Klapa Gurneya

Klapa Gurneya pokazana na spodzie płata Newmana (z Memorandum Technicznego NASA 4071).

Klapka Gurneya ( lub wickerbill ) to mała zakładka wystająca z tylnej krawędzi skrzydła. Zazwyczaj jest ustawiony pod kątem prostym do powierzchni płata po stronie nacisku i wystaje od 1% do 2% cięciwy skrzydła . To urządzenie z krawędzią spływu może poprawić wydajność prostego płata prawie do tego samego poziomu, co złożony projekt o wysokiej wydajności.

Urządzenie działa poprzez zwiększanie ciśnienia po stronie ciśnieniowej, zmniejszanie ciśnienia po stronie ssącej i pomaganie przepływowi warstwy granicznej w utrzymywaniu przyczepności aż do krawędzi spływu po stronie ssącej płata. Typowe zastosowania występują w wyścigach samochodowych , stabilizatorach poziomych helikopterów i samolotach, w których niezbędna jest duża siła nośna , takich jak samoloty holujące banery .

Jej nazwa pochodzi od wynalazcy i twórcy, amerykańskiego kierowcy wyścigowego Dana Gurneya .

Historia

„Płat o zmiennym wzniosie” pokazany na rysunku 1 patentu EF Zaparka z 1935 r. US Patent RE19412 . Jest to ruchoma mikroklapka, podobna do nieruchomej klapki Gurneya.
Klapka Gurneya na tylnej krawędzi tylnego skrzydła Porsche 962

Oryginalne zastosowanie, zapoczątkowane przez ikonę amerykańskich wyścigów samochodowych , Dana Gurneya (którego wyzwał do tego inny amerykański kierowca wyścigowy Bobby Unser ), było kawałkiem blachy ustawionej pod kątem prostym, sztywno przymocowanej do górnej krawędzi spływu tylnego błotnika w jego samochody wyścigowe z otwartymi kołami z początku lat 70. Urządzenie zostało zainstalowane skierowane do góry, aby zwiększyć siłę docisku generowaną przez skrzydło, poprawiając przyczepność . Przetestował to w terenie i stwierdził, że pozwala samochodowi pokonywać zakręty z większą prędkością, jednocześnie osiągając większą prędkość na prostych odcinkach toru.

Pierwsze zastosowanie klapy miało miejsce w 1971 roku, po tym, jak Gurney wycofał się z prowadzenia samochodu i zaczął na pełny etat zarządzać własnym zespołem wyścigowym. Jego kierowca, Bobby Unser, testował nowy samochód Len Terry, wczesny projekt CAD-Cam, na torze Phoenix International Raceway i był niezadowolony z osiągów samochodu na torze. Gurney musiał coś zrobić, aby przywrócić pewność siebie kierowcy przed wyścigiem i przypomniał eksperymenty przeprowadzone w latach pięćdziesiątych przez niektóre zespoły wyścigowe ze spojlerami przymocowany do tylnej części nadwozia, aby anulować siłę nośną (na tym poziomie rozwoju spojlery nie były uważane za potencjalne wzmacniacze osiągów, a jedynie urządzenia eliminujące destabilizujący i potencjalnie śmiertelny efekt aerodynamiczny). Gurney postanowił spróbować dodać „spoiler” do górnej krawędzi spływu tylnego skrzydła. Urządzenie zostało wyprodukowane i zamontowane w niecałą godzinę, ale okrążenia testowe Unsera ze zmodyfikowanym skrzydłem okazały się równie kiepskie. Kiedy Unser mógł w zaufaniu porozmawiać z Gurneyem, ujawnił, że czasy okrążeń z nowym skrzydłem zostały spowolnione, ponieważ wytwarzało ono teraz tak dużą siłę docisku , że samochód był podsterowność . Wszystko, co było potrzebne, to zrównoważyć to, dodając docisk z przodu.

Unser natychmiast zdał sobie sprawę z wartości tego przełomu i chciał ukryć go przed konkurencją, w tym przed swoim bratem Alem . Nie chcąc zwracać uwagi na urządzenia, Gurney zostawił je na widoku. Aby ukryć swój prawdziwy zamiar, Gurney oszukał ciekawskich konkurentów, mówiąc im, że stępiona krawędź spływu ma zapobiegać obrażeniom i uszkodzeniom podczas ręcznego pchania samochodu. Niektórzy skopiowali projekt, a niektórzy nawet próbowali go ulepszyć, kierując klapkę w dół, co faktycznie zaszkodziło wydajności.

Gurney był w stanie używać urządzenia w wyścigach przez kilka lat, zanim jego prawdziwy cel stał się znany. Później omówił swoje pomysły z aerodynamikiem i projektantem skrzydeł Bobem Liebeckiem z Douglas Aircraft Company . Liebeck przetestował urządzenie, które później nazwał „klapą Gurneya” i potwierdził wyniki testów terenowych Gurneya przy użyciu klapy cięciwy 1,25% na symetrycznym profilu Newmana. Jego artykuł AIAA z 1976 r. (76-406) „O projektowaniu płatów poddźwiękowych do dużych wzniesień” przedstawił tę koncepcję społeczności zajmującej się aerodynamiką.

Gurney przekazał swoje prawa patentowe firmie Douglas Aircraft, ale urządzenie nie miało zdolności patentowej, ponieważ było zasadniczo podobne do ruchomej mikroklapy opatentowanej przez EF Zaparkę w 1931 r., Dziesięć dni przed narodzinami Gurneya. Podobne urządzenia przetestowali również Gruschwitz i Schrenk i zaprezentowali w Berlinie w 1932 roku.

Teoria operacji

0 Klapa Gurneya zwiększa maksymalny współczynnik siły nośnej ( CL , max ), zmniejsza kąt natarcia dla zerowej siły nośnej (α ) i zwiększa moment pochylania dziobu ( CM ), co jest zgodne ze wzrostem pochylenia profilu . Zwykle zwiększa również współczynnik oporu powietrza ( C d ), zwłaszcza przy niskich kątach natarcia, chociaż w przypadku grubych płatów odnotowano zmniejszenie oporu. Korzyść netto w ogólnym stosunku siły nośnej do oporu jest możliwe, jeśli klapa jest odpowiednio zwymiarowana, w oparciu o grubość warstwy granicznej .

Klapa Gurneya zwiększa siłę nośną, zmieniając stan Kutta na krawędzi spływu. Ślad za klapą to para obracających się w przeciwnych kierunkach wirów, które są naprzemiennie wyrzucane w wirowej ulicy von Kármána . Oprócz tych rozpiętościowych wirów zrzucanych za klapą, wiry cięciwowe zrzucane z przodu klapy stają się ważne przy dużych kątach natarcia .

Zwiększony nacisk na dolną powierzchnię przed klapą oznacza, że ​​ssanie górnej powierzchni można zmniejszyć, jednocześnie wytwarzając taką samą siłę nośną.

Zastosowania śmigłowców

Podwójne klapy Gurneya na helikopterze Bell 222U

Klapy Gurneya znalazły szerokie zastosowanie w stabilizatorach poziomych helikopterów, ponieważ działają w bardzo szerokim zakresie zarówno dodatnich, jak i ujemnych kątów natarcia. Z jednej strony, podczas wznoszenia z dużą mocą, ujemny kąt natarcia statecznika poziomego może sięgać nawet -25 °; na drugim biegunie, w autorotacji , może to być +15°. W rezultacie co najmniej połowa wszystkich nowoczesnych śmigłowców budowanych na Zachodzie ma je w takiej czy innej formie.

Klapa Gurneya została po raz pierwszy zastosowana w wariancie Sikorsky S-76 B, kiedy testy w locie wykazały, że stabilizator poziomy z oryginalnego S-76 nie zapewnia wystarczającej siły nośnej. Inżynierowie zamontowali klapę Gurneya na odwróconym profilu NACA 2412, aby rozwiązać problem bez przeprojektowywania stabilizatora od podstaw. Klapa Gurneya została również zamontowana w Bell JetRanger, aby skorygować problem z kątem padania w projekcie, który był zbyt trudny do bezpośredniego skorygowania.

Eurocopter AS355 TwinStar wykorzystuje podwójną klapę Gurneya, która wystaje z obu powierzchni statecznika pionowego . Służy do rozwiązania problemu z odwróceniem siły nośnej w grubych sekcjach płata przy niskich kątach natarcia. Podwójna klapa Gurneya zmniejsza nakłady sterujące wymagane do przejścia z zawisu do lotu do przodu.

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Gurney_flap&oldid=1136261987 ”