Вихревой лифт
Вихревая подъемная сила — это часть подъемной силы, возникающая за счет действия вихрей на передней кромке. [1] Он создается крыльями с сильно стреловидными, острыми передними кромками (стреловидностью более 50 градусов) или удлинениями основания крыла с большой стреловидностью, добавленными к крылу средней стреловидности. [2] Иногда ее называют нелинейной подъемной силой из-за ее быстрого увеличения с увеличением угла атаки. [3] и управляемый отрывной подъем, чтобы отличить его от обычного подъема, который возникает при присоединенном потоке.
Как это работает
[ редактировать ]Вихревая подъемная сила работает за счет улавливания вихрей, образующихся от резко изогнутой передней кромки крыла. Вихрь, образующийся примерно параллельно передней кромке крыла, захватывается потоком воздуха и остается прикрепленным к верхней поверхности крыла. Когда воздух обтекает переднюю кромку, он обтекает захваченный вихрь и втягивается внутрь и вниз, создавая подъемную силу.
Крыло прямой или умеренной стреловидности может испытывать, в зависимости от сечения профиля, срыв передней кромки и потерю подъемной силы в результате отрыва потока на передней кромке. [4] и неподъемный след над верхней частью крыла. Однако на крыле с большой стреловидностью отрыв передней кромки все же происходит, но вместо этого создается вихревая полоса, которая свертывается над крылом, создавая поток под ним по размаху. Поток, не увлеченный вихрем, проходит через вершину вихря и снова прикрепляется к поверхности крыла. [5] Вихрь создает поле высокого отрицательного давления в верхней части крыла. Вихревая подъемная сила увеличивается с увеличением угла атаки (АОА), как это видно на графиках подъемной силы ~ AOA, которые показывают вихрь или несвязанный поток, добавляя к нормальной присоединенной подъемной силе как дополнительный нелинейный компонент общей подъемной силы. [6] Вихревой подъем имеет предельную величину угла атаки, при которой вихрь лопается или разрушается.
Приложения
[ редактировать ]Четыре основные конфигурации, в которых используется вихревая подъемная сила: в хронологическом порядке: треугольное крыло с углом наклона 60 градусов; стрельчатое треугольное крыло с резко закругленной передней кромкой у основания; крыло средней стреловидности с удлиненной передней кромкой, известное как гибридное крыло; и носовая часть с острой кромкой, или вихревая подъемная часть. [7] Крылья, создающие вихревую подъемную силу, использовались на исследовательских самолетах с треугольным крылом, таких как Convair XF-92A и Fairey Delta 2 . Ранние истребители с треугольным крылом, такие как F-102 , F-106 , и современники, такие как дельты Дассо, имели изогнутые передние кромки, которые были тупыми и не создавали значительных вихрей. Сверхзвуковой авиалайнер «Конкорд» имел острые передние кромки. Крылья с вихревой подъемной силой над внутренней частью представляют собой крылья средней стреловидности с легко идентифицируемым LERX, используемые на боевых самолетах высокой маневренности, таких как Northrop F-5 и McDonnell Douglas F/A-18 Hornet . используются острые тяги Vortex Lift в носовой части На самолете General Dynamics F-16 Fighting Falcon .
-
Испытательный планер Lippisch DM-1 , дельта угла 64 градуса, который продемонстрировал вихревую подъемную силу в аэродинамической трубе после модификации с острой передней кромкой в Исследовательском центре НАСА в Лэнгли в 1946 году. -
F-106 , дельта угла 60 градусов: ранний пример с отрывом потока на передней кромке. -
Concorde демонстрирует стреловидное треугольное крыло с большим углом стреловидности в основании крыла: высокоразвитая форма с контролируемым отрывом потока. -
Northrop F-5, крыло умеренной стреловидности: раннее применение вихревой подъемной силы с использованием LERX. -
Вихри General Dynamics F-16 Fighting Falcon на широкой носовой части с острыми краями стабилизируют поток по всему самолету, включая подвесное крыло.
Преимущества и недостатки
[ редактировать ]Вихревая подъемная сила обеспечивает высокую подъемную силу с увеличением угла атаки на посадочных скоростях и в маневрирующем полете. Высокий угол обзора, необходимый для выполнения требований приземления, в прошлом ограничивал видимость пилота и приводил к усложнению конструкции, связанной с опущенным носом, как в случае Fairey Delta 2 и Concorde . Для крыльев средней стреловидности добавление LERX снижает волновое сопротивление, улучшает характеристики поворота и обеспечивает гораздо более широкий диапазон положений полета. [8] Использование вихревой подъемной силы ограничено разрушением или взрывом вихря, а также присущей ему нестабильностью при рыскании. Существует значительное сопротивление из-за увеличения подъемной силы и потери всасывания передней кромки, которое является частью нормального потока вокруг передней кромки. [9]
Среди животных
[ редактировать ]Такие животные, как колибри и летучие мыши , питающиеся пыльцой и нектаром, способны парить. Они создают вихревую подъемную силу с помощью острых передних кромок своих крыльев и меняют форму и кривизну крыльев, чтобы обеспечить устойчивость подъемной силы. [10]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Характеристики и дизайн самолетов, Джон Д. Андерсон-младший, Tata McGraw-Hill Edition 2010, ISBN 978 0 07 070245 5 , стр. 100
- ^ «Почему и зачем крылья», BRA Burns, журнал Air International, февраль 1979 г., стр.82
- ^ Полхамус, ЕС (декабрь 1966 г.). «Сервер технических отчетов НАСА (NTRS)» (PDF) . Ntrs.nasa.gov . Проверено 2 ноября 2020 г.
- ^ Проектирование для воздушного боя, Рэй Уитфорд, 1987, ISBN 0 7106 0426 2 , стр.16
- ^ НАСА ТМ X 2626
- ^ Проектирование для воздушного боя, Рэй Уитфорд, 1987, ISBN 0 7106 0426 2 , рис.81
- ^ Проектирование для воздушного боя, Рэй Уитфорд, 1987, ISBN 0 7106 0426 2 , рис. 87.
- ^ Проектирование для воздушного боя, Рэй Уитфорд, 1987, ISBN 0 7106 0426 2 , стр.89-91.
- ^ «Поведение и характеристики передних закрылков Vortex» (PDF) . Проверено 17 декабря 2023 г.
- ^ «Передовая технология Vortex позволяет летучим мышам оставаться в воздухе, - сообщает профессор аэрокосмической отрасли» . Инженерная школа USC Витерби. 29 февраля 2008 г.