Profilul aripilor supercritice
Profilul aripii supercritice face posibilă creșterea eficienței aeronavei în regiunea transonală a lui M.
Datorită faptului că debitul de aer nu primește aceeași accelerație pe o suprafață superioară plană, în comparație cu profilul convențional, unda de șoc este produs la un număr mai mare de M. Saltul rezultat obținut mai slabă și mică. Aceasta are ca rezultat o slăbire a gradientului de presiune din spatele profilului și mărește proprietățile lagărelor aripii.
Avantajele profilului supercritic:
- datorită șocurilor de slăbire poate folosi un unghi mai mic matura aripa pentru aeronava la un număr prestabilit de croazieră M. Astfel ușura problemele asociate cu o matura;
- o grosime relativă mare a profilului face posibilă creșterea rezistenței și rigidității aripii cu o greutate de proiectare constantă. Acest lucru permite, de asemenea, crearea de aripi de alungire mai mare, care reduce rezistența inductivă a aripii;
- crește volumul intern al aripii pentru a găzdui combustibil etc.
Utilizarea profilelor de aripi supercritice permite:
- crește sarcina utilă. Dacă nu modificați numărul de croazieră Mach, consumul de combustibil este redus, ceea ce va dura mai mult sarcina utila, aproape fără a mări rezistența la plan frontal, comparativ cu aeronavele convenționale cu un profil de aripă.
- pentru a mări numărul de croazieră M. Dacă se menține aceeași sarcină utilă, numărul de croazieră M poate fi mărit, practic, fără a mări tragerea.
Dezavantaje ale profilului supercritic
- Curbura în formă de S a profilului este bună pentru numerele mari M, dar nu este ideală pentru zborurile cu viteză redusă. SS MAX scade, necesitând o mecanizare bine dezvoltată a aripii pentru a oferi caracteristici acceptabile de decolare și aterizare;
- Marginea din spate a profilului are o curbură pozitivă și creează mai multă ridicare, ceea ce are drept rezultat un moment al aripilor mari. Pentru a compensa acest lucru, este necesară o deviație de echilibrare mai mare a coada orizontală, ceea ce creează o tragere suplimentară.
- Agitarea rapidă cauzată de o defecțiune la undele de șoc poate provoca o vibrație puternică.
Aerul se încălzește în timpul comprimării și ca urmare a frecării. Aerul este comprimat în zonele de inhibiție pe planul frontal și încercările de șoc și frecare în stratul limită.
Când se mișcă prin aer, suprafața aeronavei se încălzește. Acest lucru se întâmplă la toate vitezele, însă încălzirea devine semnificativă numai pe numere mari M.
Figura arată modul în care temperatura suprafeței avionului se modifică odată cu modificarea numărului M al zborului. La M = 1,0, creșterea temperaturii este de aproximativ 40 ° C. Cu o creștere a numărului M de peste 2,0, temperatura crește atât de mult încât în construcția aliajelor tradiționale de aluminiu începe schimbările ireversibile. Prin urmare, pentru aeronave cu M ≥ 2,0, sunt utilizate aliaje de titan sau oțel inoxidabil.
Dacă viteza reală a aeronavei mai mare decât viteza locală a sunetului, sursa undelor de presiune acustică se deplasează mai repede decât turbulența produsă de acestea.
Luați în considerare un obiect care se deplasează cu viteza V în direcția de la A la D (a se vedea figura de mai jos). Când corpul era la punctul A, a devenit o sursă de indignare. Unda de presiune se propagă cu viteza spherically locală a sunetului, dar a depășit valul corpului și drumul este, de asemenea, sursa undelor de presiune acustică. Propagarea valurilor de la punctele A, B și C este trasată de cercurile corespunzătoare. Corpul este la punctul D. Desenați tangenta acestor cercuri DE. Această tangentă reprezintă limita propagării undelor sonore în momentul în care corpul este în punctul D.
Segmentul AE reprezintă viteza locală a sunetului (a), iar AD este viteza reală (V).
M = V / a (în figură, M = 2,6).
Unghiul ADE este numit unghiul Mach, marcat cu μ.
sin μ = a / V = 1 / M.
Cu cât este mai mare numărul M, cu atât mai mult unghiul Mach este mai clar. La M 1,0 μ = 90 °.
În spațiul tridimensional, undele sonore se propagă sferic. Dacă sursa lor se mișcă cu o viteză supersonică, atunci, suprapuse, ele formează un con de perturbare.
Unghiul soluției pe jumătate a conului este μ.
Figura arată conul de perturbații de la un obiect care se mișcă cu un număr M 5.0.
Când se mișcă cu viteză supersonică, conul Mach este limita propagării perturbațiilor sonore de la un avion. Totul în afara conului este dincolo de influența tulburărilor. Spațiul din interiorul conului se numește zona de influență a aeronavei.
Într-o aeronavă reală, conul Mach începe cu un șoc oblic de condensare, al cărui unghi este ceva mai mare decât unghiul Mach. Aceasta se datorează faptului că viteza inițială de propagare a undelor de șoc este mai mare decât viteza locală de sunet.
Cap sigilă șoc
Luați în considerare un flux supersonic care se apropie de marginea de vârf a aripii. Pentru a vă apropia de marginea aerului, întoarceți-vă la un unghi mare. La viteza supersonică, acest lucru este imposibil la o distanță atât de mică. Viteza fluxului va fi încetinită brusc până la viteza subsonică și se va forma un val de șoc direct înainte de marginea de vârf.
În spatele jetului aerul este întârziat și capabil să meargă în jurul marginea de vârf. Curând după aceea, fluxul este din nou accelerat la viteză supersonică.
Un val de șoc în fața unui avion este numit șocul capului de etanșare. Ea este dreaptă în imediata vecinătate a marginea de vârf, apoi de la ea trece într-un salt oblic.
Așa cum se poate vedea din figură, la marginea posterioară a aripii, se formează și un val de șoc, dar din moment ce numărul M al fluxului din spatele aripii este mai mare decât unitatea, acest salt este oblic.
Textul precedent a fost demonstrat ca un flux supersonic poate ocoli obstacolul frânarea la viteză subsonică și formarea undei de șoc. În acest caz, debitul pierde energie.
Să analizăm modul în care un flux supersonic cuprinde un unghi convex.
Considerăm mai întâi debitul subsonic.
Când unghiul convex curge, viteza fluxului subsonic scade brusc și presiunea crește. Un gradient de presiune nefavorabil duce la detașarea stratului de graniță.
Fluxul supersonic poate ocoli unghiul convex fără a se detașa prin expansiune. În același timp, debitul crește, iar presiunea, densitatea și scăderea temperaturii. Comportamentul fluxului supersonic, atunci când intersectează undele de rarefacție, este complet opus pasajului undei de șoc.
Următoarea figură prezintă o serie de valuri de rărire cu un flux supersonic trecut unui profil.
După trecerea prin valul șocului capului, fluxul supersonic comprimat este liber pentru expansiune și urmează după conturul suprafeței. Deoarece nu există modificări abrupte ale parametrilor în flux, undele de expansiune nu arată ca niște valuri de șoc.
Când treceți prin valurile de expansiune în flux, apar următoarele modificări:
- viteza și creșterea numărului M;
- direcția fluxului se modifică pentru a urma suprafața;
- presiuni statice de presiune;
- Întrucât schimbările nu sunt spasmodice, energia fluxului nu scade.
Intensitatea undelor de șoc scade cu distanța de la avionul de zbor, dar energia undelor de presiune acustică poate fi suficientă pentru a crea o aplecare puternică pentru observatorul de pe teren. Aceste clapete de sunet sunt un atribut esențial al zborurilor supersonice. Valul sonor se deplasează de-a lungul suprafeței pământului cu viteza de deplasare a avionului care zboară.
Metode pentru îmbunătățirea controlabilității în intervalul transonic
După cum sa arătat deja, eficacitatea suprafețelor tradiționale de direcție scade în intervalul transonic al numărului M. Unele îmbunătățiri pot fi obținute utilizând generatoarele de vortex.
Cu toate acestea, o îmbunătățire radicală a gestionabilității poate fi realizată utilizând:
Aceste suprafețe de control au fost discutate în capitolul 11.
suprafețele de control pruritului pot fi evitate prin setarea benzii înguste de-a lungul muchiei posterioare, folosind cabluri amortizoare de control sau de a crește rigiditatea buclei de control (închis forță de la suprafață la un dispozitiv de acționare forță).
Din cauza modificărilor mari de creștere și balamale momente pe suprafețele de control în intervalul transonic, sistemul de control este prevăzut cu mecanisme de direcție și conduce către crearea artificială a forței de control.
Tabelul următor descrie proprietățile de bază ale formelor de undă ale fluxului supersonic.
Săgeți cu aripă - rezultate
Unghiul de mișcare este unghiul dintre linia construită la 25% din lungimea coardelor aripilor și perpendiculară pe nervura rădăcinii aripii.
Scopul creării unei maturi este creșterea M CRETE. Toate celelalte proprietăți ale aripii mătase sunt secundare și, adesea, negative. Dar efectul pozitiv al creșterii M CRIT depășește toate neajunsurile.
Proprietatile negative ale aripii deflecte
Tendința de a perturba fluxul în unghiuri mari de atac inițial în regiunea vârfurilor aripilor este în creștere. Pentru a combate acest lucru, utilizate crestele aerodinamice pe suprafețele superioare și inferioare ale aripii și marginea conducătoare a gashes (flux de preaplin redus de la rădăcină aripa pana la sfarsit).
Stâlpul de capăt al cursei poate provoca o ridicare a stâlpului pe unghiul de atac - principalul dezavantaj al aripii răsucite.
La rândul său, un pick-up de stand poate duce la un stand adânc (superstar).
Avioane, care arată o tendință de a prinde pe unghiuri de atac mari, trebuie să fie echipate cu un dispozitiv împiedică în mod activ accesul la stand (cârma împingător).
La pilotarea aeronavei la unghiuri de atac aproape de stand, controlul rolei trebuie efectuat prin deviații de elicoidale cu deformări ale cârmei coordonate. Direcția unei roți de direcție poate da momente excesive de înclinare. (Atunci când se atribuie o viteză VSR, controlul lateral adecvat este demonstrat prin utilizarea de eleroane).
În comparație cu o aripă dreaptă, aceeași aripă a aripii răsucite este mai puțin eficientă din punct de vedere aerodinamic.
În același unghi, atacul SS va fi mai mic.
SU MAX va fi mai mic și va fi realizat într-un unghi mai mare de atac.
Gradientul pantei curbei CY = f (α) va fi mai mic.
Aripile maturate necesită instalarea unei mecanizări complexe a aripilor, a șipcilor și a lambelor pentru a obține caracteristici acceptabile de decolare și aterizare.
(În partea de rădăcină a aripii răsucite este instalat un tip mai puțin eficient de lame pentru a asigura o fixare inițială în rădăcina aripii)
Chila și stabilizatorul pe avioane cu o aripă măturată sunt, de asemenea, curățate pentru a împiedica dezvoltarea unei coborâri de zgomot mai devreme decât pe aripa. (Pe măsură ce crește unghiul de străpungere, crește unghiul maxim admisibil de atac).
În comparație cu o aripă dreaptă, aripile maturate atinge factorul de ridicare necesar la un unghi mai mare de atac, lucru deosebit de remarcabil atunci când zboară la viteze reduse.
O pantă mai ușoară a dependenței CY = f (α) joacă un rol pozitiv în zborurile în condiții de turbulență - aeronava devine mai puțin sensibilă la schimbările pe termen scurt în unghiul de atac; O schimbare mai mică în suprasarcină are loc atunci când se atinge același impuls vertical.
Aripa măturită ușoară crește stabilitatea pistei.
Aripile măturat semnificativ (de obicei, excesiv) măresc stabilitatea laterală.
Când zburați pe numărul M> MKRIT. aripa maturată creează un moment de scufundare (fenomenul de strângere într-o scufundare), pentru a contracara acest lucru, sistemul de decupare Mach este instalat pe aeronavă.
Axa de rotație a elicoidelor de pe aripile curbate nu este perpendiculară pe fluxul care se deplasează, ceea ce reduce eficiența controlului aeronavei.