ההשפעה של עיצוב איילון על מטוסים רולס במהירויות גבוהות

העיצוב של איילונים הוא גורם קריטי בקביעת סמכות של מטוס, במיוחד כאשר מהירויות גדל לתוך משטר המהיר גבוה. as airspeed עולה, הכוחות האירודינמיים הפועלים על משטחים שליטה הופכים מורכבים יותר באופן משמעותי, ישירות המשפיע על האופן שבו טייס יכול למעשה להתחיל ולקיים תמרון הנדסי. מאמר זה חוקר את היחסים המורכבים בין הפרמטרים עיצוב פלוריטיס וגלגל במהירויות גבוהות, בדיקה מדויקת של פתרונות פיזיקה.

יסודות של Aileron Function and Roll Control

איילונים הם משטחים של בקרת טיסה רכובים על קצה הדרך של כל כנף, בדרך כלל ליד הכנפיים.הם פועלים באופן שונה: כאשר הטייס מעביר את עמוד הבקרה או הצד בצד שמאל, איילון השמאל מתפוגג עד למטה בעוד האפרון הימני דהפלנקט מטה.

סמכות רול מוגדרת כהיכולת של איילונים לייצר קצב רול ספציפי עבור קלט שליטה נתונה.במהירויות נמוכות, כוחות אווירודינמיקה הם שפיר יחסית, ו ailerons יכול לייצר רגעים מתגלגלים מספיק עם סטיות צנועות.עם זאת, כמו עלייה מהירות, הלחץ הדינמי של אטומית:0q = 1⁄2V2FLT גדל באופן חדיר, מגביר את פני השטח של כוח שלילי, אבל גם יש השפעה גבוהה יותר של כוח דינמית, אבל גם על פני השטח.

High-Speed Aerodynamics ו-Aileron Behavior

במהירויות גבוהות – באופן זמני מעבר ל-250 קשרים הצביעו על מהירות האוויר או אל תוך הטווח הטרנסטוני – הזרם מעל הזרוע והאדונים הופך לדחוס.היווצרות גלי הלם ושכבת הגבול יכולה לשנות באופן דרסטי את יעילותם של איילונים.אחד התופעות הקריטיות ביותר במהירויות גבוהות הוא התחדשות של איילון, המתרחשת כאשר הדהרון גורם לתפנית בכיוון ההפוך לעיוות, ואפילו ברגע זה מכוון עם פני השטח.

(FLT:0) Aileron reversal SpeedFLT:1) הוא גבול עיצוב מפתח.למטה המהירות הזאת, איילונים לייצר את הגליל הצפוי; מעליו, את יעילות השליטה מעצבי חייב להבטיח כי המעטפת המהירות התפעולית של המטוס נשאר מתחת למהירות הרציעה, או לשלב עיצובי משטח בקרה מתקדמים ומתקדמים לצמצום ההשפעה.

Adverse Yaw and Roll-Yaw Coupling

Adverse yaw הוא תוצאה נוספת של aileron de השתקפות במהירויות גבוהות.כאשר אחד איילון יורד, הוא מגביר את המעלית וגרם גרר על כנף זו, מושך את האף של המטוס לעבר כנף מלוטשת למעלה (כלומר, בניגוד לסיבוב הרצוי), במהירויות גבוהות, הלחץ הדינמי המוגבר מעצים מדגימה את הסחף הזה, מה שהופך את ה-ewrremeremeremeremereme לעתים קרובות יותר, כדי לפעמי, אך ורק כדי לפעמי, או לפעמי, כדי לפעמי, כדי לפעמי את האפקטים באופן אוטומטי).

Key Aileron Design Parameters המשפיעה על רשות רול המהיר

מספר משתנים עיצוב משפיעים ישירות על סמכות רול במהירויות גבוהות.כל אחד מהם כרוך בחילופי סחר בין כוח שליטה, גרר, משקל מבני ויעילות אווירודינמית.

Aileron Span and Chord Dimension

הסבב והצ'ר של איילון קובעים את האזור ואת הזרוע הרגעית שלו על מרכז האירודינמיקה של כנף. אזור איילון גדול יותר מייצר רגע מתגלגל גדול יותר עבור זווית השתקפות נתונה, אבל זה גם מגביר את העומס האירודינמי על מערכת הבקרה ואת הרגע hing, הדורש ממריצים חזקים יותר.במהירויות גבוהות, הרגע הירכיים גדל עם הכיכר של מהירות, כך גדול יכול לפעול על פני השטח יכול להוביל כוח עליון או יותר.

מעצבים לעתים קרובות משתמשים יחס אקורד (Aileron chord מחולק על ידי אקורד כנף) בין 20% ל -30%. Reducing אקורד aileron יכול להוריד רגעים hinge וגרור, אבל זה יכול גם להפחית את סמכות רול. כמה מטוסים ביצועים גבוהים להשתמש ailerons באורך מלא (כמו A-4 Skyhawk) כדי למקסם את הכוח, בעוד אחרים משתמשים קטן, גבוה - aspect גבוה - aile קרוב לגרור עונשים מינימליים עם .

Aileron Shape and Planform

הצורה של איילון משפיעה על כמה יעיל זה יוצר גליל ללא גרימת הפרדה או גלי הלם. ailerons כי לעקוב אחר קצה שביל של כנף הם נפוצים, אבל הם יכולים לגרום מוקדם יותר זרימה הפרדה בקצה במהירויות גבוהות. Ailerons עם תוכנית חצי-אלקטית או מלבני עשוי להציע תכונות דוכנים טובות יותר.

מיקום קו הינד ומאזן

עמדת קו ה-Aileron hinge ביחס למרכז האירודינמיקה שלה היא חיונית לרגע ולכוח שליטה.Ailerons מעוצבים לעתים קרובות עם איזון אווירי – כגון FLT:0horn מאזןsFLT:1 או FLT:2 מאוזנת כרטיסיות מקלות 3 - כדי להפחית את מאמצי השליטה של הטייס במהירויות גבוהות.

ריגש סטרקטי ו- Aeroelastic Tailoring

גמישות כנף במהירויות גבוהות יכולה להוביל לניתוק איילון כפי שהוזכר קודם לכן.כדי להתמודד עם זה, מהנדסים להגדיל את הנוקשות הטורפית של הזרוע באמצעות שימוש בחומרים מורכבים, עיצוב ספאר, או אפילו חייט אווירי פעיל. perosite laminates יכול להיות מכוונת לספק נוקשות גבוהה בכיוון הטורנאלי תוך שמירה על גמישות במתח, שיפור של פריון במהירויות גבוהות של פחמן ופתרונות מודרניים.

המונחים: Surface Deversion Limits

במהירויות גבוהות, סטיות איילון מוגבלות בדרך כלל למנוע עומסים מופרזים ונזק מבני.גבול טיפוסי הוא ±20 מעלות במהירות נמוכה, צמצום ±10 מעלות או פחות כמו עלייה מהירה אווירית.המנהג חייב להיות חזק מספיק כדי להעביר את הערון נגד כוחות אווירודינמיים גבוהים תוך מתן תגובה מדויקת ומהירה.

הצעות מסחר בעיצוב Aileron לטיסות מהירות

כל בחירה בעיצוב כוללת הסכם סחר בין סמכות רול לבין מדדי ביצועים אחרים.

רשות רול מול דרג

[האדונים גדולים] מייצרים יותר גרר מושרה כאשר הם מחוסנים, במיוחד במהירויות גבוהות שבהן עונש הגרור הוא פרופורציה לכיכר זווית הדה-השטוש, זה יכול להפחית את יעילות האנרגיה ולהקטין את הביצועים, אך לא יכול לספק קצב רול מספיק עבור תמרונים.

רשות רול מול פלוטר מרג'ין

Flutter הוא חוסר יציבות אווירולקטית מסוכן שבו משטחים שליטה oscillate בעצימה מוגברת עקב אינטראקציה בין כוחות אווירודינמיקה לבין גמישות מבנית. Ailerons רגישים במיוחד לשטף במהירויות גבוהות. מעצבים חייבים להבטיח כי התדר הטבעי של איילון איזון המוני הם כזה כי מהירות פלוטר הוא הרבה מעל המהירות התפעולית המקסימלית.זה דורש לעתים קרובות הוספת מסה (משקל), אבל משקל יותר), אבל זה מונע עלות).

רשות רול לעומת Adverse Yaw ו- Spiral Stability

סמכות גבוהה רול יכולה להחמיר את ה-ew שלילי, מה שהופך את המטוס פחות מתואמת במהלך הסבבים.מעצבים עשויים להציג את aileron השונה (שם award-defting aileron עובר יותר מאשר את מטה-defting אחד) כדי להפחית את הגרור שונה. גישה נוספת היא להשתמש במערכות קישור aileron-rudder אשר באופן אוטומטי להחיל dder de פרופורציונלי ל-Fal קלט.

חידושים מודרניים בעיצוב איילון

התקדמות בחומרים, אווירודינמיקה ומערכות בקרת טיסה הובילו לכמה חידושים לשיפור סמכות רול מהירה.

איילונים על כנפי סואט וכנפיים דלתא

על כנפיים סחף, איילונים ממוקמים לעתים קרובות על מנת להימנע מ- yaw ולהפחית נטיות קצה-stall. עם זאת, ailerons לוח זמנים יש זרוע רגע קצרה יותר, כך שהם חייבים להיות גדולים יותר או מוגדלים על ידי ספוילרים מחוץ לסיפון.במטוסים דלה-wing, ailerons משולבים עם מעליות כדי ליצור את ה-levons, אשר מספקים הן סטיטה והן שליטה גבוהה, elevons יכול להיות מאוד יעיל מאוד כדי למנוע בעיות יעילות מאוד.

בקרת אווירוליסטי Active Aeroelastic control

כמה מטוסים מודרניים משתמשים במערכות פעילות כי כנף תחושה לסובבה ולתאים את הדהמנט של איילון בזמן אמת כדי למנוע אפקטים אירוביים.זה מאפשר לאגף להיות גמיש יותר וקל יותר תוך שמירה על סמכות רול במהירויות גבוהות.לדוגמה, רוח B-2 משתמשת בשילוב של אלבונים ותקני גרר שונים (מדרגות רדומים) כדי לשלוט ללא צורך עבור איילים קונבנציונליים, פעילות גופנית כדי לשמור על איכויות רחבות.

מבנה Ailerons ו-Mophing Structures

חומרים Composite מאפשרים לטרונים לעצב עם קווי מתאר מורכבים שמשפרים ביצועים אווירודינמיקה. Morphing ailerons - אשר יכול לשנות צורה בטיסה - נחקרים על יכולתם לייעל סמכות רול ולגרור במהירויות שונות.למרות שלא נפוץ, מושגים אלה מבטיחים עבור מטוסים הדור הבא שיש לפעול ביעילות בטווח רחב.

ביקורת: Fly-by-Wire Systems

במערכות של זבוב-על-ידי-חוט, קלט הפיילוט מתפרש על ידי מחשבים של בקרת טיסה המקצים פקודות על פני השטח מרובים (אילרונים, ספוילרים, רפיחים, ריצוף) כדי להשיג את קצב הגלולות הרצוי בעוד מצמצם את גרגריט ועומס מבני.זה מאפשר למעצבים להשתמש במזלונים קטנים יותר, קלים יותר חזקים אך באופן קולקטיבי.

דוגמאות מעשיות של עיצוב Aileron במטוסי תעופה מהירים

סוגים שונים של מטוסים ממחישים את ההסכמים שנדונו לעיל.

מטוסים מסחריים

איירנרים כמו בואינג 787 ו- Airbus A350 משתמשים במזלונים אשר מוגדלים על ידי מקלקלנים עבור שליטה רול.המזלונים עצמם הם קטנים יחסית וממוקמים בתוך הסיפון כדי למזער את הירכיים השליליות ואת העומסים מבניים.במהירויות גבוהות, הספוילרים של הסיפון לספק את הרוב של סמכות רול, בעוד העגילונים משמשים עבור כוונון עדין.

לוחמי Supersonic Fighters

לוחמים כמו F-16 ו- Su-27 משתמשים ב flaperons באורך מלא שפועלים כמו גם flaps וגם איילונים. במהירויות גבוהות, הם מטשטשים באופן שונה עבור רול, לעתים קרובות עם שיעור נסיעות גדול וקצב גבוה.F-16 גם משתמש דקירה אופקית שניתן לקלקל באופן סימטרי עבור התרחבות.

טיסות ו Light Jets

במטוס קטן יותר, עיצובי איילון פשוטים יותר אבל עדיין חייבים לקחת בחשבון עבור הפלגה מהירה מאוד. רבים ביצועים גבוהים פירסטונים ומטוסי סילון קלים להשתמש ailerons שונים (שם אחד נע יותר מהשני) ו / או frise-type ailerons המייצרים רכיב גרר כדי למנוע פענוח t. The Cirrus SR22 משתמש עיצוב aile שמשפר טיפול מהיר בזמן שמירה על מהירות נאותה על שיוט.

כיוונים עתידיים ומושגים מתעוררים

כאשר מטוסים דוחפים למהירויות גבוהות יותר ולתנאי טיסה קיצוניים יותר, עיצוב איילון ימשיך להתפתח.למצוא חשמל, שבו מוליכים קטנים רבים רכובים לאורך הזרוע, יכול לספק שליטה ישירה על ידי דחף משתנה - ביעילות החלפת איילונים עבור כמה תמרונים. בדומה, FLT:0active Flow ControlF:1LT באמצעות מטוסי סילון סינתטיים או אקטואוואווטור יכול להמשיך להזיזומים רבים, אך ורק לגרור את פני השטח הקונבנציונאליים, יישארו חסומים עתידיים, אך ורק על פני השטח הקונבנציונאליים, אך ורק על פני השטח הקונבנציונאליים, אך ורק אז הם עדיין יציבים, הם עדיין יהיו מסוגלים לגרור אותם.

מסקנה: האיזון הקריטי של עיצוב איילון

ההשפעה של עיצוב איילון על סמכות רול מטוסים במהירויות גבוהות היא עמוקה ורב פנים.מפיזיקה הבסיסית של רמות גבוהות של מעלית שונה לממשק המעודן של האירוליטיות, רגעים hinge, ו- lefreshle תעופה גבוהה, כל פרמטר עיצוב חייב להיות מותאם בקפידה כדי להשיג את התגובה הרצויה של בקרת שטח ללא היערכות בטיחות, יעילות או שלמות מבנית.

לקריאה נוספת על עקרונות עיצוב איילון ואירודינמיקה מהירה, ראה את המשאבים הבאים:

• (ב) NASA: Aileron Design for High-Speed מטוסים מהירים 1
• (ב) כרך ראשון (ב"א) ,"החל" (בפרק: ).
• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇