הפיתוח של מוליכים אוויריים סופר קריטיים מייצג את אחד ההתקדמות האירודינמית המשמעותית ביותר בהיסטוריה של התעופה.אלה חלקים מעוצבים במיוחד, חלוצים על ידי ריצ'רד ויטקומב בנאס"א בשנות ה-60, מאפשר למטוס לטוס ביעילות רבה יותר במהירויות טרנזיניות - באופן זמני מאך 0.7 עד 0.9 - על ידי שינוי יסודי של איך זרימת האוויר מתנהגת על פני השטח.

מה הם Airfoils קריטי?

על-ידי מטוסים קריטיים הם פרופילים כנף מותאם לטיסה ליד מהירות הקול.בניגוד לתחנות אוויר קונבנציונליות, אשר נועדו עבור משטרים תת-קולוניים או סופר-סמוניים, אווירי ביקורתיים מונדסים כדי לנהל את הפיזיקה המורכבת של זרימת אוויר טרנזין - שבו חלק מהזרם מעל הזרוע הוא סופר-קולוני בעוד השאר נשאר subonic.

כדי להבין מדוע זה עובד, זה עוזר לשקול מה קורה על אוויר רגיל במהירות גבוהה.כאשר זרימת האוויר מאיצה מעל החלק מעוקל של כנף מסורתית, הוא מגיע למהירות סופרוזית, ואז משמיד בפתאומיות דרך גל זעזוע רגיל.הלם הזה גורם עלייה חדה בלחץ ועיבוי דרמטי של שכבת הגבול, לעתים קרובות מוביל לזרימה משמעותית וגרור אווירי לחץ אוויריים על ידי זרם חלש יותר, ובכך מחלימים את פני השטח התחתון יותר, הוא פחות מתוחם עמוק יותר עם הזעזועים עמוק יותר, ומחזק יותר עם הזעזועים יותר עם הזעזועים.

איך משפיעות על האוויר על דרגו?

לגרור במהירות גבוהה יש כמה רכיבים: חיכוך עור, גרר מושרה (ממעלה), וגרור גל. במהירויות transonic, גל גרר הופך דומיננטי ויכול לגרום עלייה חדה בגרור הכולל - תופעה המכונה "עלייה חדה" (עלולי אוויר סופר קריטיים) במיוחד גל היעד על ידי שליטה על המיקום וכוח של גל ההלם.

פני השטח העליון שטוח ממזער את האצה של הזרם, כך שמספר המאך המקומי על הזרוע נשאר נמוך יותר.כאשר ההלם טופס, הוא בדרך כלל חלש יותר ו ממוקם קרוב יותר לקצה השבילים.זה מקטין את הלחץ השלילי מאחורי ההלם, עיכוב שכבת גבול ההפרדה.התוצאה היא גרר שמתחיל במספר גבוה יותר של מאך ומעלה יותר בעדינות, ומספק שולי רחב יותר תפעול עבור השייט על פי LT:0.

מעבר לגרור הגל, ההתאוששות בלחץ משופר גם מפחיתה צורה של גרר ויכולה מעט חיכוך עור נמוך יותר על ידי שמירה על זרימת יותר laminar על החלק הקדמי של הזרוע.עם זאת, קצה המסלול הבוטח יוצר עונש קטן של גרור בסיס, שהוא יותר מאשר מהתפרצות על ידי הפחתת הגל. המודרנית super Critical Airfoils להשתמש בטכניקה "recharge" - קרוב לסף הבסיס - להתאושש ללא תקלות.

תפקיד בקרת הגלים המפוחדים

גלי הלם שואבים אנרגיה מהזרם, המרת אנרגיה קינטית לחום ולחץ.הלם חזק יכול לגרום לשכבת גבול הפרדה, גרימת עלייה פתאומית של גרר קריטי אווירי נועדו לשמור על מספר הזעזוע (מספר העליון של מאך רק לפני ההלם) כדינמיקה נמוכה ככל האפשר.זה מושג על ידי הדבקה של פני השטח כך שהאזור העל-קולוני דק ודה-אמריקנית מתפשטת יותר מדגמיית של ההרפתקאות חלשות – במקום זאת, במקום זאת, כלומר, כלומר, כלומר, לחץ אווירי של האטומי חזק של הפחתת רמת הזעזועים חזקים של האטומים של הזעזועים, במקום זאת, כלומר, כלומר, כלומר, הוא נמוך יותר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, הזעזועים חזקים של שפעת אווירי- 0, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, הזעזועים של הזעזועים של הזעזועים של הזעזועים של הזעזועים של הזעזועים של הזעזועים של הזעזועים של הזעזועים של הזעזועים של הזעזועים של הזעזועים של הזעזועים של הזעזועים של הזעזועים של הזעזועים של הזעזועים של האטומים של הזעזועים, במקום זאת, כלומר

השפעה על הדור המעלית

המעלית היא הכוח האירודינמי המוצב ברוח היחסית, המיוצר על ידי הבדל הלחץ בין משטחים העליון והתחתון של כנף התחתונה.במהירויות תת-קולוניות גבוהות, בחילות האוויר המסורתיות סובלות מאובדן מעלית עקב הפרדה המושרה לזעזועים.על-קוליים שומרים על המעלית יעילה מכיוון שצורתם שומרת על זרימתם המצורפת גם לאחר ההלם (טעינה) יוצרת פסגות חזקות ליד שבילי הפרידה, אשר תורמים באופן משמעותי למעליות.

יחס המעלית-ל-דזה (L/D) הוא מדד יעילות קריטי.על-טבעיים בדרך כלל להשיג ערכי L/D מקסימליים גבוהים יותר במהירויות טרנסטוניות מאשר חלקים קונבנציונליים.זה מתורגם ישירות לכלכלת דלק טובה יותר - שכן פחות דחף נדרש כדי לשמור על המעלית - וטווח ארוך יותר.לדוגמה, בואינג 787 Dreamliner משתמשת בכנפיים סופר קריטיות שתורמים לשיפור היעילות של הדלק שלה על פני המודלים הקודמים.

לחץ והתנהגויות מורכבות

תכונה מרכזית של אווירי כבד הוא חלוקת הלחץ שטוח על פני השטח העליון.במקום שיא שבץ חד ליד הקצה המוביל, ההנפקה מתפשטת אפילו על 60–70% הראשונים של ה- chord. זה מקטין את מספר השיא של מאך ואת היווצרות עיכובים ליד פני השטח התחתון, ההתפלגות הלחץ הוא גם מותאמים בזהירות - לעתים קרובות עם "קוע" לאזור כדי לרומם, כיפוף יותר, עם לחץ חזק, הוא עדיין נמוך יותר, על פני השטח התחתון, על פני השטח, הוא עדיין מתוחה, עם הזעזועים, עם הזעזועים, הוא עדיין מתוחים, עם הזעזועים יותר, עם הזעזועים יותר, כיפוף יותר, הוא עדיין נמוך יותר, על פני השטח התחתון, על פני השטח התחתון, על פני השטח התחתון, הוא מתוחה, עם הזעזועים, עם הזעזועים, הוא עדיין מתוחה, עם הזעזועים, עם הזעזועים יותר, עם הזעזועים יותר, עם הזעזועים יותר, עם הזעזועים, עם הזעזועים יותר, הוא מתוחה יותר, עם הזעזועים יותר ויותר נמוך יותר, הוא מתוחהלחץ הוא עדיין מתוחה יותר, על פני השטח התחתון, הוא מלמטה יותר, הוא עדיין מתוחה יותר, הוא עדיין מתוחה

קצה השביל הוטה, בעוד מנוגד, ממלא תפקיד מבני ואירודינמיקה.הוא מספק עובי נוסף פורצ דרך לאינטגרציה מבנית (כסות שוליים, משטחים שליטה) ומסייע לייצב את מיקום ההלם על ידי יצירת אזור בסיס שמשלב את ההתאוששות הלחץ.

תכונות עיצוב עיקריות של Super Critical Airfoils

  • (ב) ,0) ,השטח העליון: FLT:1 מצמצם את האצה, עיכובים היווצרות הלם, ומפחית את מספר מאך.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0) ,Contoured lowמשטח: FLT:1rea לעתים קרובות concave או שטוח כדי לאזן את חלוקת המעלית ושליטה בהלם בצד התחתון בזווית גבוהה של התקפה.
  • (ב) התפלגות עובי:0 (Optimized עובי הפצה: FLT:1) מעבירה עובי מקסימלי כדי לשמור על יציבות זרימה סופר-קולית ולהפחית את גלי הגל.
  • רדיוס חדיש: FLT:0 (Leading-edge Radio: FLT:1) נועד להימנע משיאי שבץ מופרזים תוך שמירה על תכונות דוכנפיים מהירות טובות.

תכונות אלה אינן עצמאיות; הן חייבות להיות מכוונן יחד עבור מספר עיצוב נתון של מאך ולהגדיל את האפקטיביות.התוצאה היא משפחה של צורות אוויריות ולא גיאומטריה אחת, כגון ה-SC(2)-0010, SC(2)-0012, וגרסאות מתקדמות המשמשות בבואינג 777X וב-A350.

תגיות Jet Engine Components

בעוד ש-Crexire קריטי הם מפורסמים ביותר עבור כנפיים, עקרונותיהם חלים על כל רכיב שפועל בזרם טרנזין.במנועי סילון, להבים מעריצים ולהבים דחוסים חווים תנאים טרנסטוניים בטיפים שלהם.מודרניים רחב-chord (כמו אלה על GE90 או Trent XWB) משתמשים בסעיפים קריטיים כדי לעכב היווצרות הלם, להפחית ולשפר את היעילות.

בדחיסה בלחץ גבוה, רוטר ו להבים במבנים מאוחרים יותר לפעול גם ליד תנאים טרנסטוניים.כאן, פרופילים סופר קריטיים עוזרים לשמור על יעילות לאורך טווח של תנאי הפעלה, במיוחד במהירויות סיבוביות גבוהות.הטעינה הדחיסה יכולה להיות מוגברת ללא גרימת הפסדים גדולים, המאפשר יחס גבוה יותר בשלבים פחות - צמצום משקל המנוע ובאופן דומה, בלחמניות, למרות שבדרך כלל זרימת פרופילים יעילים של שליטה על פני גבולות.

אפילו פני השטח של התא והפיילון המקיפים את המנוע עשויים להעסיק קווי מתאר סופר קריטיים כדי למזער את ההפרעה גרר.האפקט הכולל הוא מערכת הנעה משולבת יותר עם כנף, צמצום סך כל גרור המטוס.

היתרונות בביצוע Jet Engine

מטוסים קריטיים מביאים הטבות רבות למטוסים המופעלים על ידי מטוסים, מקושרים ישירות לביצועי מנוע ויכולת המשימה הכוללת:

  • (FLT:0) גרור גל גנוב: 1FLT 1lor דחף נמוך יותר נדרש בשיוט, צמצום ישיר של שריפת דלק. שיפור של 1% בגרורת השייט יכול לחסוך מיליוני דולרים בדלק על חיי חברת תעופה.
  • (FLT:0) מהירות השייט המשוחררת: FLT:1 עליית הגרור מתרחשת במספר גבוה יותר של מאך, ומאפשרת הפעלה כלכלית ב- Mach 0.85-0.88 במקום מאך 0.80-0.82.
  • מבנה כנף של קברניטי ה-THCDR: 1FLT:1 עם אותו כוח, הזרוע יכולה להיות עבה יותר, להפחית במשקל ולהגדיל את נפח הדלק הפנימי.
  • (FLT:0) שיפור ביצועים מעוצבים: חליל:1 ; על-ידי קרינת אוויר סופר-קריירה לשמור על מעלית מקובלת וגרור במהירויות נמוכות יותר (מראה, גישה), אשר קריטי עבור בטיחות ודבקות רעש.
  • (ב) הפחתה של ⁇ :0) הפחתה של גלי הלם ואקר 1:1 והפרדה מאוחרת להפחית את הרעש של מסגרת האוויר ואת רעש המנוע הקשור לזעזוע.
  • (FLT:0) הטבות סביבתיות: FLT:1 צריכת דלק נמוכה יותר פירושו מופחת פליטות CO2, ויעילות אווירודינמית טובה יותר תורמת כדי לעמוד בתקנות רעש עתידי ופליטה (למשל, תקני ICAO).

אתגרים ומסחר

Airfoils ביקורתי הם לא ללא חסרונות.החוד החנית מעלה את גרור הבסיס, במיוחד במהירויות תת-קולוניות שבו הפחתת גלי גרר הוא מינימלי.זה הופך אותם פחות יעילים עבור מטוסים במהירות נמוכה.בנוסף, עיצוב המוטע האחורי יכול להוביל לנטיות סטאפ בזווית גבוהה של התקפה אם לא מנוהל בקפידה, פוטנציאל להשפיע על יציבות ושליטה יצרנים לעתים קרובות להוסיף סלפיות או טורפים אחוריים כדי לשמור על התנהגות חיובית.

מורכבות הייצור גבוהה יותר כי קווי המתאר המדויקים חייבים להיות נשמרים סובלנות הדוקה.חומרים Composite לסייע, אבל כלי בקרת איכות הם תובעניים יותר מאשר עבור אווירי קונבנציונליים.יתר על כן, חלקים סופר קריטיים רגישים לחוספס על פני השטח וזיהום (ice, באגים, עפר), אשר יכול לגרום שכבת מעבר מוקדמת ולהגדיל את ה- מטוסים עם כנפיים על קריטיות דורש תחזוקה קפדנית של פני השטח.

לבסוף, העיצוב מותאם למספר מסוים של מאך והעלאת האפקטיביות. Deviations מנקודת העיצוב (למשל, טיסה איטית יותר או בגובה גבוה יותר מאשר מתוכנן) להפחית את היתרון היעילות.זו הסיבה שכנפיים סופר קריטיות בדרך כלל מותאמים למצב השייט של המטוס, עם פשרות משניות עבור נקודות עיצוב מחוץ ל-.

פיתוח עתידי

מחקר מתמשך נועד לדחוף את הגבולות של טכנולוגיית אוויר-פוצית סופר קריטית. Active Flow control - שימוש במטוסים סינתטיים, פיצוץ / סנקציות, או פלזמה - יכול לעכב עוד היווצרות הלם ולהקטין את גרר על ידי energing שכבת הגבול. Morphing כנפיים שמשנות הסומבר בטיסה יאפשרו ל-ASTV קריטי לשמור על ביצועים אופטימליים בטווח רחב יותר של מצבים גאומטריה משתנים, כמו הקצוות גמישים (TE) עם משטחים, יכול להחליף משטחים (מדומים, עם פני השטח) ו-מדומים, עם פני השטח התקניים, יכול להחליף משטחים (DNS) עם פני השטח התקניים, קונבנציונאליים, יכול להחליף אתחול) עם פני השטח התקניים, יכול להחליף משטחים, עם משטחים, עם פני השטח התקניים, יכול להחליף משטח קונבנציונאליים (TE) עם פני השטח התקניים, יכול להחליף אתחולל, עם פני השטח התקניים, יכול להחליף משטחים, יכול להחליף משטח גמישים, יכול להחליף משטח קונבנציונאליים סטנדרטיים, כדי לשמור על ידי קונבנציונאליים (TE) עם פני השטח) עם משטח קונבנציונאליים, יכול להחליף אתחולה, כדי לשמור על ידי קונבנציו

עוד גבול הוא היישום של מושגים על-טבעיים לצורות לא קונבנציונליות - גופים כנף מעומקים, כנפיים מחונכות, וחלוקות כפולות של מבוללות - שבו הזרוע והגוף מתמזגים כדי להפחית את ההתערבות. בכל מקרה, העקרונות של שליטה בגלים ובניהול של התפלגות לחץ נשאר מרכזי.

מסקנה

מטוסים סופר קריטיים הם הישג ציוני דרך באירודינמיקה, המאפשרים למטוסי סילון לטוס מהר יותר, רחוק יותר, ויעיל יותר מאי פעם. על ידי עיצוב בקפידה של משטחים העליונים והנמוכים יותר לשלוט גלי הלם ולשמור על זרימה מחוברת, אלה אווירי אוויר להפחית את הגל במהירויות transonic תוך יצירת ביעילות רבה יותר של חומרים מתקדמים, כמו גם ביצועים מתקדמים, כמו גם ביצועים מתקדמים, כמו מתקני אוויריים, כמו גם חומרים מתקדמים, כמו מתקני בקרה מתקדמים, כמו גם על ידי ייצור יעיל.