Почему пропеллеры, вращающиеся вверх, на F-82 Twin Mustang вызвали потерю подъемной силы в центральной части крыла?

Я не уверен, что история, представленная в статье в Википедии, полностью точна, потому что оба двигателя в конфигурации с вращением наружу, с двумя винтами, вращающимися в противоположных направлениях, имеют решающее значение . Это подтверждается в предисловии к этой книге , хотя кажется, что оно написано задним числом и без ссылки на часто цитируемую историю о недостаточной подъемной силе на первом пробеге:

Поворот винтов к фюзеляжу означал гораздо лучший контроль при работе с одним двигателем.

Точно так же переизданное Руководство по эксплуатации F-82 хвастается: «Характеристики управления одним двигателем этого самолета исключительно хороши». Опять же (но также, как и ожидалось), никаких упоминаний о пробах и ошибках на этапе проектирования.

И чем больше я исследовал конструкцию F-82, тем больше я находил различную информацию из источников. Многие сайты повторили историю первоначальных летных испытаний, в то время как другой сказал, что неудача первой попытки была связана с весом .

Я предполагаю, что первоначальные конструкции F-82 просто были заимствованы из немного более ранней окончательной конфигурации P-38, где пропеллеры, вращающиеся в противоположных направлениях, уменьшали поток воды на горизонтальный стабилизатор и обеспечивали более устойчивую артиллерийскую платформу .

Что касается выяснения компенсации подъемной силы в центральной части крыла F-82, вероятно, будет полезно сначала объяснить, какое влияние оказывает одиночный пропеллер на крыло позади него.

Вообще говоря, вращающийся пропеллер создает нисходящий вихрь в том же направлении, что и пропеллер. Область крыла за подъемом лопасти винта испытывает больший угол атаки результирующего воздушного потока, что приводит к увеличению подъемной силы и сопротивления в этой части крыла.

Источник изображения: Управление гражданской авиации Новой Зеландии.

Точно так же на стороне опускания происходит обратное, что приводит к чистому увеличению подъемной силы и чистому снижению сопротивления за двигателем в целом. Эта модель воздушного потока с одним двигателем обычно верна для моделей с несколькими двигателями, когда все пропеллеры вращаются в одном направлении :

Взаимодействие слипстрима с крылом приводит к увеличению общего коэффициента подъемной силы. Это чистое увеличение является результатом локального увеличения местного коэффициента подъемной силы.$C_L$для части крыла, находящейся в слипстриме, при вращении вверх, а вращение вниз вызывает локальное уменьшение$C_L$. Местный коэффициент лобового сопротивления$C_d$местами увеличивается на участке вращения вверх и уменьшается на участке вращения вниз. Конечным результатом обычно является уменьшение лобового сопротивления крыла.

Так что F-82 кажется загадкой в ​​этом плане. Теоретически вращение наружу должно увеличивать подъемную силу центральной секции, а не уменьшать ее. Так почему же нет? Возможно, было слишком много взаимодействия между двумя следами пропеллеров. Опять же, рассмотрим P-38 Lightning. Хотя они оба имеют два двигателя, вращающихся в противоположных направлениях, и две хвостовые балки, соединенные общим горизонтальным стабилизатором, у P-38 большой центральный фюзеляж для пилота, сидящего прямо между двумя двигателями, что эффективно изолирует отдельные воздушные потоки.

Исследование конфигурации Airbus A400M «Down Between Engines» (DBE) отметило «[сильное] взаимодействие [ion]» встречных потоков его двигателей, вращающихся в противоположных направлениях.

особенно [в] части крыла, расположенной между обоими двигателями, и приводит к локальному снижению коэффициента подъемной силы, которое не полностью компенсируется локальным увеличением на тех частях крыльев, которые движутся вверх (выделено мной)

что привело как к уменьшению подъемной силы, так и к увеличению сопротивления в секции крыла между двигателями.

Обратите внимание, что DBE (т. е. пропеллеры внутреннего вращения) был решением проблемы подъемной силы F-82; тот факт, что в междвигательной области крыла все еще наблюдается уменьшение подъемной силы и увеличение сопротивления в более предпочтительной конфигурации с вращением в противоположных направлениях, подчеркивает мнение о том, что взаимодействие воздушных потоков винтов нежелательно. Я предполагаю, что этот переключатель устранил ровно столько неблагоприятных условий подъемной силы, чтобы самолет смог подняться в воздух. Было бы интересно узнать, модифицировал ли кто-нибудь F-82, чтобы убрать встречное вращение.

ОБНОВЛЕНИЕ: Наконец-то я нашел наиболее достоверный источник статьи в Википедии — выпуск журнала Warbirds за 2013 год .

1. Первый полет был (по крайней мере, отчасти) приписан избыточному весу. Вторая попытка, предпринятая 16 июня 1945 года , неожиданно провела в воздухе более часа после взлета с ограниченным запасом топлива.
2. Взаимодействие между винтами создавало условия раннего сваливания перед крылом в сочетании с нормальным восходящим потоком, в результате чего подъемная сила над центральным крылом предсказуемо страдала . По словам аэродинамика NAA Эда Хорки:

«Происходило то, что у нас были винты, вращающиеся в разных направлениях на левом и правом двигателях. По какой-то причине, которую я не могу вспомнить, мы начали с того, что лопасти двигались вверх перед центропланом. Что это делает, в частности на больших углах атаки, заключается в создании восходящего потока, приближающегося к передней кромке центральной секции крыла. У вас также есть нормальный восходящий поток перед крылом. Два восходящих потока складываются вместе, чтобы создать раннее сваливание. Центральная часть представляла собой большая часть площади крыла. Происходило то, что мы рано глохли и просто не получали достаточной подъемной силы ... Мы изменили вращение, чтобы идти посередине, и проблема была решена ».

Приведенный пример промывки винта Cessna не включает результирующее падение левого крыла во время сваливания, поскольку угол атаки по ширине размаха является максимальным в корне левого крыла, поэтому именно здесь начинается сваливание.

У P-38 и XP-82 были внешние поворотные винты, чтобы гарантировать, что сваливание, особенно сваливание при включении питания, начиналось внутри, сводя к минимуму проблемы с боковым управлением.

Идея заключалась в максимальной управляемости при боевом маневрировании. Внутренние поворотные винты улучшают характеристики двигателя вне двигателя, но за счет снижения поперечной устойчивости при высоких настройках мощности и больших углах атаки из-за инициирования внешнего сваливания.

Какое это имеет отношение к тому, что у XP-82 проблемы со взлетом? Ну, на самом деле, он так и летал, и есть довольно много фотографий его полета с этими подвесными винтами.

Проблема заключалась в том, что в трехточечном положении на земле (угол сваливания крыла) центроплан крыла перекрывал поток воздуха к стабилизатору/рулю высоты. Чтобы взлететь, нужно было нажать на тормоза на скорости, чтобы поднять самолет в чистый поток воздуха для управления рулем высоты и позволить самолету разогнаться немного выше максимальной скорости сваливания AoA, прежде чем взлететь. Что-то вроде прототипа хвостового колеса 262. Несложная техника для летчиков-испытателей, но и не то, что должны делать обычные пилоты.

Идеальное решение — поднять стабилизатор, быстрое и простое решение — перевернуть винты, улучшая трехточечное отношение воздушного потока к удару.