Генератор вихрей - Vortex generator

Вихревые генераторы Micro Dynamics на вторичном рынке, установленные на крыле Cessna 182 K
Набросок, описывающий, как генераторы вихрей улучшают характеристики потока
1967 Модель Cessna 182 K в полете, демонстрирующий неработающие вихревые генераторы на передней кромке крыла
ТА-4СУ Супер Скайхок показывающий ряд вихревых генераторов на наклонной планки передней кромки.
В Симфония СА-160 был спроектирован с двумя необычными вихревыми генераторами на крыле для обеспечения эффективности элеронов через стойло.

А генератор вихрей (VG) является аэродинамический устройство, состоящее из небольшого флюгер обычно прикрепляется к подъемной поверхности (или профиль, например, крыло самолета )[1] или лопасть ротора ветряная турбина.[2] VG также могут быть прикреплены к какой-либо части аэродинамического транспортного средства, например к фюзеляжу самолета или автомобиля. Когда профиль или тело движется относительно воздуха, VG создает вихрь,[1][3] который, удаляя часть медленно движущегося пограничного слоя, контактирующего с поверхностью профиля, задерживает локальное разделение потока и аэродинамическое сваливание, тем самым повышая эффективность крыльев и поверхности управления, Такие как закрылки, лифты, элероны, и рули.[3]

Метод работы

Генераторы вихрей чаще всего используются для задержки разделение потока. Для этого их часто размещают на внешних поверхностях транспортных средств.[4] и лопасти ветряных турбин. И на самолетах, и на лопастях ветряных турбин они обычно устанавливаются довольно близко к передней кромке лопасти. крыло для поддержания равномерного воздушного потока над поверхностями управления на задней кромке.[3] VG обычно имеют прямоугольную или треугольную форму, примерно такую ​​же высоту, как и местные пограничный слой, и идут по размаху обычно около самой толстой части крыла.[1] Их можно увидеть на крыльях и вертикальных хвостах многих авиалайнеры.

Генераторы вихрей расположены под наклоном, так что они имеют угол атаки относительно местного воздушного потока[1] чтобы создать концевой вихрь, который втягивает энергичный, быстро движущийся внешний воздух в медленно движущийся пограничный слой, контактирующий с поверхностью. Турбулентный пограничный слой с меньшей вероятностью отделяется, чем ламинарный, и поэтому желателен для обеспечения эффективности управляющих поверхностей задней кромки. Генераторы вихрей используются для запуска этого перехода. Другие устройства, такие как вортилоны, передовые расширения, и передние манжеты,[5] также задерживают отрыв потока при больших углах атаки за счет повторного включения пограничного слоя.[1][3]

Примеры самолетов, которые используют VG, включают ST Aerospace A-4SU Super Skyhawk и Симфония СА-160. Для трансзвуковых конструкций со стреловидным крылом VG снижают потенциал шок проблемы (например, Лунь, Блэкберн Буканьер, Глостер Джавелин ).

Послепродажная установка

Многие самолеты оснащены лопастными вихревыми генераторами с момента их производства, но есть также поставщики вторичного рынка, которые продают комплекты VG для улучшения STOL производительность некоторых легких самолетов.[6] Поставщики послепродажного обслуживания заявляют: (i) что VG понижают скорость сваливания и скорость взлета и посадки, и (ii) что VG повышают эффективность элеронов, рулей высоты и рулей направления, тем самым улучшая управляемость и безопасность на низких скоростях.[7] Для самодельных и экспериментальных китпланы, VG дешевы, экономичны и могут быть быстро установлены; но для сертифицированных авиационных установок, сертификация затраты могут быть высокими, что делает процесс модификации относительно дорогим.[6][8]

Владельцы устанавливают VG на вторичном рынке в первую очередь для получения преимуществ на низких скоростях, но недостатком является то, что такие VG могут немного снизить крейсерскую скорость. В тестах, проведенных на Cessna 182 и Пайпер ПА-28-235 Чероки, независимые обозреватели зафиксировали потерю крейсерской скорости от 1,5 до 2,0 узлов (от 2,8 до 3,7 км / ч). Однако эти потери относительно невелики, так как крыло самолета на высокой скорости имеет небольшой угол атаки, что снижает сопротивление VG до минимума.[8][9][10]

Владельцы сообщают, что на земле может быть труднее очистить снег и лед с поверхностей крыла с помощью VG, чем с гладкого крыла, но VG, как правило, не склонны к обледенению в полете, так как они находятся в пограничном слое воздушного потока. VG также могут иметь острые края, которые могут порвать ткань обшивки планера, и поэтому могут потребоваться специальные покрытия.[8][9][10]

Для двухмоторных самолетов производители заявляют, что VG снижают скорость управления одним двигателем (VMCA ), увеличивают нулевой расход топлива и полную массу, улучшают эффективность элеронов и руля направления, обеспечивают более плавную езду в турбулентности и делают самолет более устойчивой инструментальной платформой.[6]

Увеличение максимальной взлетной массы

Некоторые комплекты VG, доступные для легких двухмоторных самолетов, могут позволить увеличить максимальная взлетная масса.[6] Максимальная взлетная масса двухмоторного самолета определяется конструктивными требованиями и требованиями к характеристикам набора высоты для одного двигателя (которые ниже для более низкой скорости сваливания). Для многих легких двухмоторных самолетов требования к характеристикам набора высоты с одним двигателем определяют меньшую максимальную массу, а не конструктивные требования. Следовательно, все, что может быть сделано для улучшения характеристик набора высоты при неработающем одном двигателе, приведет к увеличению максимальной взлетной массы.[8]

В США с 1945 г.[11] до 1991 года,[12]Требование набора высоты с одним неработающим двигателем для многомоторных самолетов с максимальной взлетной массой 6000 фунтов (2700 кг) или меньше было следующим:

Все многомоторные самолеты, имеющие скорость сваливания. скорость более 70 миль в час должна иметь постоянную скорость набора высоты не менее в футах в минуту на высоте 5000 футов при неработающем критическом двигателе, а остальные двигатели работают не более чем на максимальной продолжительной мощности, неработающий гребной винт в положении минимального сопротивления, шасси убрано, закрылки в наиболее благоприятном положении ...

куда это торможение скорость в посадочной конфигурации в милях в час.

Установка вихревых генераторов обычно может привести к небольшому снижению скорости сваливания самолета.[4] и, следовательно, снизить требуемые характеристики набора высоты при неработающем одном двигателе. Уменьшение требований к характеристикам набора высоты позволяет увеличить максимальный взлетный вес, по крайней мере, до максимального веса, разрешенного конструктивными требованиями.[8] Увеличение максимального веса, допустимого конструктивными требованиями, обычно может быть достигнуто путем указания максимальный нулевой вес топлива или, если максимальный нулевой вес топлива уже указан как одно из ограничений самолета, путем определения нового более высокого максимального веса нулевого топлива.[8] По этим причинам комплекты вихревых генераторов для многих легких двухмоторных самолетов сопровождаются уменьшением максимального веса без топлива и увеличением максимального взлетного веса.[8]

Требование к скорости набора высоты при неработающем одном двигателе не применяется к однодвигательным самолетам, поэтому увеличение максимальной взлетной массы (на основе скорости сваливания или конструктивных соображений) менее значимо по сравнению с аналогичными показателями для близнецов 1945–1991 гг.

После 1991 года требования сертификации летной годности в США определяют требование набора высоты с одним неработающим двигателем как градиент, не зависящий от скорости сваливания, поэтому у генераторов вихрей меньше возможностей увеличить максимальную взлетную массу многомоторных самолетов, сертификационная основа которых FAR 23 с поправкой 23-42 или новее.[12]

Максимальный посадочный вес

Поскольку посадочная масса большинства легких самолетов определяется конструктивными особенностями, а не скоростью сваливания, большинство комплектов VG увеличивают только взлетную массу и нет посадочная масса. Любое увеличение посадочной массы потребует либо структурных изменений, либо повторных испытаний самолета с более высокой посадочной массой, чтобы продемонстрировать, что требования сертификации по-прежнему выполняются.[8] Однако после продолжительного полета могло быть израсходовано достаточное количество топлива, в результате чего самолет снова оказался ниже допустимой максимальной посадочной массы.

Снижение шума самолета

Генераторы вихрей использовались на нижней стороне крыла. Семейство Airbus A320 самолет для снижения шума, создаваемого воздушным потоком через круглые отверстия для выравнивания давления в топливных баках. Lufthansa утверждает, что таким образом можно добиться снижения уровня шума до 2 дБ.[13]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Пепплер, И.Л .: С нуля, стр. 23. Aviation Publishers Co. Limited, Оттава, Онтарио, двадцать седьмое пересмотренное издание, 1996 г. ISBN  0-9690054-9-0
  2. ^ Вихревые генераторы ветряных турбин, Решения UpWind.
  3. ^ а б c d Микроаэродинамика (2003). «Как работают Micro VG». Получено 2008-03-15.
  4. ^ а б Клэнси, Л.Дж. Аэродинамика, Раздел 5.31
  5. ^ Наклонная передняя кромка представляет собой «разрыв, вызывающий вихри», в статье SAE 2000-01-1691 «Развитие сопротивления вращению для малых самолетов».
  6. ^ а б c d Микроаэродинамика (2003). «Генераторы микровихря для одно- и двухмоторных самолетов». Получено 2008-03-15.
  7. ^ «Земля короче! Преимущества». Landshorter.com. 1970-01-01. Получено 2012-10-09.
  8. ^ а б c d е ж грамм час Буш, Майк (ноябрь 1997 г.). «Генераторы вихрей: пластыри или магия?». Получено 2008-03-15.
  9. ^ а б Псутка, Кевин, Генераторы микровихря, COPA Flight, Август 2003 г.
  10. ^ а б Киркби, Боб, Генераторы вихрей для Cherokee 235, COPA Flight, Июль 2004 г.
  11. ^ Гражданские воздушные правила США, часть 3, §3.85a
  12. ^ а б Федеральные авиационные правила США, часть 23, §23.67, поправка 23-42, 4 февраля 1991 г.
  13. ^ Более 200 самолетов Lufthansa A320 станут тише. В архиве 2014-05-04 в Wayback Machine Проверено 4 мая 2014 г.
  • Кермод, A.C. (1972), Механика полета, Глава 11, страница 350 - 8-е издание, Pitman Publishing, Лондон ISBN  0-273-31623-0
  • Клэнси, Л.Дж. (1975), Аэродинамика, Pitman Publishing, Лондон ISBN  0-273-01120-0

внешняя ссылка