Откидная створка Герни
Закрылок Герни (или плетень ) представляет собой небольшой выступ, выступающий из задней кромки крыла. Обычно он устанавливается под прямым углом к поверхности аэродинамического профиля со стороны давления. [2] и выступает на 1–2% хорды крыла . [3] Это устройство задней кромки может улучшить характеристики простого аэродинамического профиля почти до того же уровня, что и сложная высокопроизводительная конструкция. [4]
Устройство работает, увеличивая давление на стороне давления, уменьшая давление на стороне всасывания и помогая потоку пограничного слоя оставаться прикрепленным к задней кромке на стороне всасывания аэродинамического профиля. [5] Обычно они применяются в автогонках , вертолетов горизонтальных стабилизаторах и самолетах, где важна высокая подъемная сила , например, в самолетах, буксирующих баннеры . [6]
Он назван в честь своего изобретателя и разработчика, американского автогонщика Дэна Герни . [7] [8]
История
[ редактировать ]
Первоначальное применение, предложенное американским автомобильных гонок легендой Дэном Герни (которому предложил сделать это американский гонщик Бобби Ансер ), представляло собой прямоугольный кусок листового металла, жестко прикрепленный к верхней задней кромке заднего крыла на его автомобиле. гоночные автомобили с открытыми колесами начала 1970-х годов. Устройство было установлено направленным вверх, чтобы увеличить прижимную силу, создаваемую крылом, и улучшить тягу . [5] Он протестировал его и обнаружил, что он позволяет автомобилю проходить повороты на более высокой скорости, а также достигать более высокой скорости на прямых участках трассы. [9]
Первое применение лоскута было в 1971 году. [10] после того, как Гурни ушел из вождения и начал постоянно управлять собственной гоночной командой.Его водитель Бобби Унсер тестировал новый автомобиль, разработанный Леном Терри гоночной трассе с помощью CAD/CAM, на Phoenix International Raceway, и был недоволен характеристиками автомобиля на трассе. Гурни нужно было что-то сделать, чтобы восстановить уверенность своего водителя перед гонкой, и он вспомнил эксперименты, проведенные в 1950-х годах некоторыми гоночными командами со спойлерами, прикрепленными к задней части кузова для предотвращения подъемной силы (на том уровне развития спойлеры не считались потенциальные средства повышения производительности, всего лишь устройства для устранения дестабилизирующей и потенциально смертельной аэродинамической подъемной силы). Гурни решил попробовать добавить «спойлер» к верхней задней кромке заднего крыла. [11] Устройство было изготовлено и установлено менее чем за час, но испытательные круги Унсера с модифицированным крылом прошли столь же неудачно. Когда Унсер смог поговорить с Гурни конфиденциально, он сообщил, что время круга с новым крылом было замедлено, потому что теперь оно создавало такую большую прижимную силу , что у машины была недостаточная поворачиваемость . Все, что нужно было, — это сбалансировать это, добавив прижимную силу спереди. [12]
Унсер сразу же осознал ценность этого прорыва и захотел скрыть его от конкурентов, в том числе от своего брата Ала . Не желая привлекать внимание к устройствам, Гурни оставил их открытыми. [13] Чтобы скрыть свои истинные намерения, Гурни обманул любознательных конкурентов, сказав им, что затупленная задняя кромка предназначена для предотвращения травм и повреждений при толкании автомобиля вручную. Некоторые скопировали дизайн, а некоторые даже попытались улучшить его, направив створку вниз, что фактически ухудшило производительность. [14]
Герни смог использовать устройство в гонках несколько лет, прежде чем стало известно его истинное предназначение. Позже он обсудил свои идеи с аэродинамиком и конструктором крыльев Бобом Либеком из Douglas Aircraft Company . Либек протестировал устройство, которое он позже назвал «закрылком Герни», и подтвердил результаты полевых испытаний Герни с использованием закрылка по хорде 1,25% на симметричном профиле Ньюмана. [15] Его статья AIAA 1976 года (76-406) «О проектировании дозвуковых профилей большой подъемной силы» представила эту концепцию аэродинамическому сообществу. [16]
Герни передал свои патентные права компании Douglas Aircraft. [12] но устройство не было патентоспособным, так как по существу было похоже на подвижный микроклапан, запатентованный Е. Ф. Запаркой в 1931 году, за десять дней до рождения Гурни. [12] [17] Подобные устройства испытывали также Грушвиц и Шренк. [18] и представлен в Берлине в 1932 году. [19]
Теория работы
[ редактировать ]Закрылок Герни увеличивает максимальный коэффициент подъемной силы ( C L,max ), уменьшает угол атаки (α 0 ) и увеличивает момент кабрирования ( CM при нулевой подъемной силе ), что согласуется с увеличением развала профиля. . [5] Это также обычно увеличивает коэффициент лобового сопротивления ( C d ), [20] особенно на малых углах атаки, [21] хотя для толстых профилей сообщалось об уменьшении лобового сопротивления. [22] Чистый выигрыш в общем отношении подъемной силы к аэродинамическому сопротивлению возможен, если закрылок имеет соответствующий размер с учетом толщины пограничного слоя . [23]
Закрылок Герни увеличивает подъемную силу, изменяя состояние Кутты на задней кромке. [5] [9] След за закрылком представляет собой пару вихрей, вращающихся в противоположных направлениях, которые поочередно сбрасываются на вихревую улицу фон Кармана . [24] становятся важными вихри по хорде, исходящие спереди закрылка В дополнение к этим вихрям по размаху, исходящим за закрылком, при больших углах атаки . [6]
Повышенное давление на нижнюю поверхность перед закрылком означает, что всасывание на верхнюю поверхность может быть уменьшено при сохранении той же подъемной силы. [24]
Применение вертолетов
[ редактировать ]
Закрылки Герни нашли широкое применение на горизонтальных стабилизаторах вертолетов, поскольку они работают в очень широком диапазоне как положительных, так и отрицательных углов атаки. В крайнем случае, при наборе высоты с большой мощностью, отрицательный угол атаки горизонтального стабилизатора может достигать -25 °; в другом крайнем случае, при авторотации , оно может составлять +15°. В результате как минимум половина всех современных вертолетов, построенных на Западе, имеют их в том или ином виде. [25]
Закрылок Герни впервые был применен на варианте Sikorsky S-76 B. [14] при летных испытаниях выяснилось, что горизонтальный стабилизатор оригинального С-76 не обеспечивает достаточную подъемную силу. Инженеры установили закрылок Герни на перевернутый профиль NACA 2412, чтобы решить проблему, не перепроектируя стабилизатор с нуля. [14] также был установлен закрылок Герни, На Bell JetRanger чтобы исправить проблему с углом падения в конструкции, которую было слишком сложно исправить напрямую. [14] [25]
Вертолет Eurocopter AS355 TwinStar использует двойной закрылок Герни, который выступает из обеих поверхностей вертикального стабилизатора . Это используется для устранения проблемы с реверсом подъемной силы на толстых участках профиля при малых углах атаки. [14] Двойной закрылок Герни снижает затраты на управление, необходимые для перехода от режима зависания к полету вперед. [25]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Либек, Роберт Х. Проектирование дозвуковых профилей для большой подъемной силы . Журнал самолетов, Vol. 15, нет. 9 сентября 1978 г., стр. 547–561.
- ^ Ван Дам, CP; Йена, DT; Виген, П. (1999). «Эксперименты Герни с закрылками на аэродинамическом профиле и крыльях». Журнал самолетов . 36 (2): 484–486. дои : 10.2514/2.2461 .
Эти устройства обеспечивали увеличенную область присоединенного обтекания верхней поверхности крыла относительно крыла без закрылков.
- ^ Стормс, БЛ; Джанг, CS (1994). «Увеличение подъемной силы профиля с использованием закрылка Герни и генераторов вихрей» . Журнал самолетов . 31 (3): 542–547. дои : 10.2514/3.46528 .
Одной из технологий-кандидатов является закрылок Герни, который состоит из небольшой пластины, высотой порядка 1–2% хорды профиля, расположенной на задней кромке перпендикулярно корыстной стороне профиля.
- ^ Жигер, П.; Лемей, Дж.; Дюма, Г. (1995). «Эффекты закрылков Герни и масштабирование для низкоскоростных профилей» . Конференция AIAA по прикладной аэродинамике, 13-я, Сан-Диего, Калифорния, Технические документы. Пт. 2 . стр. 966–976.
Благодаря правильному использованию закрылков Герни аэродинамические характеристики простого и легкого в сборке профиля могут быть практически такими же, как и у современной, высокопроизводительной и сложной конструкции.
[ постоянная мертвая ссылка ] - ^ Jump up to: а б с д Миосе, Р.; Пападакис, М.; Херон, И. (1998). «Эксперименты с закрылками Герни на аэродинамических профилях, крыльях и модели отражающей плоскости». Журнал самолетов . 35 (2): 206–211. дои : 10.2514/2.2309 .
Гонщик Дэн Герни использовал этот закрылок, чтобы увеличить прижимную силу и, следовательно, тягу и потенциальную скорость прохождения поворотов, создаваемую перевернутыми крыльями на его гоночных автомобилях.
- ^ Jump up to: а б Трулин, ДР; Лонгмайр, EK ; Лай, WT (2006). «Анализ PIV потока с разрешением по времени над профилем NACA 0015 с закрылком Герни». Эксперименты с жидкостями . 41 (2): 241–254. Бибкод : 2006ExFl...41..241T . дои : 10.1007/s00348-006-0143-8 . S2CID 53316694 .
...периодическое выделение жидкости, циркулирующей в полости перед лоскутом, становится более последовательным с увеличением угла атаки.... Сравнение потока вокруг «заполненной» и «открытой» конфигураций закрылка показало, что [это] было причиной значительную часть общего прироста подъемной силы.
- ^ «Заслонка Герни - Все американские гонщики Дэна Герни» . allamericanracers.com . Проверено 23 апреля 2018 г.
- ^ МОРЕ. «Гурни Флэп» . www.formula1-dictionary.net . Проверено 23 апреля 2018 г.
- ^ Jump up to: а б Джанг, CS; Росс, Джей Си; Каммингс, РМ (1998). «Численное исследование профиля крыла с закрылком Герни» . Проектирование самолетов . 1 (2): 75–88. дои : 10.1016/S1369-8869(98)00010-X . Проверено 6 июля 2007 г.
Либек заявил, что испытания гоночного автомобиля, проведенные Дэном Герни, показали, что автомобиль увеличил скорость на поворотах и на прямой, когда закрылок был установлен на заднем крыле.
- ^ Трулин, Дэниел Р.; Эллен К. Лонгмайр ; Винг Т. Лай (26 июня 2006 г.). «Влияние высоты закрылков Герни на режимы образования вихрей за симметричными профилями». 13-й Международный. Симп. по применению лазерных методов в механике жидкости . Лиссабон, Португалия.
- ^ Вагнер, Ян Р. (2004). «Автомобильная классика Арт-центра 2004 года (Часть вторая): Дэн Герни о гонках и эффекте «BLAT»» . Авто имеет значение. Архивировано из оригинала 6 октября 2007 г. Проверено 6 июля 2007 г.
И я вспомнил, что провел много времени с этими маленькими выступами сзади, или спойлерами и так далее, и подумал про себя: ну, интересно, можно ли поработать над крылом? У нас уже были крылья на них в 1971 году. Конечно же, это было начало закрылка Герни.
- ^ Jump up to: а б с Ховард, Кейт (сентябрь 2000 г.). «Герни Флэп» . Журнал «Автомобильный спорт» .
Как только Гурни подтвердил, что они одни, Унсер сказал ему, что задняя часть теперь настолько хорошо посажена, что машина плохо толкает (недостаточная поворачиваемость), отсюда и плохое время круга.
- ^ Унсер, Бобби (2004). Победители движимы . Нью-Йорк: Уайли. п. 15. ISBN 0-471-64745-4 .
Дэн сказал мне расслабиться. Оставьте их на открытом воздухе. Не привлекайте к ним внимание.
- ^ Jump up to: а б с д и Хоутон, Э. (2003). Аэродинамика для студентов-инженеров . Бостон: Баттерворт Хайнеманн. стр. 500–502 . ISBN 0-7506-5111-3 .
Этот обман оказался настолько успешным, что некоторые из его конкурентов прикрепили выступающие вниз выступы, чтобы лучше защитить руки.
- ^ Миосе, Р.; Херон, И.; Пападакис, М. (1996). «Влияние закрылков Герни на профиль крыла NACA 0011» . Документ AIAA : 96–0059. дои : 10.4271/961316 . Проверено 8 июля 2007 г.
Либек провел испытания в аэродинамической трубе на влияние закрылка Герни на высоту хорды 1,25%. Он использовал профиль типа Ньюмана с эллиптической носовой частью и прямым клином в задней части.
[ постоянная мертвая ссылка ] - ^ Шац, М.; Гюнтер, Б.; Тиле, Ф. (2004). «Вычислительное моделирование нестационарного следа за закрылками каталки». Бумага AIAA . 2417 . дои : 10.2514/6.2004-2417 . ISBN 978-1-62410-030-7 .
Первые теоретические исследования были опубликованы Либеком, который ввёл концепцию хвостовых устройств в аэродинамику самолётов.
- ^ Собецкий, Х. (2003). «Закрылки Герни в трансзвуковых потоках». Ютамский симпозиум Транссоникум IV . Хеннинг Розманн и Кай Рихтер. Берлин: Шпрингер. п. 165 . ISBN 1-4020-1608-5 .
Закрылки Герни известны уже с 1931 года, когда их впервые запатентовала фирма Запарка (США).
- ^ Зерихан, Дж.; Чжан, X. (2001). «Аэродинамика закрылков Герни на крыле на экраноплане» . Журнал АИАА . 39 (5): 772–780. Бибкод : 2001AIAAJ..39..772Z . дои : 10.2514/2.1396 . Проверено 7 июля 2007 г. [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Грушвиц, Юджин; Оскар Шренк (28 октября 1932 г.). «Простой метод увеличения подъемной силы крыльев самолета с помощью закрылков» (PDF) . Журнал авиационной техники и автомобильной авиации . Научное общество авиации (21 1932 г., Берлин). Том 23 (перевод Дуайта М. Майнера под ред.). Вашингтон, июнь 1933 года: Национальный консультативный комитет по аэронавтике . стр. 597–601. НАКА-ТМ-714.
Проблема состоит в том, чтобы при приземлении создать область турбулентности на нижней стороне крыла возле задней кромки за счет какого-либо препятствия воздушному потоку.
{{cite conference}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка ) - ^ Джанг, CS; Росс, Джей Си; Каммингс, РМ (1992). «Расчетная оценка профиля крыла с закрылком Герни» . Документ AIAA : 92–2708 . Проверено 7 июля 2007 г. [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Блой, AW; Циуманис, Н.; Меллор, Северная Каролина (1997). «Улучшение аэродинамических характеристик за счет небольших закрылков». Журнал самолетов . 34 (4): 569–571. дои : 10.2514/2.2210 .
- ^ Нойхарт, Дэн Х.; Пендерграфт, Одис К. младший (1 ноября 1988 г.). «Исследование створок Герни в водном туннеле» (PDF) . НАСА Исследовательский центр в Лэнгли . НАСА-ТМ-4071 . Проверено 7 июля 2007 г.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Жигер, П.; Дюма, Г.; Лемей, Дж. (1997). «Технические заметки» . Журнал АИАА . 35:12 . дои : 10,2514/2,49 . Проверено 7 июля 2007 г.
- ^ Jump up to: а б Мейер, Р.; Хаге, В.; Бехерт, Д.В. (2006). «Уменьшение сопротивления закрылков Герни путем трехмерной модификации». Журнал самолетов . 43 (1): 132. дои : 10,2514/1,14294 .
При использовании термоанемометрии проявляется тональная составляющая в спектре колебаний скорости за створкой Герни. Это указывает на существование вихревой улицы фон Кармана.
- ^ Jump up to: а б с Прути, RW (01 марта 2000 г.). «Аэродинамика: закрылок Герни, часть 2» . Ротор и крыло . Доступ к разведке.
Одним из критических условий полета является набор высоты с большой мощностью. Отрицательный угол атаки горизонтального стабилизатора может достигать -25°, тогда как при авторотации - +15°.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Патент США Re19412, оригинальный патент Запарки 1935 года.
- Камокарди, Маурисио Э. (26 апреля 2012 г.). «Управление потоком в ближнем следе аэродинамических профилей с помощью мини-закрылков Герни» : 111. doi : 10.35537/10915/18178 . Проверено 28 апреля 2014 г.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь )