これまで、より効率的な性能と性能を求める中で、航空機の翼の形を継続的に見直し、空力ドラッグを最小限に抑えます。最も効果的で広く採用された設計機能の中では、テーパーウィングです。 翼の根(胴体に出会う場所)から、コードの長さの勾配減少によって特徴付けられる、テーパードプランフォームは、現代の航空機設計の角です。 この記事では、翼の原理と重要な役割を担うために、航空機の背後にある回転を探索します。

テーパーウィングとは?

テーパードウィングは、コードの長さから、リーディングエッジからトレースエッジまでの距離が、ルートからチップまでスパンに沿って分岐する1つです。 これは、穏やかなトレースから近接までの範囲できる形状を作成します。 タッパーの程度は、テーパー比(ルートコードによって分岐する先端コード)として表現されます。 長方形のウィングは、非常にテーパーされた羽根が0.2または商用航空機の割合を有することがありますが、1.0のテーパー比を持っています。 ほとんどのタッパーは、一般的な航空機とタッパーの構成要素を構成するいくつかの制限を組み合わせています。

テーパープランフォームは、現代の発明ではありません。 初期の先駆者のようなWright兄弟は、翼のデザインでテーピングの形を使用し、コンセプトはさらに、スーパーマリンスピットファイアなどの航空機上の楕円翼の開発と改良され、例外的なエアロダイナミクス効率を提供しました。 しかし、楕円翼は、構築に複雑で高価です。 テーパードウィングは、理想的な楕円分布の優れた実用的な近似を提供します、はるかに簡単な構造を発揮します。

ドラッグのエアロダイナミクス

テーパーウィングがドラッグを下げるのを認めるには、航空機に影響を与えるドラッグの2つの主要なタイプを理解することが重要です。誘導ドラッグとパラシティックドラッグ。 []誘導ドラッグは、リフトを生成する結果です。 翼がリフトを生成するにつれて、翼の渦が膨らみ出されると、翼の背後にある下方向のフローが引き起こされます。 このダウンウォッシュは、リフトを傾け、その方向に影響が大きいと引き締まります。 それらは、Teldsiticの比率が大きくなります。

テーパーウィングが誘導ドラッグを削減する方法

テーパーウィングの根本的な利点は、スパン全体でより効率的にリフトを配布する能力にあります。理想的な翼は、ユニットスパンあたりのリフトが根から先端まで変化する楕円リフト分布を生成します。この分布は、特定のスパンとリフトのための誘導ドラッグを最小限に抑えます。楕円プランフォーム(例えば、Spitfire)は自然に達成しますが、ストレートのリードまたはトレイルエッジを備えたうまく設計されたテーパーウィングは、非常に理想的に近づくことができます。

楕円リフト分布

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.

翼の心配とそれらの減少

ウィングチップの利息は、チップ近くのリフトの急激な変化があるときに最も顕著です。 翼をテーリングすると、この移行が滑らかになります。 先端コードが小さくなるので、ローカルリフト係数(ユニットエリアごとのリフト)が低く、上部と下部の面間の圧力差が低下します。 これは、より少なく誘発されたドラッグに直接トランスレートする、より弱い渦をもたらします。 多くの近代的な航空機は、翼や他のチップデバイスとテーパーを組み合わせて、さらに渦を低下させます。

その他 エアロダイナミック・構造的利点

誘導型ドラッグダウンにより、テーパードウィングは、航空機全体の効率性と取り扱いに貢献できるいくつかの追加の利点を提供します。

構造特性の向上

階段の動作は、安全のために不可欠です。まっすぐで、無機の翼では、階段が発達するにつれて、しばしば根元で始まり、外側に向かって進行します。これは、パイロットがロール制御を保持しているため、望ましいです。しかし、テーパー翼は、減らされたコードによる先端でより高い局面の攻撃の角度を持つ傾向があります。慎重に設計されていない場合は、階段は先端で始めることができます。アライルの損失を引き起こし、そして、根本的な回転速度を低下させると、この方向に調整します。[F]

構造重量の節約

テーパーウィングは、同じスパンと領域の長方形の翼よりも軽量にすることができます。 根の曲げ瞬間は最も強いです。 テーパーウィングは、先端の近くでコード(そしてしたがって、エアロード)を削減し、曲げ瞬間を下げます。 これは、翼スパーと皮膚がより軽くなり、構造的な体重を節約します。 さらに、ルーティングが胴体に参加し、より深く、より厚くなると、負荷をより効率的に対応することができます。 これが、主要なジェット機がなぜ重要な理由です。

より高いアスペクト比でパラシティックドラッグを削減

テーパードウィングは、特定の領域(または等しく、より高いアスペクト比)の長いスパンを可能にするため、設計者は、長方形のウィングよりもアスペクト比をさらに高めることを可能にします。 高度アスペクト比は、誘導ドラッグを激しく低下させ、羽をさらに効率的にします。 さらに、テーパードウィングは、先端の湿ったエリアを削減し、皮膚の摩擦をわずかに低下させることができます。

トレード・オフとデザインに関する検討

テーパーウィングは、妥協することなく、大きな利点をもたらします。 テーパーウィングの構造設計は、チップのスタットを回避し、負荷経路を管理するために、慎重にエンジニアリングが必要です。 製造コストは、さまざまなコードと正確に形状の肋骨や皮膚パネルの必要性のために高くなります。 さらに、高度にテーパーウィング(非常に低いテーパー比)は、攻撃の高角度、シェーピングや、他のデバイスやフェンスのシェーピングによる現象が軽減される傾向があります。

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.

現代の例とアプリケーション

ほぼすべてのジェット機輸送機は、今日はテーパー翼を備えています。 []]]ボーイング737]]家族、例えば、高燃費効率を達成するために、より新しいバリアントに組み合わせて適度なテーパーを使用します。 ]エアバスA320シリーズは、独特のスイープと高度に最適化された配布とテーパーウィングを採用しています。 一般的な航空機では、より高度な飛行士がSRNを設計するような、より高度な飛行士がより高度な性能を持っています。

軍用機も利益をもたらします。F-16ファイティングファルコンは、サブソニック効率を維持しながら、超音速性能を実現するために、大幅なテーパーを備えた混合翼ボディを使用しています。テーパーウィングの能力は、広範囲の速度範囲を横断してドラッグを減らすことで、それは多様な選択肢になります。B-2スピリットなどの飛行翼航空機の最新の生成でさえ、その全体的なプランフォームにテーパーを組み込んで、ドラッグ&レーダーの署名を最小限に抑えます。

コンテンツ

テーパーウィングの設計は、航空機の効率性を低下させ、改善するための航空工学のarsenalの基本的なツールを維持します。より楕円リフト分布を促進することにより、それらは大幅に削減されたドラッグ、燃料消費量を下げ、より長い範囲、および環境影響を削減する。適切に設計されたときに構造上の利点と改善された屋台特性の潜在性と組み合わせることで、テーパードウィングは、空力と実用的な構造間のバランスの取れた妥協を提供します。業界は、航空機のさらなる向上と持続可能な特性を促進し、私たちの持続可能な航空機のさらなる向上に進むように、私たちの重要な役割を果たします。

ウィングエアロダイクスのさらなる読書のために、 ]NASA Glenn Research Center]は、リフトとドラッグに関する教育リソースを提供し、 FAA Pilotのエアロナチュカルナレッジのハンドブック[は、翼の設計原則を詳しく見て提供します。