Могут ли сверхзвуковые самолеты иметь винглеты?

Это было (и, следовательно, может быть) сделано, и есть некоторые текущие исследования по этому поводу. XB - 70 Valkyrie имел опускающиеся законцовки крыла, которые добавляли устойчивости на высоких скоростях Маха, а также позволяли самолету двигаться на собственной ударной волне . Это также повлияло на триммерное сопротивление,

Перемещенные законцовки крыла также уменьшили площадь за центром тяжести самолета, что уменьшило дифферентное сопротивление. Наклоненные вниз внешние панели также обеспечивали большую вертикальную поверхность для улучшения курсовой устойчивости при высоких числах Маха.

Вы можете посмотреть этот выпуск подкаста , в котором берут интервью у некоторых людей из НАСА, занимающихся различными исследовательскими проектами, включая системы управления законцовками крыла и другие интересные приложения в этой области.

Вы можете найти некоторую информацию в этой книге по сверхзвуковой теории крыла .

В этой ветке (и вы знаете, насколько точен Интернет) есть несколько интересных моментов по этому поводу.

В этой области проводились исследования, например, тесты компьютерной гидродинамики, которые НАСА проводило на крыльях с большой стреловидностью в сверхзвуковом потоке . Они пришли к выводу, что крылышки могут оказывать положительное влияние на подъемную силу/сопротивление, но это, конечно, сильно зависит от формы и профиля крыла. Из отчета:

• крылышки могут быть сконструированы и выровнены в сверхзвуковом потоке таким образом, что потери характеристик будут минимальными или отсутствующими по сравнению с крылом такого же проектируемого размаха.
• изменение длины крылышка, стреловидности и изгиба может быть не таким критичным, как угол схождения или ориентация крылышка относительно крыла.
• Было обнаружено, что крылышки с отрицательным поперечным углом и схождением обычно превосходят аналогичные крылышки с положительным поперечным углом.

Одна из изученных конфигураций приведена ниже: базовое крыло NACA 1402 с передней кромкой 65 градусов и лучшее найденное крыло. Одна из сделанных рекомендаций состоит в том, чтобы продолжить исследования двойного использования законцовок, если они полезны для контроля рыскания на сверхзвуковых скоростях.

У проектируемого европейского космоплана Hermes действительно были винглеты. Они были необходимы для уменьшения лобового сопротивления на этапе приземления. Так они помогали не на сверхзвуке а на дозвуковой скорости.

Без крылышек энергия слишком быстро испарялась бы во время вращения, поэтому спуск нельзя было остановить при моделировании. Космоплан без винглетов было практически невозможно приземлиться. Только при подъеме дозвукового L/D выше 5 с помощью наклоненных наружу законцовок симуляция приводила к плавным посадкам.

Впечатление художника о космоплане Hermes ( источник изображения )

Даже если они могут, будут ли они практичными? Многие боевые самолеты используют законцовки крыла для размещения ракет малой дальности или других легких грузов. Вы бы потеряли эти точки подвески. Кроме того, вы усложните крыло, особенно если вы полагаетесь на его устойчивость, что сделает самолет более уязвимым.

Кроме того, я не проводил расчетов, но многие боевые самолеты имеют крылья с большой конусностью, винглеты вполне могут быть лишь незначительно эффективными с такой конструкцией крыла.

Существует 3 типа перетаскивания:

1. Сопротивление трения
2. Индуцированное сопротивление
3. Волновое сопротивление

В полетах на малых скоростях первые два отвечают за создаваемое общее сопротивление. Волновым сопротивлением обычно пренебрегают, так как оно очень меньше по сравнению с другими. Винглеты предназначены для уменьшения индуктивного сопротивления.

Теперь, в случае сверхзвуковых самолетов, волновое сопротивление создает большую часть полного сопротивления, поскольку ударная волна создает огромное сопротивление. Сопротивление трения и волновое сопротивление пропорциональны скорости , а индуктивное сопротивление обратно пропорционально скорости полета. В случае сверхзвукового полета из-за скорости индуктивное сопротивление будет очень маленьким, поэтому им всегда пренебрегают.

Так что да, законцовки возможны на сверхзвуковом самолете, но они скорее украшение, чем польза. А большинство сверхзвуковых самолетов - это военные истребители, а топливная экономичность у военных не в приоритете

Кстати, этот ответ взят из вопроса Quora , найденного с помощью быстрого поиска в Google.

Североамериканский XB-70 Valkyrie был бомбардировщиком со скоростью 3 Маха и имел винглеты с изменяемой геометрией. Их цель была самой необычной в том, что они поворачивались вертикально вниз, чтобы помочь уменьшить сопротивление во время сверхзвукового крейсерского полета, и возвращались в горизонтальное положение, чтобы увеличить площадь крыла для взлета и посадки.

Крыло «Валькирии» представляло собой колеблющуюся дельту. Воздухозаборники двигателей образовывали центральный подкрыльевой корпус, создававший сильную ударную волну. Передняя кромка крыла была наклонена таким образом, что на крейсерской скорости фронт ударной волны проходил вдоль крыла сразу за ним. Все крыло позади него подвергалось увеличению давления воздуха, что создавало значительную дополнительную подъемную силу и улучшало аэродинамическое качество крыла. Когда толчок встречался с загнутыми вниз винглетами, он отражался обратно под заднюю часть крыла, создавая еще большую подъемную силу и еще больше повышая крейсерскую эффективность.

Винглеты также обеспечивали дополнительную курсовую устойчивость как раз тогда, когда это было необходимо, поскольку она обычно снижается на высоких скоростях.