Křídlo zametené dopředu - Forward-swept wing

Dopředu zametnuté křídlo Suchoj Su-47

A dopředu zametl křídlo je letadlo konfigurace křídla ve kterém čtvrtkord řada křídlo má zatáčku vpřed. Přední hrana se také obvykle pohybuje vpřed.

Vlastnosti

Konfigurace posunutá dopředu má řadu charakteristik, které se zvyšují jako úhel zametání zvyšuje.

Umístění hlavního nosníku

Umístění hlavního nosníku křídla dozadu by vedlo k efektivnějšímu uspořádání interiéru s více využitelným prostorem.

Průtok po celém rozsahu

Spanwise proudění vzduchu přes dopředu zametl křídlo je opačný k proudu přes konvenční zametl křídla.

Vzduch proudí přes jakýkoli zametl křídlo má tendenci se pohybovat po směru k nejzadnějšímu konci křídla. Na dozadu zametaném křídle je to směrem ven ke špičce, zatímco na křídle zametaném dozadu je to dovnitř ke kořeni. Výsledkem je, že se nebezpečný stav zablokování špičky designu posunutého dozadu stává bezpečnějším a kontrolovatelnějším zablokováním kořene na designu posunutém dopředu. To umožňuje plné křidélko ovládání navzdory ztrátě výtahu a také znamená, že vyvolává odpor sloty přední hrany nebo jiná zařízení nejsou vyžadována.

Při proudění vzduchu dovnitř se víry konců křídel a doprovodný odpor snižují. Místo toho působí trup jako velmi velký křídlový plot a protože křídla jsou obecně větší u kořene, zvyšuje se tím maximum koeficient zdvihu umožňující menší křídlo.

Výsledkem je lepší ovladatelnost, zejména při vysokých rychlostech úhly útoku.

Při transonických rychlostech se rázové vlny hromadí nejprve u kořene, nikoli u špičky, což opět pomáhá zajistit efektivní ovládání křidélek.

Nestálost vybočení

Jeden problém s designem vpředu zametl je, že když zametl křídlo zatočí do strany (pohybuje se kolem své vodorovné osy), jedno křídlo ustupuje, zatímco druhé postupuje. U konstrukce posunuté dopředu to snižuje zatáčku zadního křídla, zvyšuje se jeho odpor a tlačí se dále dozadu, což zvyšuje míru vybočení a vede k nestabilitě směru. To může vést k a Holandská role opačně.[1]

Aeroelasticita

Jednou z nevýhod dopředu zametaných křídel je zvýšená šance na divergenci, an aeroelastický důsledek síly zdvihu na křídlech zametených dopředu, které při zvýšeném zdvihu otočí špičku nahoru. U konstrukce posunuté dopředu to způsobí smyčku pozitivní zpětné vazby, která zvyšuje úhel dopadu na špičce, zvyšuje zdvih a vyvolává další vychýlení, což má za následek ještě větší zdvih a další změny tvaru křídla. Účinek divergence se zvyšuje s rychlostí. Maximální bezpečná rychlost, pod níž se to nestane, je rychlost odchylky letadla.

Takové zvýšení zdvihu špičky při zatížení způsobí, že se křídlo utáhne do zatáček a může mít za následek spirálovitý ponor, ze kterého není možné zotavení. V nejhorším případě může být konstrukce křídla namáhána až do poruchy.

Při velkých úhlech rozmítání a vysokých rychlostech, aby bylo možné vybudovat dostatečně tuhou strukturu, aby odolalo deformaci, ale zároveň dostatečně lehkou, aby to bylo možné, jsou zapotřebí pokročilé materiály, jako jsou kompozity z uhlíkových vláken. Kompozity také umožňují aeroelastické přizpůsobení vyrovnáním vláken, aby se ovlivnila povaha deformace do příznivějšího tvaru, ovlivnění stání a další vlastnosti.

Stání charakteristiky

Jakékoli zametané křídlo má tendenci být v stánek, protože zadní konec se nejprve zastaví, což způsobí, že síla stoupání zhorší zablokování a ztěžuje zotavení. Tento efekt je významnější u zatáčky vpřed, protože zadní konec je kořen a nese větší vztlak.

Pokud je však aeroelastický ohyb dostatečný, může působit proti této tendenci zvýšením úhlu náběhu na koncích křídel do takové míry, že se špičky zastaví jako první a dojde ke ztrátě jedné z hlavních charakteristik konstrukce. Taková špička stánku může být nepředvídatelná, zvláště tam, kde se jedna špička zastaví před druhou.

Kompozitní materiály umožňují aeroelastické přizpůsobení, takže když se křídlo blíží ke stánku, kroutí se, jak se ohýbá, aby se zmenšil úhel náběhu na špičkách. Tím je zajištěno, že ke stání dojde u kořene křídla, čímž je předvídatelnější a křidélka si mohou udržet plnou kontrolu.

Dějiny

Předválečné studie

Belyaev, autor níže uvedeného projektu DB-LK, testoval v letech 1934 a 1935 křídla kluzáků BP-2 a BP-3 s dopředu zametnutými křídly. [2][3]

Další předválečné designové studie zahrnovaly polské série PWS Z-17, Z-18 a Z-47 "Sęp".

Druhá světová válka a následky

Forward-zametl křídla designy, některé, jejichž design začal během předválečného období, byly vyvinuty během druhé světové války, nezávisle na Německu, Rusku, Japonsku a USA.

Prvním příkladem létání, v roce 1940, byl Belyayev DB-LK, konstrukce se dvěma výložníky s dopředu zahnanými vnějšími křídlovými částmi a dozadu zahnutými konci. Údajně to letělo dobře. Navrhuje Beljajev Babochka výzkumný letoun byl zrušen po německé invazi.

Američan Cornelius Mallard vzlétl 18. srpna 1943. Kachna divoká byla poháněna jediným motorem, ale za ní následoval Cornelius XFG-1 prototypy, kterými byly létající palivové nádrže, bez pohonu a určené k tažení větších letadel. Tyto Corneliusovy designy byly neobvyklé tím, že byly nejen zametené dopředu, ale také bez ocasu.

Model Ju 287 V1

Mezitím v Německu, Hans Wocke studoval problémy zametaných křídel při téměř zvukových rychlostech, kterých byly nové proudové motory schopné. Poznal mnoho výhod, které nabízí tažení vpřed oproti zpětně zametaným návrhům, které se pak vyvíjely, a také pochopil důsledky aeroelastického ohybu a nestability vybočení.

Jeho první takový letový design byl Junkers Ju 287, 16. srpna 1944. Letové zkoušky této a pozdějších variant potvrdily výhody při nízké rychlosti, ale také brzy odhalily očekávané problémy a zabránily vysokorychlostním zkouškám. Wocke a neúplný prototyp Ju 287 V3 byli zajati a v roce 1946 odvezeni do Moskvy, kde bylo letadlo dokončeno a příští rok letěl jako OKB-1 EF 131. Později OKB-1 EF 140 byl v podstatě stejný drak znovu postavený s dvojicí mikulinských sovětských proudových motorů s větším tahem.

V roce 1948 Sovětský svaz vytvořil Tsybinův LL-3.[4] Prototyp by měl následně velký dopad na Suchojův SYB-A, který byl dokončen v roce 1982.

Když se německý výzkum po válce dostal do Spojených států, byla předložena řada návrhů. Mezi ně patřilo Convair XB-53 nadzvukový bombardér a dopředu zametané varianty Severoamerický P-51 Mustang, Bell X-1 raketové letadlo a Douglas D-558-I. Bellův návrh dosáhl fáze testování v aerodynamickém tunelu, kde byly potvrzeny problémy aeroelasticity.

Strukturální problémy potvrzené řadou Ju 287 a studiemi Bell X-1 se ukázaly natolik závažné, že v té době dostupné materiály nedokázaly vytvořit křídlo dostatečně silné a tuhé, aniž by bylo příliš těžké na to, aby to bylo praktické. Ve výsledku bylo upuštěno od předního zametání pro vysokorychlostní návrhy, až o mnoho let později byly k dispozici nové konstrukční materiály.

Během druhé světové války lze popsat řadu stíhacích, bombardovacích a dalších vojenských letadel, která mají křídla vpřed zametená, vzhledem k tomu, že průměrný akord jejich křídel je zametán vpřed. Tyto designy však téměř vždy využívaly náběžnou hranu zahnanou dozadu, což by je technicky vykreslovalo jako vysoký poměr stran lichoběžníková křídla.

The Nakajima Ki-43 je pozoruhodný tím, že je jediným úspěšným stíhacím letounem se skutečně dopředu zametaným křídlem, i když dopředu je jeho náběžná hrana téměř nepostřehnutelná.

Poválečné všeobecné letectví

NECHTE L-13 dvoumístný kluzák
ARV Super2

Malé množství tažení nezpůsobuje vážné problémy a dokonce i mírné tažení vpřed umožňuje výrazný zadní pohyb hlavního připevňovacího bodu nosníku a nosné konstrukce.

V roce 1954 se Wocke vrátil do Německé demokratické republiky, krátce nato se přestěhoval do západního Německa a připojil se k Hamburger Flugzeugbau (HFB) jako jejich hlavní designér.[1] V Hamburku dokončil Wocke práce na HFB 320 Hansa Jet obchodní tryskové letadlo, které letělo v roce 1964. Přední zatáčka umožnila přesun hlavního nosníku dozadu za kabinu, takže nosník nemusel do kabiny vyčnívat.

Mírný posun vpřed byl použit z podobných důvodů hlavně v mnoha provedeních kluzáky a lehké letadlo. Mnoho hornoplošného výcviku kluzáky se dvěma sedadly v tandem mít mírně dopředu zametaná křídla, aby bylo možné umístit kořen křídla dále na záď, aby křídlo nezakrývalo boční výhled zadního cestujícího. Typickými příklady jsou Schleicher ŽÁDAT 13 a Nechte Kunovice LET L-13 Blaník.

Mezi další příklady patří:

Návrat rychlého proudu

Grumman X-29 zobrazující konfiguraci křídla posunutého dopředu
KB SAT SR-10 trenér

Velké úhly zametání potřebné pro vysokorychlostní let zůstávaly po mnoho let nepraktické.

Na konci 70. let DARPA začal vyšetřovat použití novějších kompozitní materiály vyhnout se problému snížené rychlosti divergence prostřednictvím aeroelastického přizpůsobení. Fly-by-wire technologie umožňující design dynamicky nestabilní a lepší manévrovatelnost. Grumman postavil dva X-29 technologičtí demonstranti, poprvé létající v roce 1984, s křídly vpřed zametenými dopředu a kachny. Vysoko ovladatelný úhly útoku, X-29 zůstal ovladatelný v 67 ° úhlu náběhu.[6]

Pokroky v vektorování tahu technologie a posun taktiky vzdušného boje směrem k raketovým zásahům středního doletu snížil význam vysoce agilního stíhacího letadla.

V roce 1997 Suchoj představil Su-47 stíhací prototyp u Pařížská letecká show. To nevstoupilo do výroby, i když prošlo řadou letových zkoušek a provedeno na několika letecké show.

KB SAT SR-10 je prototyp ruského jednomotorového cvičného letounu s tryskovými letadly, vybaveným křídly vpřed. Poprvé vzlétl v roce 2015.

Viz také

Reference

Vložené citace

  1. ^ A b Miller, J .; Roviny X.Speciální tisk, druhý tisk (1985), strany 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. ^ Stránka ruského letectví: Suchoj S-37 Berkut (S-32) Archivováno 2006-02-13 na Wayback Machine
  5. ^ Webová stránka CZAW
  6. ^ NASA. "Informační list Dryden - X-29". Vyvolány 22 August 2005.

Obecné odkazy

  • Miller, J .; Roviny X, X-1 až X-29 (UK Edition), MCP, 1983, strany 175-179.