Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Вихревые генераторы Micro Dynamics на вторичном рынке, установленные на крыле Cessna 182 K
Набросок, описывающий, как генераторы вихрей улучшают характеристики потока
Модель Cessna 182 K 1967 года в полете с неработающими вихревыми генераторами на передней кромке крыла
TA-4SU Super Skyhawk показывает ряд вихревых генераторов на наклонных передних планках .
Symphony SA-160 был разработан с двумя необычными генераторов вихрей на крыло , чтобы обеспечить эффективность элеронов через стойло

Вихревой генератор ( VG ) представляет собой аэродинамическое устройство, состоящее из небольшой лопатки , как правило , прикрепленной к несущей поверхности (или аэродинамическому профилю , такие как крыло самолета ) [1] или лопасть ротора ветряной турбины . [2] VG также могут быть прикреплены к какой-либо части аэродинамического транспортного средства, например к фюзеляжу самолета или автомобиля. Когда профиль или тело движется относительно воздуха, VG создает вихрь , [1] [3] который, удаляя некоторую часть медленно движущегося пограничного слоя, контактирующего с поверхностью профиля, задерживает локальный отрыв потока.и аэродинамическое сваливание , тем самым улучшая эффективность крыльев и поверхностей управления , таких как закрылки , рули высоты , элероны и рули направления . [3]

Метод работы [ править ]

Генераторы вихрей чаще всего используются для задержки отрыва потока . Для этого их часто размещают на внешних поверхностях транспортных средств [4] и лопастей ветряных турбин. Как на самолетах, так и на лопастях ветряных турбин они обычно устанавливаются довольно близко к передней кромке аэродинамического профиля , чтобы поддерживать постоянный поток воздуха через управляющие поверхности на задней кромке. [3] VG обычно имеют прямоугольную или треугольную форму, примерно такую ​​же высоту, как местный пограничный слой , и проходят линиями по размаху обычно около самой толстой части крыла. [1] Их можно увидеть на крыльях и вертикальных хвостах многих авиалайнеров .

Генераторы вихрей расположены под наклоном, так что они имеют угол атаки относительно местного воздушного потока [1] , чтобы создать концевой вихрь, который втягивает энергичный, быстро движущийся внешний воздух в медленно движущийся пограничный слой, контактирующий с поверхностью. Турбулентный пограничный слой с меньшей вероятностью отделится, чем ламинарный, и поэтому желателен для обеспечения эффективности управляющих поверхностей задней кромки. Генераторы вихрей используются для запуска этого перехода. Другие устройства , такие как vortilons , передовые расширения и передовые манжеты , [5] также задержать разделение потока на больших углах атаки путем повторного включени пограничного слоя. [1] [3]

Примеры самолетов, которые используют VG, включают ST Aerospace A-4SU Super Skyhawk и Symphony SA-160 . Для околозвуковых конструкций со стреловидным крылом VG устраняют потенциальные проблемы с ударным срывом (например, Harrier , Blackburn Buccaneer , Gloster Javelin ).

Послепродажная установка [ править ]

Многие самолеты оснащены крыльчатыми вихревыми генераторами с момента их производства, но есть также поставщики вторичного рынка, которые продают комплекты VG для улучшения характеристик КВП некоторых легких самолетов. [6] Поставщики послепродажного обслуживания заявляют: (i) что VG снижает скорость сваливания и скорость взлета и посадки, и (ii) что VG повышают эффективность элеронов, рулей высоты и рулей направления, тем самым улучшая управляемость и безопасность на низких скоростях. [7] Для самодельных и экспериментальных китпланов VG дешевы, рентабельны и могут быть установлены быстро; но для сертифицированных авиационных установок стоимость сертификации может быть высокой, что делает модификацию относительно дорогостоящим процессом. [6] [8]

Владельцы устанавливают VG на вторичном рынке в первую очередь для получения преимуществ на низких скоростях, но недостатком является то, что такие VG могут немного снизить крейсерскую скорость. В ходе испытаний Cessna 182 и Piper PA-28-235 Cherokee независимые обозреватели зафиксировали потерю крейсерской скорости от 1,5 до 2,0 узлов (от 2,8 до 3,7 км / ч). Однако эти потери относительно невелики, так как крыло самолета на высокой скорости имеет небольшой угол атаки, что снижает сопротивление VG до минимума. [8] [9] [10]

Владельцы сообщают, что на земле может быть труднее очистить снег и лед с поверхностей крыла с помощью VG, чем с гладкого крыла, но VG, как правило, не склонны к обледенению в полете, так как они находятся в пограничном слое воздушного потока. VG также могут иметь острые края, которые могут порвать ткань обшивки планера, и поэтому могут потребоваться специальные покрытия. [8] [9] [10]

Для двухмоторных самолетов производители заявляют, что VG снижают скорость управления одним двигателем ( Vmca ), увеличивают нулевой расход топлива и полную массу, улучшают эффективность элеронов и руля направления, обеспечивают более плавную езду в турбулентности и делают самолет более устойчивой инструментальной платформой. . [6]

Увеличение максимальной взлетной массы [ править ]

Некоторые комплекты VG, доступные для легких двухмоторных самолетов, могут позволить увеличить максимальный взлетный вес . [6] Максимальный взлетный вес двухмоторного самолета определяется конструктивными требованиями и требованиями к характеристикам набора высоты для одного двигателя (которые ниже для более низкой скорости сваливания). Для многих легких двухмоторных самолетов требования к характеристикам набора высоты с одним двигателем определяют меньшую максимальную массу, а не конструктивные требования. Следовательно, все, что может быть сделано для улучшения характеристик набора высоты при неработающем одном двигателе, приведет к увеличению максимальной взлетной массы. [8]

В США с 1945 [11] по 1991 год [12] требование набора высоты с одним неработающим двигателем для многомоторных самолетов с максимальной взлетной массой 6000 фунтов (2700 кг) или меньше было следующим:

Все многомоторные самолеты, имеющие скорость сваливания более 70 миль в час, должны иметь постоянную скорость набора высоты не менее футов в минуту на высоте 5000 футов при неработающем критическом двигателе и работе остальных двигателей не более чем на максимальной скорости. постоянная мощность, неработающий гребной винт в положении минимального сопротивления, шасси убрано, закрылки в наиболее выгодном положении…

где - скорость сваливания в посадочной конфигурации в милях в час.

Установка вихревых генераторов обычно может привести к небольшому снижению скорости сваливания самолета [4] и, следовательно, к снижению требуемых характеристик набора высоты с одним неработающим двигателем. Снижение требований к характеристикам набора высоты позволяет увеличить максимальный взлетный вес, по крайней мере, до максимального веса, разрешенного конструктивными требованиями. [8] Увеличение максимального веса, разрешенного конструктивными требованиями, обычно может быть достигнуто путем указания максимального веса с нулевым топливом или, если максимальный вес с нулевым топливом уже указан в качестве одного из ограничений самолета, путем определения нового более высокого максимального веса с нулевым топливом. . [8] По этим причинам комплекты вихревых генераторов для многих легких двухмоторных самолетов сопровождаются уменьшением максимального веса без топлива и увеличением максимального взлетного веса. [8]

Требование к скорости набора высоты при неработающем одном двигателе не распространяется на однодвигательные самолеты, поэтому увеличение максимальной взлетной массы (на основе скорости сваливания или конструктивных соображений) менее значимо по сравнению с аналогичными показателями для близнецов 1945–1991 гг.

После 1991 года требования сертификации летной годности в США определяют требование набора высоты с одним неработающим двигателем как градиент, не зависящий от скорости сваливания, поэтому у генераторов вихрей меньше возможностей увеличить максимальную взлетную массу многомоторных самолетов, сертификационная основа которых FAR 23 с поправкой 23-42 или новее. [12]

Максимальный посадочный вес [ править ]

Поскольку посадочная масса большинства легких самолетов определяется конструктивными особенностями, а не скоростью сваливания, большинство комплектов VG увеличивают только взлетную, а не посадочную массу. Любое увеличение посадочной массы потребует либо структурных изменений, либо повторных испытаний самолета при более высокой посадочной массе, чтобы продемонстрировать, что требования сертификации все еще выполняются. [8] Однако после продолжительного полета могло быть израсходовано достаточное количество топлива, в результате чего самолет вернулся ниже разрешенной максимальной посадочной массы.

Снижение шума самолетов [ править ]

Вихревые генераторы используются на нижней стороне крыла самолетов семейства Airbus A320 для снижения шума, создаваемого воздушным потоком через круглые вентиляционные отверстия для выравнивания давления в топливных баках. Lufthansa утверждает, что таким образом можно добиться снижения уровня шума до 2 дБ. [13]

См. Также [ править ]

  • Турбулятор
  • Отсос пограничного слоя
  • Контроль пограничного слоя
  • Крыло управления циркуляцией

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e Peppler, IL: From The Ground Up , page 23. Aviation Publishers Co. Limited, Оттава, Онтарио, двадцать седьмое пересмотренное издание, 1996. ISBN  0-9690054-9-0
  2. ^ Вихревые генераторы ветровых турбин , решения для противодействия ветру.
  3. ^ а б в г Micro AeroDynamics (2003). «Как работают Micro VG» . Проверено 15 марта 2008 .
  4. ^ а б Клэнси, Л. Дж. Аэродинамика , раздел 5.31
  5. ^ Поникший передней кромки представляет собой «вихревое продуцирующих разрыва», в «Спин развития сопротивления для малых самолетов», SAE бумага 2000-01-1691
  6. ^ а б в г Micro AeroDynamics (2003). "Генераторы микровихря для одно- и двухмоторных самолетов" . Проверено 15 марта 2008 .
  7. ^ «Земля короче! Преимущества» . Landshorter.com. 1970-01-01 . Проверено 9 октября 2012 .
  8. ^ a b c d e f g h Буш, Майк (ноябрь 1997 г.). «Генераторы вихрей: пластыри или магия?» . Проверено 15 марта 2008 .
  9. ^ а б Псутка, Кевин, Генераторы микровихрей , COPA Flight , август 2003 г.
  10. ^ a b Киркби, Боб, Генераторы вихрей для Cherokee 235 , рейс COPA , июль 2004 г.
  11. ^ США Правила Гражданские воздушные, Часть 3, §3.85a
  12. ^ a b Федеральные авиационные правила США, часть 23, §23.67, поправка 23-42, 4 февраля 1991 г.
  13. ^ Более 200 самолетов Lufthansa A320 станут тише. Архивировано 4 мая 2014 г. на Wayback Machine. Проверено 4 мая 2014 г.
  • Kermode, AC (1972), Механика полета , Глава 11, стр. 350 - 8-е издание, Pitman Publishing, London ISBN 0-273-31623-0 
  • Клэнси, LJ (1975), Аэродинамика , Pitman Publishing, London ISBN 0-273-01120-0 

Внешние ссылки [ править ]

  • Вихревые генераторы: 50 лет повышения производительности , история VG