Etsintä entistä suurempi tehokkuus ja suorituskyky, ilmailu insinöörit jatkuvasti tarkentaa muoto ilma-alusten siivet minimoida aerodynaaminen veto. Yksi tehokkaimmista ja laajalti hyväksytty suunnittelu ominaisuuksia on kapeneva siipi. Luonteena asteittain vähenevä sointu pituus siiven juuri (jossa se täyttää rungon) kärki, kapeneva suunnitelmamuoto on kulmakivi nykyaikaisen ilma-alusten suunnittelu. Tässä artikkelissa tutkitaan aerodynaamisia periaatteita takana kapenevia siivet, niiden merkittävä rooli vetää vähentäminen, ja laajempia etuja ne tuovat ilma suorituskykyä.

Mitä Tapered Wings on?

A steaped siipi on yksi, jossa sointu pituus. Etäisyys etureunasta polkureunan . Diminishes pitkin span juuresta kärki. Tämä luo muoto, joka voi vaihdella lempeä trapezoid lähellä kolmio. aste kapeneminen ilmaistaan usein kapeneva suhde (kärjen sointu jaettuna juuri sointu). Suorakulmainen siipi on kapeneva suhde on 1,0, kun taas erittäin kapeneva siipi voi olla suhde 0,2 tai pienempi. Useimmat moderni subsonic kaupallinen ja yleinen ilmailu ilma-alusten sisältää jonkin verran kartio-, tasapainottava aerodynaaminen tehokkuus rakenteellisia ja valmistus rajoituksia.

Erittäin aerodynaaminen tehokkuus oli kuitenkin elliptinen ja kallis rakentaa. Taped siivet tarjoavat erinomaisen käytännönlähennyksen ihanteellisen elliptisen hissin jakelusta, mikä on paljon suorituskykyä hyötynyt paljon paljon paljon yksinkertaisemmalla rakenteella.

Dragin aerodynamiikka

Jotta voidaan ymmärtää, miten kapeneva siivet vähentävät drag-vetoa, on tärkeää ymmärtää kaksi ensisijaista drag-tyyppiä, jotka vaikuttavat lentokoneeseen: indusoitu drag- ja loisved-vedon. [] Inducted drag[] on seurausta siitä, että siipi tuottaa nostoa. Koska siipi tuottaa siipien vortices-synnytysmassat, se luo siipien vortices-ilmaa, joka aiheuttaa alaspäin virtaavan virtauksen siipien takana. Tämä alaspesu kallistuu hissin vektoria taaksepäin, luo vetokomponentin. Inducted drag is inversely relative aspect ratio and is potensible by the wasted's planform form for. Parasitic drag[ sisältää ihon kitkaa, muotoa ja interferent drag, ja on suurelta osin määräytyy siipien vaikutus sekä siipien että sileyden.

Miten Tapered Wings vähentää aiheuttama Drag

Spitfire-mallilla saavutetaan tämä luonnollisesti, mutta hyvin suunniteltu kapeneva siipi suoralla johtavalla tai perään kulkevalla reunalla voi tulla hyvin lähelle tätä ideaalia.

Elliptinen nostolava

For a given wingspan and lift, the absolute minimum induced drag occurs when the downwash is constant across the span. This condition is met by an elliptical distribution of lift. A rectangular wing, in contrast, produces a nearly constant lift per unit span near the root but a sharp drop-off at the tips, leading to strong tip vortices and higher induced drag. A tapered wing, by reducing the chord at the tip, reduces the local lift there, causing the lift distribution to become more elliptical. This reduces the strength of the tip vortices and, consequently, the induced drag.

Wingtip Vortches ja niiden vähentäminen

Wingtip vortices ovat voimakkaimpia, kun on nopea muutos hissin lähellä kärki. Tapering siipi tasoittaa tätä siirtymää. Koska kärki sointu on pienempi, paikallinen nostokerroin (nosto yksikköalue) on pienempi, ja paineero ylä- ja alapintojen on pienempi. Tämä johtaa heikompiin pyörteisiin, jotka kääntyvät suoraan vähemmän indusoituun drag. Monet modernit lentokoneet myös yhdistää kapenemista ja siipien tai muiden kärkilaitteiden edelleen vähentää pyörteen vetämistä.

Muut ilmailu- ja rakennehyödyt

Hidastettu siipi vähentää lisäksi useita lisäetuja, jotka edistävät ilma-alusten yleistä tehokkuutta ja käsittelyä.

Parannettu stallin ominaisuudet

Stall behavior on kriittinen turvallisuuden kannalta. Suoralla, teipattu siipi, stay usein alkaa juuren ja etenee ulospäin, tarjoaa buffeting ja aileroni tehokkuutta kuin stall kehittyy. Tämä on toivottavaa, koska ohjaaja säilyttää rulla ohjaus. Taped siivet, kuitenkin, taipumus on korkeampi paikallinen kulma hyökkäys kärjessä johtuu vähentynyt sointu. Jos ei huolellisesti suunniteltu, koju voi aloittaa kärjessä, aiheuttaa menetys aileroni ohjaus ja mahdollinen siipi pudota. Tämän torjumiseksi suunnittelijat sisällyttää []] pesukone[[]]]. Geometrinen kierre, joka vähentää esiintymiskulman kärjessä suhteessa juuri. Oikein ushout, juurikojut ensin, säilyttää vinkki ja aileroni tehokkuutta. Näin, supistettu siivet, kun yhdistetään washout, voi tarjota hyvänlaatuisia state state state state state.

Rakennepainon säästöt

Kaventunut siipi voi olla kevyempi kuin saman span ja alueen suorakulmainen siipi. Taivutushetki juurilla on vahvin; kapeneva siipi vähentää sointua (ja siksi ilmakuormaa) lähellä kärki, alentamalla taivutushetkeä. Tämä mahdollistaa siiven spar ja ihon olla kevyempi, säästää rakenteellista painoa. Lisäksi juuri, jossa siipi yhdistää rungon, voi olla syvempi ja paksumpi mukautua kuorma tehokkaammin. Tämä rakenteellinen optimointi on merkittävä syy, miksi kapeneva siivet ovat ubiquitous kaupallisilla suihkuilla.

Parasitic Dragin väheneminen korkeamman näkökyvyn avulla

Koska kapeneva siipi mahdollistaa pidemmän span tietylle alueelle (tai vastaavasti korkeamman kuvasuhteen) ilman liiallista kärkikuormaa, se mahdollistaa suunnittelijoiden kasvattaa kuvasuhdetta enemmän kuin suorakulmainen siipi sallisi. Suuremmat kuvasuhteet vähentävät luonnostaan aiheuttamaa vetämistä, mikä tekee siipestä vieläkin tehokkaamman. Lisäksi kapeneva siipi voi vähentää vinossa olevaa mädäntynyttä aluetta, hieman pienentäen ihokitkavetoa.

Kauppa- ja suunnittelunäkökohdat

Vaikka kapeneva siivet tarjoavat huomattavia etuja, ne eivät ole ilman kompromisseja. Rakenteellinen suunnittelu erittäin kapeneva siipi vaatii huolellista suunnittelua välttää kärki koukku ja hallita kuorman polku. Valmistuskustannukset voivat olla korkeampia, koska eri sointu ja tarve tarkasti muotoiltu kylkiluut ja ihopaneelit. Lisäksi erittäin kapeneva siivet (hyvin pieni kapenevuus suhde) voi kokea pitch-up taipumusta korkealla kulmat hyökkäys, ilmiö lieventää huolellinen muotoilu ja lisäämällä siipiaidat tai muut laitteet.

Another consideration is the interaction with the fuselage. The root of a tapered wing is larger than that of an equivalent rectangular wing, which can increase interference drag at the wing-fuselage junction. Engineers address this with fillets and careful fairing design. Despite these challenges, the aerodynamic and structural advantages of moderate taper (taper ratios between 0.3 and 0.5) are so compelling that they are standard on virtually all modern airliners and many business jets.

Nykyaikaiset esimerkit ja sovellukset

Lähes jokaisessa käytössä olevassa suihkukoneessa on tänään kapeneva siivet. Esimerkiksi -perheessä käytetään keskinkertaista kartiota yhdistettynä uudempien versioiden siiviin. Airbus A320 -sarjassa käytetään myös kapennettua siipeä, jossa on erottuva lakaisu ja hyvin optimoitu hissien jakelu. Yleisilmailussa Cessna 172:n kaltaisissa lentokoneissa on siivet, joilla on pieni kapeneva vaikutus, kun taas edistyneemmissä malleissa, kuten Cirrus SR22:ssa, käytetään voimakasta kartiota suorituskyvyn parantamiseksi.

Sotilaslentokoneet myös hyötyä. F-16 Fighting Falcon käyttää sekoitettu siipi-keho huomattavalla kapenemalla saavuttaa yliääni suorituskykyä säilyttäen kuitenkin aliäänitehokkuutta. Kavennettu siipi kyky vähentää vetää koko laaja nopeusalueella tekee siitä monipuolisen valinnan. Jopa uusin sukupolvi lentävät-siipi ilma, kuten B-2 Spirit, sisällyttää kapenemista osaksi niiden yleistä suunnitelmamuotoa minimoida drag ja tutkan allekirjoitus.

Päätelmä

Ilmailuinsinöörin siipimallit ovat edelleen keskeinen työkalu drag- ja lentokoneiden tehokkuuden parantamisessa. Edistämällä elliptistä hissien jakelua ne vähentävät merkittävästi aiheuttamaa drag-kulutusta, mikä vähentää polttoaineen kulutusta, pidentää toiminta-aluetta ja vähentää ympäristövaikutuksia. Yhdistettynä rakenteellisiin hyötyihin ja mahdollisuuksiin parantaa start-ominaisuuksia asianmukaisesti suunnitelluilla, kapenevilla siivillä on tasapainotettu kompromissi aerodynaamisen puhtauden ja käytännön rakentamisen välillä. Kun ala etenee kohti entistä tehokkaampaa ja kestävämpää lentokonetta, kapeneva siipi on jatkossakin keskeinen osa ilma-aluksia, jotka yhdistävät maailmamme.

Lisälukea varten NASA Glenn Research Center tarjoaa opetusresursseja hississä ja vetämisessä sekä FAA:n Aeronautical Knowledge -käsikirjassa esitetään perusteellinen tarkastelu siipisuunnittelun periaatteista.