Рассмотрим большой коммерческий самолет, заходящий на посадку. Точная часть, которая меня интересует, - это вспышка (когда самолет поднимает нос, но на самом деле не поднимается выше над землей) с выпущенными закрылками, но до того, как в игру вступит какой-либо эффект земли.
По сравнению с обычным круизом отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению увеличивается, уменьшается или совсем не меняется?
Увеличение угла атаки увеличивает как подъемную силу, так и сопротивление, но, вероятно, в разных пропорциях. Я не совсем уверен, в какую сторону идет кривая для типичного аэродинамического профиля.
Кроме того, есть очень серьезное осложнение: вспышка также приводит к тому, что двигатели тоже смотрят вверх. Это означает, что некоторая «подъемная сила» создается непосредственно вертикальной составляющей тяги двигателей. Это не совсем лифт; точнее сказать, что крыльям не нужно создавать такую большую подъемную силу, как раньше, потому что двигатели играют непосредственную роль в противодействии гравитации.
Таким образом, это может означать, что L/D на самом деле уменьшается, что кажется таким нелогичным.
Фактические числа для L/D на обоих этапах полета были бы самым надежным ответом из возможных. Но мне интересно, получены ли L/D, указанные производителями, из простого испытания в аэродинамической трубе (при разных углах атаки и конфигурациях закрылков) или они действительно учитывают двигатели, направленные вверх, и их типичную тягу во время факела (что лучше всего измерять в процентах от веса самолета в этот момент, и беспорядок становится беспорядочным).
В блике вы уже находитесь в граунд-эффекте. Может быть, нам стоит сравнить последний заход на посадку с круизом.
Ответ прост: L/D намного хуже в конфигурации захода на посадку. Крыло приобретает увеличенную грузоподъемность при относительно более высоком увеличении лобового сопротивления. Это не так уж и плохо: если L/D слишком велико, точное приземление становится намного сложнее. Кроме того, некоторое большее сопротивление позволяет запускать двигатели выше холостого хода, поэтому уход на второй круг занимает меньше времени. Как правило, вы хотите, чтобы L/D было между 5 и 10 для приземления. Слишком много, и заход на посадку становится слишком пологим для точного выбора точки приземления, а слишком мало , и вы теряете слишком много энергии в факеле, поэтому вы слишком быстро замедляетесь в той последней фазе, когда скорость снижения снижается.
Сравните это с L/D современных авиалайнеров в крейсерском режиме, которое составляет около 16 для таких конструкций, как Boeing 747 , и выше 20 для Boeing 787 или A350.
Вы можете изучить это дешево в планерах. Возьмите один с мощными закрылками, например, ASW 20 или ASH 25 . Попробуйте посадить их с полностью выпущенными закрылками и спойлерами: вы никогда не добьетесь плавного приземления, но упадете где-нибудь на штурвал до того, как ракета завершится. Затем попытайтесь посадить их с закрылками, установленными для медленного полета, и без спойлеров: для этого вам нужна очень длинная взлетно-посадочная полоса.
Подъемная сила двигателей во время факела очень умеренная. Они не работают на полной мощности, а даже если бы и работали, их суммарная тяга составляла бы всего около 30% веса самолета. Поскольку они не направлены прямо вверх, а только примерно на 10°, вертикальная составляющая будет составлять всего 5% даже при полной тяге. На самом деле они работают чуть выше холостого хода, а их подъемная сила составляет не более 2%.
Сравнение эффективности закрылков ( источник изображения ). L/D относится только к максимальной подъемной силе, а не к 60% от нее, что было бы более репрезентативным для коэффициента подъемной силы при заходе на посадку, но тенденция к снижению L/D с более высоким коэффициентом максимальной подъемной силы должна быть очевидной.
Отношение L/D обычно меньше, т.е. хуже в посадочной конфигурации по сравнению с крейсерской. По сути, устройства большой подъемной силы в крыле жертвуют некоторой эффективностью (L/D) ради дополнительной подъемной силы. В некотором смысле, это то, что вам нужно, потому что в этот момент вас больше заботит получение большей подъемной силы на меньшей скорости.
В следующей таблице из технической заметки NACA 1930 показано изменение отношения L/D в различных конфигурациях по сравнению с крейсерским режимом.
Изображение из анализа влияния отношения подъемной силы и сопротивления и скорости сваливания на скорость сваливания и характеристики приземления , проведенного Дж. Кэлвином Ловеллом и Стэнли Липсоном.
НАСА использовало самолет CV 990 для проведения исследований захода на посадку и посадки с низким отношением L/D, которые показывают, что в условиях посадки, когда закрылки выпущены, отношение L/D ухудшается. Данные были получены при 100-процентном отклонении спойлера (скоростного тормоза) при положении закрылков 0 , 10 , и 27 со 100 спойлер (настройки скорости тормоза).
Изображение из Технической заметки НАСА D-6732 . Исследования захода на посадку и посадки с малым аэродинамическим качеством на самолете CV-990 , проведенные Бервином М. Коком, Фитцхью Л. Фулто11-младшим и Фредом Дринкуотером III.
Из-за аэродинамических эффектов они продолжили использовать 36 закрылки и 25 процентов спойлеров вместо этого. Данные моделей аэродинамической трубы НАСА также показывают, что по мере выпуска закрылков отношение L/D уменьшается.
Изображение из книги «Влияние низкоскоростных аэродинамических характеристик на шум в аэропорту» , автор: Эндрю Марч; Данные из технического документа НАСА 1580. Низкоскоростные аэродинамические характеристики транспортной модели сверхкритического крыла с большим удлинением, оснащенной предкрылками полного размаха и закрылками с двойными прорезями частичного размаха , разработанными Морганом, Х.Л., младшим, и Полсоном, Дж.В., младшим.
Первая ссылка содержит данные по другим самолетам Boeng (727 747 и т. д.), которые также указывают на то, что соотношение L/D страдает при выпуске закрылков.
Проще говоря, мы можем думать так: самолет летит близко к максимальному соотношению L/D (для винтовых и коммерческих самолетов с большим байпасом) во время крейсерского полета. Любое изменение этой конфигурации, скорее всего, приведет к меньшему соотношению L/D. Вот что происходит при посадке.
Двигатели вносят лишь минимальный вклад в «подъемную силу» при посадке. Для этого есть несколько причин. Тяга обычно немного меньше подъемной силы. Кроме того, при посадке коммерческого самолета двигатели обычно не работают на полную мощность. Кроме того, угол тангажа довольно мал при посадке в обычном самолете. Если сложить все это вместе, вклад тяги обычно незначителен.
Джей Уолтерс