Generátor vírů - Vortex generator

Aftermarket Micro Dynamics vírové generátory namontované na křídle a Cessna 182 K.
Náčrt popisující, jak generátory vírů zlepšují tokové charakteristiky
1967 Model Cessna 182 K v letu ukazující generátory vírů na následném trhu na náběžné hraně křídla
TA-4SU Super Skyhawk ukazující řadu generátorů vírů na pokleslé lamely náběžné hrany.
The Symphony SA-160 byl navržen se dvěma neobvyklými generátory vírů na křídle, aby byla zajištěna účinnost křidélek ve stánku

A generátor vírů (VG) je aerodynamický zařízení, skládající se z malého lopatka obvykle připevněné ke zvedací ploše (nebo profil křídla, jako je křídlo letadla )[1] nebo list rotoru a větrná turbína.[2] VG mohou být také připevněny k některé části aerodynamického vozidla, jako je trup letadla nebo automobil. Když je profil křídla nebo tělo v pohybu ve vztahu ke vzduchu, VG vytvoří a vír,[1][3] což odstraněním určité části pomalu se pohybující mezní vrstvy v kontaktu s povrchem profilu křídla lokálně zdržuje oddělení toku a aerodynamické zhasnutí, čímž se zvyšuje účinnost křídel a ovládací plochy, jako klapky, výtahy, křidélka, a kormidla.[3]

Způsob činnosti

Generátory vírů se nejčastěji používají ke zpoždění oddělení toku. Za tímto účelem se často umisťují na vnější povrchy vozidel[4] a lopatky větrných turbín. Na lopatkách letadel a větrných turbín jsou obvykle instalovány docela blízko k náběžné hraně křídlo aby se udrželo stálé proudění vzduchu přes ovládací plochy na zadní hraně.[3] VG jsou obvykle obdélníkové nebo trojúhelníkové, přibližně stejně vysoké jako místní mezní vrstva, a běh po čarách po směru obvykle v blízkosti nejsilnější části křídla.[1] Mohou být vidět na křídlech a svislých ocasech mnoha lidí dopravní letadla.

Generátory vírů jsou umístěny šikmo tak, aby měly úhel útoku s ohledem na místní proudění vzduchu[1] za účelem vytvoření vírového hrotu, který čerpá energický, rychle se pohybující venkovní vzduch do pomalu se pohybující mezní vrstvy v kontaktu s povrchem. Turbulentní mezní vrstva je méně pravděpodobné, že se oddělí než laminární, a je proto žádoucí zajistit účinnost řídicích povrchů od zadní hrany. Ke spuštění tohoto přechodu se používají generátory víru. Další zařízení, jako je vortiloni, špičkové rozšíření, a špičkové manžety,[5] také oddálit oddělování toku ve vysokých úhlech náběhu opětovným napájením mezní vrstvy.[1][3]

Příklady letadel, která používají VG, zahrnují ST Aerospace A-4SU Super Skyhawk a Symphony SA-160. U transsonických desek se šípovými křídly VG zmírňují potenciál šok problémy (např. Harrier, Blackburn Buccaneer, Gloster Javelin ).

Instalace náhradních dílů

Mnoho letadel má v době výroby lamelové vírové generátory, ale existují i ​​dodavatelé náhradních dílů, kteří prodávají soupravy VG, aby zlepšili STOL výkon některých lehkých letadel.[6] Dodavatelé náhradních dílů tvrdí, že i) VG snižují pádovou rychlost a snižují rychlost vzletu a přistání a ii) že VG zvyšují účinnost křidélek, výtahů a kormidel, čímž zlepšují ovladatelnost a bezpečnost při nízkých rychlostech.[7] Pro domácí a experimentální kitplanes „VG jsou levné, nákladově efektivní a lze je rychle nainstalovat; ale pro certifikovaná letecká zařízení, osvědčení náklady mohou být vysoké, což činí úpravu relativně nákladným procesem.[6][8]

Majitelé montují náhradní díly VG především proto, aby získali výhody při nízkých rychlostech, ale nevýhodou je, že tyto VG mohou mírně snížit cestovní rychlost. V testech prováděných na a Cessna 182 a a Piper PA-28-235 Cherokee, nezávislí recenzenti zdokumentovali ztrátu cestovní rychlosti o 1,5 až 2,0 kn (2,8 až 3,7 km / h). Tyto ztráty jsou však relativně malé, protože křídlo letadla při vysoké rychlosti má malý úhel náběhu, čímž se snižuje VG odpor na minimum.[8][9][10]

Majitelé uvedli, že na zemi může být těžší odklízení sněhu a ledu z povrchů křídel pomocí VG než z hladkých křídel, ale VG nejsou obecně náchylné k tvorbě námrazy, protože se nacházejí v mezní vrstvě proudění vzduchu. VG mohou mít také ostré hrany, které mohou roztrhat látku krytů draku letadla, a proto mohou vyžadovat výrobu speciálních krytů.[8][9][10]

U letounů se dvěma motory výrobci tvrdí, že VG snižují řídicí rychlost jednoho motoru (Vmca ), zvýšit nulovou spotřebu paliva a celkovou hmotnost, zlepšit účinnost křidélek a směrovky, zajistit plynulejší jízdu v turbulencích a vytvořit z letadla stabilnější přístrojovou platformu.[6]

Zvýšení maximální vzletové hmotnosti

Některé soupravy VG dostupné pro lehká dvoumotorová letadla mohou umožnit zvýšení maximální vzletová hmotnost.[6] Maximální vzletová hmotnost dvoumotorového letounu je dána konstrukčními požadavky a požadavky na stoupavost jednoho motoru (které jsou nižší pro nižší pádovou rychlost). U mnoha lehkých dvoumotorových letounů určují požadavky na výkon stoupání jednomotoru spíše nižší maximální hmotnost než konstrukční požadavky. V důsledku toho vše, co lze udělat pro zlepšení stoupavosti s nepracujícím motorem, přinese zvýšení maximální vzletové hmotnosti.[8]

V USA od roku 1945[11] do roku 1991,[12]požadavek stoupání s jedním nepracujícím motorem pro vícemotorové letouny s maximální vzletovou hmotností 6 700 lb (2 700 kg) nebo nižší byl následující:

Všechna vícemotorová letadla s pádovou rychlostí větší než 70 mil za hodinu musí mít ustálenou rychlost stoupání nejméně v stopách za minutu ve výšce 5 000 stop při nefunkčním kritickém motoru a zbývajících motorech pracujících při maximálním nepřetržitém výkonu, nefunkční vrtule v poloze s minimálním odporem, zasunutý podvozek, vztlakové klapky v nejpříznivější poloze ...

kde je pozastavení rychlost v přistávací konfiguraci v mílích za hodinu.

Instalace vírových generátorů může obvykle přinést mírné snížení pádové rychlosti letadla[4] a proto snížit požadovaný výkon stoupání s nepracujícím motorem. Snížený požadavek na výkon při stoupání umožňuje zvýšení maximální vzletové hmotnosti, alespoň na maximální hmotnost povolenou konstrukčními požadavky.[8] Zvýšení maximální hmotnosti povolené konstrukčními požadavky lze obvykle dosáhnout uvedením a maximální nulová hmotnost paliva nebo, pokud je již jako jedno z omezení letounu uvedena maximální nulová hmotnost paliva, určením nové vyšší maximální nulové hmotnosti paliva.[8] Z těchto důvodů jsou sady vírových generátorů pro mnoho lehkých dvoumotorových letounů doprovázeny snížením maximální nulové hmotnosti paliva a zvýšením maximální vzletové hmotnosti.[8]

Požadavek rychlosti stoupání s jedním nepracujícím motorem se nevztahuje na jednomotorové letouny, takže přírůstky maximální vzletové hmotnosti (na základě pádové rychlosti nebo konstrukčních úvah) jsou méně významné ve srovnání s přírůstky pro dvojčata 1945–1991.

Po roce 1991 požadavky na osvědčení letové způsobilosti v USA specifikují požadavek stoupání s jedním nepracujícím motorem jako gradient nezávislý na pádové rychlosti, takže generátory vírů mají menší příležitost ke zvýšení maximální vzletové hmotnosti vícemotorových letounů, jejichž certifikační základna je FAR 23 v pozměňovacím návrhu 23-42 nebo novějším.[12]

Maximální přistávací hmotnost

Protože přistávací hmotnosti většiny lehkých letadel jsou určovány strukturálními úvahami a nikoli pádovou rychlostí, zvyšuje většina souprav VG pouze vzletovou hmotnost a ne přistávací hmotnost. Jakékoli zvýšení přistávací hmotnosti by vyžadovalo buď konstrukční úpravy, nebo opakované testování letadla s vyšší přistávací hmotností, aby se prokázalo, že požadavky na certifikaci jsou stále splněny.[8] Po dlouhém letu však mohlo být použito dostatečné množství paliva, čímž se letadlo vrátilo zpět pod povolenou maximální přistávací hmotnost.

Snížení hluku letadel

Na spodní straně křídla byly použity generátory vírů Rodina Airbusů A320 letadla ke snížení hluku generovaného prouděním vzduchu přes kruhové otvory pro vyrovnávání tlaku v palivových nádržích. Lufthansa tvrdí, že lze dosáhnout snížení hluku až o 2 dB.[13]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d E Peppler, I.L .: Od základů, strana 23. Aviation Publishers Co. Limited, Ottawa Ontario, Twenty Seventh Revised Edition, 1996. ISBN  0-9690054-9-0
  2. ^ Generátory vírových turbín větrných turbín Řešení UpWind.
  3. ^ A b C d Micro AeroDynamics (2003). „Jak fungují Micro VG“. Citováno 2008-03-15.
  4. ^ A b Clancy, L.J. Aerodynamika, Oddíl 5.31
  5. ^ Pokleslá náběžná hrana představuje „diskontinuitu produkující víry“ v dokumentu „Spin Resistance Development for Small Airplanes“, SAE paper 2000-01-1691
  6. ^ A b C d Micro AeroDynamics (2003). „Mikroortexové generátory pro jedno a dvoumotorová letadla“. Citováno 2008-03-15.
  7. ^ „Land Kratší! Výhody“. Landshorter.com. 1970-01-01. Citováno 2012-10-09.
  8. ^ A b C d E F G h Busch, Mike (listopad 1997). „Generátory vírů: Band-Aids nebo Magic?“. Citováno 2008-03-15.
  9. ^ A b Psutka, Kevin, Mikro-vírové generátory, Let COPA, Srpen 2003
  10. ^ A b Kirkby, Bob, Vortexové generátory pro Cherokee 235, Let COPA, Červenec 2004
  11. ^ Předpisy USA o civilním letectví, část 3, § 3.85a
  12. ^ A b Federální předpisy pro letectví USA, část 23, § 23.67, změna 23-42, 4. února 1991
  13. ^ Více než 200 letadel Lufthansa A320 se ztišilo. Archivováno 04.05.2014 na Wayback Machine Citováno 2014-05-04
  • Kermode, A.C. (1972), Mechanika letu, Kapitola 11, strana 350 - 8. vydání, Pitman Publishing, Londýn ISBN  0-273-31623-0
  • Clancy, L.J. (1975), Aerodynamika, Pitman Publishing, Londýn ISBN  0-273-01120-0

externí odkazy