Вихревой подъем - это часть подъемной силы, возникающая за счет действия вихрей на передней кромке. [1] Он создается крыльями с высокой стреловидностью, острыми передними кромками (стреловидность более 50 градусов) или сильно стреловидными удлинениями корневой части крыла, добавленными к крылу с умеренной стреловидностью. [2] Иногда его называют нелинейным подъемом из-за его быстрого увеличения с увеличением угла атаки. [3] и управляемый подъем отрыва, чтобы отличать его от обычного подъема, который возникает с присоединенным потоком.
Как это работает [ править ]
Вихревой подъемник работает за счет улавливания вихрей, возникающих от резко стреловидной передней кромки крыла. Вихрь, сформированный примерно параллельно передней кромке крыла, захватывается воздушным потоком и остается прикрепленным к верхней поверхности крыла. Когда воздух обтекает переднюю кромку, он проходит через захваченный вихрь и втягивается и опускается, создавая подъемную силу.
Крыло с прямой или умеренной стреловидностью может испытывать, в зависимости от его сечения, срыв передней кромки и потерю подъемной силы в результате отрыва потока на передней кромке [4] и неперемещающегося следа над верхней кромкой крыла. крыло. Тем не менее, на крыле с большой стреловидностью отрыв передней кромки все еще происходит, но вместо этого создается вихревой лист, который скатывается над крылом, создавая поток по размаху под ним. Поток, не увлекаемый вихрем, проходит через вершину вихря и снова присоединяется к поверхности крыла. [5] Вихрь создает поле высокого отрицательного давления в верхней части крыла. Подъемная сила вихря увеличивается с увеличением угла атаки (АОА), как видно на графиках подъемной силы ~ АОА, которые показывают вихрь или непривязанный поток, добавляя к нормальной присоединенной подъемной силе как дополнительный нелинейный компонент общей подъемной силы.[6] Вихревой лифт имеет ограничивающий AoA, при котором вихрь лопается или разрушается.
Приложения [ править ]
Четыре основные конфигурации, в которых использовалась вихревая подъемная сила, - это в хронологическом порядке треугольное крыло с углом 60 градусов; дельтовидное крыло с резко стреловидной передней кромкой у корня; крыло средней стреловидности с удлинением передней кромки, известное как гибридное крыло; и передняя часть с острыми краями или вихревой подъемник. [7] Крылья, которые создают вихревую подъемную силу, использовались на исследовательских самолетах с треугольным крылом, таких как Convair XF-92A и Fairey Delta 2 . Ранние истребители с треугольным крылом, такие как Convair F-102, F-106 и современники серии Century, такие как дельты Dassault, имели изогнутые передние кромки, которые были тупыми и не создавали значительных вихрей. Concordeсверхзвуковой авиалайнер имел острые передние кромки. Крылья с вихревой подъемной силой над внутренней частью представляют собой крылья средней стреловидности с легко идентифицируемым LERX, используемые на боевых самолетах с высокой маневренностью, таких как Northrop F-5 и McDonnell Douglas F / A-18 Hornet . На истребителе General Dynamics F-16 Fighting Falcon используются острые накладки на переднюю часть корпуса Vortex .
Испытательный планер Lippisch DM-1 , дельта 64 градуса, который продемонстрировал вихревую подъемную силу в аэродинамической трубе при модификации с острой передней кромкой в Исследовательском центре NASA в Лэнгли в 1946 году.
F-106 , дельта 60 градусов: ранний пример с разделением потока на передней кромке
Concorde демонстрирует свое прямое треугольное крыло с большим углом стреловидности у основания крыла: высокоразвитая форма с контролируемым отрывом потока
Northrop F-5 - крыло с умеренной стреловидностью: раннее применение вихревой подъемной силы с использованием LERX
Вихри F-16 Fighting Falcon от General Dynamics, исходящие от широкой носовой части с острыми краями, стабилизируют поток над всем самолетом, включая подвесное крыло.
Преимущества и недостатки [ править ]
Вихревой подъемник обеспечивает высокую подъемную силу с увеличением угла атаки на посадочных скоростях и в маневренном полете. Высокий AoA, необходимый для выполнения требований к посадке, в прошлом ограничивал видимость пилота и приводил к конструкционным сложностям, связанным с опущенным носом, как в случае с Fairey Delta 2 и Concorde . Для крыльев с умеренной стреловидностью добавление LERX снижает волновое сопротивление и улучшает характеристики поворота и обеспечивает гораздо более широкий диапазон положений полета. [8] Использование подъемной силы вихря ограничивается разрушением или разрывом вихря и присущей ему нестабильностью по рысканью. Возникает значительное сопротивление из-за увеличения подъемной силы и потери всасывания передней кромки, которая является частью нормального присоединенного обтекания передней кромки. [9]
Среди животных [ править ]
Такие животные, как колибри и летучие мыши , питающиеся пыльцой и нектаром, способны парить. Они создают вихревую подъемную силу с помощью острых передних кромок своих крыльев и меняют форму и кривизну крыльев для обеспечения устойчивости подъемной силы. [10]
См. Также [ править ]
- Карман вихревая улица
- Аэродинамика
- Парус с крабовым когтем
Ссылки [ править ]
- ^ Характеристики и дизайн самолета, Джон Д. Андерсон, младший, Tata McGraw-Hill Edition 2010, ISBN 978 0 07 070245 5 , стр.100
- ↑ «Почему и почему крылья», BRA Burns, журнал Air International, февраль 1979 г., стр.82
- ^ "Сервер технических отчетов НАСА (NTRS)" (PDF) . Ntrs.nasa.gov . Проверено 2 ноября 2020 .
- ^ Дизайн для воздушного боя, Рэй Уитфорд 1987, ISBN 0 7106 0426 2 , стр.16
- ^ НАСА TM X 2626
- ^ Design For Air Combat, Ray Whitford 1987, ISBN 0 7106 0426 2 , рис. 81
- ^ Design For Air Combat, Ray Whitford 1987, ISBN 0 7106 0426 2 , рис.87
- ^ Дизайн для воздушного боя, Рэй Уитфорд 1987, ISBN 0 7106 0426 2 , стр.89-91
- ^ https://www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS1988/ICAS-88-4.5.2.pdf
- ^ «Передовой вихрь позволяет летучим мышам оставаться в воздухе, доклады профессора аэрокосмической отрасли» . Инженерная школа USC Viterbi. 29 февраля 2008 г.
