Наклонное крыло (также называемое прокручиваются крылом ) является изменяемой геометрией крыла концепции. На самолете, оборудованном таким образом, крыло предназначено для вращения на центральном шарнире, так что одна вершина смещается вперед, а противоположная - к корме. Изменяя таким образом угол стреловидности, можно уменьшить сопротивление на высокой скорости (при стреловидности крыла) без ущерба для характеристик на низких скоростях (при перпендикулярном крыле). Это вариант классической конструкции поворотного крыла, предназначенный для упрощения конструкции и сохранения центра тяжести при изменении угла стреловидности.
История
Самыми старыми примерами этой технологии являются нереализованные проекты немецких самолетов Blohm & Voss P.202 и Messerschmitt Me P.1009-01 1944 года, основанные на патенте Messerschmitt. [1] [2] После войны конструктор доктор Ричард Фогт был доставлен в США во время операции «Скрепка» . [3] Концепция наклонного крыла была возрождена Робертом Т. Джонсом , авиационным инженером из Исследовательского центра НАСА Эймса , Моффетт Филд , Калифорния. Аналитические исследования и исследования в аэродинамической трубе, инициированные Джонсом в Эймсе, показали, что самолет с косым крылом транспортного размера, летящий со скоростью до 1,4 Маха (в 1,4 раза превышающей скорость звука), будет иметь значительно лучшие аэродинамические характеристики, чем самолет с более обычным крылом .
В 1970-х годах на Моффетт Филд был построен и испытан беспилотный винтовой самолет. [4] Известный как NASA Oblique Wing, проект указывал на неприятные характеристики аппарата при больших углах стреловидности.
Пока что только один пилотируемый самолет, НАСА AD-1 , был построен для изучения этой концепции. Начиная с 1979 года, он совершил серию летных испытаний . Этот самолет продемонстрировал ряд серьезных режимов сцепления по крену, и дальнейшие эксперименты закончились.
Теория
Общая идея состоит в том, чтобы спроектировать самолет, который будет работать с высокой эффективностью при увеличении числа Маха от взлета до крейсерского режима (M ~ 0,8 для коммерческого самолета). Поскольку в каждом из этих двух режимов полета преобладают два разных типа сопротивления, объединение высокопроизводительных конструкций для каждого режима в один планер проблематично.
При низких числах Маха индуцированное сопротивление преобладает над сопротивлением. Самолеты во время взлета и планеры больше всего страдают от индуцированного сопротивления. Один из способов уменьшить индуцированное сопротивление - увеличить эффективный размах крыльев подъемной поверхности. Вот почему у планеров такие длинные и узкие крылья. Идеальное крыло имеет бесконечный размах и индуцированное сопротивление сводится к двумерному свойству. На более низких скоростях, во время взлета и посадки наклонное крыло будет расположено перпендикулярно фюзеляжу, как обычное крыло, чтобы обеспечить максимальную подъемную силу и управляемость. По мере того, как самолет набирал скорость, крыло поворачивалось для увеличения угла наклона, тем самым уменьшая сопротивление из-за увлажненной зоны и уменьшая расход топлива.
В качестве альтернативы, при увеличении числа Маха по направлению к скорости звука и выше волновое сопротивление доминирует при проектировании. Когда самолет вытесняет воздух, генерируется звуковая волна. Размах крыльев от носа самолета может удерживать крылья позади звуковой волны, что значительно снижает сопротивление. К сожалению, для данной конструкции крыла увеличение стреловидности снижает удлинение . На высоких скоростях, как дозвуковых, так и сверхзвуковых , наклонное крыло будет поворачиваться под углом до 60 градусов к фюзеляжу самолета для улучшения высокоскоростных характеристик. Исследования показали, что эти углы уменьшают аэродинамическое сопротивление, позволяя увеличить скорость и увеличить дальность полета при том же расходе топлива.
По сути, кажется, что ни одна конструкция не может быть полностью оптимизирована для обоих режимов полета. Однако наклонное крыло обещает приблизиться. Активно увеличивая развертку по мере увеличения числа Маха, можно достичь высокого КПД в широком диапазоне скоростей.
Это теоретически [ кем? ], что наклонное летающее крыло может значительно улучшить коммерческие воздушные перевозки, снизить расходы на топливо и снизить уровень шума в окрестностях аэропортов. Военные операции включают возможность использования истребителя / ударной машины с длительным сроком службы.
Исследование авиалайнера НАСА OFW
Были проведены исследования по превращению платформы OFW в трансконтинентальный авиалайнер. [5] НАСА Эймс выполнило предварительное исследование теоретического 500-местного сверхзвукового авиалайнера, используя эту концепцию в 1991 году. После этого исследования НАСА построило небольшой дистанционно управляемый демонстрационный самолет с размахом крыла 20 футов (6,1 м). Он пролетел всего один раз - четыре минуты в мае 1994 года, но при этом продемонстрировал стабильный полет с наклонной стреловидностью крыла от 35 до 50 градусов. Несмотря на этот успех, программа NASA High Speed Research и дальнейшие исследования наклонного крыла были отменены.
Проект DARPA Oblique Flying-Wing (OFW)
Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) заключило с Northrop Grumman контракт на 10,3 миллиона долларов (USD) на снижение рисков и предварительное планирование демонстрационного образца X-plane OFW, [6] известного как Switchblade . В конечном итоге эту программу отменили, сославшись на трудности с системами управления.
Программа была направлена на производство самолета-демонстратора технологий для изучения различных проблем, связанных с радикальным дизайном. Предлагаемый самолет будет чисто летающим крылом (самолет без каких-либо других вспомогательных поверхностей, таких как хвостовое оперение , утка или фюзеляж ), в котором крыло смещено так, чтобы одна сторона самолета была вперед, а другая - назад асимметрично. [7] Считается, что такая конфигурация самолета дает ему сочетание высокой скорости, большой дальности и большой продолжительности полета. [8] Программа состояла из двух этапов. Фаза I заключалась в изучении теории и разработке концептуального дизайна, в то время как Фаза II охватывала проектирование, производство и летные испытания самолета. Программа надеялась создать набор данных, который затем можно будет использовать при рассмотрении будущих проектов военных самолетов.
Завершены испытания конструкции самолета в аэродинамической трубе. Конструкция была отмечена как «работоспособная и надежная». [9]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Flügelpfeilung und Flächenregel, zwei grundlegende deutsche Patente der Flugzeugaerodynamik (Стреловидность крыла и правило площади, два основных немецких патента аэродинамики самолетов)., Вернер Хайнцерлинг, Технический университет Дармштадт стр.7 + 8 (на немецком языке)
- ^ http://www.fzt.haw-hamburg.de/pers/Scholz/dglr/hh/text_2011_03_03_Swept_Wing.pdf Немецкая разработка Swept Wing 1935-1945, Х.-У. Мейер
- ^ Ученые и друзья
- ↑ НАСА провело испытания исследовательского самолета с наклонным крылом в конце 1970-х годов. Его неприятные летные характеристики при экстремальных углах стреловидности крыла обескуражили исследователей.
- ↑ Блог Майкла Уильямса. Архивировано 9 октября 2006 г., сайт Wayback Machine.
- Перейти ↑ G. Warwick - Flight International , No. 5029, Vol. 169, стр. 20
- ^ Oblique летающее крыло архивации 2006-04-21 в Wayback Machine
- ^ Oblique летающее крыло, сверхзвуковая аэродинамика архивации 2006-05-14 в Wayback Machine
- ↑ Новые углы: результаты в аэродинамической трубе указывают на дальнейшее исследование косого летающего крыла без хвоста. Авиационная неделя и космические технологии , 8 октября 2007 г., стр. 34-35.
дальнейшее чтение
- Мышление под углом , Ларример, Брюс И., НАСА (2013)
Внешние ссылки
- Oblique Flying Wings: Введение и официальный документ - Desktop Aeronautics, Inc., 2005 г.