Roh rakve (aerodynamika) - Coffin corner (aerodynamics)

Graf obálky oblasti nadmořské výšky / rychlosti pro Lockheed U-2 zobrazující roh rakve

Roh rakve (také známý jako aerodynamický strop[1] nebo Q roh) je oblast letu, kde je rychlá, ale podzvuková letadlo s pevnými křídly je stánek rychlost je blízko kritické Machovo číslo, při daném hrubém hmotnost a Zatížení silou G.. V této oblasti letu je velmi obtížné udržet letadlo ve stabilním letu. Protože pádová rychlost je minimální rychlost potřebná k udržení vodorovného letu, jakékoli snížení rychlosti způsobí zastavení letadla a ztrátu nadmořské výšky. Protože kritické Machovo číslo je maximální rychlost, při které může vzduch cestovat po křídlech bez ztráty vztlaku v důsledku oddělení toku a rázových vln, jakékoli zvýšení rychlosti způsobí, že letoun ztratí vztlak nebo prudce nakloní nos dolů nadmořská výška.

„Roh“ označuje trojúhelníkový tvar v horní části písmene a letová obálka graf, kde pádová rychlost a kritické Machovo číslo jsou od sebe v několika uzlech. „Rakev“ označuje možnou smrt v těchto druzích stánků. Rychlost, kde se setkají, je strop letadla. To se liší od stejného termínu používaného pro vrtulníky, když se nacházíte mimo obálku automatické rotace, jak je vidět na diagram výškové rychlosti.

Aerodynamický základ

Zohlednění statika ukazuje, že když je letadlo s pevnými křídly v přímém, vodorovném letu s konstantnímrychlost vzduchu the výtah na hlavním křídle plus síla (v negativním smyslu, pokud je dolů) na horizontální stabilizátor se rovná hmotnosti letadla; a jeho tah se rovná jeho táhnout. Ve většině případů může k této rovnováze dojít při různých rychlostech vzduchu. Minimální taková rychlost je pádová rychlost, nebo PROTITAK. The indikovaná rychlost letu při kterém se letadlo s pevnými křídly zastaví, se mění s hmotností letadla, ale výrazně se nemění s nadmořskou výškou. Při rychlostech blízkých pádové rychlosti jsou křídla letadla vysoká úhel útoku.

Na vyšší nadmořské výšky, hustota vzduchu je nižší než na hladině moře. Vzhledem k postupnému snižování hustoty vzduchu, jak se zvyšuje výška letadla skutečná rychlost je postupně větší než jeho určená rychlost letu. Například indikovanou rychlost letu, při které se letadlo zastaví, lze považovat za konstantní, ale skutečná rychlost letu, při které se zastaví, se zvyšuje s výškou.

Vzduch vede zvuk určitou rychlostí, "rychlost zvuku ". S tím, jak se vzduch ochlazuje, se to zpomaluje. Protože teplota atmosféry obecně klesá s nadmořskou výškou (do tropopauza ), rychlost zvuku také klesá s nadmořskou výškou. (Viz Mezinárodní standardní atmosféra Další informace o teplotě v závislosti na nadmořské výšce.)

Daná rychlost vzduchu vydělená rychlostí zvuku ve vzduchu dává poměr známý jako Machovo číslo. Machovo číslo 1,0 označuje rychlost vzduchu rovnou rychlosti zvuku ve vzduchu. Protože rychlost zvuku stoupá s teplotou vzduchu a teplota vzduchu obecně klesá s nadmořskou výškou, skutečná rychlost vzduchu pro dané Machovo číslo obecně klesá s nadmořskou výškou.[2]

Jak se letadlo pohybuje vzduchem rychleji, proudění vzduchu přes části křídla dosáhne rychlosti, která se blíží Machu 1,0. Při takových rychlostech rázové vlny tvoří ve vzduchu procházejícím přes křídla a drasticky zvyšuje odpor díky táhnout divergence způsobující Machův bufet nebo drasticky měnit střed tlaku, což vede k nosu dolů okamžik volala "mach zastrčit Machovo číslo letadla, u kterého se tyto účinky objevují, je známé jako jeho kritické Machovo číslo nebo M.KRIT. Skutečná rychlost letu odpovídající kritickému Machovu číslu obecně klesá s výškou.

The letová obálka je graf různých křivek představujících limity skutečné rychlosti a výšky letadla. Obecně je horní levá hranice obálky křivka představující pádovou rychlost, která se zvyšuje s rostoucí nadmořskou výškou. Horní pravá hranice obálky je křivka představující kritické Machovo číslo ve skutečných termínech rychlosti letu, která klesá s rostoucí nadmořskou výškou. Tyto křivky se obvykle protínají v určité nadmořské výšce. Tato křižovatka je roh rakve, nebo více formálně Q roh.[3]

Výše uvedené vysvětlení je založeno na hladině, konstantní rychlosti, letu s danou brutto hmotnost a faktor zatížení Specifické nadmořské výšky a rychlosti rohu rakve se budou lišit v závislosti na hmotnosti a zvýšení faktoru zatížení způsobeného náklony a stoupacími manévry. Podobně se konkrétní nadmořské výšky, ve kterých pádová rychlost splňuje kritické Machovo číslo, budou lišit v závislosti na skutečné atmosférické teplotě.

Důsledky

Když letadlo zpomalí pod svoji pádovou rychlost, není schopno generovat dostatečný vztlak, aby zrušilo síly působící na letadlo (například hmotnost a dostředivá síla). To způsobí pokles výšky letadla. Pokles nadmořské výšky může způsobit, že pilot zvýší úhel nárazu zatažením za hůl, protože při normálním zvětšení úhlu náběhu bude letadlo stoupat. Když však křídlo překročí svůj kritický úhel náběhu, zvýšení úhlu náběhu povede ke ztrátě vztlaku a další ztrátě rychlosti letu - křídlo stánky. Důvodem, proč se křídlo zastaví, když překročí svůj kritický úhel náběhu, je to, že proudění vzduchu přes horní část křídla odděluje.

Když letoun překročí kritické Machovo číslo (například při prevenci zablokování nebo zotavení), přetažení se zvýší nebo Mach zastrčit dojde, což může způsobit rozrušení letadla, ztrátu kontroly a ztrátu nadmořské výšky. V obou případech, když letadlo spadne, může získat rychlost a poté strukturální porucha mohlo dojít, obvykle kvůli nadměrnému G síly během vytahovací fáze obnovy.

Jak se letadlo blíží k rohu rakve, rozpětí mezi pádovou rychlostí a kritickým Machovým číslem se zmenšuje a zmenší. Malé změny by mohly jedno nebo druhé křídlo dostat nad nebo pod limity. Například zatáčení způsobí, že vnitřní křídlo bude mít nižší rychlost a vnější křídlo bude mít vyšší rychlost. Letoun mohl překročit oba limity najednou. Nebo, turbulence mohlo způsobit, že se rychlost letu změnila náhle, až za hranice. Některá letadla, například Lockheed U-2, běžně operují v „rohu rakve“. V případě U-2 bylo letadlo vybaveno autopilotem, i když to bylo nespolehlivé.[4] Rychlostní rozpětí U-2 ve vysoké nadmořské výšce mezi výstražným bufetem 1-G a Machovým bufetem může být pouhých 5 uzlů.[5]

Letadla schopná létat blízko svého kritického Machova čísla mají obvykle a machmetr, nástroj, který udává rychlost v Machově čísle. Jako součást certifikace letadel v EU Spojené státy americké, Federální letecká správa (FAA) potvrzuje maximální provozní rychlost z hlediska Machova čísla nebo M.MO.

Po sérii havárií vysoce výkonných letadel pracujících ve vysokých nadmořských výškách, které nelze přičíst žádné konkrétní příčině, protože příslušná letadla utrpěla téměř úplné zničení, zveřejnila FAA poradní oběžník, který stanoví pokyny pro lepší výcvik posádek ve vysokých nadmořských výškách při vysokém výkonu letadlo. Oběžník obsahuje komplexní vysvětlení aerodynamických účinků a operací v blízkosti rakve.[3]

Kvůli účinkům vyššího Machova čísla při letu ve vysoké nadmořské výšce se očekávané letové vlastnosti dané konfigurace mohou významně změnit. Poukázalo na to zpráva popisující účinek ledových krystalů na indikaci rychlosti Pitotovy trubice ve vysoké nadmořské výšce:

„. [úhel náběhu] AOA pro nástup bufetu je podstatně menší než stání AOA v nízkých nadmořských výškách. Například projekt letových zkoušek provedený Kanadskou národní výzkumnou radou s názvem„ Aerodynamic Low-Speed ​​Buffet Boundary Characteristics High-Speed ​​Business Jet “a představený na 24. mezinárodním kongresu leteckých věd zahrnoval středně kapacitní, vysokorychlostní obchodní tryskové letadlo s vysoce zametanými křídly, které mělo provádět testování bufetu při nízké rychlosti. Ve výšce přibližně 13 000 ft se bufet počátek AOA nastal při 16,84 °. Naproti tomu v přímém a vodorovném letu na FL 450 byl nástup AOA formou bufetu 6,95 °. Jinými slovy, dávejte si pozor na svůj sklon, zatímco ve vysokých nadmořských výškách kvůli omezenému rozsahu AOA kvůli Machovi účinky. “[6]

Viz také

Reference

  1. ^ Swatton, Peter J. (2011), „14.11“, Principy letu pro piloty, Chichester, Velká Británie: Wiley & Sons Ltd, ISBN  978-0-470-71073-9
  2. ^ Clancy, L.J. (1975), Aerodynamika, Oddíl 1.2, Pitman Publishing Limited, Londýn, ISBN  0-273-01120-0
  3. ^ A b Federální letecká správa (2003-01-02), AC 61-107B - Provoz letadel v nadmořských výškách nad 25 000 stop průměrné hladiny moře nebo Machových čísel větších než 0,75, vyvoláno 2015-10-31
  4. ^ Francis Gary Powers, Curt Gentry, Operation Overflight: A Memoir of the U-2 Incident. London: Hodder & Stoughton, 1971 (tvrdá vazba) ISBN  978-0-340-14823-5. Kniha Potomac, 2004 (brožovaná) ISBN  978-1-57488-422-7, strany 18,60
  5. ^ Letová příručka, Modely letadel U-2C a U-2F, AF (C) -1-1, 10. května 1967, revidováno 15. října 1968, strana 6–10.
  6. ^ Veillette, Patrick, PhD. Obchodní a komerční letectví Nespolehlivé údaje o rychlosti letu zhoršily ledové krystaly vysoké nadmořské výšky 22. dubna 2019 (zpřístupněno 24. dubna 2019)

externí odkazy