Introduzione agli effetti della flapa sulla distribuzione dell'ascensore

La capacità di modificare la distribuzione degli ascensori di un'ala durante le diverse fasi di volo è un punto cardine del design moderno degli aerei. Le flauti, come i dispositivi di sollevamento primari, sono strumentali nel raggiungimento di questa flessibilità.

Fondamenti di Flaps e Lift Generation

Come aumentare le infiammazioni

Le fialette funzionano principalmente aumentando il camber della sezione ala, e in alcune configurazioni, estendendo la lunghezza dell'accordo. Un aumento del camber solleva il coefficiente massimo di ascensore (CL,max]) l'ala può raggiungere prima di bloccaggio. Inoltre, la deflettore a lembo abbassa l'angolo di attacco necessario per generare un dato ascensore, permettendo al più comune aeromobile di mantenere le velocità di sollevamento.

  • Lembi in metallo:[ Semplicemente la parte posteriore dell'ala incernierata verso il basso. Aggiungeno camber ma creano una resistenza significativa alle grandi deflettenze.
  • Lembi a ribalta:[ La superficie inferiore deflette mentre la superficie superiore rimane fissa, producendo più trascinamento delle patte semplici con incrementi simili di sollevamento.
  • Lembi dislocati:[] Quando si è schierato, si apre un divario tra la patta e l'ala, permettendo l'aria ad alta energia dal basso di scorrere sopra la parte superiore del pattino, ritardando la separazione del flusso e mantenendo un C superiore[[L,max].
  • Le alette del proprietario:[] Questi scivolano indietro sui binari prima di deflettare, aumentando sia la lunghezza dell'accordo che il camber. Essi forniscono il maggior aumento dell'ascensore e sono comuni sui vettori commerciali.

Ogni tipo di lembo produce un cambiamento unico nella distribuzione della pressione intorno all'ala, che colpisce direttamente la distribuzione dell'ascensore lungo la campata.

Distribuzione di ascensori in senso spanwise

In un'ala ideale, la distribuzione dell'ascensore è ellittica: il sollevamento per unità varia senza problemi dalla radice alla punta, che riduce al minimo la resistenza indotta. Qualsiasi deviazione da una distribuzione ellittica (a causa di affilato, spazzamento o implementazione delle patte) aumenta la resistenza indotta e può causare tendenze di stallo della radice o della punta.

Dimensioni della impugnatura – Effetto su Total Lift e Drag

Estent e profondità Chordwise

La dimensione di un patta può essere definita dalla sua corda come una frazione del coordo ala (il rapporto di corda a forma di palo) e la sua estensione ala. Un più grande accordo a lembo (ad esempio, il 30% di corda ala vs. 15%) produce un aumento maggiore di CL] per una determinata deflezione perché cambia una parte maggiore del camma

Trascinare la penalità e i limiti pratici

Poiché la deflettore delle patte aumenta, il trascinamento aumenta bruscamente a causa della resistenza della superficie deflettata e della resistenza indotta dalla distribuzione dell'ascensore alterata. La resistenza totale nella configurazione di atterraggio può essere di tre a quattro volte la resistenza dell'ala pulita.

Distribuzione di ascensori per flapa e spanwise

Fiamme a bordo

Le patte a bordo si trovano vicino alla radice dell'ala e alla fusoliera. Colpiscono la distribuzione dell'ascensore nella regione centrale dell'ala. Poiché la radice porta una porzione significativa dell'ascensore in una distribuzione ellittica tipica, le patte a bordo possono produrre grandi aumenti nel sollevamento totale, pur avendo un effetto relativamente più piccolo sul momento di flessione dell'ala (dal momento che il braccio della radice è corto).

Flap fuoribordo

Le patte fuoribordo sono posizionate vicino alle punte dell'ala. Aumentano l'ascensore nell'ala esterna, che può migliorare il controllo del rotolo a bassa velocità perché l'aumento locale dell'ascensore fornisce più momento di rotolamento per deflettore dell'ailero dell'unità. Tuttavia, le le patte fuoribordo spostano anche la distribuzione dell'alzata verso l'esterno, che aumenta la resistenza indotta e può causare la presa di punta di bloccaggio prima della radice.

Pannelli di flapa multipli

La maggior parte dei moderni aerei utilizzano pannelli a patta indipendenti lungo l'arco (ad esempio, le patte a singolo profilo in bordo e fuoribordo sull'Airbus A320). Le sezioni della fuoribordo hanno spesso una più piccola deviazione massima rispetto alle sezioni di bordo per limitare gli effetti negativi sul comportamento dello stallo. Inoltre, le carene a binario (le alloggiamenti razionali che si estendono sotto l'ala) influiscono il flusso locale e possono causare dei vortici.

Considerazioni di progettazione e trade-off

Carico strutturale e attuazione

Le grandi patte richiedono potenti attuatori idraulici o elettrici, e la struttura dell'ala deve essere rinforzata per portare a termine i momenti di flessione e torsione aggiuntivi. Il braccio leva delle leve delle lembi rispetto alle ali, le radici delle ribassi, esacerba i momenti di flessione delle radici. Per mantenere il peso strutturale sotto controllo, i progettisti possono limitare la portata delle patte o utilizzare le piste di deflettori differenziali.

Interazione con altri dispositivi ad alto rendimento

La maggior parte dei veicoli trasportabili combina le patte trainanti con le slats di prima generazione o le patte Kruger. L'effetto combinato di questi dispositivi sulla distribuzione dell'ascensore è complesso. Slats, situato sul bordo principale, eccitare lo strato di confine sopra la parte superiore dell'ala, permettendo più deflettori delle patte senza stallo. La posizione di corda e la posizione sculacciata di slats deve completare la disposizione del pattino 7.

Integrazione delle superfici di controllo

Quando le patte sono schierate, i corridoi possono sbavare (come sull'Airbus A330) per funzionare come superfici a patta aggiuntive, aumentando il sollevamento lungo il bordo di traino fuoribordo. Ciò richiede un'attenta marcia per evitare il sovraccarico dell'ala fuoribordo.

Metodi di analisi computazionali e sperimentali

Dinamica dei fluidi computazionali (CFD)

I risolutori di velocità di carico ad alta velocità di compressione possono prevedere il campo di pressione intorno all'ala con le patte deflette, catturando la separazione del flusso, le interazioni della sveglia e la resistenza indotta.

Test del tunnel del vento

I modelli di tunnel a vento con lembo funzionali sono utilizzati per misurare il sollevamento, il trascinamento, il momento di pitching e le distribuzioni di pressione. Le geometrie di Tuft o di pressione sensibile visualizzano i modelli di separazione del flusso. Le celle di carico all'interno degli attacchi delle pattuglie misurano i momenti di cerniera, che sono critici per il dimensionamento dell'attuatore.

Esempi pratici nel design di aerei

Boeing 737 Famiglia

Il 737 utilizza le patte a triplo taglio sulle varianti più vecchie (737-200) e le patte Fowler monospaccate della serie NG e MAX. La campata del pattino si estende da vicino alla fusoliera fino a bordo dell'ailero. La deflettore del pattino di Outboard è limitata a 30 gradi per il decollo e 40 gradi per l'atterraggio, mentre le patte di bordo possono raggiungere i 60 gradi.

Airbus A320 Neo

L'A320 impiega due pannelli a patta per ala: una patta a trazione singola in lavagna e una patta a slitta singola, entrambe di tipo Fowler. La patta a bordo ha un range di guarnizione più grande e maggiore. La patta esterna è progettata per produrre meno ascensori per ogni escursione per evitare la punta di bloccaggio. Inoltre, le pattuglie (pacco combinato e superfici ailero) sul rullo A320 aiutano automaticamente a sollevare

Aviazione generale (Cessna 172)

Il Cessna 172 utilizza le patte monospazzolate azionate elettricamente che si estendono da circa metà della larghezza fino a vicino alla fusoliera. Il posizionamento delle patte è interamente a bordo dei corridoi, assicurando che l'ala esterna rimanga aerodinamicamente pulita per il controllo del rotolo. La dimensione del pattino (circa il 40% della semispanna e il 40% della corda) fornisce un aumento sufficiente per operazioni di sollevamento a corto campo, mantenendo una caratteristica delicata di stalla.

Applicazioni militari

Gli aerei da combattimento come i F-16 usano le patte di punta (chiamate anche le pattuglie) combinate con le pattuglie di traino-edge che spesso servono le doppie funzioni come ailerons. Le dimensioni e il posizionamento delle patte sono ottimizzati per manovrare ad angoli alti di attacco, a volte fino a 30 gradi. La distribuzione dell'ascensore deve essere strettamente controllata per evitare stallo asimmetrico o partenza.

Conclusioni

L'effetto delle dimensioni delle patte e del posizionamento sulla distribuzione degli ascensori è una sfida ingegneristica multidimensionale che bilancia l'aerodinamica, le strutture, i controlli e la sicurezza. Le patte più grandi aumentano l'ascensore ma aumentano anche i carichi strutturali; il posizionamento fuoribordo migliora il roll ma rischia di rallentare le prestazioni; il posizionamento a bordo migliora la stabilità ma può limitare l'efficienza dell'ailero.

Per ulteriori informazioni, consultare il NASA Glenn Research Center primer su dispositivi di sollevamento elevato [[] e il FAA Pilot's Handbook of Aeronautical Knowledge (capitolo 4: Aerodinamica del volo)]. Per una metodologia di progettazione approfondita, fare riferimento alla Panoramica del dispositivo di sicurezza.