешней передней кромкой . В технических отчетах по сопротивлению сваливанию/вращению [4] В этих и других отчетах НАСА сообщает об одном и том же объекте: [5] Выражение «передняя манжета» не использовалось.
Другие авторы используют просто «манжету» или «манжету крыла». [6]
История
[ редактировать ]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 полуразмах с опущенной передней кромкой (DLE), который впервые был испытан на американском авиационном AA-1 Yankee (1978 г.).
Отчет НАСА 1979 года [9] объясняет, что при больших углах атаки разрыв манжеты создает вихрь, который действует как ограждение, не позволяя 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 крыла должен быть опущен, в некоторых экспериментах изучалось «преувеличенное» опущение передних кромок. Физическая причина эффекта манжеты не была четко объяснена. [10]
Некоторые гораздо более старые отчеты дали схожие результаты. за 1932 год. NACA Отчет [11] О влиянии прорезей передней кромки различной длины сказано: «Это признак того, что прорезная часть на каждой законцовке крыла в некоторой степени работает как отдельное крыло».
Получение более высоких коэффициентов подъемной силы в результате удаления пограничного слоя хорошо известно на воздушных винтах (центробежная сила вызывает смещение пограничного слоя наружу), [12] или крылья (отсасывание пограничного слоя). Внутренний вихрь передней манжеты и вихрь законцовки крыла действуют как на удаление пограничного слоя внешней части крыла, помогая этому виртуальному крылу с малым 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 подавить вихрь путем постепенного обтекателя и положительные эффекты модификации снова приводили к резкому срыву законцовки. [14]
Результаты сваливания/вращения
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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 соотношением сторон более 8 или 9 оснащены другими устройствами для создания эффекта манжеты. [17] например, полосы сваливания (как используются на Cirrus SR22 и Cessna 400 ), «слоты Рао» (как используются 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
[ редактировать ]В зависимости от длины и формы манжеты, передняя кромка манжеты 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 на наборе высоты не было. [21] Влияние на крейсерскую скорость Piper PA-28 RX (модифицированное Т-образное хвостовое оперение) невозможно было измерить. [22] Что касается Questair Venture: «В ходе тщательно контролируемых эксплуатационных испытаний снижение крейсерских характеристик оказалось незаметным (1 уз)». [23]
Приложения
[ редактировать ]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 программы исследований сваливания/штопора НАСА:
- Грумман Американский АА-1 Х (1978 г.) [25]
- Бичкрафт C-23X (1980)
- Piper PA28 RX модифицированный (Т-образный хвост) (1981) [26]
- Цессна 172 Х (1983 г.), [27]
- Verilite Sunbird , толкатель с высоким крылом (1986) [28]
- Квестэр Венчур [29]
- Cessna 210 (1987 г.), большое удлинение крыла, [30]
- Смит-тренер (1992) [31]
Передовые манжеты используются на высокопроизводительных легких самолетах 1900-х годов, таких как SR20 и Columbia 350 , которые оба получили FAA сертификацию Cirrus вместе с этим устройством. [32] [33]
на вторичном рынке Некоторые поставщики комплектов взлета и посадки используют передовые манжеты, в некоторых случаях в сочетании с такими другими аэродинамическими устройствами, как ограждения крыла и опускающиеся элероны. [34]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Крейн, Дейл: Словарь авиационных терминов, третье издание , стр. 144. Aviation Supplies & Academics, 1997. ISBN 1-56027-287-2
- ^ 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
- ^ Кокс, Джек (ноябрь 1988 г.). «Квестэр Венчур, часть вторая» . Проверено 8 августа 2009 г.
- ^ 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] .
- ^ НАСА TP 2011 (Янки AA-1), НАСА TP 2772 (Cessna 210)
- ^ Берт Рутан, Canard Pusher № 19 (1979), «Манжета крыла улучшает сваливание VariEze» или более поздний дизайн манжеты крыла для Cessna CJ1 [2]
- ^ Х. Пол Стаф III и Дэниел Дж. ДиКарло, Разработка сопротивления вращению для небольших самолетов - ретроспектива , серия SAE TP, 2000-01-1691
- ^ Крегер, РА; и Фейстель, Т., Уменьшение тенденции к сваливанию в штопор посредством аэродинамической конструкции крыла , документ SAE 760481.
- ^ NASA TP 1589, Исследование в аэродинамической трубе полномасштабного самолета гражданской авиации, оснащенного усовершенствованным крылом с естественным ламинарным потоком.
- ^ NASA TP 1589: «Механизм, с помощью которого подъем внешней панели поддерживает такие улучшенные характеристики сваливания / вращения, неясен».
- ^ 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]
- ^ Хоернер, Гидродинамический лифт , 12-24.
- ^ 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».
- ^ Добавление обтекателя ... для устранения разрывов вновь введен резкий срыв носовой части (SAE TP 2000-01-1691).
- ^ Сводка результатов попыток вращения четырех исследовательских самолетов НАСА. , [4]
- ^ 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».
- ^ Мурри, Джордан, НАСА TP 2772, Исследование в аэродинамической трубе полномасштабного самолета гражданской авиации, оснащенного усовершенствованным крылом с естественным ламинарным потоком (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».
- ^ NASA TP 2722, «... неустойчивое поведение сваливания и повторного присоединения, происходящее внутри на верхней поверхности крыла по мере прогрессирования сваливания крыла».
- ^ Исследования модификаций для улучшения сопротивления вращению одномоторного легкого самолета с высоким крылом , документ SAE 891039 (1989).
- ^ Х. Холмс, Программа сваливания и вращения НАСА для авиации общего назначения , Sport Aviation, январь 1989 г.
- ^ Влияние модификаций передней кромки крыла на полномасштабный низкоплан самолета гражданской авиации , Nasa TP 2011, Характеристики сопротивления, стр. 13
- ^ 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».
- ^ «Спиновое сопротивление» (PDF) . Почемуcirrus.com .
- ^ Рутан ВариЭзе , НАСА TP 2382 (1985) и НАСА TP 2623 (1986)
- ^ В ТП 1589, В ТП 2011.
- ^ НАСА CT 3636, НАСА TP 2691
- ^ Бумага SAE 891039
- ^ АИАА 86-2596
- ^ Sport Aviation, ноябрь 88. Meyer et Yip, отчет AIAA 89-2237-CP.
- ^ В ТП 2772
- ^ DOT/FAA/CT-92/17, Совместный симпозиум AIAA/FAA по GA.
- ^ "Данные" . Грумман.нет .
- ^ Цессна (2009). «Эта красота глубже кожи» . Архивировано из оригинала 26 июля 2009 года . Проверено 8 августа 2009 г.
- ^ Хортон Инк (nd). «Описание комплекта STOL Horton» . Архивировано из оригинала 21 ноября 2008 года . Проверено 8 августа 2009 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Крыльевые вихревые устройства [5]