תפקיד עיצוב צומת כנפיים-Fuselage ב Reducing Aerodynamic Drag

צומת ה-Wing-Fuselage: A Critical Zone

בשורש הזרוע, שכבת הגבול מן המזג מתמזגת עם זה של כנף. Abrupt שינויים ב curvature או גיאומטריה יכול לגרום הפרדה זרימה, קידום היווצרות של מערבות. אלה גורים לא רק להגדיל את גרר אלא גם יכול לגרום מזנון ורעש. גרור הבין במיוחד בתצורה נמוכה וגבוהה, שבו הלחץ ⁇ s שונה הבנה חיונית עבור פיזיקה יעילה הוא עיצובים.

הפרדה וצורות Vortex

כאשר זרימת האוויר נתקלה בשינוי פתאומי בצורת - כגון פינה חדה בצומת האגף-Frepe-fuselage - זה לא יכול לעקוב אחר קווי המתאר והדכאים מן פני השטח.הפרדה זו יוצרת אזור של התחדשות בלחץ נמוך ושופכת vortices. אלה גורים אנרגיה מן הזרם החופשי, הגדלת הכוח ועוצמתו של הטורפים תלויים במספר הגיאומטריה ו-Funext: 1.

התפתחות היסטורית של עיצוב צומת

מטוס הדחף המוקדם הופיע לעתים קרובות צומת פשוט, בוטה עם ממלאים גדולים להצטרף לאגף למהירויות הפתיחות של דאגלס DC-3, למשל, השתמש בזרימת הפחתת גרר בהשוואה לעיצובים קודמים.כפי שמטוסי סילון יצאו, מהנדסים פיתחו יותר מעודנים "נקיים" , בואינג 707 שילבה כנפיים עם גדרות הגבול כדי לשלוט על זרימת פני השמש בשורש.

אסטרטגיות להורדת דרגו

קיימות אסטרטגיות מוכחות רבות כדי להפחית את גרר בצומת הכנפיים.כל אחת מהן מתייחסת לסיבות השורש של התערבות והפרדה, לעתים קרובות משלבת עיצוב גיאומטרי עם מכשירים פעילים או פסיביים.

ירידות ומילויים

הוגנות קבועות - smooth, בהדרגה לוחות מעוקלים - מבק את הפינה concave שבו האגף פוגש את הפתיחת.הם מבטלים את הפינה הפתאומית, להפחית את האצה, ולמנוע הפרדה.מלאים ניתן לתכנן כדי ליצור לחץ נוח ⁇ אשר שומר את שכבת הגבול המצורפת.

בסביבה הקרובה של Wing-Fuselage Contours

הרעיון המשולב של כנף (BWB) לוקח אופטימיזציה לצומת קיצוני על ידי חיסול הצומת הייחודי לחלוטין.בעיצוב BWB, הזרוע והגוף משולבים לתוך משטח הרמת יחיד, צמצום באופן דרסטי של התערבות, בעוד חברת התעופה BWBWB מלאה עדיין ניסיונית, רבים מטוסים מודרניים משתמשים ב-FLT:0bleated consFLT:1 באגף כדי ליצור תצורה חלקה של זרם X2FLT.

טורי גנרטורים

מכשירים קטנים דמויי ואן הנקראים גנרטורים מערבים ניתן להציב ליד הצומת כדי למריץ את שכבת הגבול ולעכב הפרדה.בניגוד לפגיעות המזיקות הנגרמות על ידי הפרדה, אלה מערבים אוויר אנרגטי מן הזרם החופשי אל שכבת הגבול האטית, עוזר לו להישאר מחובר על פני הגנרטורים של וורטקס משמשים לעתים קרובות כנסיגה על מטוסים קיימים כדי להפחית בעיות בלתי צפויות.

Active Flow Control

שיטות פעילות כרוכות הזרקת אוויר או מיצוי בצומת כדי לשנות את שכבת הגבול. Suction מסיר נוזל נמוך-momentum, בעוד שפיצוץ יכול להזין מחדש זרמים נפרדים. psma Actuators ומטוסים סינתטיים מציעים חלופות רדוקטיביות, קל משקל.למרות שעדיין בשלבים מחקריים, בקרת זרימה פעילה מבטיחה להתאים את ה-Triology בזמן אמת, צמצום פני מעטפה רחבה.

Fluid Dynamics in Optimization

עיצוב צומת מודרני מסתמך מאוד על מהנדסי CFD יכול לדמות אלפי וריאציות גיאומטריות, הערכת גרר, להרים, ורגע סטינג. High-fidelity RANS ו les פותרים ללכוד את האינטראקציות המורכבות של מערבולת ו ⁇ הלחץ. אלגוריתמים אופטימיזציה רב-אובייקטיביים אלגוריתמים של גרור עם מגבלות מבניות (משקל, לחץ, נפח עבור מיכלי דלק).

השפעה על ביצועי מטוסים

אפילו הפחתה קטנה בהפרעה גרור מתרגם לחיסכון תפעולי משמעותי.עבור חברת תעופה טיפוסית של גוף צר, ירידה של 1% בגרור הכולל יכולה לקצץ צריכת דלק על ידי עשרות אלפי דולרים בשנה על צי, שהופכת למיליונים.גרור גם להפחית את פליטות - פחמן דו חמצני וחנקן - עוזר לעמוד במטרות סביבתיות.בנוסף, צמצום הפחתת ההתערבות מאפשר מבנה קל יותר (מטען על השורש) נמוך יותר יכול לשפר את המאפיינים הגבוהים יותר כמו מזנון גבוה יותר.

(FLT:0)Airbus מצטט את כנף המתקדמים של A350 המתבהלת את ה-A350:1 כתורם להפחתה של 25% של שריפת דלק על פני מטוסים הדור הקודם.ה- כנף המורכבת החד-צדדית של בואינג 787 ועיצוב שורש מותאם באופן דומה משפר יעילות אווירית.

מגמות עתידיות בעיצוב צומת

גוף כנף וגוף היברידי

תצורה זו ממזערת באופן חדיר את ההתערבות בגרור על ידי שילוב הזרועות והמיזוג.נאס"א, בואינג, ו-Airbus ממשיכות לחקור את המושגים BWB לתעופה מסחרית, מיקוד חיסכון של 30-50% דלק על פני עיצובים קונבנציונליים.האתגר העיקרי הוא שילוב מבני ותא התאומה, אבל היתרונות האירודינמיקה מבוססים היטב.

Laminar Flow Control at the Wing Root

שטף של laminar טבעי (NLF) לצומת הכנפיים קשה בשל זעזוע משכבת הגבול הפתיחת. Active laminar Flow control (באמצעות דלקת באמצעות מתכת מיקרו-מחוסמת או עור מורכב) עשוי לאפשר לדלקת יתר על חלק גדול יותר של השורש, צמצום חיכוך עור גרור מחקר.

עיצובים ביומטיים

הטבע מציע השראה: צינורות הלווייתנים של הלווייתנים והצומתים של כנף הציפור מעוררים השראה למכשירים בקרת זרימה פסיבית.הההה של ירידים ביומטיים מדגימים הבטחה בעיכוב הפרדה וצמצום כוח הטורטקס.

מסקנה

הצומת של הכנפיים-עתיד נשאר מוקד אופטימיזציה אווירודינמי.העיצוב שלו דורש איזון בין אווירודינמיקה, מבנים, ייצור, אדריכלות מטוסים כוללת.באמצעות ירידים, ממזגנים, גנרטורים מערבים, ואופטימיזציה בצורת CFD מונחה, מהנדסים ממשיכים להפחית את ההפרעה. כמו מטוס עתידי לאמץ גופים כנף ובקרת זרימה מתקדמת, ייתכן להיעלם לחלוטין - אפילו יותר פעיל, מערכת ניהול מערכת ההפעלה, ללא קשר יעיל יותר, הוא יעיל יותר, כולל.