Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Супермарин Спитфайр использует модифицированное эллиптическое крыло.

Эллиптическое крыло является крылом формы в плане , чьи передние и задние кромки каждого приблизительные два сегмента с эллипсом . Не следует путать с кольцевыми крыльями , которые могут иметь форму эллипса.

Относительно небольшое количество самолетов приняло на вооружение эллиптическое крыло, еще меньшее количество которых было выпущено в серийное производство ; большинство самолетов, которые действительно использовали эту функцию, были выпущены в 1930-х и 1940-х годах. Возможно, самым известным самолетом с эллиптическим крылом является Supermarine Spitfire , британский истребитель времен Второй мировой войны . Еще одним крупным применением был Heinkel He 70 "Blitz", немецкий скоростной почтовый самолет и разведывательный бомбардировщик ; Ранние версии бомбардировщика He 111 также использовали такую ​​конфигурацию крыла, прежде чем по экономическим причинам была принята более простая конструкция.

Свойства [ править ]

Теоретически наиболее эффективный способ создать подъемную силу - создать ее в виде эллиптического распределения по размаху крыла. [1] Нет никакого неотъемлемого превосходства чисто эллиптических форм, и крылья с другими формами в плане могут быть оптимизированы для получения эллиптического распределения подъемной силы по размаху.

Базовая форма крыла эллиптической формы также имеет недостатки:

  • Почти равномерное распределение подъемной силы эллиптического крыла с постоянным сечением крыла может вызвать одновременное сваливание всего размаха крыла , потенциально вызывая потерю управления без предупреждения. Чтобы улучшить характеристики сваливания и предупредить пилота, конструкторы используют неоднородное крыло. Например, крыло Supermarine Spitfire было утоньшено в сторону законцовок и закручено для размытия , уменьшая нагрузку на законцовки, так что внутреннее крыло заглохло первым. [2] [3]Такие компромиссы отклоняются от теоретического эллиптического распределения подъемной силы, увеличивая индуцированное сопротивление. Эллиптическое распределение подъемной силы по размаху не может быть достигнуто с помощью раскрученного крыла с эллиптической формой в плане, потому что в распределении подъемной силы есть логарифмический член, который становится важным вблизи законцовок крыла. [4]
  • Формы эллиптического крыла в плане изготовить сложнее. [5] В нем либо передняя кромка, либо задняя кромка либо обе изогнуты, а нервюры изменяются неравномерно по размаху крыла. На практике большинство эллиптических крыльев являются приблизительными, например, несколько участков передней и задней кромок Spitfire представляют собой дуги окружностей.

Полуэллиптическое крыло [ править ]

Чтобы крыло имело эллиптическую форму распределения площади, не обязательно, чтобы передняя и задняя кромки были изогнутыми. Если одно из них прямое, как в полуэллиптическом плане, крыло все еще может иметь эллиптическое распределение площади. Было выпущено несколько самолетов этого типа; одним из самых удачных был американский Северский Р-35 .

В послевоенную эпоху полуэллиптический профиль крыла тщательно изучался на предмет его экранных свойств; было постулировано, что он будет подходить для транспортных средств с эффектом земли (которые работают близко к воде в условиях эффекта земли, чтобы избежать более высокого индуцированного сопротивления, возникающего из-за эффекта земли). Низкий уровень индуцированного сопротивления, создаваемого полуэллиптическим крылом, был бы полезен для этих транспортных средств. [6]

История [ править ]

Британский аэродинамик-теоретик Фредерик Ланчестер был, пожалуй, первым человеком, подробно описавшим эллиптическое крыло, сделав это в 1907 году. [7] Несмотря на это раннее преимущество, эллиптическое крыло изначально рассматривалось скорее как теоретическая концепция, а не как концепция. Практическое применение, отчасти из-за первостепенной необходимости поиска компромисса между аэродинамическими свойствами самолета и другими его конструктивными аспектами. Пройдет довольно много времени, прежде чем план будет применен на практике . [7]

Heinkel He 70 чертеж с тремя видами

Первым самолетом с эллиптическим крылом был Bäumer Sausewind , немецкий легкий спортивный самолет, совершивший свой первый полет 26 мая 1925 года. Его конструкторы, братья Гюнтер, впоследствии присоединились к немецкому производителю самолетов Heinkel и применили их разработки, в том числе эллиптическое крыло, к нескольким различным проектам, реализованным фирмой. [8] В начале 1930 - х годов, Хейнкель разработала быстрый самолет почты и разведывательный бомбардировщик , в Heinkel He 70«Блиц» с эллиптическим крылом. Он показал отличные характеристики для той эпохи, установив восемь индивидуальных мировых рекордов по скорости на расстоянии, достигнув максимальной скорости 377 км / ч (222 миль / ч). [9]

Вскоре после этого Хейнкель разработал бомбардировщик He 111 , который совершил свой первый полет 24 февраля 1935 года. По сравнению с предыдущим He 70, это был более крупный самолет, который первоначально маскировался под гражданский авиалайнер, несмотря на то, что изначально был разработан для обеспечения зарождающегося самолета. Люфтваффе с быстрым средним бомбардировщиком ; этот обман был связан с ограничениями, наложенными на Германию после Первой мировой войны, которые запрещали разработку или развертывание бомбардировщиков. [8] Несмотря на то, что этот тип производился в огромных количествах до и во время Второй мировой войны , только первые серийные модели He 111 были оснащены эллиптическим крылом. [10]Основная причина отказа от эллиптического крыла He 111 в пользу крыла с прямыми передней и задней кромками была экономическая, последняя конструкция могла быть произведена с большей эффективностью. [11]

Возможно, авиастроительной компанией, которая чаще всего ассоциировалась с эллиптическим крылом, была британская компания Supermarine . В начале 1920-х годов главный конструктор компании Реджинальд Митчелл разработал Supermarine S.4 , британский гоночный гидросамолет с эллиптическим крылом ; он совершил свой первый полет в 1924 году. В то время как прямые преемники S.4 имели крыло, разработанное другим конструктором, Митчелл оставался сторонником формы в плане. [12] К 1934 году Митчелл и его конструкторы были заняты проектированием нового истребителя для Королевских ВВС.. Они решили использовать полуэллиптическую форму крыла для решения двух противоречащих друг другу требований; крыло должно было быть тонким, чтобы обеспечить высокое критическое число Маха, но оно должно было быть достаточно толстым, чтобы вмещать убирающееся шасси, вооружение и боеприпасы. Эллиптическая форма в плане - наиболее эффективная аэродинамическая форма для раскрученного крыла, приводящая к наименьшему значению индуцированного сопротивления . Полуэллиптическая форма в плане была перекошена так, что центр давления, который возникает около положения четверти хорды на всех скоростях, кроме самых высоких, находился близко к главному лонжерону, предотвращая скручивание крыльев. «Спитфайр» совершил свой первый полет 5 марта 1936 года [12].

Эллиптическое крыло было решено довольно рано. Аэродинамически он был лучшим для нашей цели, потому что индуцированное сопротивление, вызванное при создании подъемной силы, было наименьшим при использовании этой формы: эллипс был ... теоретически совершенством ... Чтобы уменьшить сопротивление, мы хотели иметь наименьшую возможную толщину хорды. , в соответствии с необходимой прочностью. Но около корня крыло должно было быть достаточно толстым, чтобы вмещать убранные шасси и орудия ... Митчелл был очень практичным человеком ... Эллипс был просто формой, которая позволяла нам максимально тонкое крыло с местом внутри, чтобы нести крыло. необходимая структура и вещи, которые мы хотели втиснуть. И это выглядело красиво.

Беверли Шенстон [13]

Митчелла иногда обвиняли в копировании формы крыла He 70 Хейнкеля. Связь между Эрнестом Хейнкелем и Мичеллом в течение 1930-х годов подтверждает осведомленность Митчелла о He 70 и его характеристиках. [7] Однако Беверли Шенстон , специалист по аэродинамике из команды Митчелла, заметила, что: «Наше крыло было намного тоньше и имело совсем другое сечение, чем у Хейнкеля. форма крыла самолета, предназначенного для совершенно другой цели ". [14]

Почти все республика P-47 Thunderbolts , американский истребитель, были оснащены эллиптическими крыльями; только последние серийные модели отличаются, вместо них имеют прямоугольные законцовки крыла, аналогичные маловысотным вариантам Spitfire. [7] Aichi D3A , японский пикирующий бомбардировщик управляется Императорского японского флота , также используется эллиптическую крыло , которое нес значительное сходство, что гелиевой 70. [15] Mitsubishi A5M истребитель также использовал эллиптическую конструкцию крыла. [16] Несколько других типов имели форму в плане, которая относительно мало отличалась от эллиптической. Hawker Tempest IIистребители, которые позже превратились в Hawker Fury и Hawker Sea Fury , также использовали почти эллиптическую форму крыла в плане, хотя и прямоугольную на концах. [17] [18]

По сообщениям, с 2009 года британская авиастроительная компания Swift Aircraft разрабатывает двухместный сверхлегкий самолет , легкий спортивный самолет и самолет категории CS-23 Swift Aircraft Swift с эллиптическими крыльями. [19]

Ссылки [ править ]

Цитаты [ править ]

  1. ^ Clancy 1975, разделы 5.17, 5.25 и 8.14.
  2. ^ "Spitfire" ", Иконки самолетов № 14, Келси, 2013, стр. 33.
  3. ^ Смит, Дж. «Развитие Spitfire и Seafire». Журнал Королевского авиационного общества , 1947, стр. 343.
  4. ^ Джордан, П.Ф. «О подъеме крыльев с параболическими наконечниками». ЗАММ, 54, 1974. С. 463-477.
  5. ^ Кнауф, Томас (24 октября 2012). Справочник по полетам на планере . BookBaby. ISBN 978-1-62488-139-8.
  6. ^ Мамада, Хироши; Андо, Сигенори (май 1974 г.). «Минимальное индуцированное сопротивление полуэллиптического крыла с отражением от земли» . Журнал самолетов . 11 (5): 257–258. DOI : 10.2514 / 3.59236 .
  7. ^ a b c d Гаррисон, Питер (февраль 2019 г.). "Идеальное крыло самолета" . Журнал Air & Space.
  8. ^ a b Mackay 2003, стр. 7.
  9. ^ Дональд 1999 , стр. 494.
  10. Перейти ↑ Mackay 2003, p. 9.
  11. ^ Regnat 2004 р. 31.
  12. ^ а б Этель 1997, стр. 12.
  13. Перейти ↑ Price 2002, pp. 17–18.
  14. ↑ Цена 1977, стр. 33–34.
  15. ^ Франсильон 1979, стр. 272-273.
  16. ^ Зеленый и Swanborough 1982, стр. 28.
  17. Перейти ↑ Thomas and Shores 1988, p. 105.
  18. ↑ Мейсон 1967, стр. 3.
  19. ^ Джексон, Пол (2011). Самолеты всего мира Джейн 2011–2012 гг . Колсдон, Суррей: IHS Jane's. п. 596. ISBN. 978-0-7106-2955-5.

Библиография [ править ]

  • Клэнси, Л. Дж. Аэродинамика. Питман Паблишинг Лимитед, Лондон. 1975. ISBN 0-273-01120-0 . 
  • Дональд, Дэвид, изд. (1999). Энциклопедия гражданской авиации (иллюстрированная, переработанная ред.). Лондон: Aurum. ISBN 1-85410-642-2.
  • Этель, Джеффри Л. и Стив Пейс. Спитфайр . Сент-Пол, Миннесота: Motorbooks International, 1997. ISBN 0-7603-0300-2 . 
  • Франсильон, Рене Дж. Японские самолеты Тихоокеанской войны . Лондон: Putnam & Company Ltd., 1970 (2-е издание, 1979 г.). ISBN 0-370-30251-6 . 
  • Glancey, Джонатан. Спитфайр: иллюстрированная биография . Лондон: Atlantic Books, 2006. ISBN 978-1-84354-528-6 . 
  • Грин, Уильям; Суонборо, Гордон (август – ноябрь 1982 г.). «Нулевой предшественник ... Mitsubishi A5M». Энтузиаст воздуха . № 19. С. 26–43.
  • Мейсон, Фрэнсис К. The Hawker Tempest I – IV (Самолет в профиле № 197). Лезерхед, Суррей, Великобритания: Profile Publications Ltd., 1967.
  • Маккормик, Барнс В. Аэродинамика, воздухоплавание и механика полета. John Wiley & Sons, Нью-Йорк, 1979. ISBN 0-471-03032-5 . С. 135–139. 
  • Милн-Томсон, Л. М. Теоретическая аэродинамика , 4-е изд., Dover Publications Inc., Нью-Йорк, 1966/1973. ISBN 0-486-61980-X . С. 208–209. 
  • Прайс, Альфред. История Spitfire: переработанное второе издание . Эндерби, Лестер, Великобритания: Siverdale Books, 2002. ISBN 978-1-84425-819-2 . 
  • Регнат, Карл-Хайнц (2004), Black Cross Volume 4: Heinkel He 111 , Hersham, Surrey, UK: Midland Publishers, ISBN 978-1-85780-184-2
  • Томас, Крис и Кристофер Шорс. История тайфуна и бури . Лондон: Arms and Armor Press, 1988. ISBN 978-0-85368-878-5 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • План крыла Spitfire: предложение через aerosociety.com
  • Коэффициент индуцированного сопротивления через grc.nasa.gov