В чем причина плохих тихоходных характеристик стреловидных крыльев?

Недостатки стреловидности крыла

• Наклон кривой подъемной силы уменьшается на косинус угла стреловидности четверти хорды. Это означает больший угол атаки для взлета, что требует более длинного разбега и более длинного шасси, чтобы избежать удара хвостом при вращении .
• Если вы поворачиваете самолет, кончики крыльев обратной стреловидности опускаются, когда самолет поворачивается для взлета. Это также может привести к необходимости более длинного шасси.
• Изгибающие моменты в крыле станут крутящими моментами при изменении угла стреловидности. И вам нужно будет изменить его как минимум в корне крыла, где крыло соединяется с фюзеляжем. Это приводит к более тяжелой конструкции.
• Если ваш угол стреловидности и удлинение достаточно велики, крыло будет демонстрировать неприятные характеристики сваливания. Пограничный слой смещается к законцовкам и вызывает более раннее отделение, когда крыло глохнет, и самолет неконтролируемо поднимается вверх или кренится. Крыльчатые заборы помогают, но не могут полностью исправить это.
• Стреловидность крыла вызывает момент качения, вызванный рысканием , поэтому требуется меньший двугранный угол. На самолетах с высокорасположенным крылом для этого необходимо использовать угол наклона . К сожалению, этот момент качки зависит от коэффициента подъемной силы, поэтому ваш момент качки, вызванный рысканием, на стреловидном самолете ниже идеального на высокой скорости и выше на низкой скорости.
• Для летающих крыльев стреловидность позволяет центру самолета наклоняться вверх и вниз, когда крыло изгибается. Это создает сильное взаимодействие между модой быстрого периода (которая лишь умеренно демпфируется в летающих крыльях) с модой изгиба крыла, что приводит к флаттеру.

Короче говоря, когда есть выбор, умный авиаконструктор избегает развертки, когда это возможно . Но замах крыла назад все же лучше, чем замах вперед .

Низкоскоростные характеристики

Профиль сначала ускоряет воздух, обтекающий его верхнюю поверхность, и снова тормозит его над задней частью . На стреловидных крыльях это ускорение-замедление влияет только на ортогональную составляющую скорости, поэтому составляющая скорости в направлении размаха остается неизменной. Это причина более высокой способности Маха стреловидных крыльев, но также заставляет воздух течь сначала внутрь, а затем наружу, пересекая верхнюю поверхность крыла.

Кроме того, трение замедляет воздух, обтекающий тело, так что слой замедленного воздуха окружает каждую поверхность самолета. Толщина этого пограничного слоя увеличивается с длиной потока, и на стреловидном крыле это трение первоначально будет в большей степени влиять на ортогональную составляющую потока. Примерно на середине хорды вы обнаружите воздух, который в основном замедлялся в своей ортогональной составляющей скорости (поскольку эта составляющая была настолько высокой над передней частью), и теперь будет подвергаться большему замедлению ортогональной составляющей, так что только поперечная составляющая будет замедляться. оставлять над тыльной частью пограничного слоя. Теперь этот пограничный слой будет стекать только в направлении пролета, так что большое количество медленного воздуха с низкой энергией будет собираться к концам.

Толстый пограничный слой вызовет ранний отрыв потока , поэтому при увеличении угла атаки сначала будет отрываться поток на законцовках крыла обратной стреловидности. Это вызовет потерю подъемной силы и, поскольку законцовки также являются задней частью крыла, сместит аэродинамический центр вперед. Это, в свою очередь, приведет к тангажу самолета, что усугубит состояние сваливания. Если разделение происходит асимметрично, помимо тангажа самолет будет крениться. В случае F-100 поверхности хвостового оперения были слишком малы, чтобы остановить тангаж, поэтому, как только самолет пересекал зону сваливания, он неконтролируемо увеличивал тангаж и полностью глох.

Современные стреловидные самолеты имеют ограничитель угла атаки, который предотвращает попадание самолета в зону сваливания. Кроме того, ограждения крыла помогают контролировать поток по размаху, а генераторы вихрей помогают активизировать поток, так что ранний отрыв потока на законцовках крыла достаточно задерживается, чтобы избежать неконтролируемого тангажа. У F-100 не было всех этих средств защиты.

Надкрылья на МиГ-17 ( источник фото )

Вихревые генераторы на крыле Boeing 737 ( источник фото )

Стреловидность крыла улучшает характеристики за счет задержки ударных волн и сопутствующего роста аэродинамического сопротивления, вызванного сжимаемостью жидкости на высоких (близких к звуковым) скоростях. Тем не менее, есть некоторые недостатки, связанные со стреловидностью крыла, такие как:

• Стреловидность крыла уменьшает наклон кривой подъемной силы и максимальный коэффициент подъемной силы крыла. Это означает, что самолет со стреловидным крылом должен лететь с более высоким УА для достижения максимальной подъемной силы.

Источник: code7700.com

• Стреловидность крыла вызывает поток вдоль крыла, а это означает, что воздух должен проходить большее расстояние над крылом. Это означает более толстый пограничный слой и больше шансов на отрыв потока.

Источник: boldmethod.com

• Обтекание по размаху на стреловидных крыльях увеличивает эффективный угол атаки сегментов крыла по отношению к соседнему переднему сегменту; в результате сначала сваливаются задние сегменты крыла (концевой срыв для крыльев с обратной стреловидностью и корневой срыв для крыльев с прямой стреловидностью). Если результирующее давление поднятия носа (из-за того, что вектор подъемной силы движется вперед) не корректируется, самолет еще больше поднимается вверх, расширяя зону сваливания, что приводит к порочному циклу, приводящему к полному сваливанию самолета.

Это причина «танца с саблями», испытанного в F-100 Super Sabre. Это усугубляется и без того большими углами атаки при взлете и посадке, как уже отмечалось.

Источник: code7700.com

• Изгибающие моменты крыла вызывают кручение при стреловидном крыле. Это требует усиления крыльев или сложной конструкции. Это влияет на крылья с прямой стреловидностью в большей степени, чем на крылья с задней стреловидностью, и является одной из основных причин, по которой крылья с прямой стреловидностью мало используются.

• Одним из важных соображений, связанных со стреловидностью крыла, является реверсирование элеронов на высокой скорости. В случае продольных углов крутки, возникающих из-за изгиба крыла, и момента тангажа элеронов складываются, что приводит к большому закручиванию крыла носом вниз, что снижает эффективность элеронов. В связи с этим стреловидные крылья имеют низкие скорости реверса элеронов (в то время как крылья со стреловидностью вперед имеют более высокие значения). Эта проблема не возникает в крыльях с постоянной стреловидностью.