Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с кольцевого крыла )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Кольцевое закрытое крыло

Закрытое крыло является крылом , которое эффективно состоит из двух основных плоскостей , которые сливаются на их концах так , что нет никакой обычной законцовки крыла . Конструкции закрытого крыла включают кольцевое крыло (обычно известное как цилиндрическое или кольцевое крыло ), соединенное крыло, коробчатое крыло и устройства со спиралевидным наконечником. [1]

Как и многие устройства законцовки крыла , закрытое крыло направлено на уменьшение расточительных эффектов, связанных с вихрями законцовки крыла, которые возникают на концах обычных крыльев. Хотя закрытое крыло не претендует на такие преимущества, многие конструкции закрытого крыла действительно имеют конструктивные преимущества по сравнению с обычным свободнонесущим монопланом .

Характеристики [ править ]

Крылышко Spiroid - это закрытая поверхность крыла, прикрепленная к законцовке обычного крыла.

Вихри законцовки крыла образуют основной компонент турбулентности в следе и связаны с индуцированным сопротивлением , которое вносит значительный вклад в общее сопротивление в большинстве режимов. Закрытое крыло устраняет необходимость в законцовках крыла и, таким образом, можно ожидать уменьшения эффекта лобового сопротивления законцовки крыла .

В дополнение к потенциальным конструкционным преимуществам по сравнению с открытыми консольными крыльями, закрытые поверхности крыла обладают некоторыми уникальными аэродинамическими свойствами:

  • Для подъемной системы, ограничиваемой помещением в прямоугольную коробку с фиксированными горизонтальными (по размаху) и вертикальными размерами, если смотреть в направлении набегающего потока, конфигурация, которая обеспечивает абсолютное минимальное индуцированное сопротивление для данного общего вертикального подъема, является замкнутой системой, т. Е. прямоугольное крыло коробчатого сечения с подъемными поверхностями, полностью занимающее все четыре границы разрешенной прямоугольной площади. [2] Однако к характеристикам индуцированного сопротивления идеального крыла с закрытой коробкой можно очень близко приблизиться с помощью открытых конфигураций, таких как C-крыло, обсуждаемое ниже. [1]
  • Для любой подъемной системы (или части подъемной системы), которая образует замкнутый контур, если смотреть в направлении набегающего потока, оптимальное распределение подъемной силы (или циркуляции), которое дает минимальное индуцированное сопротивление для данного общего вертикального подъема, не является уникальным, но определяется только с точностью до константы на участке замкнутого цикла. Это связано с тем, что независимо от того, с чего должно начинаться распределение циркуляции, постоянная циркуляция может быть добавлена ​​к части замкнутого контура без изменения общей подъемной силы системы или индуцированного сопротивления. [1] Это ключ к объяснению того, как C-wing обеспечивает почти такое же снижение индуцированного сопротивления, как соответствующая полностью закрытая система, как обсуждается ниже.

В результате, хотя закрытые системы могут привести к значительному снижению индуцированного сопротивления по сравнению с обычным плоским крылом, нет значительного аэродинамического преимущества, которое однозначно достигается за счет того, что они закрыты, а не открыты. [1]

Конфигурации [ править ]

Описаны различные типы закрытого крыла:

  • Крыло коробки
  • Ромбовидное крыло
  • Плоское кольцевое крыло
  • Концентрическое крыло и фюзеляж

История [ править ]

Пионерские годы [ править ]

Blériot И.В. заменил вперед один из кольцевых крыльев своего предшественника с обычным биплана крыла

Ранним примером закрытого крыла был самолет Blériot III , построенный в 1906 году Луи Блерио и Габриэлем Вуазеном . Подъемные поверхности представляли собой два кольцевых крыла, установленных тандемом. Позже Blériot IV заменил вперед кольцевого крыло с бипланом и добавил переднее оперение носового руля , чтобы сделать его три поверхности самолетом . Он смог оторваться от земли небольшими прыжками, прежде чем был поврежден без возможности восстановления.

Основываясь на работе GJA Kitchen, Седрик Ли и Дж. Тилман Ричардс построили и совершили полет на нескольких самолетах с кольцевым крылом, у которых носовая и кормовая части находились на одном уровне. Первым был биплан. За ним последовала серия монопланов, последняя из которых использовалась до 1914 года [3].

Вторая мировая война [ править ]

В 1944 году немецкий конструктор Эрнст Хейнкель начал работу над многоцелевым одноместным СВВП с кольцевым крылом под названием Lerche , но вскоре от проекта отказались. [ необходима цитата ]

Послевоенное [ править ]

В 1950-х годах французская компания SNECMA разработала Coléoptère , одноместный самолет вертикального взлета и посадки с кольцевым крылом. Самолет оказался опасно нестабильным, несмотря на разработку и испытания нескольких прототипов, и от конструкции отказались. Более поздние предложения по конструкции с закрытым крылом включали усовершенствованную систему воздушной огневой поддержки Convair Model 49 (AAFSS) и концепцию Lockheed "Flying Bog Seat" 1980-х годов . [ необходима цитата ]

Доктор Джулиан Волкович продолжал развивать эту идею в 1980-х годах, утверждая, что это была эффективная конструкция, в которой горизонтальное оперение обеспечивало структурную поддержку крыла, а также выступало в качестве стабилизирующей поверхности. [4] [5]

Спиралевидное крылышко , дизайн в настоящее время в стадии разработки Aviation Partners , является закрытым крылом поверхностного монтажа , в конце обычного крыла. Компания объявила, что крылышки, установленные на Gulfstream II, снизили расход топлива на крейсерской фазе более чем на 10%. [6] [7]

Финская компания FlyNano полетела прототип закрытого крыла сверхлегкого самолета , тот FlyNano Nano 11 июня 2012 года [8] [9]

В Беларуси также был спроектирован и построен самолет с закрытым крылом . [10]

Различные современные примеры включают:

  • Стэнфордское исследование [11]
  • Lockheed Ringwing

Закрытые крылья остаются в основном ограниченными областями исследований и концептуальных проектов, поскольку инженерные проблемы разработки прочного, самонесущего закрытого крыла для использования в больших авиалайнерах, которые больше всего выиграют от повышения эффективности, еще не решены.

Закрытое крыло также используется в воде для плавников досок для серфинга, также известных как туннельные плавники .

Экологически ответственный авиационный проект Lockheed Martin [ править ]

АОК Spacejet на Парижском авиасалоне 2013

В 2011 годе Экологичной авиация проект в NASA по аэронавтике исследовательского отдела миссии «s предложено ознакомительные предложения в достижении цели НАСА сокращения будущего потребления авиационного топлива на 50% по сравнению с 1998 Lockheed Martin предложил конструкцию коробчатого крыла наряду с другими передовыми технологиями. [12] [13]

Крыло коробки Прандтля [ править ]

В 1924 году немецкий аэродинамик Людвиг Прандтль предположил, что коробчатое крыло при определенных условиях может обеспечить минимальное индуцированное сопротивление для заданной подъемной силы и размаха крыла. [14] В его конструкции два смещенных горизонтальных крыла имеют вертикальные крылья, соединяющие их концы, и имеют форму, обеспечивающую линейное распределение боковых сил. Утверждается, что такая конфигурация обеспечивает повышенную эффективность для ряда самолетов.

В 1980-х годах Ligeti Stratos использовали этот подход. [15] [16] Название «PrandtlPlane» было придумано в 1990-х годах в исследовании Aldo Frediani et. al. из университета Пизы . [17] В настоящее время он также используется в некоторых сверхлегких самолетах , [18]

Натурный прототип сверхлегкого десантного самолета PrandtlPlane, разработанный в рамках проекта IDINTOS и представленный на Creactivity 2013 (Понтедера, Италия).

IDINTOS [18] (IDrovolante INnovativo TOScano) - исследовательский проект, софинансируемый региональным правительством Тосканы (Италия) в 2011 году с целью разработки и производства сверхлегкого самолета-амфибии PrandtlPlane. Исследовательский проект был выполнен консорциумом тосканских государственных и частных партнеров во главе с аэрокосмической секцией факультета гражданского и промышленного строительства Пизанского университета, и в результате был изготовлен 2-местный прототип VLA. [19]

Эта конфигурация также считается теоретически эффективной для широкофюзеляжных авиалайнеров. Самый большой коммерческий авиалайнер, Airbus A380 , должен идти на компромисс с эффективностью, чтобы в большинстве аэропортов размах крыла был ниже 80-метрового предела, но закрытое крыло с оптимальным размахом крыла может быть короче, чем у обычных конструкций, что потенциально позволяет создавать даже более крупные самолеты. использовать существующую инфраструктуру. [20]

C-wing [ править ]

C-крыло - это теоретическая конфигурация, в которой большая часть верхней центральной части крыла коробчатого типа удалена, создавая крыло, которое складывается вверх и вверх на концах, но не соединяется в центре. C-крыло может достигать почти тех же характеристик индуцированного сопротивления, что и соответствующее крыло коробчатого типа, как показывают расчеты, показанные ниже. [21]

Каждый из первых трех рядов на иллюстрации показывает различную конфигурацию C-крыла, поскольку она проводится через последовательность теоретических расчетов индуцированного сопротивления, в которых законцовки крыльев сближаются, достигая высшей точки в предельном случае справа, где зазор был доведен до нуля, и конфигурация стала крылом с закрытой коробкой (называемым «квазизамкнутым C-крылом», потому что расчеты проводились в пределе, когда зазор достигал нуля).

Непланарные крылья: результаты для оптимального коэффициента аэродинамической эффективности ε

Параметр ε является оптимальным коэффициентом аэродинамической эффективности [ необходима цитата ] и представляет собой соотношение между аэродинамической эффективностью данного неплоского крыла и соответствующей эффективностью эталонного классического свободнонесущего крыла с тем же размахом крыла и полной подъемной силой. Обе эффективности оцениваются для их соответствующего оптимального распределения подъемной силы. Значения ε больше 1 указывают на меньшее индуцированное сопротивление, чем у классического свободнонесущего крыла, для которого ε = 1. [ необходима ссылка ]

Обратите внимание, что все конфигурации C-крыла имеют ε больше 1, и что существует небольшая разница (нет разницы с двумя десятичными знаками, показанными в двух случаях) между конфигурацией со значительным зазором (вторая запись в каждой строке) и соответствующая закрытая конфигурация (третья запись в каждой строке). Это связано с тем, что оптимальная подъемная нагрузка, рассчитанная для квазизамкнутых корпусов, очень мала в верхней центральной секции, и эта часть крыла может быть удалена с небольшим изменением подъемной силы или сопротивления.

Распределение подъемной силы, показанное здесь для квазизамкнутых корпусов, отличается от тех, которые обычно показаны для коробчатых крыльев в классической литературе (например, см. Дюран, рисунок 81). [2] Классическое решение у Дюрана было получено путем анализа конформного отображения, который, как оказалось, был сформулирован таким образом, что приводил к равным восходящим нагрузкам на горизонтальные панели коробки. Но оптимальное распределение подъемной силы не уникально. [1]Постоянная внутренняя нагрузка (соответствующая определенной постоянной циркуляции) может быть добавлена ​​к классической нагрузке, подобной показанной Дюраном, чтобы получить нагрузку, подобную той, которая имеет место в квазизамкнутых случаях ниже. Эти два метода анализа дают разные варианты оптимальной нагрузки, которые принципиально не отличаются. За исключением небольших различий из-за численного метода, используемого для квазизамкнутых случаев, два вида нагрузки, в принципе, представляют собой просто сдвинутые версии друг друга.

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e Кроо, И. (2005), "Непланарные концепции крыла для повышения эффективности летательных аппаратов", серия лекций VKI по инновационным конфигурациям и передовым концепциям для будущих гражданских самолетов 6–10 июня 2005 г.
  2. ^ a b Durand, WF, ed., "Aerodynamic Theory", Volume II, Julius Springer, 1935. Также Нью-Йорк, Dover Publications
  3. ^ Льюис, П .; British Aircraft 1809-1914 , Патнэм, 1962, страницы 340-343,
  4. ^ "Технологии будущего и типы самолетов" . Adg.stanford.edu. Архивировано из оригинала на 2012-07-12 . Проверено 4 июля 2012 .
  5. ^ Wolkovitch, Джулиан, соединенное Крыло: Обзор [ постоянная битая ссылка ] , AC Industries, Inc., Торранс, Калифорния, 1985
  6. ^ "Смешанные крылышки и технология Spiroid" . Aviationpartners.com . Проверено 25 сентября 2009 .
  7. ^ Gratzer 1999.
  8. ↑ Грейди, Мэри (12 июня 2012 г.). "FlyNano Goes Electric, начинает "Airborne Испытательные полеты " " . AVweb . Проверено 7 июля 2012 года .
  9. ^ FlyNano (12 июня 2012). «ВДВ» . Проверено 7 июля 2012 года .
  10. ^ "Самолеты с эллиптическими крыльями, творческие диковинки прошлого" . gizmowatch.com. Архивировано из оригинала на 2013-01-24 . Проверено 6 января 2010 .
  11. ^ «Непланарные крылья: замкнутые системы» . Aero.stanford.edu. Архивировано из оригинала на 2011-08-11 . Проверено 4 июля 2012 .
  12. ^ Barnstorff, Кэти (2012-01-27). «Новые идеи делают акцент на более экологичных самолетах» . сайт www.nasa.gov . Исследовательский центр НАСА в Лэнгли . Проверено 17 декабря 2012 года .
  13. ^ Розенблюм, Эндрю; Пасторе, Роуз (2012-05-01). «Самолеты будущего» . Научно-популярный журнал . Проверено 17 декабря 2012 года .
  14. ^ Прандтль, Л. «Индуцированное сопротивление многоплановых самолетов», Национальный консультативный комитет по аэронавтике, Техническое примечание № 182, из Technishe Berichte, Том III, № 7, 1924, стр. 309-315
  15. ^ История Ligeti Stratos (в архиве)
  16. ↑ Лигети Стратос присоединился к самолету крыла (на французском языке)
  17. ^ Фредиани А., "Крыло Прандтля". Серия лекций VKI: «Инновационные конфигурации и передовые концепции для будущих гражданских транспортных самолетов», 06–10 июня 2005 г.
  18. ^ a b «Архивная копия» . Архивировано из оригинала на 2018-10-04 . Проверено 29 января 2014 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  19. ^ В. Чиполла, А. Фредиани, Ф. Оливьеро, М. Пинуччи, Э. Риццо, Р. Росси. «Сверхлегкий самолет-амфибия PrandtlPlane: окончательный проект», Материалы XXII конференции Итальянской ассоциации аэронавтики и астронавтики, Неаполь (Италия), 2013.
  20. ^ Фредиани А., Чиполла В., Риццо Э., «Конфигурация PrandtlPlane: Обзор возможных применений в гражданской авиации», Вариационный анализ и аэрокосмическая инженерия: математические задачи для аэрокосмического дизайна, Springer US, 2012, 66, 179-210
  21. ^ Demasi Лучано, Dipace Антонио, Monegato Джованни, и Cavallaro Rauno; «Инвариантная формулировка условий минимального индуцированного сопротивления неплоских систем крыла», AIAA Journal (2014), в печати

Внешние ссылки [ править ]

  • Гидросамолет на основе концепции замкнутой системы
  • Аэродинамика неплоских систем крыла
  • Студент принял участие в исследовательском проекте в Университете прикладных наук FH Aachen
  • Изображение Convair Model 49