Eliptické křídlo - Elliptical wing

The Supermarine Spitfire používá upravené eliptické křídlo.

An eliptické křídlo je tvar křídla jehož přední a zadní hrana se přibližně blíží dvěma segmentům elipsa. Nesmí být zaměňována s prstencová křídla, které mohou být elipticky tvarované.

Eliptické křídlo přijalo poměrně málo letadel, kterých dosáhl ještě menší počet masová produkce; většina letadel, která tuto funkci používala, byla představena během 30. a 40. let. Snad nejslavnějším letounem s eliptickým křídlem je Supermarine Spitfire, a Druhá světová válka -era britské stíhací letadlo. Další významnou aplikací byla Heinkel He 70 „Blitz“, německý půst poštovní letadlo a průzkum bombardér; rané verze He 111 bombardér také používal takovou konfiguraci křídla před přijetím jednodušší konstrukce z ekonomických důvodů.

Vlastnosti

Nejúčinnějším způsobem, jak vytvořit vztlak, je teoreticky generovat jej v eliptickém rozpětí po celém křídle.[1] Neexistují vrozené převahy nad čistými eliptickými tvary a křídla s jinými planformami lze optimalizovat tak, aby poskytovala eliptické rozložení výtahů po celém rozsahu.

Základní eliptický tvar křídla má také nevýhody:

  • Téměř uniformní výtah distribuce eliptického křídla s konstantním profilem křídla může způsobit, že celé rozpětí křídla bude stánek současně, potenciálně způsobující ztrátu kontroly s malým varováním. Pro zlepšení pádových charakteristik a pro varování pilota používají konstruktéři nejednotný profil křídla. Například křídlo Supermarine Spitfire byl jak ztenčený směrem ke špičkám a zkroucený, aby se dal vymývání, snížení zatížení špiček tak, aby se vnitřní křídlo zastavilo jako první.[2][3] Takové kompromisy se odchylují od teoretického rozdělení eliptického zdvihu a zvyšují indukovaný odpor. Nelze dosáhnout eliptického rozložení výtahu po celém rozsahu nekrutným křídlem s eliptickým půdorysem, protože v rozložení výtahu existuje logaritmický výraz, který se stává důležitým v blízkosti špiček křídel. [4]
  • Výroba eliptických křídel je obtížnější.[5] V něm je zakřivena buď přední hrana, nebo zadní hrana, nebo obě, a žebra se mění nejednotným způsobem podél rozpětí křídel. V praxi jsou většina eliptických křídel aproximací, například několik částí předních a zadních hran Spitfiru jsou oblouky kruhů.

Poloeliptické křídlo

Aby křídlo mělo eliptické rozložení plochy, není nutné, aby přední i zadní hrana měla eliptický tvar. Pokud je jeden z nich rovný, jako v semi-eliptické půdorysné formě, křídlo bude mít i nadále eliptické rozložení plochy. Bylo vyrobeno několik letadel tohoto typu, jedním z nejúspěšnějších byl americký Severský P-35.

Během poválečný éry byl částečně eliptický profil křídla rozsáhle studován pozemní efekt vlastnosti; předpokládalo se, že by to bylo vhodné pro vysokorychlostní vozidla pod vodou. Teoreticky by nízká úroveň indukovaného odporu způsobená poloeliptickým křídlem byla pro provoz v takovém kontextu velmi přínosná.[6]

Dějiny

Britský teoretik Frederick Lanchester byl možná první osobností, která podrobně psala o eliptickém křídle, když se o tomto tématu vyjádřila v průběhu roku 1907.[7] Přes tento časný náskok bylo eliptické křídlo zpočátku považováno za více teoretický koncept než praktické použití, zčásti kvůli převažující potřebě kompromisu mezi aerodynamickými vlastnostmi letadla a jeho dalšími konstrukčními aspekty. Bylo by tedy docela dlouho, než by bylo možné platformu prakticky využít.[7]

Heinkel He 70 kresba se třemi pohledy

První letadlo, které používalo eliptické křídlo, bylo Bäumer Sausewind, německé lehké sportovní letadlo, které provedlo své první let dne 26. května 1925. Jeho konstruktéři, bratři Güntherovi, se následně připojili k německému výrobci letadel Heinkel a aplikovat jejich návrhy, včetně eliptického křídla, na několik různých projektů prováděných firmou.[8] Na počátku 30. let se Heinkel rychle vyvinul poštovní letadlo a průzkum bombardér, Heinkel He 70 „Blitz“, který obsahoval eliptické křídlo. Ukázalo se, že pro tuto dobu měl vynikající výkon, když vytvořil osm samostatných světových rekordů v rychlosti na dálku a údajně dosáhl maximální rychlosti 377 km / h (222 mph).[9]

Krátce nato vyvinul Heinkel He 111 bombardér, který uskutečnil svůj první let 24. února 1935. Ve srovnání s předchozím He 70 se jednalo o větší letadlo, které se původně vydávalo za civilní dopravní letadlo přesto, že byl vyvinut od početí, aby poskytoval rodící se Luftwaffe rychle střední bombardér; tento podvod byl způsoben omezeními uvalenými na Německo po První světová válka který zakazoval vývoj nebo nasazení bombardovacích letadel.[8] Navzdory typu vyráběnému v obrovském množství před a během Druhá světová válka, pouze modely rané výroby He 111 byly vybaveny eliptickým křídlem.[10] Hlavním důvodem propadnutí eliptického křídla He 111 ve prospěch jednoho s přímým vedoucí a zadní hrany byl ekonomický, mohl být druhý návrh vyroben s vyšší účinností.[11]

Snad nejčastěji spojovanou leteckou společností s eliptickým křídlem byl britský výrobce Supermarine. Na počátku 20. let 20. století hlavní designér společnosti, Reginald Mitchell, vyvinuli Supermarine S.4, britské eliptické křídlo závodní hydroplán; uskutečnil svůj první let v roce 1924. Zatímco přímí nástupci S.4 představovali jiného designéra designu křídel, Mitchell zůstal zastáncem platformy.[12] V roce 1934 se Mitchell a jeho konstrukční pracovníci zabývali konstrukcí nového stíhacího letounu pro královské letectvo. Rozhodli se použít poloeliptický tvar křídla k vyřešení dvou protichůdných požadavků; křídlo muselo být tenké, aby se zabránilo přílišnému vytváření táhnout, ale musel být dostatečně silný, aby pojal zatahovací podvozek, výzbroj a střelivo. Eliptický plošný tvar je nejúčinnějším aerodynamickým tvarem nezkrutného křídla, což vede k nejnižšímu počtu indukovaný odpor. Elipsa byla zešikmena tak, že střed tlaku, ke kterému dochází veakord poloha, vyrovnaná s hlavním nosníkem, zabraňující zkroucení křídel. Spitfire uskutečnil svůj první let dne 5. března 1936.[12]

O eliptickém křídle bylo rozhodnuto docela brzy. Aerodynamicky to bylo pro náš účel nejlepší, protože indukovaný odpor způsobený produkcí výtahu byl nejnižší, když byl použit tento tvar: elipsa byla ... teoreticky dokonalost ... Abychom snížili odpor, chtěli jsme co nejnižší tloušťku k tětivě , v souladu s potřebnou silou. Ale poblíž kořene muselo být křídlo dostatečně silné, aby se do něj vešly zatažené podvozky a děla ... Mitchell byl mimořádně praktický muž ... Elipsa byla prostě tvarem, který nám umožňoval nejtenčí možné křídlo s prostorem uvnitř nést potřebná struktura a věci, do kterých jsme se chtěli vtesnat. A vypadalo to hezky.

Beverly Shenstone[13]

Mitchell byl někdy obviněn z kopírování křídlového tvaru Heinkelova He 70. Komunikace mezi Ernest Heinkel a Michell během třicátých let potvrzuje Mitchellovo povědomí o He 70 a jeho výkonu.[7] Nicméně, Beverley Shenstone, aerodynamika v Mitchellově týmu poznamenal, že: „Naše křídlo bylo mnohem tenčí a mělo docela odlišnou část než Heinkel. V každém případě by bylo jednoduše žádat o potíže, kdybychom zkopírovali tvar křídla z letadla určeného pro zcela jiný účel. “[14]

Téměř všechny Republikové blesky P-47, an americký stíhací letouny, byly vybaveny eliptickými křídly; pouze poslední produkční modely se liší, místo toho mají hranaté konce křídel, podobné variantám Spitfire v malé výšce.[7] The Aichi D3A, japonský střemhlavý bombardér provozovaný Japonské císařské námořnictvo, také používal eliptické křídlo, které neslo značnou podobnost s křídlem He 70.[15] The Mitsubishi A5M bojovník také využil eliptický design křídla.[16] Několik dalších typů mělo planformy, které se od eliptiky lišily relativně málo. The Hawker Tempest II stíhací letoun, který se později vyvinul do Hawker Fury a Hawker Sea Fury, také využil téměř eliptický tvar křídla, i když na špičkách hranoval.[17][18]

Od roku 2009 je britská letecká společnost Swift Aircraft údajně vyvíjejí dvoumístný vůz Velmi lehká letadla, Lehká sportovní letadla a CS-23 kategorie Letadla, Swift Letadlo Swift, který je vybaven eliptickými křídly.[19]

Reference

Citace

  1. ^ Clancy 1975, oddíly 5.17, 5.25 a 8.14.
  2. ^ "Spitfire" ", Ikony letadla Č. 14, Kelsey, 2013, s. 33.
  3. ^ Smith, J. „Vývoj Spitfire a Seafire.“ Journal of the Royal Aeronautical Society1947, s. 343.
  4. ^ Jordan, P.F. „Na zvedání křídel pomocí parabolických špiček.“ ZAMM, 54, 1974. str. 463-477.
  5. ^ Knauff, Thomas (24. října 2012). Příručka létání kluzáků. BookBaby. ISBN  978-1-62488-139-8.
  6. ^ Mamada, Hiroši; Ando, ​​Shigenori (květen 1974). „Minimální indukovaný odpor semi-eliptického křídla s pozemním efektem“. Journal of Aircraft. 11 (5): 257–258. doi:10.2514/3.59236.
  7. ^ A b C d Garrison, Peter (únor 2019). „Perfektní křídlo letadla“. Air & Space Magazine.
  8. ^ A b Mackay 2003, s. 7.
  9. ^ Donald 1999, str. 494.
  10. ^ Mackay 2003, s. 9.
  11. ^ Regnat 2004 str. 31.
  12. ^ A b Ethel 1997, s. 12.
  13. ^ Cena 2002, s. 17–18.
  14. ^ Cena 1977, s. 33–34.
  15. ^ Francillon 1979, s. 272–273.
  16. ^ Green a Swanborough 1982, str. 28.
  17. ^ Thomas and Shores 1988, s. 105.
  18. ^ Mason 1967, str. 3.
  19. ^ Jackson, Paul (2011). Jane's All the World's Aircraft 2011-12. Coulsdon, Surrey: IHS Jane's. str. 596. ISBN  978-0-7106-2955-5.

Bibliografie

  • Clancy, L. J. Aerodynamika. Pitman Publishing Limited, Londýn. 1975. ISBN  0-273-01120-0.
  • Donald, David, vyd. (1999). Encyclopedia of Civil Aircraft (ilustrované, přepracované vydání). Londýn: Aurum. ISBN  1-85410-642-2.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  • Ethell, Jeffrey L. a Steve Pace. Spitfire. St. Paul, Minnesota: Motorbooks International, 1997. ISBN  0-7603-0300-2.
  • Francillon, René J. Japonská letadla války v Pacifiku. London: Putnam & Company Ltd., 1970 (2. vydání 1979). ISBN  0-370-30251-6.
  • Glancey, Jonathane. Spitfire: Ilustrovaná biografie. London: Atlantic Books, 2006. ISBN  978-1-84354-528-6.
  • Green, William; Swanborough, Gordon (srpen – listopad 1982). „Nulový předchůdce ... A5M od Mitsubishi“. Nadšenec vzduchu. Č. 19. s. 26–43.
  • Mason, Francis K. Hawker Tempest I – IV (Letadlo v profilu číslo 197). Leatherhead, Surrey, Velká Británie: Profile Publications Ltd., 1967.
  • McCormick, Barnes W. Aerodynamika, letectví a letová mechanika. John Wiley & Sons, New York, 1979. ISBN  0-471-03032-5. str. 135–139.
  • Milne-Thomson, L.M. Teoretická aerodynamika, 4. vydání, Dover Publications Inc, New York, 1966/1973. ISBN  0-486-61980-X. 208–209.
  • Cena, Alfrede. Příběh Spitfire: Přepracované druhé vydání. Enderby, Leicester, Velká Británie: Siverdale Books, 2002. ISBN  978-1-84425-819-2.
  • Regnat, Karl-Heinz (2004), Black Cross Volume 4: Heinkel He 111, Hersham, Surrey, Velká Británie: Midland Publishers, ISBN  978-1-85780-184-2
  • Thomas, Chris a Christopher Shores. Příběh tajfunu a bouře. London: Arms and Armour Press, 1988. ISBN  978-0-85368-878-5.

externí odkazy