Как система переменного развала A350 снижает лобовое сопротивление?

Просто любопытно, как A350 снижает лобовое сопротивление/расход топлива, слегка выдвигая закрылки во время полета. Все, что я читал о выпуске закрылков, говорит о том, что при их выпуске центр давления смещается назад. Это вызывает момент тангажа, что означает, что вам нужно увеличить угол атаки, но это негативно влияет на лобовое сопротивление и расход топлива (команда увеличения тангажа увеличивает прижимную силу от хвостового оперения, что приводит к увеличению эффективного веса самолета, который для компенсации требуется еще более высокий угол атаки, что также увеличивает индуктивное сопротивление).

Вот как это работает согласно ( Инструктаж по кабине экипажа и системам A350 для пилотов ).

Дифференциальная установка закрылков и переменный развал

Дифференциальная установка закрылков и переменный развал позволяют оптимизировать нагрузки и сопротивление крыльев.
Небольшие отклонения закрылков (максимум 4°) симметрично или асимметрично позволяют автоматически:

  • Оптимизируйте изгиб крыла, чтобы уменьшить нагрузку на крыло и сопротивление.
  • Выполните оптимизированную функцию боковой обрезки.
Подробностей точно не помню, поэтому напишу в комментариях. Тем не менее, я думаю, что рассуждение имеет смысл. Я когда-то слышал разговор об этом, когда был стажером в Airbus на эту тему, и я, если правильно помню, упоминалось, что вместо того, чтобы вращать весь самолет, чтобы достичь правильного угла атаки самолета во время крейсерского полета, они удлиняли бы слегка хлопает. Сделав это, можно было сохранить фюзеляж более горизонтальным и уменьшить лобовое сопротивление, создаваемое фюзеляжем.

Ответы (3)

Хеннинг Штрюбер, один из инженеров Airbus, стоящих за этой системой, написал о ней статью .

В круизе:

Это можно применять на ранних этапах полета, чтобы сместить центр подъемной силы ближе к борту и тем самым уменьшить изгибающий момент корня крыла, который может быть преобразован в снижение веса конструкции.

Самолет, который можно сделать легче, будет иметь меньшее лобовое сопротивление [при той же полезной нагрузке].

Для тяжелого и/или горячего и высокого взлета:

В конфигурации с большой подъемной силой может быть достигнуто распределение подъемной силы с большей внешней нагрузкой, чтобы уменьшить индуктивное сопротивление во время взлета.

Как это работает, смотрите здесь . Ответ @PeterKämpf подтверждает, что подвесная нагрузка требует тяжелого крыла относительно всей массы (законы масштабирования работают для насекомого, но не для альбатроса или самолета). Таким образом, эти два режима могут показаться противоречащими друг другу: если крейсерская система позволяет использовать более легкое крыло, то как это более легкое крыло может обеспечить большую подъемную силу при тяжелом взлете?

Ключевым здесь является учет порывистых нагрузок в крейсерском режиме, которые меньше при взлете. (Спасибо @PeterKämpf за это понимание; см. комментарий ниже.)

Экономия веса происходит не за счет статических нагрузок в полете, а за счет ожидаемых порывистых нагрузок (плюс статическая нагрузка, конечно). Они меньше во время взлета, поэтому можно допустить больший изгибающий момент от корпуса статического подъема.

Просто дополняю ответ @ares, который довольно хорош и относится к основному эффекту. Я хотел бы сослаться на еще один «вторичный» эффект, который подразумевает также снижение лобового сопротивления.

При проектировании самолета конструкция проектируется с учетом нескольких факторов, одним из которых является максимальная нагрузка, которой может подвергаться самолет.

Airbus разработал систему, которая во время полета оптимизирует нагрузки на крыло. Скажем, например, что без системы переменного изгиба у нас есть определенная максимальная нагрузка (скажем, A). Используя систему переменного изгиба, самолет способен уменьшить нагрузку A (возможно, увеличив лобовое сопротивление) до B (при этом B < A).

Таким образом, при проектировании конструкции, предполагая, что будет использоваться система переменного изгиба, самолет будет использовать B в качестве расчетной точки, а не A. Поскольку B < A, размер и вес конструкции с системой переменного изгиба будет легче.

Более легкая конструкция будет означать меньшую необходимую подъемную силу и, следовательно, меньшее сопротивление, создаваемое для достижения такой подъемной силы. Итак, с точки зрения оптимизации конструкции, система переменного изгиба, по сути, обеспечивает новые конструктивные переменные, которые позволят лучше оптимизировать самолет, уменьшая лобовое сопротивление.

По сути, @ares правильно описал «активный» механизм, а я описал «пассивный».

Спасибо, Требия! Все еще не уверен, что я получаю основы. Если бы вы могли взглянуть на вопросы, которые я задал Аресу, я был бы признателен!
Ваш 4-й абзац выглядит так, как будто его обрезали: "As B"...
@FreeMan, спасибо, я использовал символ, на самом деле использовал все, что позади, в качестве комментария.

Короче говоря, существует два вида сопротивления: профильное сопротивление и индуктивное сопротивление. Можно сказать, что сопротивление профиля состоит из сопротивления вязкости и сопротивления ударной волны (эти два сопротивления часто взаимодействуют). Индуктивное сопротивление является результатом локальных эффективных скоростей на крыле из-за вихревой циркуляции. Я не знаю, каков ваш фон, и поэтому я не буду вдаваться в подробности. Я просто упомяну, что, если вы хотите упростить вещи, сопротивление профиля можно рассматривать как сопротивление, которое будет иметь 2D аэродинамический профиль, в то время как индуктивное сопротивление является мерой эффективности геометрии крыла. В действительности эти два типа сопротивления могут сильно взаимодействовать, когда удлинение крыльев невелико.

Например, хорошо известно, что эллиптические распределения нагрузки на пролет являются оптимальными (когда целью является индуктивное сопротивление). Эту «эллиптическую размаховую нагрузку» можно воспроизвести, если вы спроектируете крыло, состоящее из i) постоянной хорды с эллиптическим распределением крутки, ii) эллиптического распределения хорды с постоянной круткой, iii) комбинации крутки и хорды, дающей эллиптическое распределение.

Что говорит AIRBUS, так это то, что мы можем изменять хорду в полете, чтобы оптимизировать пролетную нагрузку и изгибающий момент корня. Что они на самом деле делают, говоря простым языком, так это оптимизируют индуктивное сопротивление и, возможно, управление, т.е. устойчивость и управление полетом, изменяя распределение хорды. Теперь, если вы измените изгиб, вы также оптимизируете сопротивление профиля (поскольку изгиб — это свойство 2D аэродинамического профиля) и скручивание (в смысле аэродинамического скручивания). Для коммерческих самолетов, летающих в околозвуковых условиях, это означает, что изгиб развала модифицируется для уменьшения потерь на сопротивление ударной волны .

Пояснение : Аэродинамический скручивание относится к изменению развала по размаху. Часто более эффективно изменить форму аэродинамического профиля вдоль размаха, чем использовать тот же аэродинамический профиль под другим углом.

Если вы хотите получить более подробную информацию, пожалуйста, дайте мне знать.

Спасибо, Арес. Я все еще не уверен, что полностью понимаю. Как A350 может уменьшить индуктивное/паразитное сопротивление путем выпуска закрылков/увеличения развала? Насколько я понимаю, закрылки увеличивают поток вниз, что снижает эффективную альфа крыла, давая дополнительный, обращенный вниз по потоку, компонент аэродинамической силы, действующей на все крыло, которая отклоняет вектор подъемной силы назад и вызывает индуктивное сопротивление. То же самое с небольшим увеличением хорды / площади крыла + уменьшением удлинения. Насколько я читал в ресурсах пилотов, выпущенные закрылки вообще не увеличивают топливную экономичность.
В A330 у них есть бак дифферентовки, который удерживает ЦТ в пределах 2% от предела кормовой части, и я вижу, как это экономит топливо. самолет легче), что уменьшает требуемую альфу для данного веса. Это снижает индуктивное сопротивление, увеличивает TAS и снижает расход топлива. Я понимаю, что у A350 сначала сжигается топливо центрального бака для аналогичного эффекта, но небольшое выдвижение закрылков смещает ЦП назад и увеличивает поток вниз, что, насколько я понимаю, имеет противоположный и отрицательный эффект.
Очевидно, что в действительности это не так, потому что, если бы это имело негативный эффект, они бы не проектировали такую ​​систему. Поэтому мне любопытно, какую концепцию я неправильно понимаю или упускаю. В настоящее время готовлюсь к экзаменам ATPL, и я постоянно зацикливаюсь на этом вопросе, когда пересматриваю принципы полета. Меня не спросят об этом на экзамене или что-то в этом роде, но меня беспокоит, что то, чему меня учат в наземной школе, не может объяснить, как эта система улучшает аэродинамику 350-го.
@Speedalive Слишком много комментариев/вопросов! Я постараюсь ответить на них... Итак, "Каким образом А350 может уменьшить индуктивное/паразитное сопротивление путем выпуска закрылков/увеличения развала?" Я думаю, что описал весь процесс в своем ответе. Если вы не уверены, я должен привести уравнения, но я думаю, что это уже слишком. Дело в том, что это индуцированное поле скоростей зависит от того, что происходит на всем крыле. Таким образом, играя с развалом и распределением хорды, вы можете «приспособить» нагрузку к каждому конкретному полету.
@Speedalive Если вы хотите лучше понять это, хороший способ начать - это теория подъемной линии Прандтля, если у вас есть базовые знания в области аэродинамики.
@Speedalive Я не полностью осведомлен о деталях самолета. Мои ответы касаются проблемы с общей точки зрения аэродинамики. Для любой конфигурации (положение хвоста, топливных баков, двигателей, моментов фюзеляжа, бла-бла-бла) все сводится к тому, каковы оптимальные коэффициенты подъемной силы, лобового сопротивления и момента.
@Speedalive Для конкретной конфигурации вы ограничиваете свое крыло работой в определенный момент, который снова зависит от размаха. Так, в полете, поскольку ЦТ может двигаться из-за сгоревшего топлива, потребный моментный коэффициент изменяется. Это можно использовать, если вы можете изменить изгиб / поворот самолета в полете, чтобы получить более эффективное крыло. Теперь «оптимальным» является компромисс между общим сопротивлением, соображениями устойчивости, диапазоном движения механических частей (закрылков) и т. д.
@Speedalive Я сказал, что «все сводится к тому, каковы оптимальные коэффициенты подъемной силы, лобового сопротивления и момента», я имел в виду, что для коэффициентов крыла , поскольку механизм, о котором вы просите, представляет собой активное управление на крыле (выиграл стек не позвольте мне отредактировать комментарий через 5 минут...).
Как система переменного развала A350 снижает лобовое сопротивление?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v