Вихревой подъемник - Vortex lift

Изображение, показывающее образование вихрей за передней кромкой треугольного крыла под большим углом атаки.
Облако дыма показывает свертывание вихревой пелены со всей задней кромки крыла, создающей подъемную силу от присоединенного потока, с его сердцевиной, выровненной с концом крыла. Вихревой подъемник имеет дополнительный вихрь рядом с телом, когда он сбрасывается за счет удлинения корня передней кромки, или ближе к вершине, когда сбрасывается за счет обратной передней кромки.

Вихревой подъемник это часть поднимать за счет действия вихрей передней кромки.[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 устроено

Подъемник Vortex работает путем захвата вихри формируется за счет 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 профиля его профиля, срыв передней кромки и потерю подъемной силы в результате отрыва потока на передней кромке.[4] и без подъемной струи над крылом. Однако на крыле с большой стреловидностью отрыв передней кромки все еще происходит, но вместо этого создается вихревой лист, который скатывается над крылом, создавая под ним поток по размаху крыла. 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] У вихревого лифта есть ограничивающий AoA, при котором вихрь лопается или разрушается.

Приложения

Четыре основные конфигурации, в которых использовалась вихревая подъемная сила, - это в хронологическом порядке треугольное крыло с углом 60 градусов; сужающееся сужающееся крыло с резко стреловидной передней кромкой у корня; крыло средней стреловидности с удлинением передней кромки, известное как гибридное крыло; и передняя часть с острым краем или вихревой подъемник.[7]Крылья, которые создают вихревую подъемную силу, использовались на исследовательских самолетах с треугольным крылом, таких как Convair XF-92A и Фейри Дельта 2. Ранние истребители треугольного крыла, 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 завихрений. В Конкорд сверхзвуковой 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 Нортроп F-5 и McDonnell Douglas F / A-18 Hornet. Вихревой подъем с острыми ремнями передней части корпуса General Dynamics F-16 Fighting Falcon.

  • Липпиш DM-1 испытательный планер, дельта 64 градуса, который продемонстрировал подъем вихря в аэродинамической трубе при модификации с острой передней кромкой в ​​Исследовательском центре НАСА в Лэнгли в 1946 году

  • F-106 , дельта 60 градусов: ранний пример с разделением потока на передней кромке

  • Конкорд демонстрирует треугольное треугольное крыло с большим углом стреловидности у основания крыла: высокоразвитая форма с контролируемым отрывом потока

  • Нортроп F-5 крыло с умеренной стреловидностью: раннее применение вихревой подъемной силы с использованием LERX

  • General Dynamics F-16 Fighting Falcon вихри от широкой носовой части с острыми краями стабилизируют поток над всем самолетом, включая подвесное крыло

Преимущества и недостатки

Вихревой подъемник обеспечивает высокую подъемную силу с увеличивающимся углом обзора при посадочной скорости и при маневрировании. Высокая площадь угла обзора, необходимая для выполнения требований к посадке, в прошлом ограничивала видимость пилота и приводила к конструктивным сложностям, связанным с опущенным носом, как в случае Фейри Дельта 2 и Конкорд.Для крыльев умеренной стреловидности добавление LERX снижает волновое сопротивление, улучшает характеристики поворота и обеспечивает гораздо более широкий диапазон летных положений.[8]Использование подъемной силы вихря ограничивается разрушением или разрывом вихря и присущей ему нестабильностью по рысканью. Существует значительное сопротивление из-за увеличения подъемной силы и потери всасывания передней кромки, которая является частью нормального присоединенного обтекания передней кромки.[9]

Среди животных

Такие животные как колибри, и летучие мыши которые поедают пыльцу и нектар, умеют парить. Они производят вихревой лифт с острым передние кромки крыльев и изменить форму и кривизну крыльев для обеспечения устойчивости подъемника.[10]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Характеристики и дизайн самолета, Джон Д. Андерсон-младший, Tata McGraw-Hill Edition 2010,ISBN  978 0 07 070245 5, стр.100
  2. ^ "Почему и почему's Of Wings", B.R.A. Бернс, журнал Air International, февраль 1979 г., стр.82.
  3. ^ «Сервер технических отчетов НАСА (NTRS)» (PDF). Ntrs.nasa.gov. Получено 2020-11-02.
  4. ^ Дизайн для воздушного боя, Рэй Уитфорд, 1987 г., ISBN  0 7106 0426 2, стр.16
  5. ^ НАСА TM X 2626
  6. ^ Дизайн для воздушного боя, Рэй Уитфорд, 1987 г., ISBN  0 7106 0426 2, Рис.81
  7. ^ Дизайн для воздушного боя, Рэй Уитфорд, 1987 г., ISBN  0 7106 0426 2, Рис.87
  8. ^ Дизайн для воздушного боя, Рэй Уитфорд, 1987 г., ISBN  0 7106 0426 2, с.89-91
  9. ^ https://www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS1988/ICAS-88-4.5.2.pdf
  10. ^ «Передовой вихрь позволяет летучим мышам оставаться в воздухе, - сообщает профессор аэрокосмической отрасли». Инженерная школа USC Viterbi. 29 февраля 2008 г.