Ailerons سطوح کنترل پرواز اولیه مسئول مدیریت محور رول هواپیما هستند، در حالی که عملکرد آنها در بانکداری و چرخش به خوبی درک شده است، تعامل ظریف بین هندسه aileron و گردش هوا اطراف - به طور خاص لایه مرزی - نه تنها کنترل اثربخشی را کنترل می کند، بلکه همچنین انگل را می کشد. این مقاله یک تجزیه و تحلیل دقیق مهندسی از چگونگی شکل یک سنگ، اندازه و لایه کلی جداسازی خطوط، و استراتژی های کلی جداسازی خطوط پوشش را فراهم می کند.

اصول فیزیک لایه Boundary بر روی Control Surfaces

هر سطح از یک بال هواپیما یا سطح کنترل، از جمله یک تخته سنگ، یک لایه مرزی را ایجاد می کند - یک منطقه نازک از هوا در مجاورت پوست که در آن نیروهای در مقابل سوخت و یا کنترل بر آن تسلط دارند، رفتار این لایه به طور مستقیم بر عملکرد آئرودینامیک تأثیر می گذارد: لامینر (مووت، کم نمک زدایی) و آشفتگی (چاتیک، اما اصطکاک بیشتر به دلیل یک لایه ی اتصالی معمولی به مقدار مرز، اغلب به آن، به مقدار مرز اتصال می رسد.

مکانیسم جدایی لایه Boundary Layer

جدایی زمانی رخ می دهد که حرکت جریان هوا در نزدیکی سطح به صفر و معکوس جهت، باعث جریان خارجی به detach. این ایجاد یک منطقه کاهش فشار کم فشار - یک منطقه جدا شده - که به شدت افزایش می یابد کشش، کاهش آسانسور، و می تواند باعث کنترل بوفه سطح است. نقطه جدا شدن توسط فشار گرادینت در امتداد سطح کنترل می شود: فشار شیب (در حال رشد) فشار شدید در سطوح جدا شدن، اغلب باعث می شود.

پارامترهای سنجش Aileron بر رفتار لایه های بوروندary تأثیر می گذارد

مهندسان چندین متغیر هندسی را دستکاری می کنند تا لایه مرزی را بر روی یک بیضی کنترل کنند. پارامترهای زیر بیشترین تأثیر را دارند:

طول و تجارت آن

طول وتر یک سنگون (که از خط لولا به لبه ردیابی اندازه گیری شده) تعیین فاصله که لایه مرزی باید سفر کند.بازهای طولانی تر ailers ارائه قدرت بزرگتر نورد اما همچنین افزایش سطح در معرض، منجر به افزایش بالاتر کشیدن پوست به طور انتقادی، یک آکورد طولانی تر می دهد فاصله بیشتری به ضخیم و جداگانه، به ویژه کاهش زاویه های سطح جدا سازی بزرگ، یا تنظیم مجدد از طراحی های پوست.

نسبت جنبه و جریان اسپانیایی

نسبت ابعاد aileron (که توسط منطقه تقسیم شده است) بر روی گرادیان نوک و شیب های فشار درعوض تأثیر می گذارد. بالا-aspect-ratio ailerons (طولانی و باریک) تمایل به حفظ جریان متصل به طور موثرتر در نزدیکی ریشه، اما راهنمایی های آنها مستعد جدایی زودرس به دلیل جریان قوی پایین (کره ای که اغلب به کاهش وزن ناشی از آسیب می دهد) است.

هدایت و راه اندازی Edge Shapes

شکل لبه پیشرو بسیار مهم است زیرا شیب فشار اولیه را تنظیم می کند.یک لبه پیشرو گرد جریان هوا را تشویق می کند تا در اطراف سطح سرعت بخشد، کاهش احتمال جدایی فوری.یک لبه پیشرو تیز (که اغلب در ضخامت نازک، پر سرعت یافت می شود)، می تواند یک حباب جدایی باریک ایجاد کند که دوباره متصل می شود، اما هنوز هم می افزاید.

نام بازی Surface Contour و Camber

Ailer ها صفحات مسطح نیستند؛ آنها توزیع ضخامت و پیچ و تاب و پیچ و تاب آور دارند که بر توزیع فشار در امتداد سطوح آنها تأثیر می گذارد. Camber (واژه خط معنی) بر زاویه صفر-lift و شدت شیب های جانبی تاثیر می گذارد. Abered aileron می تواند جریان متصل در انحراف بالاتر را حفظ کند تا یک تاخیر نامتقارن به دقت به دلیل اینکه یک برش فشار سطح (به تدریج می تواند باعث کاهش فشار بیشتر شود).

تاثیر جریان جداگانه بر روی کشیدن قطعات

کشیدن روی aileron عمدتا از کشش و فرم (فشار) کشش پوست تشکیل شده است. جریان جدا شده به طور چشمگیری فشار کشیدن را با ایجاد یک منطقه کم فشار پشت نقطه جدایی افزایش می دهد.این به عنوان کشیدن فرم شناخته می شود و می تواند اکثریت کل کشیدن را در زوایای بزرگ انحراف، جدایی اغلب بی معنی، منجر به نیروهای ضد عفونی کننده که می تواند باعث خستگی شدید ساختاری شود یا انفجار شدید.

فشار در مقابل، Friction

هنگامی که لایه مرزی متصل می شود، توزیع فشار بر روی aileron نسبتا متعادل است؛ مجازات کشیدن از اصطکاک پوست ناشی می شود، هنگامی که جدایی رخ می دهد، فشار بر سمت پایین به طور قابل توجهی کاهش می یابد، ایجاد یک نیروی خالص مخالف حرکت است.

بازی Interference با Wing Surfaces

aileron در انزوا عمل نمی کند. هندسه آن همچنین بر جریان در بخش بال مجاور تأثیر می گذارد.اگر هندسه aileron باعث جدایی زودرس شود، بیداری جدا شده می تواند با لبه پیگیری بال تداخل کند، افزایش کلی کشش از مخلوط شکاف بال-aileron را افزایش دهد - شکاف بین شکاف و خط لولای - همچنین تغییر لایه توسعه مرزی طراحی شده است که می تواند باعث کاهش وزن و جداسازی آن شود، اما اضافه کردن شکاف های آن ها.

استراتژی های بهینه سازی برای Aileron Geometry

Aerodynamicists چندین شیوه طراحی برای به حداقل رساندن جدایی و کشیدن بر روی ailerons استفاده می کنند:

۶-۵۰ber و Morphing Surfaces

مفاهیم مدرن کشف ailers تطبیقی که می تواند تغییر انحنای خود را در پرواز.با تنظیم به طور مداوم، لایه مرزی می تواند بیش از یک محدوده گسترده تر از حد انحراف نگه داشته شود. ساختارهای مورفین، اغلب با استفاده از آلیاژهای شکل یا محرک های پنوماتیک، اجازه می دهد لبه عقب از aileron به انعطاف، کاهش فشار ناگهانی که باعث جدایی آنها هنوز هم سیستم های کنترل مرزی را نشان می دهد.

Vortex Generators و Flow Control Devices

ون های کوچک یا زبانه هایی که در نزدیکی لبه پیشرو از aileron قرار می گیرند می توانند لایه مرزی را با مخلوط کردن جریان خارجی با جریان آهسته حرکت در نزدیکی سطح انرژی کنند.این ژنراتورهای vortex جداسازی تاخیر را کاهش می دهند، اجازه می دهند زوایای انحراف بالاتر بدون افزایش تیز، با این حال، آنها کشش انگل را اضافه می کنند که نیازی به آن نیست، بنابراین نسخه های قابل برگشت یا غیرفعال استفاده می شوند، گاهی اوقات به طور فعال (مانند انفجار هوا).

بهینه سازی مایع محاسباتی (CFD)

با کدهای CFD مدرن با رضایت بالا مانند Reynolds-Averaged Navier- ⁇ (RANS) و شبیه سازی بزرگ Eddy (LES)، مهندسان می توانند به سرعت شکل های aileron را تنظیم کنند و برای یک تابع هزینه بهینه سازی شوند که بهره وری لحظه را ترکیب می کند و مجازات را در یک پاکت پرواز منجر به شکل با حداقل جدایی می شود.

مطالعات موردی در طراحی هندسه Aileron

طراحی بوئینگ 787 Dreamliner ailers شیوه های مدرن را نشان می دهد: آنها دارای یک طرح با کیفیت بالا با یک فرم زیر بغل و کنترل فعال پرواز به سیمی هستند که زاویه های انحرافی را برای جلوگیری از جدایی محدود می کند.در مقابل، ایرباس A380 یک پیکربندی یک پیکربندی ضعیف در طول مراحل بالا را به کار می برد - مانند یک لایه های کم نور متصل به سادگی در سرعت SR2.

روندهای آینده: تحریک لایه های گرد و مرز

هواپیما در حال تکامل به سمت بدنه های بال مخلوط و طرح های بی دم که در آن یک همبرگر با elevons ادغام می شود.در این پیکربندی ها، هندسه aileron باید حتی با دقت بیشتری بهینه سازی شود زیرا آنها بخش بزرگی از لبه برش را در اختیار دارند (FLT:0 لایه های محرکی) [LT:1] از طریق طرفداران جاسازی شده یا اسلات های مکش می تواند به طور فیزیکی از طریق کاهش سرعت پردازش، به آن، به آن اضافه کردن چند لایه های کوچک تر، به آن، به آن، به آن، به آن، به طور فیزیکی، کاهش دهد.

نتیجه گیری

هندسه Aileron یک متغیر سفارش اول در تعیین جداسازی لایه مرزی و مجازات کشیدن نتیجه است.با دقت طراحی طول وتر، نسبت ابعاد، محرک لبه، و کامبر، مهندسان می توانند جریان متصل را بر طیف وسیعی از انحرافات حفظ کنند، کاهش، پاسخ کنترل بهتر، و بهبود بهره وری سوخت ادامه می یابد.

برای مطالعه عمیق تر در تکنیک های کنترل لایه، ببینید این مقاله AIAA بر روی ژنراتورهای vortex برای کنترل سطوح و این بررسی از فن آوری های بال مورفیک برای دستورالعمل های طراحی آئرودینامیک عملی، NASA منبع آیرودینامیک [F]