новости

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

рецензия на предыдущий выпуск: научно-популярный: сколько типов профилей в крыльях самолетов (1)

взлетная, посадочная скорость и маневренность крыла изменяемой стреловидности, треугольного крыла и трапециевидного крыла не так хороши, как у прямого крыла. однако сопротивление прямому крылу на высокой скорости слишком велико, поэтому. для изготовления задней части крыла можно использовать механические средства. угол наклона можно менять по мере необходимости во время полета, разве это не лучшее из обоих миров? отсюда и возникло крыло изменяемой стреловидности.

концепция крыльев изменяемой стреловидности кажется простой, однако при ее реализации возникает множество проблем. во-первых, это вопрос устойчивости полета. по мере увеличения угла стреловидности крыла центр подъемной силы постепенно перемещается назад, и вскоре возникнет проблема, заключающаяся в том, что центр подъемной силы находится далеко от центра тяжести. даже если сверхогромное горизонтальное оперение сможет его подавить, это приведет к огромному сопротивлению. , и выигрыш не будет стоить потерь. чтобы уменьшить перемещение центра подъемной силы, крыло изменяемой стреловидности можно разделить только на две части. шарнир установлен за пределами фиксированной внутренней секции, а подвижная внешняя секция уменьшена, принося в жертву эффект крыла изменяемой стреловидности. упростить инженерную конструкцию.

чтобы свести к минимуму проблемы с устойчивостью полета, подвижная часть су-17 составляет только половину размаха крыла; у f-14 подвижная часть составляет большую часть, но у нее все еще есть большая неподвижная часть; у крыла изменяемой стреловидности много специфических проблем: нелегко найти место для приживления подкрыльевого шасси, внутрикрыловой топливный бак невозможно спроектировать в подвижной секции, что значительно снижает общую массу крыла. пространство топливного бака, а пилоны вооружения под крылом должны вращаться синхронно с подвижной секцией для поддержания шасси. переносимое вооружение направлено вперед, и в сочетании с механическими проблемами, присущими крылу изменяемой стреловидности, это приводит к изменению стреловидности. крыло со временем станет очень тяжелым, что сильно нивелирует аэродинамические преимущества крыла изменяемой стреловидности.

после недолгого появления в 1960-х и 1970-х годах крылья изменяемой стреловидности теперь используются редко. ту-160, впервые поднявшийся в воздух в 1981 году, был последним вновь произведенным самолетом с изменяемой стреловидностью.

для крыльев с прямой стреловидностью, крыльев с большой стреловидностью и треугольных крыльев сопротивление уменьшается за счет угла стреловидности, но на самом деле воздух интересует только угол наклонной стреловидности, и ему все равно, стреловидно крыло назад или вперед. так в чем же преимущества крыльев передней стреловидности? на крыле с прямой стреловидностью поток воздуха по размаху направлен внутрь, и корпус в конечном итоге естественным образом блокирует поток по размаху, повышая эффективность крыла в создании подъемной силы.

что еще более важно, крылья стреловидности вперед значительно отсрочивают проблему сваливания законцовок крыла. воздух вязкий, и эта вязкость образует пограничный слой (также называемый пограничным слоем) на поверхности крыла. в пограничном слое поток воздуха вялый, и эффект создания подъемной силы теряется. при полете под большим углом атаки воздушный поток течет по размаху стреловидного крыла, в результате чего пограничный слой скапливается к законцовке крыла, вызывая сначала срыв законцовки крыла, вызывая перемещение центра подъемной силы к корневой части крыла, заставляя нос самолета подниматься дальше и, в конечном итоге, вызывая сваливание крыла всего самолета.

крылья прямой стреловидности отличаются. законцовки крыла находятся в «чистом» воздушном потоке, у корней крыла происходит скопление пограничного слоя, потери подъемной силы малы, элероны сохраняют эффективное управление по крену. крылья со стреловидностью вперед не имеют проблемы срыва законцовок крыла до тех пор, пока не остановится почти все крыло, что происходит намного позже, чем у крыла со стреловидностью назад. это полезно для повышения маневренности.

воздух интересует только «стреловидность» крыла. неважно, стреловидно оно вперед или назад, поэтому крыло тоже может быть стреловидным. на картинке ниже должен быть американский х-29, который другой. исследовательский самолет с крылом прямой стреловидности.

однако крылья стреловидности вперед имеют и существенный недостаток: аэроупругое расхождение. крылья не жесткие, но обладают определенной степенью гибкости.

поток воздуха над поверхностью крыла создает подъемную силу, и подъемная сила действует на крыло, поэтому законцовка крыла имеет тенденцию закручиваться вверх, а основание крыла является точкой опоры. поскольку точка опоры крыла стреловидности вперед находится за законцовкой крыла, законцовка крыла стреловидности вперед имеет естественную тенденцию скручиваться назад и вверх. движение вверх приводит к увеличению местного угла атаки крыла, создавая еще большую подъемную силу. усиливающиеся скручивания назад и вверх.

если не принять меры, конструкции могут быстро повредиться из-за чрезмерного скручивания. точка опоры стреловидного крыла находится перед законцовкой крыла, и законцовка крыла имеет естественную тенденцию скручиваться вперед и вверх под действием подъемной силы. эта проблема не возникает при уменьшении местного угла атаки. вначале из-за материальных ограничений крылья стреловидности вперед не могли решить проблему аэроупругого расхождения, и стреловидные крылья стали единственным вариантом. после появления композиционных материалов можно использовать так называемую «аэроупругую адаптацию», то есть за счет умелого расположения направлений волокон жесткость конструкции выше в нормальном направлении, чем в пролетном направлении, и проблемы, вызванные аэроупругую дивергенцию можно умело преодолеть.

о косом крыле

и стреловидные крылья, и крылья стреловидности вперед симметричны: либо две стороны стреловидны вместе, либо обе стороны стреловидны вместе вперед. но с точки зрения снижения лобового сопротивления нет причин, по которым одна сторона не могла бы быть сдвинута вперед, а другая — назад, образуя асимметричное наклонное крыло.

так как не имеет значения, стрелите ли вы вперед или назад, то и вперед, и назад тоже нормально. это косое крыло. это американский исследовательский самолет ad-1.

(при взлете и посадке оно плоское, как у обычного самолета с прямым крылом. после взлета при полете на большой скорости оно становится косым крылом, со стреловидным одним концом вперед, а другим - назад.)

по сравнению со стреловидными крыльями и крыльями стреловидности вперед, общее распределение площади поперечного сечения наклонных крыльев вдоль оси фюзеляжа является относительно равномерным, что способствует соблюдению закона трансзвуковой площади и снижению трансзвукового сопротивления.

неподвижные наклонные крылья имеют свои преимущества, но наклонные крылья изменяемой стреловидности — вот где они особенно хороши.

традиционные крылья изменяемой стреловидности смущают положением шарниров, но шарниры косых крыльев изменяемой стреловидности имеют только одно идеальное положение: посередине, а другие положения излишни. поскольку вес с обеих сторон сбалансирован, механическая конструкция наклонного крыла со стреловидной назад немного проще, что аналогично разнице между вытягиванием рук наружу для прямой переноски ведра или переноской груза на плече. с аэродинамической точки зрения изменения угла наклона также сохраняют движение центра подъемной силы практически неизменным, что упрощает конструкцию устойчивости полета.

косое крыло неожиданно решает проблему изменения стреловидности крыла, но то место, где косое крыло может лучше продемонстрировать свое превосходство, - это летающее крыло.

крылья и фюзеляж традиционных самолетов разделены: крылья создают подъемную силу, а фюзеляж перевозит людей и груз. однако фюзеляж не создает подъемной силы и представляет собой «собственный вес». эта проблема вызывает сильную нагрузку на корни крыла и является конструктивно неэффективной. лучше всего разместить всю нагрузку внутри крыла, где требования к прочности конструкции минимальны. теоретически, если подъемная сила и сила тяжести в каждой точке крыла точно сбалансированы, самолет можно сделать из бумаги, минимизировав вес конструкции. конечно, в реальности это невозможно. прежде чем он достигнет неба, гиря уже продавит бумажную оболочку. однако это показывает, что общее направление летающего крыла, у которого нет фюзеляжа, а есть только крылья, правильное.

летающее крыло использует конструкцию крыла для передачи нагрузки, что максимизирует аэродинамическую эффективность конструкции и устраняет проблемы с напряжением в основании крыла. это американский b-2.

x47b

эллиптическое крыло

если тяга не создается, вся энергия, передаваемая самолетом в воздух, будет образовывать сопротивление, а вихри на законцовках крыла являются очень важной частью сопротивления полету. правильно спроектируйте распределение подъемной силы так, чтобы вблизи законцовок крыла создавалось меньше подъемной силы, и естественно уменьшалось сопротивление, создаваемое обтеканием законцовок крыла. в этом и состоит идея эллиптического крыла. знаменитая эллиптическая форма британского истребителя «спитфайр». реактивный самолет во второй мировой войне так появилось профилированное крыло.

знаменитое эллиптическое крыло британского истребителя «спитфайр» спроектировано так, чтобы уменьшить обтекание законцовок крыла и оптимизировать распределение подъемной силы, как показано на рисунке выше.

естественным продолжением эллиптического крыла является круглое крыло. круглое крыло не только концентрирует части, создающие подъемную силу, к корневой части крыла, но также в большей степени соответствует закону площадей, особенно в случае круглого летающего крыла без фюзеляжа. этот тип летающего диска не только теоретически подходит для всех диапазонов скоростей, от зависания до сверхзвуковой скорости, но и является фаворитом любителей научной фантастики. это идеальная конструкция, от которой трудно отказаться при проектировании самолетов. проблема управления полетом решить сложнее. мало того, что рычаг управления очень сложен, короче говоря, необходимо пересмотреть конструкцию двигателя, сопла и поверхности управления.

более экстремальный вариант, конечно же, летающая тарелка. это канадский avrocar. он был разработан для ввс сша, поэтому окрашен в ввс сша, как показано на картинке выше.

крылышки

другой способ решить проблему обтекания законцовок крыла - использовать винглеты, которые представляют собой вертикальные законцовки, которые стоят на законцовках крыла и непосредственно предотвращают обтекание законцовок крыла. аэродинамически винглеты увеличивают эффективный размах крыла и увеличивают подъемную силу. при правильной конструкции винглеты могут обеспечить эффективный размах крыла, превышающий фактический «размах крыльев», но винглеты также увеличивают сопротивление и вес, а также создают аэродинамическое сопротивление на переходе поверхности крыла.

без эллиптических крыльев или летающих тарелок винглеты могут эффективно уменьшить воздействие потока вокруг законцовок крыльев.

винглеты могут выдвигаться вверх и вниз одновременно или только вверх. выбор между этими двумя вариантами, естественно, представляет собой компромисс между увеличением подъемной силы и уменьшением веса и сопротивления. винглеты являются очень эффективным подходом при использовании потенциала старых конструкций или когда размах крыльев ограничен условиями аэропорта. но при проектировании крыла с нуля зачастую проще и эффективнее увеличить размах.

краткая история развития винглетов

винглеты не только переворачиваются вверх, но и могут опускаться вниз. это винглет а320.