Для самолетов , экранный эффект является снижение аэродинамического сопротивления , что самолет в крылья генерируют , когда они близки к неподвижной поверхности. [1] Уменьшение лобового сопротивления при столкновении с землей во время взлета может привести к тому, что самолет будет "плыть" при скорости ниже рекомендуемой скорости набора высоты . После этого пилот может летать над взлетно-посадочной полосой, в то время как самолет разгоняется под воздействием земли, пока не будет достигнута безопасная скорость набора высоты . [2]
Для винтокрылых аппаратов эффект земли приводит к меньшему сопротивлению несущего винта во время зависания у земли. При большом весе это иногда позволяет винтокрылому летательному аппарату взлетать в неподвижном состоянии в условиях влияния земли, но не позволяет ему перейти в режим полета вне зоны влияния земли. Пилотам вертолетов предоставляются диаграммы характеристик, которые показывают ограничения для зависания вертолета в условиях влияния земли (IGE) и вне зоны действия земли (OGE). Графики показывают дополнительную подъемную силу, вызванную эффектом земли. [3]
Для самолетов вертикального взлета и посадки с вентилятором и реактивным двигателем влияние земли при зависании может вызвать всасывание и фонтанный подъем на планер и потерю тяги при зависании, если двигатель всасывает собственный выхлопной газ, что известно как заглатывание горячего газа (HGI). [4] [5]
Пояснения
Самолет с неподвижным крылом
Когда самолет летит на расстоянии примерно половины длины размаха крыльев самолета над землей или водой, возникает часто заметный эффект земли. В результате уменьшается наведенное сопротивление самолета. Это вызвано, прежде всего, тем, что земля или вода препятствуют созданию вихрей на законцовках крыла и прерывают поток за крылом. [6] [7]
Крыло создает подъемную силу, отклоняя набегающую воздушную массу (относительный ветер) вниз. [8] Отклоненный или «повернутый» поток воздуха создает результирующую силу на крыле в противоположном направлении (3-й закон Ньютона). Результирующая сила определяется как подъемная сила. Полет близко к поверхности увеличивает давление воздуха на нижнюю поверхность крыла, получившее название эффекта «тарана» или «подушки», и тем самым улучшает аэродинамическое сопротивление самолета. Чем ниже / ближе крыло по отношению к земле, тем сильнее становится влияние земли. Находясь в наземном эффекте, крылу требуется меньший угол атаки для создания такой же подъемной силы. При испытаниях в аэродинамической трубе, в которых угол атаки и воздушная скорость остаются постоянными, происходит увеличение коэффициента подъемной силы [9], что объясняет эффект «плавающего». Воздействие на землю также изменяет тягу в зависимости от скорости, где уменьшенное индуцированное сопротивление требует меньшей тяги для поддержания той же скорости. [9]
Самолеты с низким крылом больше подвержены влиянию земли, чем самолеты с высоким крылом . [10] Из-за изменения вихрей восходящей, нисходящей и законцовки крыла могут возникать ошибки в системе воздушной скорости во время эффекта земли из-за изменений местного давления в источнике статического электричества . [9]
Винтокрыл
Когда парящий ротор находится у земли, нисходящий поток воздуха через ротор уменьшается до нуля у земли. Это состояние передается на диск через изменения давления в следе, которые уменьшают приток к ротору при заданной нагрузке на диск, которая представляет собой тягу ротора на каждый квадратный фут его площади. Это дает увеличение тяги для определенного угла наклона лопастей. Или, в качестве альтернативы, мощность, необходимая для тяги, уменьшается. Для перегруженного вертолета, который может зависать только в режиме IGE, может быть возможно подняться в сторону от земли, переведя его в полет вперед, пока он находится в зоне влияния земли. [11] Эффект земли быстро исчезает со скоростью, но наведенная мощность также быстро уменьшается, чтобы обеспечить безопасный набор высоты. [12] Некоторые ранние вертолеты с недостаточной мощностью могли парить только близко к земле. [13] Эффект от грунта максимален на твердой, гладкой поверхности. [14]
Самолет вертикального взлета и посадки
Есть два эффекта, присущих самолету вертикального взлета и посадки, работающему на нулевой и низкой скорости IGE: всасывание и фонтанный подъем. Третий, HGI, также может применяться к самолетам с неподвижным крылом, находящимся на земле в ветреную погоду или во время работы реверсора тяги. Насколько хорошо, с точки зрения поднятого веса, самолет вертикального взлета и посадки висит на IGE, зависит от всасывания на планер, попадания фонтана в нижнюю часть фюзеляжа и HGI [ требуется пояснение ] в двигатель. Suckdown работает против подъемной силы двигателя как направленная вниз сила на планер. Фонтанный поток работает с форсунками подъемника двигателя как восходящая сила. HGI снижает тягу, создаваемую двигателем.
Всасывание - это результат увлечения воздуха вокруг самолета подъемными струями при зависании. Это также происходит в открытом воздухе (OGE), вызывая потерю подъемной силы из-за снижения давления на нижнюю часть фюзеляжа и крыльев. Повышенный унос происходит при приближении к земле, что приводит к более высоким потерям подъемной силы. Фонтанный подъем происходит, когда у самолета есть два или более подъемных сопла. Струи ударяются о землю и разлетаются. Там, где они встречаются под фюзеляжем, они смешиваются и могут двигаться только вверх, ударяясь о нижнюю часть фюзеляжа. [15] То, насколько хорошо их восходящий импульс отклоняется в сторону или вниз, определяет подъемную силу. Поток фонтана следует изогнутой нижней части фюзеляжа и сохраняет некоторую динамику в восходящем направлении, так что подъем фонтана будет меньше полного, если не установлены устройства улучшения подъема. [16] HGI снижает тягу двигателя, поскольку воздух, входящий в двигатель, более горячий, чем окружающий.
Ранние экспериментальные самолеты с вертикальным взлетом и посадкой работали от открытых решеток, чтобы отводить выхлоп двигателя и предотвращать потерю тяги от HGI.
Bell X-14 , построенный для исследования ранней технологии VTOL, не смог висения до suckdown эффекты были уменьшены за счет увеличения воздушного судна с более длинными ногами передаточных посадки. [17] Он также должен был работать с возвышающейся платформы из перфорированной стали, чтобы уменьшить HGI. [18] Dassault Mirage IIIV СВВП исследования самолета только когда - либо работать по вертикали из сетки , которая позволила Выхлопные газы двигателя должны быть направлены в сторону от самолета , чтобы избежать suckdown и эффектов HGI. [19]
Брючные ремни, задним числом установленные на P.1127, улучшили поток и увеличили давление под животом при зависании на малой высоте. Установленные в одном и том же положении гондолы сделали то же самое. Для AV-8B и Harrier II были разработаны дополнительные устройства повышения подъемной силы (LIDS). Чтобы установить коробку в последней зоне, где фонтаны, повышающие подъемную силу, ударяют, к нижней стороне гондол были добавлены обвязки самолетов, а также можно было опустить навесную перемычку, чтобы заблокировать зазор между передними концами обвязок. Это дало прирост подъемной силы 1200 фунтов. [20]
Lockheed Martin F-35 Lightning II Внутренние двери отсека для оружия на F-35B открываются, чтобы улавливать фонтанный поток, создаваемый двигателем, подъемными струями вентилятора и обратным всасыванием IGE.
Срыв крыла в условиях эффекта земли
Угол атаки сваливания на земле меньше, примерно на 2-4 градуса, чем на свободном воздухе. [21] [22] Когда поток отделяется, сопротивление сильно увеличивается. Если самолет резко поворачивается при взлете на слишком низкой скорости, повышенное сопротивление может помешать ему оторваться от земли. Две кометы де Хэвилленда пересекли край взлетно-посадочной полосы после поворота. [23] [24] Потеря управления может произойти, если одна законцовка крыла свалится из-за влияния земли. Во время сертификационных испытаний бизнес-джета Gulfstream G650 испытательный самолет развернулся на угол, превышающий расчетный угол сваливания IGE. Чрезмерное вращение привело к сваливанию одной законцовки крыла и неконтролируемому крену, который пересилил боковые рычаги управления, что привело к потере самолета. [25] [26]
Транспортное средство с эффектом грунта
Несколько транспортных средств были разработаны для изучения преимуществ полета с эффектом земли, в основном над водой. Операционные недостатки полета очень близко к поверхности препятствуют широкому применению. [27]
Смотрите также
- Эффект Коанды
- Транспортное средство с эффектом грунта
- Эффект земли (автомобили)
- Судно на воздушной подушке
- Вихревое кольцо
- Saab 401 (судно на воздушной подушке)
Рекомендации
Заметки
- ^ Gleim 1982 , стр. 94.
- Перейти ↑ Dole 2000 , p. 70.
- ^ «Глава 7 - Характеристики вертолета» (PDF) . Справочник по полетам на вертолете . Федеральная авиационная администрация. 2020.
- ^ Реймер, Дэниел П. (1992). Дизайн самолетов: концептуальный подход (PDF) (2-е изд.). Американский институт аэронавтики и астронавтики, Inc. ISBN 0-930403-51-7. Архивировано из оригинального (PDF) 2019-07-04 . Проверено 26 декабря 2019 . Раздел 20.6
- ^ Saeed, B .; Граттон, Великобритания (2010). «Оценка исторических проблем, связанных с достижением возможности не вертолетного V / STOL и поиском летающей машины» (PDF) (февраль): 94. Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ Аэродинамика для морских авиаторов. РАМЕШ ТААЛ, ХОСУР, ВИК. Австралия: Центр теории авиации, 2005.
- ^ Энциклопедия пилота аэронавигационных знаний 2007, стр. 3-7, 3-8.
- ^ "Лифт из потока поворота". Исследовательский центр Гленна НАСА. Проверено 7 июля 2009 года.
- ^ a b c Доул 2000 , стр. 3–8.
- ^ Теория полета и аэродинамика, стр. 70
- ^ РУКОВОДСТВО, ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ ГОТОВНОСТЬ, ПРОФИЛИ МИССИИ, ХАРАКТЕРИСТИКИ (ИНЖИНИРИНГ), ДВИГАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ, АЭРОДИНАМИКА, КОНСТРУКЦИЯ , Центр технической информации обороны (1974)
- ^ «Аэродинамика винтокрылых машин» . abbottaerospace.com . 12 апреля 2016 г. С. 2–6.
- ^ Основы аэродинамики вертолета, Дж. Седдон 1990, ISBN 0632 02032 6 , стр.21
- ^ РУКОВОДСТВО ПО ЛЕТУ АВТОМОБИЛЯ (PDF) . Федеральная авиационная администрация. 2000. С. 3–4.
- ^ Реймер 1992 , стр. 551552.
- ^ Митчелл, Керри (1987). Материалы семинара по наземным эффектам исследовательского центра Эймса NASA 1985 года (публикация конференции НАСА 2462) . НАСА. п. 4.[ постоянная мертвая ссылка ]
- ↑ Самолеты Икс, Джей Миллер 1988, ISBN 0517 56749 0 , стр.108
- ^ Амил, Фредерик Дональд (1979). «Применение силовых систем большой подъемной силы при проектировании самолетов КВП » : 14. S2CID 107781224 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ Уильямс, RS «Дополнение к отчету AGARD № 710, Специальный курс по аэродинамике V / STOL, оценка европейских самолетов с реактивным подъемником» . catalog.princeton.edu . п. 4.
- ^ Harrier Modern Combat Aircraft 13, Билл Gunston1981, ISBN 0 7110 1071 4 , стр.23,43,101
- ^ "Джон О'Каллаган из NTSB, национальный ресурсный специалист по характеристикам самолетов, отметил, что все самолеты сваливаются примерно на 2-4 градуса ниже AOA [угла атаки] с колесами на земле". (из отчета NTSB об авиационном происшествии, касающемся потери стреловидного реактивного самолета бизнес-класса в апреле 2011 г.) Низкая маржа при зимнем взлете AWST, 24 декабря 2018 г.
- ^ Рантер, Харро. "Авиационная катастрофа ASN de Havilland DH-106 Comet 1A CF-CUN, станция Королевских ВВС Карачи-Маурипур" . Aviation-safety.net .
- ^ Аэродинамический дизайн транспортного самолета, Эд Оберт 2009, ISBN 978 1 58603 970 7 , стр. 603-606
- ^ Писатели, сотрудники (25 октября 2019 г.). «Реприза: ночь кометы | Безопасность полетов в Австралии» .
- ^ «Отчет об авиационной аварии AAR-12-02» . www.ntsb.gov .
- ^ Из отчета об авиационном происшествии NTSB: в отчетах о летных испытаниях отмечалось, что «спад после сваливания резкий и приведет к чрезмерному увеличению мощности бокового управления». Катастрофический безвозвратный крен самолета в результате аварии в Розуэлле отчасти был вызван отсутствием предупреждения перед сваливанием из-за влияния земли.
- ^ Понимание аэродинамики - аргументы из реальной физики, Дуг Маклин 2013, ISBN 978 1 119 96751 4 , стр. 401
Библиография
- Доул, Чарльз Эдвард. Теория полета и аэродинамика . Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc., 2000. ISBN
- Глейм, Ирвинг. Летные маневры пилота . Оттава, Онтарио, Канада: Aviation Publications, 1982. ISBN 0-917539-00-1.
- Энциклопедия авиационных знаний пилотов (Федеральное управление гражданской авиации). Нью-Йорк: Skyhorse Publishing, 2007. ISBN 1-60239-034-7 .
Внешние ссылки
- Инженерное объяснение . SE-Technology («мертвый» сайт)
- Спросите нас - экранопланы и экранопланы . Aerospaceweb.org
- М. Халлоран и С. О'Мира (февраль 1999 г.). "Обзор самолета Wing in Ground Effect" (PDF-9 МБ) . Центр технологий аэрокосмического дизайна сэра Лоуренса Вакетта , Королевский технологический институт Мельбурна - через Abbott Aerospace.CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )[ постоянная мертвая ссылка ] DSTO-GD-0201. Спонсор АОНТО авиационного и научноисследовательская лаборатория морской, правительство Австралии. ( WebArchive )
- Крыло в Ground Effect и вертолетах . dynamicflight.com
- Самолет может летать в дюймах над водой. Ученые из Университета Тунцзи в Шанхае объявляют о конструкции нового транспортного средства, Inventorspot.com, 14 июля 2007 г.
- Граунд-эффектное скольжение . Hanggliding.org
- Численный анализ крылового профиля в условиях близости земли Журнал теоретической и прикладной механики , 45 , 2, стр. 425–36, Варшава 2007. ptmts.org. PDF-715 КБ