Как убирание шасси в крыло влияет на летно-технические характеристики при развертывании?

Существуют две основные геометрические характеристики, влияющие на воздушный поток в упомянутой ситуации. С одной стороны у вас есть цилиндр с колесами на конце; с другой стороны при переходе у вас открытая полость.

Давайте поговорим о первом. На самом деле у вас есть цилиндр, летящий перпендикулярно скорости воздуха. Это своего рода каноническая задача гидродинамики, об этой задаче написано много литературы, но для объяснения эффекта я хотел бы взять простой пример, который я взял с веб-сайта, бесконечный двумерный цилиндр. Для этого я включаю это изображение обтекания цилиндра:

Примечание для специалистов по гидродинамике: это не имеет значения, если число Рейнольдса (Re) составляет около 10 000, но для понимания концепции достаточно.

Итак, представьте, что мы разрезаем шасси перпендикулярно его длине и визуализируем поток.

Что мы видим?

Две главные вещи....

• Глядя на линии потока, они почти не затрагиваются, на расстоянии 3-4 диаметра от цилиндра перпендикулярно направлению потока наблюдается очень локальное влияние наличия шасси.

  • Однако мы видим, что большое влияние на поток оказывает создание хаотических структур. Это приводит к значительному увеличению лобового сопротивления за шасси и любой поверхностью позади него.

В основном... малое влияние на красное направление и значительное влияние на синее. Отвечая на ваш вопрос, влияет на крыло в локальной области.

В любом случае влияние на подъемную силу отрицательно, поскольку поток локально ускоряется, уменьшая статическое давление под крылом, что приводит к снижению подъемной силы, но это локальный эффект. Это также влияет на распределение подъемной силы крыла и небольшое влияние на сопротивление... ниже, чем непосредственно создаваемое самим шасси.

Теперь .... полости, они имеют большее влияние, во-первых, потому что они имеют большую протяженность параллельно поверхности самолета (шасси идет перпендикулярно самолету, полость идет вдоль поверхности). Во-вторых, их поведение при течении различно, входит в полость и выходит за ее пределы. Я нашел эту веб-страницу очень хорошей в этом, но в основном поведение потока похоже на это изображение:

Я нашел несколько потоков, похожих на второй, но зависит от самолета. Вы можете видеть, что поток будет входить и выходить наружу и будет иметь большое влияние.

Наконец, самое большое влияние оказывается, когда самолет выпускает или убирает шасси, когда возникают изменяющиеся условия, которые трудно предсказать и которые влияют на динамику самолета. Обычно вы можете заметить это при посадке или взлете, при выпуске шасси вы испытываете значительную вибрацию на самолете.

Касательно ваших вопросов:

• Как шасси влияет на аэродинамику при выпуске и при выпуске?

Существует значительное увеличение сопротивления, небольшая подъемная сила, но также создается некоторое неустойчивое поведение, влияющее на общую механику самолета, создающее вибрации (во всяком случае, ничего еще не учтено).

• Отличается ли это для самолетов, шасси которых не убираются в крыло?

Я так понимаю, вы имеете в виду самолет с неубирающимся шасси. Эффект аналогичен, но обычно конфигурация старается избегать расположения шасси близко к крылу, так как, в конце концов, их не нужно убирать назад.

• Изменяет ли это критически важные характеристики при взлете или посадке, такие как скорость сваливания, оптимальная скорость набора высоты?

Ну, скорость сваливания обычно определяется кривой подъемной силы крыла и не так сильно зависит от шасси. Обычно ограничение находится на верхней стороне из-за разделения. Скорость набора высоты - это, по сути, тяга двигателя за вычетом сопротивления, сопротивление увеличивается, скорость набора высоты ниже. Вот почему самолеты убирают шасси как можно быстрее.

Основным эффектом шестерни является увеличение ее лобового сопротивления и тангажного момента из-за низкого расположения лобового сопротивления. Поскольку фиксированные передачи обычно более аэродинамичны, чем стойки убирающихся передач, эти эффекты менее выражены для фиксированных передач. Изменение другого момента возможно при уборке по направлению полета; затем включение передачи вызывает небольшое смещение центра тяжести.

Увеличение сопротивления является самым высоким во время развертывания передач, потому что открытые колесные арки создают дополнительное сопротивление. Обычно лобовое сопротивление выдвинутой стойки шасси, колесной тележки и колес является наибольшей частью, поэтому открытые колесные арки будут составлять примерно 30% от общего сопротивления. Точные значения сильно различаются в зависимости от расположения шестерни, направления втягивания и размера шестерни.

Влияние открытых дверей шасси на подъемную силу незначительно, а возможно, даже полезно. Таким образом, в целом они снижают L/D, не влияя на минимальную скорость полета. Более высокое сопротивление сдвигает оптимальные скорости для минимальной скорости снижения и наилучшего крейсерского режима к более низким значениям. Обратите внимание, что максимальная скорость ограничена, пока шестерня движется и находится в нижнем положении.

Сравните влияние на подъемную силу с разделенным закрылком: это также создает большое сопротивление и раздельный поток, но когда вы сравните эффективность закрылка (pdf!) , он даст большую максимальную подъемную силу, чем закрылок с одинаковым развалом. Сохраняя верхнюю поверхность неизменной, разделенный закрылок будет меньше влиять на распределение давления на верхней стороне и позволит увеличить подъемную силу.

В конце концов, подъемная сила создается за счет отклонения воздуха вниз. Если потоку препятствует нижняя сторона крыла, это больше помогает этому отклонению, чем препятствует ему. Однако это неэффективный способ увеличения подъемной силы - увеличение лобового сопротивления значительно, и по этой причине современные створки шасси остаются закрытыми, когда шасси не движется, за исключением тех, которые блокируются выпущенным шасси.

Обычно створки редуктора выступают в направлении потока, поэтому их блокирующий эффект незначителен и локален. Таким образом, их влияние на подъемную силу невелико.

Вращающиеся колеса создадут эффект гироскопа, который заставит самолет забавно реагировать , если пилот захочет внести небольшие коррективы.

Здесь есть о чем подумать.

Поскольку одна развернутая передача в основном действует как скоростной тормоз, многие новые самолеты GA работают над тем, чтобы позволить выдвигать передачу на полном крейсерском полете, чтобы шестерня могла удвоиться как скоростной тормоз, известный Diamond сделал это на своем новом близнеце и рассказывает об этом в мало видео. Так что с этой точки зрения они действуют как любое другое сопротивление, создающее воздушный разрыв.

Теперь давайте поговорим об обтекании крыла воздухом. В то время как крыло создает подъемную силу как единое целое, подъемная сила распределяется по длине крыла, как и воздушный поток. У большинства самолетов АОН (и у боевых птиц, которые вы изобразили) шасси находится ближе к борту. Развернутое шасси может создавать небольшой турбулентный поток во внутренней части крыла, но остальная часть крыла по-прежнему создает подъемную силу, пока шасси опущено и прерывает поток воздуха, возможно, создавая подъемную силу.

Что касается скорости, у вас есть Vs0, которая является вашей скоростью сваливания в посадочной конфигурации, которая может отличаться от вашей Vs, но должна быть подтверждена в вашем POH для каждого самолета. Я бы подумал, что с точки зрения конструкции инженеры должны убедиться, что крыло создает достаточную подъемную силу для взлета и посадки и безопасного полета с выпущенным шасси, но сосредоточить внимание в основном на аэродинамике с точки зрения поднятого шасси, поскольку это обычная настройка самолета. Вы также должны учитывать, что сопротивление снаряжения повлияет на характеристики набора высоты, поэтому вам нужно будет быстро поднять это снаряжение, когда вы летите.

Для меня основная часть этого вопроса касается влияния на подъемную силу крыла, а не на сопротивление. Я не знаю ответа на этот вопрос с технической точки зрения, но могу высказать следующие соображения: площадь, занимаемая колесами, составляет небольшой процент (примерно 2-5 %) от общей поверхности крыла. Даже на тяжелых самолетах каждый квадратный фут крыла поднимает лишь небольшую часть общего веса самолета. Это определяется как нагрузка на крыло самолета, см. https://en.wikipedia.org/wiki/Wing_loading .Больше подробностей. Таким образом, даже если опускание шасси полностью уничтожит подъемную силу этой области крыла (чего не будет, потому что это не похоже на дыру в крыле - крыло все еще там, просто не оптимальной формы), это было бы всего лишь добавлением несколько фунтов веса самолета и в результате этого ему приходится лететь под немного большим углом атаки.

Таким образом, мой вывод состоит в том, что наибольшее влияние при опускании шасси на любом самолете оказывает сопротивление, влияние на подъемную силу будет минимальным, а скорость сваливания обычно обеспечивается в POH в посадочной конфигурации в любом случае. Так что это не то, о чем обычно думает пилот. Самая большая проблема для пилота - это влияние на дифферент из-за положения сопротивления и дополнительной мощности, необходимой для преодоления дополнительного сопротивления.