Косое крыло

Наклонное крыло (также называемое поворотным крылом ) представляет собой концепцию крыла с изменяемой геометрией . На самолете, оснащенном таким образом, крыло спроектировано так, чтобы вращаться на центральном шарнире, так что один конец сдвинут вперед, а противоположный конец - назад. Изменяя таким образом угол стреловидности, можно уменьшить сопротивление на высокой скорости (при стреловидности крыла) без ущерба для характеристик на низкой скорости (при перпендикулярном крыле). Это вариация классической конструкции с поворотным крылом , призванная упростить конструкцию и сохранить центр тяжести при изменении угла стреловидности.

История

Старейшими примерами этой технологии являются нереализованные немецкие проекты самолетов Blohm & Voss P.202 и Messerschmitt Me P.1009-01 1944 года, основанные на патенте Мессершмитта. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} После войны конструктор доктор Ричард Фогт был доставлен в США во время операции «Скрепка» . ^{[ 3 ]} Концепция наклонного крыла была возрождена Робертом Т. Джонсом в 1950-х годах. ^{[ 4 ]} авиационный инженер Исследовательского центра Эймса НАСА , Моффетт-Филд , Калифорния. Аналитические исследования и исследования в аэродинамической трубе, инициированные Джонсом в Эймсе, показали, что транспортный самолет с косым крылом, летящий со скоростью до 1,4 Маха (в 1,4 раза превышающей скорость звука), будет иметь существенно лучшие аэродинамические характеристики , чем самолет с более традиционными крыльями .

В 1970-х годах на аэродроме Моффетт Филд был построен и испытан беспилотный винтовой самолет. ^{[ 5 ]} Проект, известный как НАСА «Наклонное крыло», выявил неприятные характеристики корабля при больших углах стреловидности.

только один пилотируемый самолет NASA AD-1 На данный момент для исследования этой концепции построен он провел серию летных испытаний . Начиная с 1979 года, . Этот самолет продемонстрировал ряд серьезных режимов сцепки кренов , и дальнейшие эксперименты закончились.

Теория

Общий подход заключается в разработке самолета, который будет работать с высокой эффективностью при увеличении числа Маха от взлетного к крейсерскому режиму (M ~ 0,8 для коммерческого самолета). Поскольку в каждом из этих двух режимов полета доминируют два разных типа лобового сопротивления, объединение высокоэффективных конструкций для каждого режима в единый планер проблематично.

При низких числах Маха индуцированное сопротивление доминирует над сопротивлением. Самолеты во время взлета и планеры больше всего страдают от индуцированного сопротивления. Одним из способов уменьшения индуцированного сопротивления является увеличение эффективного размаха подъемной поверхности. Вот почему у планеров такие длинные и узкие крылья. Идеальное крыло имеет бесконечный размах, а индуцированное сопротивление сведено к двумерному свойству. На более низких скоростях, во время взлета и посадки, наклонное крыло будет располагаться перпендикулярно фюзеляжу, как обычное крыло, чтобы обеспечить максимальную подъемную силу и управляемость. По мере того, как самолет набирал скорость, крыло поворачивалось для увеличения угла наклона, тем самым уменьшая сопротивление из-за смачиваемой области и уменьшая расход топлива.

С другой стороны, при увеличении числа Маха до скорости звука и выше, волновое сопротивление доминирует над проектными проблемами. Когда самолет вытесняет воздух, генерируется звуковая волна. Отведение крыльев от носовой части самолета может удерживать крылья позади звуковой волны, что значительно снижает сопротивление. К сожалению, для данной конструкции крыла увеличение стреловидности уменьшает удлинение . На высоких скоростях, как дозвуковых, так и сверхзвуковых , наклонное крыло будет поворачиваться под углом до 60 градусов к фюзеляжу самолета для улучшения скоростных характеристик. Исследования показали, что эти углы уменьшат аэродинамическое сопротивление, позволяя увеличить скорость и увеличить дальность полета при том же расходе топлива.

По сути, оказывается, что ни одна конструкция не может быть полностью оптимизирована для обоих режимов полета. Однако наклонное крыло обещает приблизиться. Активно увеличивая стреловидность по мере увеличения числа Маха, можно добиться высокой эффективности в широком диапазоне скоростей.

Роберт Т. Джонс предположил, что наклонное летающее крыло может радикально улучшить коммерческие воздушные перевозки, снизив затраты на топливо и шум вблизи аэропортов. ^{[ 6 ]} Военные операции включают возможность использования долговечного истребителя / штурмовика.

Исследование авиалайнера NASA OFW

Было проведено расследование по поводу того, что платформа OFW может быть превращена в трансконтинентальный авиалайнер. ^{[ 7 ]} НАСА Эймс провело предварительное исследование проекта теоретического сверхзвукового авиалайнера на 500 мест с использованием этой концепции в 1991 году. После этого исследования НАСА построило небольшой самолет-демонстратор с дистанционным управлением и размахом крыльев 20 футов (6,1 м). В мае 1994 года он летал всего один раз, в течение четырех минут, но при этом продемонстрировал стабильный полет с наклонной стреловидностью крыла от 35 до 50 градусов. Несмотря на этот успех, программа NASA High Speed Research и дальнейшие исследования наклонного крыла были отменены.

Проект DARPA Oblique Flying-Wing (OFW)

США Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны (DARPA) заключило с Northrop Grumman контракт на сумму 10,3 миллиона долларов США на снижение рисков и предварительное планирование демонстратора X-plane OFW. ^{[ 8 ]} известный как Switchblade . В конечном итоге эту программу отменили, сославшись на трудности с системами управления.

Целью программы было создание самолета-демонстратора технологий для изучения различных проблем, которые влечет за собой радикальный дизайн. Предлагаемый самолет будет представлять собой чисто летающее крыло (самолет без других вспомогательных поверхностей, таких как хвостовое оперение, переднее оперение или фюзеляж ), в котором крыло будет асимметрично стреловидным, причем одна сторона самолета будет направлена вперед, а другая - назад. ^{[ 9 ]} Считается, что такая конфигурация самолета сочетает в себе высокую скорость, большую дальность полета и большую выносливость. ^{[ 10 ]} Программа предусматривала два этапа. Фаза I должна была изучить теорию и привести к концептуальному проекту, а фаза II охватывала проектирование, производство и летные испытания самолета. Программа надеялась создать набор данных, который затем можно будет использовать при рассмотрении будущих проектов военных самолетов.

Завершены испытания конструкции самолета в аэродинамической трубе. Конструкция была отмечена как «работоспособная и надежная». ^{[ 11 ]} Программа была завершена до того, как был построен летный демонстратор. ^{[ 12 ]}

См. также

Ссылки

^ Хейнцерлинг, Вернер. «Стреловидность крыла и правило площади, два основных патента Германии в области аэродинамики самолетов» ( PDF) (на немецком языке). ТУ Дармштадт . стр. 7, 8.
^ Мейер, Х.-У. «Немецкая разработка стреловидного крыла 1935-1945» (PDF) . HAW-Hamburg.de .
^ «История аэродинамики и авиастроения» . Ученые и друзья .
^ Может ли это навсегда изменить авиаперелеты? . Горчица. 5 января 2024 г. Проверено 6 января 2024 г. - через YouTube.
^ «Винг-Твистер» . Журнал «Воздух и космос» . 06.10.2014. Архивировано из оригинала 8 октября 2014 г. – через Wayback Machine . НАСА испытало исследовательский самолет с наклонным крылом в конце 1970-х годов. Его неприятные летные характеристики при экстремальных углах стреловидности крыла обескуражили исследователей.
^ Джонс, Роберт Т. (1 января 1977 г.). «Наклонное крыло — конструкция самолета для околозвуковых и малых сверхзвуковых скоростей» . Акта Астронавтика . 4 (1): 99–109. Бибкод : 1977AcAau...4...99J . дои : 10.1016/0094-5765(77)90035-2 . ISSN 0094-5765 .
^ «Блог Майкла Уильямса» . Архивировано из оригинала 9 октября 2006 г.
^ Уорвик, Г. «<пропал без вести>». Рейс Интернешнл . 169 (5029): 20.
^ «Косое летающее крыло» . DARPA.mil . Архивировано из оригинала 21 апреля 2006 г.
^ «Наклонное летающее крыло, сверхзвуковая аэродинамика» . Aerodyn.org . Архивировано из оригинала 14 мая 2006 г.
^ «Новые ракурсы: результаты в аэродинамической трубе указывают путь вперед в исследовании бесхвостого наклонного летающего крыла». Неделя авиации и космические технологии : 34–35. 8 октября 2007 г.
^ Шахтман, Ной. «DARPA убивает сверхзвуковой бомбардировщик-оборотень» . Wired.com . ISSN 1059-1028 . Проверено 13 января 2024 г.

Дальнейшее чтение

Думая косо , Ларример, Брюс И., НАСА (2013)

Внешние ссылки

Косые летающие крылья: введение и официальный документ - Desktop Aeronautics, Inc., 2005 г.

[1] Хейнцерлинг, Вернер. «Стреловидность крыла и правило площади, два основных патента Германии в области аэродинамики самолетов» ( PDF) (на немецком языке). ТУ Дармштадт . стр. 7, 8.

[2] Мейер, Х.-У. «Немецкая разработка стреловидного крыла 1935-1945» (PDF) . HAW-Hamburg.de .

[3] «История аэродинамики и авиастроения» . Ученые и друзья .

[4] Может ли это навсегда изменить авиаперелеты? . Горчица. 5 января 2024 г. Проверено 6 января 2024 г. - через YouTube.

[5] «Винг-Твистер» . Журнал «Воздух и космос» . 06.10.2014. Архивировано из оригинала 8 октября 2014 г. – через Wayback Machine . НАСА испытало исследовательский самолет с наклонным крылом в конце 1970-х годов. Его неприятные летные характеристики при экстремальных углах стреловидности крыла обескуражили исследователей.

[6] Джонс, Роберт Т. (1 января 1977 г.). «Наклонное крыло — конструкция самолета для околозвуковых и малых сверхзвуковых скоростей» . Акта Астронавтика . 4 (1): 99–109. Бибкод : 1977AcAau...4...99J . дои : 10.1016/0094-5765(77)90035-2 . ISSN 0094-5765 .

[7] «Блог Майкла Уильямса» . Архивировано из оригинала 9 октября 2006 г.

[8] Уорвик, Г. «<пропал без вести>». Рейс Интернешнл . 169 (5029): 20.

[9] «Косое летающее крыло» . DARPA.mil . Архивировано из оригинала 21 апреля 2006 г.

[10] «Наклонное летающее крыло, сверхзвуковая аэродинамика» . Aerodyn.org . Архивировано из оригинала 14 мая 2006 г.

[11] «Новые ракурсы: результаты в аэродинамической трубе указывают путь вперед в исследовании бесхвостого наклонного летающего крыла». Неделя авиации и космические технологии : 34–35. 8 октября 2007 г.

[12] Шахтман, Ной. «DARPA убивает сверхзвуковой бомбардировщик-оборотень» . Wired.com . ISSN 1059-1028 . Проверено 13 января 2024 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]