Крыло канала
Швеллерное крыло самолета, — это принцип крыла разработанный Уиллардом Рэем Кастером в 1920-х годах. Важнейшая часть крыла состоит из полутрубы с расположенным посередине двигателем, приводящим в движение воздушный винт, расположенный в заднем конце канала, образованного полутрубкой.
Разработка
[ редактировать ]В 1925 году Уиллард Кастер сам наблюдал, как очень сильный ветер сумел поднять крышу сарая. Кастер понял, что высокая скорость ветра создала более низкое давление над крышей, в то время как давление внутри оставалось высоким, буквально срывая крышу. Это низкое давление вверху и высокое давление внизу — это то же самое явление, которое позволяет крылу самолета обеспечивать подъемную силу, хотя в этом случае сам сарай явно не двигался.
Кастер изучил это явление и к 1928 году изготовил первые модели крыла с полутрубчатым профилем вместо обычного профиля крыла. Это было запатентовано в 1929 году. Затем разработка крыла с полутрубным швеллером была усовершенствована, и 12 ноября 1942 года самолет CCW-1 ( Custer Channel Wing 1 ) впервые поднялся в воздух. Кастер построил дополнительные экспериментальные самолеты; последним был CCW-5, несколько штук было изготовлено в 1964 году.
Принцип действия
[ редактировать ]
Краткое изложение своего изобретения Кастера заключалось в том, что ключом к подъемной силе, создаваемой крылом, является скорость потока воздуха, проходящего через крыло, а не скорость самого самолета: это скорость воздуха, а не скорость полета!
Крыло функционирует, потому что воздух над крылом имеет более низкое давление , чем воздух под ним. Обычный самолет должен достичь значительной минимальной скорости, прежде чем этот перепад давления станет достаточно большим, чтобы создать достаточную подъемную силу для взлета.
В канальном крыле Кастера вращающийся пропеллер будет направлять стабильный поток воздуха назад через канал. Пропеллер со стороны низкого давления обычно снабжается воздухом со всех сторон. Поскольку полутрубка предотвращает всасывание воздуха снизу, вместо этого воздух будет всасываться через канал. Это создает в канале сильную область низкого давления, которая снова создает подъемную силу.
Приложения и ограничения
[ редактировать ]Компоновка долгое время не была успешно проверена на самолете, хотя Кастер теоретически и экспериментально показал, что этот принцип способен осуществлять вертикальный полет. Поскольку они были построены с обычными рулями направления, для функционирования которых требовалась минимальная воздушная скорость, ни один из самолетов, спроектированных Кастером, не был способен к полному вертикальному взлету , а вместо этого характеризовался как КВП ( короткий взлет и посадка ). Однако требуемая взлетно-посадочная полоса для взлета была очень короткой: 200 футов (61 м) для CCW-1, 66 футов (20 м) для CCW-2, со скоростью взлета всего 20 миль в час (32 км/ч). Полный вертикальный взлет теоретически возможен, но потребует дополнительных модификаций и средств управления.
Кастер исследовал как самолеты с чисто канальными крыльями, так и самолеты с дополнительными обычными крыльями, расположенными за пределами каналов. Конструкция очень хорошо работает на относительно низких скоростях. На более высоких скоростях и высоких оборотах гребного винта в зонах вокруг гребного винта будут возникать колебания, вызывающие повышенный шум, а также создавая долговременные разрушительные вибрации в конструкции.
Наиболее испытанной конфигурацией была двухмоторная компоновка с двумя швеллерами крыла. Двухмоторная компоновка имела более высокий риск потери управления в случае отказа одного двигателя и требовала очень высокого положения носа для взлета и посадки по сравнению с обычными двухмоторными самолетами. [1]
Два самолета Кастера CCW выжили. CCW-1 находится в Смитсоновском национальном музее авиации и космонавтики в Суитленде, штат Мэриленд . CCW -5 , созданный на базе представительского самолета Baumann Brigadier , выставлен в Среднеатлантическом музее авиации в Пенсильвании .
Позже исследования, проведенные НАСА, пришли к выводу, что достигнутое преимущество в характеристиках подъемной силы и длины поля не компенсирует многие недостатки компоновки в наборе высоты и высокой скорости, а также проблемы с соответствием сертификационным требованиям для авиации общего назначения . [2] Основная проблема заключается в том, что конфигурация крыла с полукруглой балкой приводит к повышенному сопротивлению профиля и потерям веса по сравнению с обычным крылом той же подъемной формы в плане, а обычное прямое крыло может обеспечить почти эквивалентное увеличение подъемной силы при воздействии такого же повышенного сопротивления, вызванного спутным потоком. динамическое давление.
Гибридное крыло канала
[ редактировать ]В 1999–2004 гг. Совместный исследовательский проект под руководством Института Джорджии и Технологического научно-исследовательского института в Атланте финансировался Исследовательским центром Лэнгли. Испытания самолетов проводились с использованием схемы крыла с каналом и устройствами управления циркуляцией, которые использовали эффект Коанды . Характеристики крыла были увеличены, а угол атаки уменьшен, что устранило некоторые недостатки конструкции. Полученная конструкция была запатентована. [1]
Крыло канала как вертикальный взлет и посадка
[ редактировать ]В 2017 году аэрокосмический стартап Hop Flyt Inc. был основан на концепции самолетов eVTOL , в которых используется технология канального крыла для достижения вертикального полета. Флагманский самолет Venturi, названный в честь эффекта Вентури , представляет собой концептуальный самолет-утку , который позволяет изменять угол падения швеллерного крыла, что позволяет самолету выполнять зависание, переход и полет с неподвижным крылом. Патент выдан в 2020 году. [3] Компания Hop Flyt Inc. продолжила разработку технологии продольного крыла вертикального взлета и посадки посредством мелкомасштабных летных испытаний беспилотных летательных аппаратов.
Примеры самолетов с принципом швеллерного крыла
[ редактировать ]| Модель | Дизайнер | Компания | приблизительный год |
|---|---|---|---|
| CCW-1 | Уиллард Рэй Кастер | Корпорация Custer Channel Wing Corporation | 1942 |
| КОО-2 | Уиллард Рэй Кастер | Корпорация Custer Channel Wing Corporation | 1948 |
| CCW-5 | Уиллард Рэй Кастер | Корпорация Custer Channel Wing Corporation | 1953–64 |
| РФВ-1 | У них есть Фишер | Рейн-Флюгцойгбау, Менхенгладбах | 1960 |
| Антонов 181 | Олег Антонов | Антонов | 1990 |
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Райт, Тим (май 2007 г.). «Этот маленький дополнительный лифт» . Воздух и космос / Смитсоновский институт . Архивировано из оригинала 27 мая 2022 г. Проверено 27 мая 2022 г.
- ^ Клементс, Гарри Р. (30 августа 2006 г.). «Возвращение к крылу Канала» . САЭ Интернешнл . Серия технических документов SAE. 1 . дои : 10.4271/2006-01-2387 . ISSN 2688-3627 . Проверено 27 мая 2022 г.
- ^ US-10696390-B2, 30 июня 2020 г., Уинстон, Роберт, Самолет, имеющий крылья с каналом независимого изменения угла падения и утками с каналом независимого изменения угла падения https://ppubs.uspto.gov/dirsearch-public/print/downloadPdf/10696390
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Лиска, Дональд (март 1953 г.). «Самолет Крыла Канала» . Инженер из Висконсина . 57 (6): 16–19, 44 . Проверено 27 мая 2022 г.
- Браун, Кевин (сентябрь 1964 г.). «Кабина испытаний легендарного крыла канала» . Популярная механика . Архивировано из оригинала 1 декабря 2015 г. Проверено 27 мая 2022 г.
- Энглар, Роберт; Кэмпбелл, Брайан (2002). Разработка усовершенствованного самолета супер-КВП с пневматическим каналом крыла и подъемной силой . 1-я конференция по управлению потоками, 24–26 июня 2002 г. Сент-Луис, штат Миссури : AIAA . стр. 2002–3275. дои : 10.2514/6.2002-3275 .
- Бойн, Уолт (май 1977 г.). «История крыла канала Кастер» . Журнал «Аэросила» . Том. 7, нет. 3. С. 8–19, 58. Архивировано из оригинала 1 декабря 2015 г. Проверено 27 мая 2022 г.
- «Производственная модель Кастера берет лук» . Журнал «Аэропрогресс» . Октябрь 1964 года. Архивировано из оригинала 27 мая 2022 года . Проверено 27 мая 2022 г.
- «Демонстрационный полет на крыле Ла-Манша» . Авиационная неделя . Вашингтон, округ Колумбия , 28 сентября 1959 г. Архивировано из оригинала 1 декабря 2015 г. Проверено 27 мая 2022 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Архив веб-сайта Custer-Channelwing
- Еще один веб-сайт крыла Custer Channel
- Видео Кастера, объясняющего свои теории, и реальные кадры полета
- Фотографии Национального музея авиации и космонавтики Custer CCW-1
- Фотографии Среднеатлантического музея авиации Custer CCW-5, Ридинг, Пенсильвания
- Конструкция современного самолета с канальным крылом Ставатти разработал транспортный канал с крылом для 2000-х годов.
- Крыло Канала Кастера