Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с взорванных закрылков )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Придутые створки охотничьего H.126

Придувные закрылки , или реактивные закрылки , представляют собой аэродинамические устройства большой подъемной силы, используемые на крыльях некоторых самолетов для улучшения их характеристик полета на малых скоростях. Они используют воздух, продуваемый через сопла, чтобы формировать воздушный поток над задней кромкой крыла, направляя поток вниз для увеличения коэффициента подъемной силы . Существует множество методов достижения этого воздушного потока, в большинстве из которых используется выхлопная струя или воздух под высоким давлением, отводимый из компрессора реактивного двигателя, а затем перенаправляемый по линии закрылков задней кромки .

Обдувные закрылки могут относиться конкретно к тем системам, которые используют внутренние воздуховоды внутри крыла для направления воздушного потока, или, в более широком смысле, к системам, подобным системам обдува верхней поверхности или системам сопел на обычном подкрыльевом двигателе, которые направляют воздух через закрылки. Выдувные закрылки - одно из решений среди более широкой категории, известной как подъемная сила с механическим приводом , которая также включает в себя различные системы контроля пограничного слоя , системы, использующие направленную промывку стоек и крылья управления циркуляцией .

Внутренние закрылки использовались на некоторых реактивных самолетах наземного и палубного базирования в 1960-х годах, включая Lockheed F-104 , Blackburn Buccaneer и некоторые версии МиГ-21 Микояна-Гуревича . Как правило, они не пользовались популярностью, поскольку требовали значительных накладных расходов на техническое обслуживание для поддержания чистоты воздуховодов и правильной работы различных клапанных систем, а также к недостатку, заключающемуся в том, что отказ двигателя снижает подъемную силу именно в той ситуации, в которой это наиболее желательно. Концепция вновь появилась в виде верхнего и нижнего обдува в нескольких транспортных самолетах , как турбовинтовых, так и ТРДД.

Механизм [ править ]

В обычном обдуваемом закрылке небольшое количество сжатого воздуха, производимого реактивным двигателем , «сбрасывается» на ступени компрессора и направляется в каналы, проходящие вдоль задней части крыла. Там он проталкивается через прорези в подкрылках самолета, когда закрылки достигают определенных углов. Нагнетание высокоэнергетического воздуха в пограничный слой приводит к увеличению угла атаки сваливания и максимального коэффициента подъемной силы за счет задержки отделения пограничного слоя от аэродинамического профиля . Контроль пограничного слоя путем нагнетания (продувки) массы предотвращает отрыв пограничного слояпутем подачи дополнительной энергии к частицам жидкости, которые задерживаются в пограничном слое . Следовательно, вдувание высокоскоростной воздушной массы в воздушный поток, по существу касательный к поверхности стенки аэродинамического профиля, обращает вспять замедление трения пограничного слоя, таким образом, отрыв пограничного слоя задерживается. [1]

Подъемную силу крыла можно значительно увеличить с помощью управления потоком обдува . Благодаря механическим пазам естественный пограничный слой ограничивает управляющее давление пограничного слоя до полного напора набегающего потока. [2] Обдув с небольшой долей воздушного потока двигателя (внутренняя продуваемая заслонка) увеличивает подъемную силу. Использование гораздо большего количества газа из выхлопных газов двигателя, которое увеличивает эффективную хорду закрылка (форсунки), создает сверхциркуляцию [3] или принудительную циркуляцию [4] до теоретического максимума потенциального потока. [3] Превышение этого предела требует добавления прямой тяги. [4]

Разработка общей концепции продолжалась в НАСА в 1950-х и 60-х годах, что привело к созданию упрощенных систем с аналогичными характеристиками. Обдуваемые снаружи закрылки заставляют двигатель продувать закрылки в задней части крыла. Часть выхлопной струи отклоняется вниз непосредственно заслонкой, в то время как дополнительный воздух проходит через прорези в заслонке и следует за внешним краем из-за эффекта Коанды . Подобная система обдува верхней поверхности размещает двигатели над крылом и полностью полагается на эффект Коанды для перенаправления воздушного потока. Хотя эти системы «механизированного подъема» не так эффективны, как прямой обдув, они, тем не менее, довольно мощны и намного проще в изготовлении и обслуживании.

Более поздней и многообещающей концепцией управления потоком выдувного типа является противоточная закачка жидкости, которая способна осуществлять мощный контроль над глобальными потоками с использованием низкоэнергетических модификаций ключевых областей потока. В этом случае воздух удар щель расположена на стороне давления вблизи передней кромки точки торможения местоположения и воздушного потока управления направлена по касательной к поверхности , но с передним направлением. Во время работы такой системы управления потоком присутствуют два разных эффекта. Один из эффектов, усиление пограничного слоя , вызван повышенной турбулентностью.уровни далеко от области стенки, таким образом транспортируя внешний поток с более высокой энергией в область стенки. В дополнение к этому другой эффект, эффект виртуального формирования , используется для аэродинамического утолщения аэродинамического профиля при больших углах атаки . Оба эти эффекта помогают задержать или устранить разделение потока . [5]

В целом, закрылки могут улучшить подъемную силу крыла в два-три раза. В то время как сложная система закрылков с тремя прорезями на Боинге 747 обеспечивает коэффициент подъемной силы около 2,45, [6] внешний обдув (обдув верхней поверхности на YC-14 ) улучшает его примерно до 7, [6] и внутренний обдув (струйный обдув). клапан на Hunting H.126 ) до 9. [7]

История [ править ]

Уильямс [8] утверждает, что некоторые испытания на выдувание закрылков проводились в RAE перед Второй мировой войной, и что во время войны в Германии были проведены обширные испытания, включая летные испытания с самолетами Arado 232, Do-24 и Bf 109. Лахманн [9] утверждает, что на самолетах Арадо и Дорнье использовался одиночный поток воздуха, приводимый в движение эжектором, который всасывался через часть пролета задней кромки и обдувался остальным. Эжектор был химически приведен в действие паром высокого давления. На Bf 109 для обдува створок использовались воздуходувки с приводом от двигателя.

Ребаффет и Пуассон-Квинтон [10] описывают испытания во Франции в ONERA после войны с комбинированным всасыванием в левой части первой секции закрылка и продувкой во второй секции с использованием вытяжного эжектора компрессора реактивного двигателя для обеспечения всасывания и продувки. Летные испытания проводились на самолете Breguet Vultur . [11]

Испытания были также проведены в Westland Aircraft компанией WH Paine после войны с отчетами, датированными 1950 и 1951 гг. [8]

В Соединенных Штатах Grumman F9F Panther был модифицирован с обдувом закрылков на основе работы, проделанной Джоном Аттинелло в 1951 году. Использовался спуск воздуха из компрессора двигателя. Система была известна как «Контроль пограничного слоя суперциркуляции» или сокращенно BLC. [12]

Между 1951 и 1955 годами компания Cessna провела испытания на обдув закрылков на самолетах Cessna 309 и 319 с использованием системы Arado. [13]

В течение 1950-х и 60-х годов истребители в основном эволюционировали в сторону меньших крыльев, чтобы уменьшить сопротивление на высоких скоростях. По сравнению с истребителями предыдущего поколения они имели примерно в четыре раза большую нагрузку на крыло ; например, Supermarine Spitfire имел нагрузку на крыло 24 фунта / фут 2 (117 кг / м 2 ), а Messerschmitt Bf 109 имел «очень высокую» нагрузку 30 фунтов / фут 2 (146 кг / м 2 ) , в то время как F-104 Starfighter 1950-х годов имел 111 фунтов / фут 2 (542 кг / м 2 ) .

Одним из серьезных недостатков этих более высоких нагрузок на крыло является низкая скорость, когда крыла недостаточно, чтобы обеспечить подъемную силу, чтобы самолет продолжал летать. Даже огромные закрылки не могли в значительной степени компенсировать это, и в результате многие самолеты приземлялись на довольно высоких скоростях, и в результате были отмечены несчастные случаи.

Основная причина неэффективности закрылков заключалась в том, что воздушный поток над крылом мог только «согнуться» до того, как он перестал следовать профилю крыла, состояние, известное как разделение потока . Существует предел того, сколько воздуха закрылки могут отклонить в целом. Есть способы улучшить это, улучшив дизайн клапана; Например, современные авиалайнеры используют сложные многосекционные закрылки. Однако большие закрылки, как правило, значительно усложняют и занимают место на внешней стороне крыла, что делает их непригодными для использования на истребителе.

Принцип действия заслонки форсунки, типа заслонки с внутренним обдувом, был предложен и запатентован в 1952 году Британским национальным газотурбинным учреждением (NGTE), а затем исследован NGTE и Royal Aircraft Establishment . [14] Впервые концепция была протестирована в полном объеме на экспериментальном Hunting H.126 . Он снизил скорость сваливания до 32 миль в час (51 км / ч), чего не может достичь большинство легких самолетов. Для продувки заслонки жиклера использовался большой процент выхлопных газов двигателя, а не воздуха, отбираемого компрессором. [15]

На фото Buccaneer с прорезями для выдувания, видимыми на передних кромках. Выпущенные закрылки способствуют обтеканию крыла воздушным потоком Коанды .

Одним из первых серийных самолетов с взорванными закрылками был Lockheed F-104 Starfighter, который поступил на вооружение в январе 1958 года. [16] После длительных проблем с разработкой BLCS оказался чрезвычайно полезным для компенсации крошечной поверхности крыла Starfighter. Lockheed T2V SeaStar с раздувом створками, был введен в эксплуатацию в мае 1957 года , но было иметь постоянные проблемы обслуживания с BLCS , что привело к его раннему выходу на пенсию. [17] В июне 1958 года Supermarine Scimitar с взорванными закрылками поступил на вооружение. [18] Выдувные закрылки использовались на самолетах North American Aviation A-5 Vigilante и Vought F-8 Crusader.варианты E (FN) и J, McDonnell Douglas F-4 Phantom II и Blackburn Buccaneer . МиГ-21 и МиГ-23 были взорваны закрылки. Петров [19] утверждает, что многолетняя эксплуатация этих самолетов показала высокую надежность систем BLC. TSR-2 , который был отменен , прежде чем он поступил на службу, имела полный большепролетные взорваны закрылки. [20]

Начиная с 1970-х годов уроки воздушного боя над Вьетнамом существенно изменили мышление. Вместо самолетов, разработанных для максимальной скорости, в большинстве конструкций более важными стали общая маневренность и грузоподъемность. В результате мы вернулись к более крупным формам в плане, чтобы обеспечить большую подъемную силу. Например, F-16 имеет нагрузку на крыло 78,5 фунт / фут 2 (383 кг / м 2 ) и использует удлинители передней кромки для обеспечения значительно большей подъемной силы при больших углах атаки , включая заход на посадку и посадку. Некоторые более поздние боевые самолеты добились требуемых низкоскоростных характеристик за счет качающегося крыла.. На Shin Meiwa US-1A внутренний обдув закрылков по-прежнему используется в дополнение к закрылкам с обдувом снаружи .

Некоторые воздушные суда, находящиеся в настоящее время (2015 г.) в эксплуатации, которые требуют выполнения КВП, используют внешний обдув закрылков и, в некоторых случаях, также внутренний обдув закрылков, а также рулевых поверхностей, таких как руль направления, для обеспечения адекватного управления и устойчивости на низких скоростях. Концепции внешнего обдува известны как [15] «закрылок с внешним обдувом» (используется на C-17 Globemaster ), «обдув верхней поверхности» (используется на Ан-72 и Ан-74 ) и «направленный поток», или над обдувом крыла » [19], которые использовались на Ан-70 и Shin Meiwa US-1A и ShinMaywa US-2 .

Приводные системы большой подъемной силы, такие как закрылки с выдувом наружу, не используются для гражданских транспортных самолетов по причинам, указанным Рекцехом [21], которые включают сложность, вес, стоимость, достаточную длину существующих взлетно-посадочных полос и правила сертификации.

См. Также [ править ]

  • Пограничный слой
  • Контроль пограничного слоя
  • Эффект Коанды
  • Крыло управления циркуляцией

Ссылки [ править ]

  1. ^ Аэродинамика для студентов инженерных специальностей, EL Houghton и PW Carpenter, Elsevier
  2. ^ о. Смит, AM (1975). «Высокоподъемная аэродинамика». Журнал самолетов . 12 (6): 508. DOI : 10,2514 / 3,59830 .
  3. ^ a b http://naca.central.cranfield.ac.uk/reports/arc/rm/3304.pdf стр.1
  4. ^ a b http://cafefoundation.org/v2/pdf_tech/Drag.Reduction/NASA.Synergistic.Airframe.1998.pdf стр.22
  5. ^ Управление разделением турбулентного пограничного слоя с высоким числом Рейнольдса с помощью впрыска жидкости в противотоке, BE Wake, Г. Тиллман, SS Ochs, JS Kearney, 3-я конференция AIAA Flow Control, 2006
  6. ^ a b «Аэродинамические аспекты проектирования систем большой подъемной силы для транспортных самолетов» Рис. 1. Тенденции в разработке транспортных систем Boeing High Lift System, Agard CP-365
  7. ^ http://cafefoundation.org/v2/pdf_tech/Drag.Reduction/NASA.Synergistic.Airframe.1998.pdf стр.18
  8. ^ а б http://naca.central.cranfield.ac.uk/reports/arc/cp/0209.pdf
  9. ^ "1954 | 3066 | Архив полета" .
  10. ^ https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19930093899.pdf
  11. ^ https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19850024795.pdf
  12. ^ "Развитие превосходства в воздухе корабельных истребителей 1943-1962 гг." Томми Х. Томасон, Midland Publishing, Hincklet 2007, ISBN 978-1-58007-110-9 , стр. 81 
  13. Перейти ↑ Cessna Wings for the World, история разработки одного двигателя »Уильяма Д. Томпсона, 1991
  14. ^ Международный рейс 1963 p454
  15. ^ a b http://cafefoundation.org/v2/pdf_tech/Drag.Reduction/NASA.Synergistic.Airframe.1998.pdf
  16. ^ "Истребитель армии и ВВС США 1916-1961", выпущенный Д.А. Рассел, Harleyford Publications Limited, Летчворт, 1961, карточка Библиотеки Конгресса № 61-16739 (Соединенные Штаты), стр. 132
  17. ^ American Military Training Aircraft 'ER Johnson and Lloyd S. Jones, McFarland & Co. Inc. Publishers, Джефферсон, Северная Каролина
  18. ^ "Британские военно-морские самолеты с 1912 года" Оуэн Тетфорд, Putnam & Co. Ltd. Лондон, 1962, стр. 318
  19. ^ а б Архив ICAS
  20. ^ "TSR2 с ретроспективой" отредактировал вице-маршал авиации AFC Хантер CBE AFC DL, Историческое общество Королевских ВВС 1998, ISBN 0-9519824 8 6 , стр. 181 
  21. ^ "Аэродинамический дизайн высокоподъемных крыльев Airbus в многопрофильной среде" Даниэль Рекцех, Европейский конгресс по вычислительным методам в прикладных науках и технике ECCOMAS 2004
  • "Дуй, дуй ветер BLC" , Flight International , 1971