Półksiężycowe skrzydło
Skrzydło półksiężycowe to konfiguracja samolotu ze stałymi skrzydłami, w której skrzydło skośne ma większy kąt pochylenia w części wewnętrznej niż zaburtowej, nadając skrzydłu kształt półksiężyca.
Plan próbuje zredukować kilka nieprzyjemnych skutków ubocznych projektu skośnego skrzydła, w szczególności jego tendencję do „ podnoszenia się ”, czasami gwałtownie, gdy zbliża się do przeciągnięcia .
Podstawowy pomysł
Gdy statek powietrzny zbliża się do obszaru transsonicznego z prędkością bliską prędkości dźwięku , przyspieszenie powietrza nad zakrzywionymi obszarami może spowodować, że przepływ stanie się naddźwiękowy . To generuje falę uderzeniową i powoduje znaczny opór , znany jako opór falowy . Wzrost oporu jest tak szybki i potężny, że daje początek koncepcji bariery dźwiękowej .
Szybkość, przy której efekt ten staje się zauważalny, znana jako mach krytyczny , opiera się na szybkości krzywizny na górnej i dolnej powierzchni; płaty o większej krzywiźnie będą miały niższą krytyczną prędkość Macha, a tym samym będą bardziej cierpieć z powodu oporu fal. Skrzydło zaprojektowane do dobrych osiągów transsonicznych i naddźwiękowych powinno rozkładać krzywiznę skrzydła na większą odległość. To w naturalny sposób prowadzi do cienkich, długich cięciw o niskim współczynniku kształtu, takich jak skrzydło w myśliwcu Lockheed F-104 Starfighter . Takie projekty mają znacznie większy opór indukowany , co czyni je mniej wydajnymi przy niższych prędkościach. Mają też praktyczne wady, zwłaszcza brak miejsca na paliwo i przechowywanie podwozia .
Zamiecione skrzydła to sposób na zmniejszenie efektywnej krzywizny skrzydła bez posiadania dłuższej fizycznej cięciwy . Zamiast stykać się bezpośrednio z krzywizną krawędzi natarcia , przemiatanie skrzydła wydłuża ścieżkę przepływu powietrza nad skrzydłem o sinus kąta wymiatania, zwiększając efektywną cięciwę. Dzięki temu grubsze skrzydło ma taką samą krytyczną Mach, jak cieńsza konstrukcja bez przesunięcia. Z tego powodu większość projektów transsonicznych wykorzystuje przemiatanie, co pozwala im na użycie skrzydła, które jest wystarczająco grube do praktycznego przechowywania wewnętrznego bez ponoszenia kary za opór dużej fali.
W rzeczywistych projektach nasada skrzydła , w miejscu, w którym skrzydło styka się z kadłubem, jest grubsza niż końcówka skrzydła . Dzieje się tak dlatego, że dźwigar skrzydła musi przenosić siły z całego skrzydła na zewnątrz, co oznacza, że na końcu dźwigara działa bardzo mała siła, ale siła nośna całego skrzydła u nasady. Drzewce na ogół stają się znacznie większe, gdy zbliżają się do nasady, aby uwzględnić te siły, a usprawnienie profilu skrzydła wokół takich projektów generalnie wymaga, aby skrzydło było znacznie grubsze i mocniej zakrzywione u nasady niż na końcu.
Jeśli ktoś chce utrzymać krytyczną liczbę Macha na stałym poziomie w takim projekcie, cieńsze zewnętrzne sekcje skrzydła powinny mieć mniejszy skok niż grubszy korzeń. Kształtowanie skrzydła w celu uwzględnienia stałej krytycznej prędkości Macha wzdłuż rozpiętości w naturalny sposób nadaje mu kształt półksiężyca. Projekt ma dwie dodatkowe zalety, które są ze sobą powiązane. Połączenie tych efektów sprawia, że półksiężycowe skrzydło ma lepsze właściwości jezdne w szerszym zakresie prędkości.
Kiedy powietrze przepływa przez zamiecione skrzydło, napotyka siłę skierowaną w stronę końcówki skrzydła. Przy dużych prędkościach siła ta jest zbyt mała, aby zadziałać, zanim powietrze minie skrzydło. Przy niższych prędkościach ten ruch boczny staje się bardziej widoczny, a gdy ruch boczny wypycha powietrze na zewnątrz, ten rozciągliwy przepływ staje się coraz bardziej zauważalny w kierunku końców skrzydeł. Przy bardzo niskich prędkościach przepływ może stać się tak boczny, że przepływ od przodu do tyłu, który powoduje podnoszenie, nie przekracza już prędkości przeciągnięcia płata , a końcówki skrzydeł mogą utknąć. Ponieważ przemiatanie oznacza, że końcówki znajdują się za środkiem ciężkości , ta utrata siły nośnej z tyłu drona powoduje siłę skierowaną do góry, co może spowodować dalsze przeciągnięcie. Może wystąpić niebezpieczny efekt ucieczki, znany jako podwyższenie tonu .
Półksiężycowe skrzydło zmniejsza ten problem. Ponieważ kąt odchylenia na czubku jest mniejszy niż na nasadzie, siła boczna jest zmniejszona. Biorąc pod uwagę całą szerokość skrzydła, może to znacznie zmniejszyć przepływ w rozpiętości, a tym samym obniżyć prędkości, w których końcówki przeciągają się. Co więcej, nawet gdy końce skrzydeł przeciągają się, znajdują się bardziej do przodu niż w przypadku skrzydła o prostym skosie. Oznacza to, że utrata siły nośnej następuje bliżej środka ciężkości, a tym samym zmniejsza wielkość sił pochylających.
Na przeciwległym końcu zakresu prędkości pojawia się inny efekt. Gdy skrzydło jest obciążone, wygina się w górę. W przypadku skośnego skrzydła, ponieważ obciążenia te znajdują się z tyłu cięciwy średniej, ta skierowana do góry siła staje się momentem obrotowym wokół drzewca, powodując obrót końcówek w dół. Zmniejsza to siłę nośną końcówek, ponieważ stają się one bardziej płaskie w stosunku do przepływu powietrza lub „wymywają się” . Powoduje to taką samą siłę skierowaną do góry, jak w przypadku niskiej prędkości, a przy dużych prędkościach zaangażowane siły mogą być bardzo duże i prowadzić do problemów konstrukcyjnych. Ponownie, gdy końce półksiężycowego skrzydła znajdują się bliżej środka ciśnienia, siły te są zmniejszane.
Lotki , umieszczone na końcach skrzydeł, również wytwarzają dużą siłę momentu obrotowego po uruchomieniu. Może to powodować problem znany jako odwrócenie lotek , w którym ruch skręcający całego skrzydła powoduje przyłożenie przeciwnej siły. Ten problem był dobrze znany w Supermarine Spitfire i wymagał znacznego wzmocnienia jego skrzydła, aby przeciwdziałać temu efektowi. W przypadku skrzydła w kształcie półksiężyca efekt ten nie jest ani bardziej, ani mniej wyraźny niż w przypadku innych wzorów. Określa jednak minimalne wymagania dotyczące wytrzymałości na skręcanie, które mogą być wyższe niż byłyby potrzebne w innym przypadku ze względu na obniżenie obciążeń podczas manewrowania w kształcie półksiężyca, co potencjalnie niweluje tę zaletę.
Zdolność do samozapłonu, często wspominana w dyskusjach na temat Handley Page Victor , nie jest nieodłączną cechą skrzydła półksiężyca, ale może wystąpić w każdym samolocie z wysokim ogonem z pewnym odchyleniem skrzydła. Efekt ten jest spowodowany faktem, że skrzydło wchodzi w efekt ziemi przed ogonem, który jest zamontowany wysoko w obudowie T-tail. Stwarza to krótki okres dodatkowego uniesienia skrzydła, któremu nie przeciwdziała ogon, powodując uniesienie nosa. Ten obrót zatrzymuje się, gdy tylko samolot opada na tyle nisko, że ogon również zaczyna wchodzić w efekt przyziemny.
Historia
Plan skrzydła w kształcie półksiężyca został wynaleziony przez niemieckiego aerodynamika Dipl.-Ing. Rüdiger Kosin i Walther Lehmann podczas pracy dla Arado Flugzeugwerke Gmbh podczas drugiej wojny światowej. Prototypowe skrzydło zostało zbudowane do kwietnia 1945 roku z zamiarem zamontowania go na Arado Ar 234 V16. Jednak zanim można było go zamontować, armia brytyjska zajęła to miejsce i skrzydło zostało zniszczone.
Pracownicy projektowi brytyjskiego producenta samolotów Handley Page - wśród których był inżynier Gustav Lachmann - zostali wysłani do Niemiec, gdzie byli pod wrażeniem pracy w Arado. Następnie włączyli tę konfigurację do swojej propozycji bombowca V HP.80, który później został nazwany Victor .
Handley Page zaproponował szybowiec badawczy w skali jednej trzeciej, HP.87, ale wkrótce porzucił go na rzecz napędzanego samolotu badawczego HP.88 ze skrzydłem w skali 0,36. HP.88 po raz pierwszy poleciał 21 czerwca 1951 r. Podczas swojej krótkiej kariery wykazywał tendencję do oscylacji pochylających, a 26 sierpnia 1951 r. Zaobserwowano, że dzieje się to coraz gwałtowniej, zanim samolot rozpadł się w powietrzu.
Do tego czasu projekt Victora był już bardzo zaawansowany, pierwszy prototyp oblatano 24 grudnia 1952 r., A egzemplarze produkcyjne weszły do służby w kwietniu 1958 r. Problem widoczny w HP.88 został ostatecznie przypisany serwomechanizmowi na sterach ogonowych, a nie problem. nieodłącznie związane z układem bombowca.
W międzyczasie we Francji Bréguet zaproponował projekt Br.978A samolotu pasażerskiego z półksiężycowymi skrzydłami, który nazwali „rogalikiem”. Projekt nie został zbudowany. Układ został również wybrany dla Supermarine 545 , naddźwiękowej wersji Supermarine Swift , ale nie został on wprowadzony do produkcji.
Wczesne wersje Avro Vulcan miały proste krawędzie natarcia, co powoduje problemy przy dużych prędkościach transonicznych. Obejmowało to przedłużenia krawędzi natarcia, które nadawały wewnętrznym częściom mniejsze rozciągnięcie. Rezultatem był zmieniony układ skrzydeł, który jest zasadniczo wersją delta skrzydła półksiężyca.
Handley Page Victor
Victor był jedynym typem z półksiężycem, który wszedł do produkcji. Służył w Królewskich Siłach Powietrznych przez wiele lat, służąc w różnych rolach poza bombowcem, w tym jako tankowiec do tankowania w locie podczas wojny o Falklandy .
Profil i kształt skrzydła w kształcie półksiężyca podlegał znacznym dopracowaniom i zmianom na wczesnych etapach rozwoju, szczególnie w celu przeciwdziałania niekorzystnemu pochyleniu podczas lotu.
Podczas prób w locie pierwszego prototypu, Victor udowodnił swoje właściwości aerodynamiczne, lecąc z prędkością do 0,98 Macha bez problemów z obsługą lub uderzeniami; nie było prawie żadnych zmian aerodynamicznych między samolotem prototypowym a seryjnym. Samolot produkcyjny posiadał zautomatyzowaną operację klapy dziobowej, aby przeciwdziałać tendencji samolotu do wznoszenia się w górę podczas niskich do umiarkowanych liczb Macha. Jedną z niezwykłych cech lotu wczesnego Victora była jego zdolność do samodzielnego lądowania; po ustawieniu w jednej linii z pasem startowym samolot naturalnie rozbłysłby , gdy skrzydło weszło w efekt przyziemny , podczas gdy ogon nadal opadał, dając amortyzowane lądowanie bez żadnego polecenia lub interwencji pilota.
Victor miał dobrą obsługę i doskonałe osiągi, a także korzystne właściwości lotu przy małej prędkości i został opisany jako zwinny samolot, nietypowy dla dużego samolotu bombowego; w 1958 roku Victor wykonał kilka pętli i beczkę podczas ćwiczeń przed lotem pokazowym w Farnborough Airshow .
Victor został zaprojektowany do lotu z dużymi prędkościami poddźwiękowymi, chociaż zdarzyło się wiele przypadków, w których bariera dźwięku została przerwana.
Notatki
Bibliografia
- Butler, P.; i Buttler, A.; Aerofax: Handley Page Victor . Wydawnictwo Midland, 2009. ISBN 1-85780-311-6 .
- Zielony, W.; Samoloty bojowe Trzeciej Rzeszy , Macdonald i Jane's, 1970.
- Hygate, B. Brytyjski eksperymentalny samolot odrzutowy , Argus, 1990; Strony 106-112.
- Lee, GH (14 maja 1954). „Aerodynamika skrzydła półksiężyca” (PDF) . Lot międzynarodowy . s. 611–612.
Linki zewnętrzne
- „The Crescent Wing” , wideo autorstwa Handley Page na temat projektu Victora