Крыло прямой стреловидности - Forward-swept wing

Стреловидное крыло Сухой Су-47

А крыло прямой стреловидности это самолет конфигурация крыла в которой четверть аккорда линия крыло имеет прямую стреловидность. Как правило, передняя кромка также проходит вперед.

Характеристики

Конфигурация с прямой стреловидностью имеет ряд характеристик, которые увеличиваются с увеличением угол стреловидности увеличивается.

Расположение основного лонжерона

Расположение лонжерона основного крыла сзади привело бы к более эффективному внутреннему устройству и большему полезному пространству.

Внутренний поток

Размах воздушного потока над крылом прямой стреловидности противоположен потоку над обычным крылом стреловидности.

Воздух течет над любым стреловидное крыло имеет тенденцию двигаться по размаху к самому заднему концу крыла. На крыле с обратной стреловидностью он направлен наружу к законцовке, тогда как на крыле с обратной стреловидностью он направлен внутрь к основанию. В результате опасное состояние концевого сваливания в конструкции с обратной стреловидностью становится более безопасным и управляемым корневым срывом в конструкции с прямой стреловидностью. Это позволяет полностью элерон контроль, несмотря на потерю подъемной силы, а также означает, что прорези переднего края или другие устройства не требуются.

При поступлении воздуха внутрь вихри на законцовках крыла и сопутствующее сопротивление уменьшаются. Вместо этого фюзеляж действует как очень большой крыло ограждения и, поскольку крылья обычно больше у основания, это увеличивает максимальное коэффициент подъема позволяя меньшее крыло.

В результате улучшается маневренность, особенно на высоких скоростях. углы атаки.

На околозвуковых скоростях ударные волны накапливаются сначала у корня, а не у вершины, что опять же помогает обеспечить эффективное управление элеронами.

Нестабильность по рысканью

Одна из проблем конструкции с прямой стреловидностью заключается в том, что при стреловидном крыле фрамбезия вбок (движется вокруг своей горизонтальной оси), одно крыло отступает, а другое продвигается. В конструкции с прямой стреловидностью это уменьшает стреловидность заднего крыла, увеличивая его сопротивление и отодвигая его еще дальше назад, увеличивая величину рыскания и приводя к нестабильности по направлению. Это может привести к Голландский ролл в обратном порядке.[1]

Аэроупругость

Одним из недостатков крыльев прямой стреловидности является повышенная вероятность расхождения, аэроупругий следствие подъемной силы на крылья с прямой стреловидностью, закручивающее конец вверх при увеличении подъемной силы. В конструкции с прямой стреловидностью это вызывает петлю положительной обратной связи, которая увеличивает угол падения на вершину, увеличивая подъемную силу и вызывая дальнейшее отклонение, что приводит к еще большей подъемной силе и дополнительным изменениям формы крыла. Эффект дивергенции увеличивается со скоростью. Максимальная безопасная скорость, ниже которой этого не происходит, - это скорость расхождения самолета.

Такое увеличение подъемной силы законцовки под нагрузкой заставляет крыло сжиматься в поворотах и ​​может привести к спиральному пикированию, после которого восстановление невозможно. В худшем случае конструкция крыла может быть нагружена до отказа.

При больших углах поворота и высоких скоростях для создания достаточно жесткой конструкции, способной противостоять деформации, но при этом достаточно легкой, чтобы ее можно было использовать на практике, требуются современные материалы, такие как композиты из углеродного волокна. Композитные материалы также позволяют выполнять аэроупругий крой, выравнивая волокна, чтобы повлиять на характер деформации до более благоприятной формы, воздействовать на срыв и другие характеристики.

Характеристики стойла

Любое стреловидное крыло имеет тенденцию быть нестабильным в стойло, так как задний конец сначала останавливается, вызывая подъемную силу, ухудшающую срыв и затрудняющую восстановление. Этот эффект более значительный при прямой стреловидности, поскольку задний конец является корнем и несет большую подъемную силу.

Однако, если аэроупругий изгиб достаточен, он может противодействовать этой тенденции, увеличивая угол атаки на законцовках крыла до такой степени, что сначала останавливаются законцовки и теряется одна из основных характеристик конструкции. Такое срывание наконечника может быть непредсказуемым, особенно когда один наконечник останавливается раньше другого.

Композитные материалы обеспечивают аэроэластичность, так что по мере приближения крыла к стойке оно поворачивается при изгибе, чтобы уменьшить угол атаки на законцовках. Это гарантирует, что срыв происходит у основания крыла, что делает его более предсказуемым и позволяет элеронам сохранять полный контроль.

История

Довоенные исследования

Беляев, автор упомянутого ниже проекта ДБ-ЛК, в 1934 и 1935 годах испытывал крылья прямой стреловидности БП-2 и БП-3. [2][3]

Другие довоенные разработки включали польские PWS серии Z-17, Z-18 и Z-47 "Sęp".

Вторая мировая война и последствия

Конструкции крыльев с прямой стреловидностью, разработка некоторых из которых началась в предвоенный период, были разработаны во время Второй мировой войны независимо в Германии, России, Японии и США.

Первым примером полета в 1940 году был Беляев ДБ-ЛК, конструкция с двумя стреловидными стрелами с боковыми секциями крыла, стреловидными вперед, и законцовками заднего крыла. Сообщается, что полетел он хорошо. Беляева предложили Бабочка исследовательский самолет был отменен после немецкого вторжения.

Американец Корнелиус Маллард совершил полет 18 августа 1943 года. "Кряква" была оснащена одним двигателем, но за ней последовал Корнелиус XFG-1 прототипы, представлявшие собой летающие топливные баки, без двигателя и предназначенные для буксировки более крупными самолетами. Эти конструкции Корнелиуса были необычны тем, что были не только стреловидными, но и бесхвостыми.

Модель Ju 287 V1

Между тем в Германии Ганс Воке изучал проблемы стреловидности крыльев на скоростях, близких к звуковым, на которые были способны новые реактивные двигатели. Он признал многие преимущества, которые дает прямая стреловидность по сравнению с разработанными в то время конструкциями обратной стреловидности, а также понимал последствия аэроупругого изгиба и нестабильности по рысканью.

Его первым подобным летным аппаратом был Юнкерс Ju 287 16 августа 1944 г. Летные испытания этого и более поздних вариантов подтвердили преимущества на малых скоростях, но вскоре выявили и ожидаемые проблемы, препятствующие испытаниям на высоких скоростях. Wocke и неполный прототип Ju 287 V3 были захвачены и в 1946 году доставлены в Москву, где самолет был завершен и в следующем году летал как ОКБ-1 ЭФ 131. Позже ОКБ-1 ЭФ 140 По сути, был тот же планер, оснащенный парой советских реактивных двигателей большей тяги конструкции Микулина.

В 1948 году в Советском Союзе был создан Цыбинский ЛЛ-3.[4] Опытный образец впоследствии оказал большое влияние на СУБ-А Сухого, строительство которой было завершено в 1982 году.

Когда после войны немецкие исследования достигли Соединенных Штатов, был выдвинут ряд предложений. К ним относятся Convair XB-53 сверхзвуковой бомбардировщик и варианты передней стреловидности Североамериканский P-51 Mustang, Колокол X-1 ракетоплан и Дуглас D-558-I. Предложение Bell дошло до стадии испытаний в аэродинамической трубе, где были подтверждены проблемы аэроупругости.

Структурные проблемы, подтвержденные исследованиями Ju 287 и Bell X-1, оказались настолько серьезными, что доступные в то время материалы не могли сделать крыло достаточно прочным и жестким, не делая его слишком тяжелым для практического применения. В результате от использования прямой стреловидности для высокоскоростных конструкций отказались, пока много лет спустя не стали доступны новые конструкционные материалы.

На протяжении Второй мировой войны многие истребители, бомбардировщики и другие военные самолеты можно охарактеризовать как имеющие крылья прямой стреловидности из-за того, что средняя хорда их крыльев была стреловидной. Однако в этих конструкциях почти всегда использовалась передняя кромка с обратной стреловидностью, что технически придавало им высокое соотношение сторон. трапециевидные крылья.

В Накадзима Ки-43 примечателен тем, что является единственным успешным истребителем с крылом истинной стреловидности, хотя стреловидность его передней кромки практически незаметна.

Послевоенная авиация общего назначения

LET L-13 двухместный планер
АРВ Супер2

Небольшая стреловидность не вызывает серьезных проблем, и даже умеренная стреловидность вперед позволяет значительно смещать назад точку крепления основного лонжерона и несущую конструкцию.

В 1954 году Воке вернулся в Германскую Демократическую Республику, вскоре после этого переехал в Западную Германию и присоединился к Hamburger Flugzeugbau (HFB) в качестве их главного конструктора.[1] В Гамбурге Воке завершил работу над HFB 320 Hansa Jet бизнес-джет, который летал в 1964 году. Благодаря передней стреловидности главный лонжерон можно было переместить на корму за кабину, так что лонжерону не нужно было выступать в кабину.

Умеренная прямая развертка использовалась по тем же причинам во многих конструкциях, в основном планеры и легкий летательный аппарат. Многие высокопоставленные тренировки планеры с двумя местами в тандем крылья имеют слегка стреловидную прямую стреловидность, чтобы корень крыла мог располагаться дальше назад, чтобы крыло не закрыло боковой обзор заднего пассажира. Типичными примерами являются Schleicher ASK 13 и Пусть Куновице LET L-13 Blaník.

Другие примеры включают:

Возвращение быстрой струи

Грумман Х-29 отображение конфигурации крыла прямой стреловидности
КБ САТ СР-10 тренер

Необходимые для высокоскоростного полета большие углы стреловидности долгие годы оставались непрактичными.

В конце 1970-х гг. DARPA начали исследовать использование новых композитные материалы чтобы избежать проблемы снижения скорости дивергенции за счет аэроупругого пошива. По проводам технология позволила дизайну быть динамически нестабильный и улучшенная маневренность. Грумман построил два Х-29 демонстраторы технологий, впервые вылетевшие в 1984 году, с крыльями прямой стреловидности и утки. Маневренный на высоте углы атаки Х-29 оставался управляемым при угле атаки 67 °.[6]

Достижения в вектор тяги Технологии и смещение тактики воздушного боя в сторону ракет средней дальности снизили актуальность очень маневренного истребителя.

В 1997 г. Сухой представил Су-47 прототип истребителя на Парижское авиашоу. В серийное производство он не поступал, хотя прошел серию летных испытаний и прошел несколько авиашоу.

КБ САТ СР-10 представляет собой прототип российского одномоторного учебно-тренировочного самолета с крылом прямой стреловидности. Первый полет он совершил в 2015 году.

Смотрите также

использованная литература

Встроенные цитаты

  1. ^ а б Miller, J .; X-Planes, Speciality Press, Second Printing (1985), Pages 175-177.
  2. ^ http://www.airwar.ru/enc/glider/bp2.html
  3. ^ http://www.k2x2.info/transport_i_aviacija/aviacija_i_vremja_2008_04/p9.php
  4. ^ Российская авиация Страница: Сухой С-37 Беркут (С-32) В архиве 2006-02-13 в Wayback Machine
  5. ^ Веб-сайт CZAW
  6. ^ НАСА. «Информационный бюллетень Драйдена - X-29». Проверено 22 августа 2005 года.

Общие ссылки

  • Miller, J .; Самолеты X, X-1 - X-29 (Издание для Великобритании), MCP, 1983, страницы 175-179.