У квесті для коли-небудь-фратературної ефективності та продуктивності аеронавтичні інженери безперервно рефінують форму повітряних крил, щоб мінімізувати аеродинамічний перетягування. Серед найбільш ефективних і широко прийнятих дизайнерських особливостей є гофрований крила. Характеризується поступовим зниженням довжини акорду від кореня (де вона відповідає фюзеляжу) до кінчика, гофрований планформ є кутовим елементом сучасного літака. Ця стаття досліджує аеродинамічні принципи за гофрованими крилами, їх значна роль у зниженні, а більш широкі переваги, які приносять до виконання літаків.

Що таке стрічка?

Стрілька гофрована є одним, в якому довжина акорду - відстань від провідного краю до краю причепа -димінішів по ходу кореня до кінчика. Це створює форму, яка може діапазонуватися від ніжної трапеції до ближнього трикутника. Ступінь гойдалки часто виражається як співвідношення конфорок (тип акорду розділений кореневим акордом). Прямокутна крильця має співвідношення конструктиви і виробництва, в той час як високо гофрований крило може мати відношення 0.2 або нижчий. Більшість сучасних підсонних комерційних і загально авіації літаків включають деякі ступінь гойлера, балансування ееродинамічної ефективності з структурними і виготовлення протипоказань.

Стрічка з стрічкою - це не сучасний винахід. Ранні піонери, як брати правильних, використовували форму стрічкою в своїх крилах, а концепція була додатково вишукана з розвитком еліптичних крильця на літаках, таких як супермаринний вогонь, який запропонував виняткову аеродинамічну ефективність. Однак еліптичні крила є складними і дорогими для будівництва. Стрічкові крила забезпечують відмінну практичну апроксимацію ідеального розподілу ліфтів, що забезпечує набагато більше продуктивності, що отримують з далеким простеженням будівництва.

Аеродинаміка Драго

Для того, щоб оцінити, як гофровані крила зменшують перетягування, важливо розуміти два первинні види перетягування, що впливають на літак: індукований перетягування і паразитичне перетягування. Induced drag] є наслідком створення ліфта. Як крила виробляє ліфт, він створює крильця вихрестя - розсіяні маси повітря, які спонукають внизу потоку за крилом. Ця порошкова мийка затягнення підтягового вектора заднього боку, створюючи перетяг компонент. Індукований перетягування є неодно пропорційним для сприйняття і сильно впливає на планформу крила [F2:]

Як Стрічка крила знизити збитий перетягування

Основна перевага гофрованої крильця полягає в її здатності розподіляти підйомник більш ефективно по всій прольоті. Ідеальне крило дозволить виробляти еліптичне розподілу ліфта, де підйомник на одиницю спини варіюється в еліптично від кореня до кінчика. Цей розподіл мінімує індукований перетягування для заданої прольоти і ліфта. Елліптичне планування (наприклад, піт вогонь) досягає цього природно, але добре продумане гофрування з прямим провідним або причепним крайом може стати дуже близько до цього ідеального.

Еліптичний розподіл ліфтів

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.

Хронічні ворти та їх зменшення

Вінгтип вихрові засоби найбільш виражені, коли відбувається швидке зміна підйому біля кінчика. Стрічка крила плаває цей перехід. Тому що кінчик акорд менший, коефіцієнт місцевого підйому (підйомник на одиницю площі) нижче, а різниця тиску між верхніми і нижніми поверхнями знижується. Це призводить до більш слабких вихрестів, які переводять безпосередньо в менш індукований перетягування. Багато сучасні літаки також об'єднують гойдалки з крилами або іншими наконечниками, щоб додатково зменшити вихровий перетягування.

Інші аеродинамічні та структурні переваги

За рахунок індукованої скорочення перетягів, гофровані крила пропонують кілька додаткових переваг, які сприяють загальному ефективній роботі літаків.

Покращені характеристики

Висока поведінка є критичною для безпеки. На прямій, незламане крило, концентрувати часто починається при вкорінні і прогресує вперед, забезпечуючи фуршет і айронова ефективність, як розвивається консоль. Це бажано, тому що пілот зберігає контроль рулону. Стрічкові крила, однак, як правило, мають більший локальний кут атаки на кінчику через знижений акорд. Якщо не ретельно спроектований, концентрований може ініціуватися на кінчику, що викликає втрату асинхронного контролю і потенційного свербіжного падіння. Щоб протидіяти це, дизайнери включають миття - геометричний привідхідний відносний кут, що знижує кут миття.

Структурні заощадження ваги

Стрілка гофрована може бути більш легкою, ніж прямокутна крильця тієї ж і тієї ж площі. Час вигину в корені найсильніший; гофрована крильця знижує акорд (і тому повітряне навантаження) біля кінчика, знизивши момент вигину. Це дозволяє крило шип і шкіра бути більш світлим, зберігаючи структурну вагу. Крім того, корінь, де крило приєднується до фюзеляжу, може бути більш глибоким і товстим, щоб вміст навантаження більш ефективно. Ця структурна оптимізація є основною причиною, чому гомілки є непристойними на комерційні струмки.

Зменшений параситичний перетягування через вищий аспект Ratio

Оскільки гофроване крило дозволяє більш довго пропускати для даної ділянки (або рівноцінно, більш високий коефіцієнт аспекту) без зайвого навантаження на кінчик, він дозволяє дизайнерам збільшити співвідношення сторін, що перевищує дозвіл на прямокутне крило. Вищі співвідношення сторін, властиві зменшити індукований перетягування, що робить крило ще більш ефективним. Крім того, гофрований крило може зменшити змочену ділянку на кінчику, злегка знизити тертя шкіри перетягування.

Торгівля-відправлення та проектування

При стрічці крильця пропонують суттєві переваги, вони не позбавлені компромісів. Конструкція високопрограного крила вимагає ретельної інженерії, щоб уникнути наконечника стійкою і управління навантажим шляхом. Витрати на виготовлення можуть бути вищими через різний акорд і необхідність точного фігурного реберця і шкури. Крім того, високо стрімаються крила (з дуже низькими співвідношеннями конфорок) можуть відчувати піт-прогностування при високих кутах атаки, явище, пом'якшене обережним погодженням і додаванням крилових парканів або інших пристроїв.

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.

Сучасні приклади та застосування

Поруч кожен літак струменя транспорту в сервісі сьогодні має гофровані крила. Боуінг 737 сімейства, наприклад, використовує помірний гойдалка, поєднаний з крилами на нових варіантах, щоб досягти високої ефективності палива. Airbus A320 серії також використовує гофрований крило з відмінною ковткою і високо оптимізованим розподілом підйому. У загальній авіації, як Cessna 172 мають крила з невеликим стрічкою, а більш прогресивні конструкції, як Cirrus SR22 використовує виражену стрічку для підвищення продуктивності.

Військовий літак також пропонує перевагу. F-16 Fighting Falcon використовує блендерний wing-body з суттєвим стрічкою для досягнення надзвукової продуктивності при підтримці підсонної ефективності. Стрічка здатність крила зменшити перетягування через широкий діапазон швидкості робить його універсальним вибором. Навіть останнє покоління літаючих літаків, таких як B-2 Spirit, включаючи стрічкою в їх загальну схему, щоб мінімізувати перетягування і радіолокаційної підпису.

Висновок

Стрічкові крила конструкції залишаються фундаментальним інструментом в аеронавтик інженера для зменшення швидкості та підвищення ефективності повітряних суден. Сприяє більш еліптичному розподілу ліфтів, вони значно зменшують індукований перетягування, що призводить до зниження споживання палива, більш тривалого діапазону і зниженню впливу навколишнього середовища. Поєднання з структурними перевагами і потенціалом для поліпшення міцних характеристик при правильно розроблених, гофрованих крилах пропонує збалансований компроміс між аеродинамічною чистотою і практичною спорудою. Як промисловість рухається до будь-якого більш ефективного і сталого літака, гомілка крильця буде продовжувати бути ключовою особливістю повітряних рамок, які з'єднують наш світ.

Для подальшого читання на крило аеродинаміки NASA Glenn Research Center забезпечує освітні ресурси на підйомі та перетягування, а FAA Pilot's Handbook of Aeronautical Knowledge] пропонує поглиблений вигляд на принципах крилових конструкцій.