Aileronsは、航空機のロール軸を管理する責任のある第一次飛行制御面です。銀行とターニングの彼らの機能はよく理解されていますが、アイロンジオメトリと周囲の気流の間の微妙なインタープレイは、具体的に境界層を区別し、制御の有効性だけでなく、パラシティックドラッグを指示します。この記事では、より詳細なエンジニアリング分析を提供し、アチレン形状、サイズ、および輪郭の影響境界層の分離と全体的なエアロダイナミクスのドラッグを構成し、最適化するための設計戦略を提供します。

制御面の境界層物理の基礎

航空機の翼や制御面のすべての表面、アイルロンを含む、境界層を開発します。 - 粘度力が支配する皮膚に隣接する空気の薄い領域。 この層の動作は、直接、空力性能に影響を与えます。 2つの主要なレジムは存在します:ラマイナー(滑らかな、低摩擦)とタバント(チャオティック、より高い摩擦が分離に耐性がより)。 飛行中に配置された典型的なアジロンでは、それは頻繁にその境界線が長さに及ぶ影響が、その程度である。

境界層分離機構

分離は表面が低下するの近くの気流の運動量がゼロおよび逆の方向に、引き離する外的な流れを引き起こします。これは低圧の循環の地帯を-分離された区域作成します---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

主アイロロンの幾何学的な変数 境界層の行動に影響を及ぼす

エンジニアは、アレンロン上の境界層を制御するために、いくつかの幾何学的変数を操作します。次のパラメータは最も影響力があります。

弦長とそのトレードオフ

アイロンのコードの長さ(ヒンジラインから端を追跡するために測定)は、境界層が旅行しなければならない距離を決定します。 長角のアイリロンは、より大きな圧延権限を提供しますが、また、露出した表面領域を増加させ、より高い皮膚摩擦ドラッグにつながります。 より重要なことに、より長いコードは、特に大きな偏向角度で、より厚く、分離する境界層を与えます。 長方位の分離を緩和するために、設計者またはリフォームされたレイターは、またはリフォームされたレイターを組み換えることができます。

アスペクト比とスパーニズウェイフロー

アジレンロン(面積によって分岐するスパンスクエア)のアスペクト比は、チップの利息と多角的な圧力勾配に影響します。 高アスペクト・ラチオ・アリロン(長さと狭い)は、根の近くでより効果的に取り付けられたフローを維持する傾向がありますが、そのヒントは、強いクロスフローによる早期の分離に傾向があります。 低アスペクト・ラチオ・アリロン(ショート&スチュビー)は、投与された3次元の影響を受けているため、それらは、より小さい範囲で発生する傾向がありますが、それらは、それらはしばしば、より小さい範囲で発生する傾向があります。

リードとトレイルリングエッジ形状

主要なエッジの形状は、初期の圧力勾配を設定しているため、重要です。 丸みのあるリードエッジは、空気の流れを促進し、表面を滑らかに加速し、即時の分離の可能性を減らします。 鋭いリードエッジ(多くの場合、薄くて高速のアイルロンに見つけられます)は、再アタッチェが、それでもドラッグを追加する狭い分離泡を作り出すことができます。 エッジ形状を追跡:鈍いエッジは、エッジが壊れたエッジが、中央のクァルムール通りを敷き、鋭いエッジを敷きながら、鋭いエッジを敷くことができます。

表面輪郭およびカムバー

アリロンは平板ではありません。それらは、表面に沿って圧力分布に影響を及ぼす厚さ分布とエアロ弾性のねじれを持っています。 キャンバー(平均線の湾曲)は、ゼロリフト角度と有害勾配の重症度に影響を及ぼします。 カムベリルロンは、表面圧力がより徐々に構築されるため、対称的な1よりも高い偏向で取り付けられたフローを維持することができます。 さらに、テーパープランフォーム(ルートからルートを分割して、チップを分割して、チップを分割して、チップを分割することができます)。

ドラッグコンポーネントの分離フローの影響

アリロンにドラッグすると、主に皮膚の摩擦ドラッグとフォーム(圧力)ドラッグで構成されています。分離されたフローは、分離点の背後にある低圧領域を作成することによって、圧力ドラッグを劇的に増加させます。これはフォームドラッグとして知られており、大きな偏向角度で全体のドラッグの過半数を表すことができます。さらに、分離はしばしば無着であり、構造疲労や極端な場合にフラッタを引き起こす可能性がある力を変動させる。

圧力ドラッグ対摩擦ドラッグ

境界層が取り付けられたとき、アレンロン上の圧力分布は比較的バランスが取れます。ドラッグペナルティは皮膚の摩擦から来ます。分離が起こると、下流側の圧力が大幅に低下し、ネットフォースの反対の動きを作成します。圧力ドラッグのの大きさは、完全に分離されたアレンロンの皮膚の摩擦よりも5〜10倍高いです。そのため、航空機設計者はロール操縦中に効率を維持するために分離を防ぐことを優先します。

翼面と干渉がドラッグ

アイレロンは分離で動作しません。そのジオメトリは、隣接するウィングセクションのフローにも影響します。アイレロンジオメトリが初期の分離を引き起こした場合、分離されたウェイクは、ウィングの末尾に干渉し、ウィング・アイレロンの組み合わせの全体的なドラッグを増加させます。ギャップエフェクト - 翼とアイロロンヒンジラインの間のスロット - ならびにまた、変更層の発達。適切に設計されたギャップは、境界線を活性化することができますが、それらは、それらは、重みおよび複雑さを増量します。

アリロン幾何学のための最適化戦略

エアロダイナミクスは、いくつかの設計慣行を使用して、分離とアレンロンのドラッグを最小限に抑えます。

可変的なカムバーおよび移動表面

現代のコンセプトは、飛行中に曲率を変更できる適応型アシロロンを探索します。 カムバーを継続的に調整することにより、境界層はより広いずれ範囲に取り付けることができます。 モルフィング構造は、多くの場合、形状記憶合金または空気作動アクチュエータを使用して、アシロの末尾を滑らかに屈折させ、分離をトリガーする急な圧力勾配を減らすことができます。 このようなシステムは開発中はまだありますが、それらは前方ドラッグの表面の制御の方向を表しています。

渦発生器およびフロー制御装置

小さな羽根やタブは、アイロンの先端付近に配置された境界層を活性化することができます。 境界層を活性化させることができ、高額の外流を混合することにより、表面に近いスロー移動の流れを回転させます。 これらの渦発生器の遅延分離、シャープなドラッグ上昇なしでより高い偏向角度を可能にします。 しかし、彼らは必要とされていないときに、寄生虫のドラッグを追加します、従って引き込み可能なまたは受動バージョンが時々使用されます。 同様に、空気のジェットを介してアクティブなフロー制御(ジェットまたは発熱)、または局層を活性化することができます。

計算式流体力学(CFD)の最適化

Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)やLarge Eddy Simulation(LES)などの近代的な高忠実度CFDコードでは、エンジニアはアイロル形状を迅速に反復することができます。 飛行封筒を渡る転がり瞬間の効率を組み合わせ、ペナルティをドラッグするコスト機能を最大限に活用することで、最小限の分離で形を導きます。 例えば、パラメトリック研究では、チップのわずかなねじれが0.5°の上昇が、数回のドラッグで10%の遅延を遅らせることができることを示すかもしれません。

アリロン幾何学的デザインにおける事例

ボーイング787ドリームライナーアイレンの設計は、現代の慣行を示しています。それらは、分離を避けるために、偏向角度を制限する、サブTREAMの追跡エッジとアクティブフライバイワイヤー制御を備えた高アスペクトレイロンのプランフォームを備えています。 対照的に、エアバスA380は、高揚期のアレロン構成を採用し、低速のスピードで取り付けられた境界層を保ちます。 軽微なエッジは、CREBUSは、単に高速な航空機を切断するような高速な速度を駆動するいくつかの高速なプロセスを使用することができます。

将来の傾向:境界層の摂取と分散制御

航空機は、アレンロンがエヴォンと合併する混合翼体とテールレス設計に進化しています。 これらの構成では、アイルロンの幾何学は、彼らがトレイルリングエッジの大きな部分に及ぶので、より慎重に最適化されなければなりません。 組み込みファンや吸引スロットを介して、 の境界層の摂取]の研究は、それが分離する前に、物理的に低量の流れを削除することができ、しかし、そのようなシステムは、複合体を追加し、より小さな動作を分散させることができる。 したがって、各々の動作が少ない機能が、より小さい動作を分散することを可能にする。

コンテンツ

アリロン幾何学は境界層の分離および終えられた引き裂きので一次変数です。 chordの長さ、アスペクトの比率、一流の端の湾曲およびカムバーを注意深く設計することによって、エンジニアはより低いドラッグ、よりよい制御応答および改善された燃料効率の広範な範囲上の付けられた流れを維持できます。 適応性材料、活動的な流れ制御および高い繊維のシミュレーションの提供の継続された進歩は更に改善します。

境界層制御技術に関するより深い読書については、 ]] の と ] のこの検証を参照してください。 実際の空力設計ガイドラインについては、 ]] の NASA の空力学リソース は貴重な参考文献です。