Генератор вихрей
Генератор вихрей ( ВГ ) — это аэродинамическое устройство, состоящее из небольшой лопатки , обычно прикрепленной к несущей поверхности (или аэродинамическому профилю , например крылу самолета ). [1] или лопасть ротора ветряной турбины . [2] VG также могут быть прикреплены к какой-либо части аэродинамического транспортного средства, например, к фюзеляжу самолета или автомобиля. Когда профиль или тело движется относительно воздуха, ВГ создает вихрь , [1] [3] который, удаляя некоторую часть тихоходного пограничного слоя, контактирующего с поверхностью профиля, задерживает локальный отрыв потока и аэродинамическое сваливание , тем самым улучшая эффективность крыльев и поверхностей управления , таких как закрылки , рули высоты , элероны и рули направления . [3]
Метод работы
[ редактировать ]Генераторы вихрей чаще всего используются для задержки отрыва потока . Для этого их часто размещают на внешних поверхностях транспортных средств. [4] и лопасти ветряных турбин. Как на самолетах, так и на лопастях ветряных турбин они обычно устанавливаются довольно близко к передней кромке аэродинамического профиля , чтобы поддерживать постоянный поток воздуха над рулями на задней кромке. [3] VG обычно имеют прямоугольную или треугольную форму, примерно такую же высоту, как локальный пограничный слой , и проходят по линиям размаха, обычно вблизи самой толстой части крыла. [1] Их можно увидеть на крыльях и вертикальном оперении многих авиалайнеров .
Генераторы вихрей расположены наклонно, так что они имеют угол атаки по отношению к местному потоку воздуха. [1] для создания концевого вихря, который втягивает энергичный, быстро движущийся внешний воздух в медленно движущийся пограничный слой, находящийся в контакте с поверхностью. Турбулентный пограничный слой отделяется с меньшей вероятностью, чем ламинарный, и поэтому желателен для обеспечения эффективности управления задней кромкой. Для запуска этого перехода используются генераторы вихрей. Другие устройства, такие как вортилоны , передние удлинители и передние манжеты , [5] также задерживает отрыв потока на больших углах атаки за счет повторной подачи энергии в пограничный слой. [1] [3]
Примеры самолетов, использующих VG, включают ST Aerospace A-4SU Super Skyhawk и Symphony SA-160 . Для трансзвуковых конструкций со стреловидным крылом VG смягчают потенциальные проблемы сваливания (например, Harrier , Blackburn Buccaneer , Gloster Javelin ).
Установка послепродажного обслуживания
[ редактировать ]Многие самолеты оснащены лопастными вихревыми генераторами с момента производства, но есть также поставщики вторичного рынка, которые продают комплекты VG для улучшения характеристик взлета и посадки некоторых легких самолетов. [6] Поставщики вторичного рынка утверждают, что (i) VG снижают скорость сваливания и уменьшают скорости взлета и посадки, и (ii) что VG повышают эффективность элеронов, рулей высоты и рулей направления, тем самым улучшая управляемость и безопасность на низких скоростях. [7] Для самодельных и экспериментальных китпланов VG дешевы, экономичны и могут быть быстро установлены; однако для сертифицированных авиационных установок затраты на сертификацию могут быть высокими, что делает модификацию относительно дорогим процессом. [6] [8]
Владельцы устанавливают VG на вторичном рынке в первую очередь для получения преимуществ на низких скоростях, но недостатком является то, что такие VG могут немного снизить крейсерскую скорость. В ходе испытаний, проведенных на Cessna 182 и Piper PA-28-235 Cherokee , независимые обозреватели зафиксировали потерю крейсерской скорости на 1,5–2,0 узла (2,8–3,7 км/ч). Однако эти потери сравнительно невелики, поскольку крыло самолета на большой скорости имеет небольшой угол атаки, что позволяет свести сопротивление ВГ к минимуму. [8] [9] [10]
Владельцы сообщают, что на земле с помощью VG может быть сложнее очистить снег и лед с поверхностей крыльев, чем с гладкого крыла, но VG обычно не склонны к обледенению в полете, поскольку они находятся в пограничном слое воздушного потока. VG также могут иметь острые края, которые могут порвать ткань чехлов планера, и поэтому может потребоваться изготовление специальных чехлов. [8] [9] [10]
Что касается двухмоторных самолетов, производители заявляют, что VG уменьшают скорость управления одним двигателем ( Vmca ), увеличивают нулевой расход топлива и полную массу, улучшают эффективность элеронов и рулей направления, обеспечивают более плавный полет в условиях турбулентности и делают самолет более устойчивой приборной платформой. . [6]
Увеличение максимальной взлетной массы
[ редактировать ]Некоторые комплекты VG, доступные для легких двухмоторных самолетов, могут позволить увеличить максимальную взлетную массу . [6] Максимальная взлетная масса двухмоторного самолета определяется конструктивными требованиями и требованиями к скороподъемности с одним двигателем (которые ниже при более низкой скорости сваливания). Для многих легких двухмоторных самолетов требования к скороподъемности с одним двигателем определяют меньший максимальный вес, а не требования к конструкции. Следовательно, все, что можно сделать для улучшения характеристик набора высоты с одним неработающим двигателем, приведет к увеличению максимальной взлетной массы. [8]
В США с 1945 г. [11] до 1991 года, [12] Требования к набору высоты с одним неработающим двигателем для многомоторных самолетов с максимальной взлетной массой 6000 фунтов (2700 кг) или менее были следующими:
Все многомоторные самолеты, имеющие скорость сваливания более 70 миль в час, должен иметь постоянную скорость набора высоты не менее в футах в минуту на высоте 5000 футов, при неработающем критическом двигателе и работе остальных двигателей на максимальной продолжительной мощности, неработающем воздушном винте в положении минимального сопротивления, шасси убрано, закрылки в наиболее выгодном положении...
где — скорость сваливания в посадочной конфигурации, миль в час.
Установка вихревых генераторов обычно позволяет несколько снизить скорость сваливания самолета. [4] и, следовательно, снизить требуемые характеристики набора высоты при одном неработающем двигателе. Снижение требований к скороподъемности позволяет увеличить максимальную взлетную массу, по крайней мере, до максимальной массы, разрешенной конструктивными требованиями. [8] Увеличение максимального веса, разрешенного конструктивными требованиями, обычно может быть достигнуто путем указания максимального веса с нулевым топливом или, если максимальный вес с нулевым топливом уже указан в качестве одного из ограничений самолета, путем указания нового, более высокого максимального веса с нулевым топливом. [8] По этим причинам комплекты вихревых генераторов на многих легких двухдвигательных самолетах сопровождаются снижением максимальной массы без топлива и увеличением максимальной взлетной массы. [8]
Требование к скороподъемности при одном неработающем двигателе не распространяется на одномоторные самолеты, поэтому прирост максимальной взлетной массы (исходя из скорости сваливания или конструктивных соображений) менее значителен по сравнению с таковым для близнецов 1945–1991 годов.
После 1991 года в требованиях сертификации летной годности в США требование набора высоты при одном неработающем двигателе определяется как градиент, не зависящий от скорости сваливания, поэтому у вихревых генераторов меньше возможностей увеличить максимальную взлетную массу многомоторных самолетов, основа сертификации которых FAR 23 с поправкой 23-42 или более поздней. [12]
Максимальный посадочный вес
[ редактировать ]Поскольку посадочная масса большинства легких самолетов определяется конструктивными соображениями, а не скоростью сваливания, большинство комплектов VG увеличивают только взлетную массу, а не посадочную массу. Любое увеличение посадочной массы потребует либо структурных изменений, либо повторных испытаний самолета с более высокой посадочной массой, чтобы продемонстрировать, что сертификационные требования по-прежнему выполняются. [8] Однако после длительного полета могло быть израсходовано достаточно топлива, в результате чего самолет снова оказался ниже разрешенной максимальной посадочной массы.
Снижение шума самолетов
[ редактировать ]Генераторы вихрей использовались в нижней части крыла самолетов семейства Airbus A320 для снижения шума, создаваемого потоком воздуха через круглые вентиляционные отверстия для выравнивания давления в топливных баках. Lufthansa утверждает, что таким образом можно достичь снижения шума до 2 дБ. [13]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и Пепплер, Иллинойс: С нуля , стр. 23. Aviation Publishers Co. Limited, Оттава, Онтарио, двадцать седьмое исправленное издание, 1996. ISBN 0-9690054-9-0
- ^ Вихревые генераторы ветряных турбин , UpWind Solutions.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д Микро АэроДинамика (2003). «Как работают Micro VG» . Проверено 15 марта 2008 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Клэнси, Ж.Дж. Аэродинамика , Раздел 5.31
- ^ Опущенная передняя кромка представляет собой «разрыв, создающий вихри», в «Развитие сопротивления вращению для малых самолетов», документ SAE 2000-01-1691.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д Микро АэроДинамика (2003). «Микровихревые генераторы для одно- и двухмоторных самолетов» . Проверено 15 марта 2008 г.
- ^ «Земля короче! Преимущества» . Landshorter.com . Проверено 9 октября 2012 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж г час Буш, Майк (ноябрь 1997 г.). «Вихревые генераторы: пластыри или магия?» . Проверено 15 марта 2008 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Псутка, Кевин, Генераторы микровихрей , полет COPA , август 2003 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Киркби, Боб, Вихревые генераторы для Cherokee 235 , рейс COPA , июль 2004 г.
- ^ Правила гражданской авиации США, часть 3, §3.85a
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Федеральные авиационные правила США, часть 23, §23.67, поправки 23-42, 4 февраля 1991 г.
- ^ Более 200 самолетов Lufthansa A320 станут тише. Архивировано 4 мая 2014 г. на Wayback Machine. Проверено 4 мая 2014 г.
- Кермод, AC (1972), Механика полета , глава 11, стр. 350 - 8-е издание, Pitman Publishing, Лондон ISBN 0-273-31623-0
- Клэнси, LJ (1975), Аэродинамика , Pitman Publishing, Лондон ISBN 0-273-01120-0
Внешние ссылки
[ редактировать ]