Концевые крыльевые шайбы конструкции родни мак-ганна

Этот материал был переведен глубокоуважаемым сотрудником NF, перевод был выполнен в сентябре 2014 года.

В данной статье будут обрисованы устанавливаемые на законцовки крыльев шайбы, назначением которых должно было стать понижение индуцированного сопротивления, позванного набегающим потоком воздуха. Эти законцовки были созданы Родни Мак-Ганном (Rodney McGann), что для понижения сопротивления набегающего потока воздуха внес предложение использовать аэродинамические гребни («wing fence») – концевые шайбы со шлицами в виде плоского бугеля, каковые должны были устанавливаться на верхних частях законцовок крыла. В ходе опробований модели с этими шайбами были взяты большие результаты.

Первоначально в авиации были известны только «обнажённые» крылья. Но скоро за этим последовало познание того, что у концевых частей крыльев благодаря повышенного давления под нижней поверхностью крыла и пониженного давления над верхней частью крыла находится территория, в которой давление уравнивается. Обтекающие концевые части крыльев воздушные потоки создают завихрения на кромках крыла.

Из-за крыльев и перемещения самолёта в ходе полёта появляющиеся в данной пограничной территории у крыльев завихрения создают большое сопротивление.

Эти завихрения в пограничной территории, названные «индуцированное сопротивление», составляют большую часть суммарного сопротивления воздушного потока, создаваемого самолётом. Исходя из этого ясно, из-за чего начались интенсивные изучения, направленные на поиски путей и средств, при помощи которых возможно было бы уменьшить его действие.

Для понижения индуцированного сопротивления имелось множество возможностей, к примеру, изменение профиля крыла ближе к законцовкам, крутка крыла (Schrankung), экстремальное сужение, громадное удлинение либо использование концевых шайб.

Концевые шайбы являются вертикально установленные на концевых частях крыльев пластины, ориентированные по направлению полёта самолёта. При форме и соответствующих размерах концевые шайбы разрешают существенно снизить индуцированное сопротивление.

Подбор условий, при которых эффективность этих шайб особенно громадна и появляющиеся побочные явления будут минимально действенными, стал обстоятельством, по которой с концевыми шайбами большое количество экспериментировали. Так, к примеру, изучили малые и громадные по размерам, прямые и с изгибом, симметричные и несимметричные шайбы всех вероятных форм, установленные на концевых частях стабилизаторов и крыльев. Исследовались кроме того односторонние шайбы, каковые устанавливали лишь на одной консоли крыла.

Сначала шайбы употреблялись на несущих плоскостях планеров (к примеру, на выстроенном в Штуттгарте особой технической группой планере «Fledermaus»). Позднее шайбы устанавливали по большей части на стабилизаторах хвостового оперения. Не считая преимуществ эти шайбы создавали и последовательность недочётов. В зависимости от величины и расположения поперечных сил и изгибающих моментов, потребовавших повышения прочности конструкции крыла, возрастал и вес.

Из-за происхождения этих недочётов шайбы не взяли широкого распространения.

У винглетов («winglet») – современных наследников концевых шайб – эти недочёты существенно снижены. Установленные на оконцовках крыла приблизительно практически вертикально вверх мелкие дополнительные крылья удачно компенсируют все недочёты этого элемента конструкции: эти шайбы снабжают дополнительный прирост тяги. Самолет, имеющий подобные шайбы винглетам, расходует меньше топлива, чем самолёт с простым крылом.

На протяжении поисков оптимального варианта установки винглетов так же были изучены их разные конфигурации. Сперва это были простые плоские винглеты, после этого был собран некоторый агрегат с двумя и более такими дополнительными поверхностями, установленными в разных комбинациях по отношению друг к другу. Такие комбинации с возможностью перестановки отдельных элементов кроме того были кроме того нужны чтобы винглеты были действенны в широком диапазоне скоростей.

Одновременно с этим имелась опасность, что установка аналогичных дополнительных конструкций увеличит вес крыла и что потребуется осуществлять регулировку при помощи особого оборудования, сводящих на нет целый полученный хороший эффект. Потом появились идеи, что винглет есть элементом конструкции, которая при собственной аэродинамически высокой прочности и совершенной форме будет соответствовать, пускай и в меньшей степени, несущей плоскости и что цена изготовления винглета будет в некоей степени варьироваться.

Вследствие этого исследовались другие формы ветхих хороших концевых шайб. Это имело особенное значение, по причине того, что изготовление таких шайб не создавало технических неприятностей. Цена их была относительно низка и вместе с тем снабжала бы преимущества, каковые давало использование винглетов.

Такая информация об изучениях в данной области действовала из америки. После этого новые шайбы стали небольшими, лёгкими и весьма несложной формы, другими словами недорогими при изготовлении.

Родни Мак-Ганн создал собственный вариант, названный «wing fence». Эта конструкция являлось разновидностью плоского бугеля установленного на верхней поверхности концевой части крыла. Протяженность шайбы образовывает от 40 до 60 % длины хорды крыла. Высота равна приблизительно от 50 до 60 % толщины профиля крыла на его концевой части.

Размер придающего определённую форму выреза соответствует приблизительно 1/10 всей площади шайбы, включая и сам данный вырез.

Совершённые изучения моделей при спокойном состоянии воздуха с маленьким относительным удлинением крыла (1:4) продемонстрировали, что предложенные Мак-Ганном шайбы со шлицами в обычном горизонтальном полёте разрешают взять аэродинамическое уровень качества на 100% лучшее, чем с шайбами без шлицов. Узкие шлицы разрешали взять такое огромное преимущество. Мак-Ганн верил, что его «открытые» концевые шайбы обеспечат отсутствие простых в других случаях завихрений потока воздуха у законцовок крыла и разрешат потоку воздуха без возмущений обтекать верхнюю поверхность крыла.

Из данных, помещенных в таблице, видно как действенно «открытые» концевые шайбы снижают сопротивление воздушному потоку в сравнении с простыми закрытыми концевыми шайбами. Если сравнивать с крылом без концевой шайбы аэродинамическое уровень качества у варианта с мелкими открытыми концевыми шайбами улучшено на 50 %.

Это в любом случае увлекательные показатели. Как эти показатели, полученные при изучениях моделей самолётов, окажутся верными для обычных самолётов, нужно еще установить. Это не требует громадных затрат, и подобные результаты покажутся уже в скором будущем.

Итог этих изучений, если он будет хорошим, только не на большое количество поменяет внешний вид самолёта, а в части экономичности перевозок, быть может, станет большим улучшением.

Рис. 1. Рисунок самолета Beech Bonanza показывает как мало будет различаться машина по окончании установки предложенных Мак-Ганном аэродинамических гребней

Рис. 2. Концевые шайбы простой формы

Рис. 3. Винглеты, размещенные под и над крылом

Рис. 4. Схематическое изображение структуры воздушного потока около совокупности винглетов, складывающейся из трех зоны и частей давления

Рис. 5. Разрезной гребень («Slotted fence») в варианте Е

Рис. 6. Модель, предложенная Мак-Ганном для изучений

Рис. 7. Изученные Мак-Ганном 8 конфигураций (см. таблицу ниже)

Вариант (см. эскизы)	Конфигурация	Вес, г	Обратное аэродинамическое уровень качества (Gleitzahl)	Угол планирования	Размещение центра тяжести в % от t*	Сопротивление**, г
A	Закрытые концевые шайбы на всей протяженности хорды крыла (t)	7,7	4,65	12,13°	27,2	1,6189
B1	Закрытые концевые шайбы. длина и Форма как у D, E, F (58% t)	7,33	4,3	13,09°	27,2	1,6603
B2	Как B1, но находятся в средней части	7,1	5,3	10,68°	28,8	1,3164
C	Без концевых шайб	5,4	5,4	10,49°	28,5	0,9833
D	Концевые шайбы Мак-Ганна, со шлицами, 58% t длины, заднее размещение	6	6,6	8,62°	29,8	0,8988
E	Как D, но со средним размещением концевых шайб со шлицами, 58% t	6,45	6,9	8,25°	27,4	0,9251
F	Как D, но с передним размещением концевых шайб со шлицами, 58% t	6,9	7,8	7,31°	25,8	0,8774
G	Как F, но меньше (прим. 50% t)	6,9	8,1	7,04°	25,8	0,8454

* – протяженность хорды крыла
** – общее, включая обтекатель кабины и хвостовое оперение пилота

Источники:

Rodney McGann (Santa Cruz): Aircraft Wing Fen-ce. US-Patentschrift 4.238.094.
Doppel-Seitenleitwerke. In: Luftwissen 7 (1940) Nr. 3, S. 61.
W. Mangler: Die Auftriebsverteilung am Tragflugel mit Endscheiben. In: Luftfahrtforschung Bd. 14, Lfg. 11, S. 564 ff.
O. Schrenk: Modellversuche uber die Krafte und Momente einer am Flugelende angesetzten Endscheibe. In: Luftfahrtforschung Bd. 14, Lfg. 11, S. 570 ff.

источник: Hans Justus Meier «Die McGann-Endscheibe» Luftfahrt international 10/81

Концевые крыльевые шайбы конструкции родни мак-ганна

Закрытый и открытый ящики. Простые вещи

Увлекательные записи:

Похожие статьи, которые вам, наверника будут интересны: