Каковы преимущества и недостатки наклонного крыла перед поворотным?

Наклонное крыло и качающееся крыло предназначены для уменьшения лобового сопротивления в широком диапазоне скоростей за счет изменения стреловидности крыла. В то время как поворотное крыло для достижения этого вращает часть крыла, наклонное крыло вращает все крыло.

Первым серийным самолетом с крылом изменяемой стреловидности стал F111 Aardvark , а самым известным является F-14 Tomcat .

^{« Прототипы F-14 Tomcat в полете c 1972 г.» ВМС США - фото № 2011.003.301.027 Национального музея морской авиации ВМС США. Под лицензией Public Domain через Commons .}

Однако единственным полноразмерным самолетом с наклонным или поворотным крылом был NASA AD-1 , который был исключительно экспериментальным самолетом.

^{" AD-1 ObliqueWing 60deg 19800701 " НАСА - http://www1.dfrc.nasa.gov/Gallery/Photo/AD-1/HTML/ECN-15846.html . Под лицензией Public Domain через Commons .}

Сравнение между ними можно провести следующим образом:

1. Аэродинамика: наклонное крыло намного лучше аэродинамически совершено по сравнению с поворотным крылом и имеет меньшее сопротивление. Фактически АД-1 проектировался максимально приближенным к оптимальному для всех режимов полета. Кроме того, самолет был разработан с эллиптическим распределением подъемной силы для уменьшения индуктивного сопротивления. с другой стороны, самолет с изменяемой геометрией не давал каких-либо значительных преимуществ по сравнению с базовым самолетом с неподвижным крылом.

Однако асимметричное сваливание самолета с наклонным крылом может вызвать проблемы, поскольку одна сторона крыла стреловидна вперед, а другая сторона стреловидна назад.

2. Структура: Шарнир был, возможно, самой важной конструктивной частью в самолете с крылом изменяемой стреловидности. Шарнир должен иметь не только очень высокую надежность, но и способность выдерживать высокие аэродинамические нагрузки.

^{" Крыло изменяемой стреловидности Tornado Manching " от Sovxx - собственная работа. Под лицензией CC BY-SA 3.0 через Commons .}

В этом случае самолет с поворотным крылом лучше, чем самолет с наклонным крылом, так как величина нагрузки на шарнир значительно ниже.

Например, наклонный шарнир крыла должен воспринимать не только вес всего крыла самолета (самолеты с поворотным крылом обычно вращают только часть крыла), но и всю топливную нагрузку (количество топлива, перевозимого в изменяемой части). крыла значительно меньше). Кроме того, шарнир должен принимать на себя и нагрузку системы управления.

3. Управление и органы управления: Управление самолетом с поворотным крылом со временем стало ближе к управлению самолетом с неподвижным крылом. Однако управляемость AD-1 оказалась плохой, а необычные требования к дифференту и инерционная связь негативно повлияли на самолет .

Например, AD-1 требовался крен около 10 °, чтобы выполнить балансировку самолета без бокового скольжения при стреловидности крыла 60 °. Самолет также испытал сцепление по тангажу и крену и связанные с ним аэроупругие эффекты, которые привели к неприятным качествам управляемости при стреловидности выше 45 градусов. .

Одним из преимуществ самолета с наклонным крылом является то, что центр подъемной силы и массы не перемещаются при стреловидности крыльев. Это происходит в самолетах с поворотным крылом, и система управления усложняется.

4. Двигатель и полезная нагрузка В случае самолета с поворотным крылом двигатели могут быть установлены в фюзеляже (например, F-14) или в (неподвижной части) самого крыла (например, B-1). В случае самолета с наклонным крылом размещение двигателей где-либо, кроме фюзеляжа, практически исключено.

В случае военных самолетов использование узлов подвески в изменяемой точке крыла ограничено (во-первых, это увеличит нагрузку на шарнир). Это гораздо более серьезная проблема для самолетов с наклонным крылом, поскольку это ограничивает полезную нагрузку, которую можно нести.

Однако основной причиной отсутствия дальнейшего развития самолетов с косым крылом являются их необычные и неприятные качества управления.

Преимущества косого крыла перед поворотным:

• Низкое волновое сопротивление благодаря оптимальному распределению объема по длине.
• Меньшая конструкционная масса. Шарнир поворотного крыла тяжелый!
• Отсутствие смещения центра подъемной силы (если угол стреловидности больше угла Маха). Поворотное крыло испытывает сильное смещение центра подъемной силы.

Недостатки косого крыла перед поворотным:

• Одно крыло стреловидно вперед, другое назад. Это не проблема в прямолинейном полете, но при маневрировании он будет вести себя странно, потому что оси его инерциальной системы не совпадают с направлением полета.
• Аэроупругость: реакция на порывы ветра при наклонном полете будет включать реакцию по крену, потому что крыло с прямой стреловидностью будет скручиваться на больший угол атаки при положительном порыве ветра, увеличивая подъемную силу, тогда как крыло с обратной стреловидностью будет скручиваться на меньший угол атаки (аэроупругий вымывание).
• Интеграция крыла с планером сложна, и крыло должно быть над фюзеляжем (если у вас нет летающего крыла; тогда недостатком является очень маленький объем полезной нагрузки). Поворотное крыло требует много места для шарнира, прохода лонжерона и привода, но его можно разместить где угодно.

Обратите внимание, что все другие эффекты, которые мешают стреловидному крылу , применимы и здесь, но только с одной стороны. Эффект утолщения пограничного слоя будет происходить только на стороне обратной стреловидности, поэтому изменение угла атаки уже создаст момент качения. Наклонное крыло будет вести себя нормально только при установке угла стреловидности 0°.

Наклонное крыло изучалось как еще один способ улучшить диапазон скоростей и / или более эффективно летать на более высоких скоростях. Он был предназначен для круизов на большие расстояния, но так и не смог добиться каких-либо успехов в отношении того, что повсеместно наблюдается в современных конструкциях, - изменения развала.

Честно говоря, удивительно, что даже элементарные предкрылки еще не нашли широкого применения в самолетах для отдыха, поскольку в сочетании с закрылками они создают огромную подъемную силу, обеспечивая очень низкие скорости взлета и посадки. Вероятно, одним из лучших примеров успешной конструкции легкого самолета с предкрылками был Fiesler Fi 156 Storch. Предкрылки вместе с закрылками с двойным крылом с прорезями делают Storch выдающимся самолетом для взлета и посадки, а их убирание позволит улучшить крейсерские характеристики, как это делают авиалайнеры.

Изменение геометрии крыла, как это видно на бомбардировщике B1, по-прежнему полезно для обеспечения более широкого диапазона ВЫСОТЫ для крейсерского полета на высокой скорости. B1 может двигаться высоко с расправленными крыльями или низко с расправленными крыльями. Выживаемость в эти времена способствует снижению.

Косая концепция действительно улучшила крейсерскую эффективность на высокой скорости, но так и не нашла нишу применения, где она была бы явно лучше, чем изменение развала или смещение обоих крыльев назад. Он не продавался.

Есть одна возможность, которая может представлять интерес. Это будет ПОЛНОСТЬЮ вращать крыло параллельно фюзеляжу и летать только на хвосте и утке. В дни плавания при сильном ветре грот сбрасывался, и использовались только носовой и задний паруса. Это называлось парусным спортом «кливер и джиггер».

Уменьшенная площадь крыла значительно снизит подъемную силу и сопротивление, что позволит развивать гораздо более высокие, возможно, сверхзвуковые скорости.