Patka (aerodinamički dizajn). Crteži i opisi aviona "Quickie" Tandem i Canard aviona

Kako izbjeći balansiranje gubitaka? Odgovor je jednostavan: aerodinamička konfiguracija statički stabilnog aviona mora isključiti balansiranje sa negativnim dizanjem na horizontalnom repu. U principu, to se može postići klasičnom šemom, ali najjednostavnije rješenje je rasporediti avion prema shemi „kanard“, koja omogućava kontrolu nagiba bez gubitka sile podizanja za trim (slika 3). Međutim, kanaderi se praktički ne koriste u transportnoj avijaciji, i, usput, sasvim ispravno. Hajde da objasnimo zašto.

Kao što pokazuju teorija i praksa, avioni kanaderi imaju jedan ozbiljan nedostatak - mali raspon brzina leta. Dizajn kanada se bira za avion koji mora imati veću brzinu leta u odnosu na letelicu konfigurisanu prema klasičnom dizajnu, pod uslovom da su elektrane ovih aviona jednake. Ovaj efekat se postiže činjenicom da je na kanadu moguće smanjiti otpor trenja zraka do granice smanjenjem površine isprane površine zrakoplova.

S druge strane, pri slijetanju “patka” ne ostvaruje maksimalni koeficijent uzgona svog krila. To se objašnjava činjenicom da je, u poređenju sa klasičnim aerodinamičkim dizajnom, sa istim međužižnim rastojanjem krila i glavnog tela, relativna površina glavnog dela, kao i sa jednakim apsolutnim vrednostima margine uzdužne statičke stabilnosti, shema "kanard" ima manji balansni krak glavnog dijela. Upravo ta okolnost ne dozvoljava kanaderu da se takmiči s klasičnim aerodinamičkim dizajnom u režimima polijetanja i slijetanja.

Ovaj problem se može riješiti na jedan način: povećati maksimalni koeficijent dizanja PGO ( ) do vrijednosti koje osiguravaju balansiranje kanada pri brzinama slijetanja klasičnih aviona. Moderna aerodinamika je već dala "patkama" profile visokog opterećenja sa vrijednostima Su max = 2, što je omogućilo stvaranje PGO sa . No, unatoč tome, svi moderni kanaderi imaju veće brzine slijetanja u odnosu na klasične dizajne.

Disruptivne karakteristike "pataka" takođe ne podnose kritiku. Prilikom sletanja u uslovima visoke toplotne aktivnosti, turbulencije ili smicanja vetra, PGO, koji obezbeđuje balansiranje na maksimalno dozvoljenom Su aviona, možda ima . U tim uslovima, sa naglim povećanjem napadnog ugla aviona, PGO će dostići natkritično strujanje, što će dovesti do pada njegovog uzgona, a napadni ugao aviona će početi da se smanjuje. Nastali duboki poremećaj toka iz PGO-a dovodi avion u režim oštrog nekontrolisanog poniranja, što u većini slučajeva dovodi do katastrofe. Ovakvo ponašanje "pataka" pri kritičnim uglovima napada ne dozvoljava upotrebu ovog aerodinamičkog dizajna u ultra-lakim i transportnim avionima.

Za "standardnu ​​patku" sa površinom horizontalnog repa (prednje krilo) unutar 15...20% površine glavnog krila i peronosnim krakom jednakim 2,5...3 V Cach (prosjek aerodinamička tetiva krila), centar gravitacije bi trebao biti smješten u rasponu od - 10 do - 20% VSAKH. U općenitijem slučaju, kada se prednje krilo razlikuje po parametrima od repa "standardnog kanadera" ili "tandema", kako bi se odredilo potrebno poravnanje, prikladno je ovaj raspored konvencionalno dovesti do poznatijeg normalnog aerodinamičkog dizajn sa konvencionalnim ekvivalentnim krilom (vidi sliku .).

Poravnanje, kao iu slučaju normalne šeme, treba da leži unutar 15...25% VEKV (akord konvencionalnog ekvivalentnog krila), što je kako slijedi:

U ovom slučaju, udaljenost do vrha ekvivalentne tetive je jednaka:

Gdje je K koeficijent koji uzima u obzir razliku uglova ugradnje krila, nagiba i usporavanja strujanja iza prednjeg krila, jednak je:

Napominjemo da su empirijske formule i preporuke za određivanje poravnanja prilično približne, budući da je međusobni utjecaj krila, kosina i usporavanje protoka iza prednjeg krila teško izračunati, to se može precizno odrediti samo puhanjem. Za avijatičare amatere preporučujemo korištenje letećih modela, uključujući modele s kablom, za eksperimentalno testiranje poravnanja zrakoplova neobičnog dizajna. U praksi proizvodnje aviona ova metoda se ponekad koristi. I u svakom slučaju, za amaterski napravljen avion, poravnanje određeno formulama treba razjasniti prilikom izvođenja brzih taksija i prilaza.

na osnovu materijala: SEREZNOV, V. KONDRATJEV "NA NEBU TUŠINA - SLA" "Modelista-konstruktor" 1988, br. 3

Zasnovan na materijalu iz časopisa "Modelista-konstruktor" iz vremena SSSR-a

Fragment 3. izdanja imenika "Ko je ko u robotici"

U prvoj deceniji 20. veka. Još nisu znali kako bi avion trebao biti dizajniran. I često se na avionima tog vremena horizontalni rep postavljao ispred krila na prednjem trupu. Takvi avioni su počeli da se nazivaju "patke", jer je njihov prednji nosni deo trupa u letu podsećao na leteću patku sa ispruženim vratom. Ovo ime se dodeljuje avionima kod kojih se horizontalni rep nalazi ispred krila. Proizvođači aviona vratili su se kanad dizajnu kada su počeli da projektuju nadzvučne avione kako bi eliminisali smanjenje ukupnog podizanja koje su konvencionalni avioni iskusili sa repa. A slobodno leteći model aviona, napravljen po dizajnu "patka", može se bolje prilagoditi lebdenju.

Akrobatski model aviona "UII-GBird" sa motorom od 2,5 cm³, dizajna "patka". Horizontalni rep sa elevatorom pričvršćen je za njegovo akrobatsko krilo na dvije grede. Motor sa vučnim propelerom nalazi se u nosu kratkog trupa. Nosač kotača postavljen je direktno iza motora. Glavni podupirači stajnog trapa nalaze se na mjestima pričvršćivanja greda. Na zadnjoj ivici krila nalaze se dva peraja, asimetrično uklonjena, kao što je prikazano na crtežu.

Mukotrpan rad na odabiru pozicije centra gravitacije se isplatio i doveo do uspjeha na takmičenjima. Tokom testiranja modela otkrivena je još jedna značajna prednost sheme "patka". Ako bi se motor iznenada zaustavio tokom izvođenja akrobatskih manevara, izgubivši kontrolu, otišao je u zaron, a zatim je, bez intervencije modelara, izašao iz njega i sigurno sletio. To se objašnjava činjenicom da prilikom ronjenja bez kontrole, moment težine dizala oko ose njegovog zglobnog ovjesa uzrokuje da se volan otklone prema dolje sa stražnjom ivicom. Kao rezultat toga, nastaje trenutak koji uzrokuje da "patka" izađe iz ronjenja, a zatim glatko slijeće.

Model kanard cord napravljen i uspješno testiran od strane japanskih zrakoplovnih modelara.

Prilikom dizajniranja bilo kojeg modela kanada, za osiguranje stabilnog leta vrlo je važno pravilno odabrati centar gravitacije u odnosu na prednju ivicu tetive krila. Udaljenost od vrha tetive krila do centra gravitacije modela, neophodna za stabilan let, određena je formulom: X = 70Lgo x Sgo/Scr - 0,1b, gdje je: Sgo - površina ​​horizontalni rep u kvadratnim decimetrima, Sc - površina krila u kvadratnim decimetrima, Lth je horizontalna repna ruka, odnosno udaljenost od vrha tetive stabilizatora do vrha tetive krila, u decimetrima, b je tetiva krila u mm.

Ova formula je data za slučaj kada se na modelu koristi gurajući vijak. Na primjer, za model sa Sgo = 10,5 dm²; LGo = 6,3 dm; Skr= 31,9 dm²; X = 126 mm. Ako se na modelu napravljenom prema shemi "patka" koristi vučni vijak, postavljen ispred krila, tada se X nalazi pomoću još jednostavnije formule: X = 70Lgo x Sgo/Scr

U Sjedinjenim Državama se testiraju dva eksperimentalna modela lovca F-16XL, stvorena na bazi lovca-bombardera F-16. Ako je ranije objavljeno da je elektrana novog lovca ostala ista, sada se, prema stranoj štampi, planira koristiti snažniji motor F-101DFE, kreiran na bazi motora F-101 B-1 strateški bombarder. U odnosu na osnovni model, površina krila novog aviona je značajno povećana (iznosila je 60 m2), dužina trupa povećana je za 1,4 m. Zahvaljujući takvim promjenama u dizajnu, kapacitet goriva je povećan za 80 %.

Nadamo se da će lovac F-16XL biti sposoban za dugotrajne letove supersoničnom krstarećom brzinom. Za polijetanje i slijetanje će biti potrebna pista dužine manje od 600 m.

Planirano je da avionika aviona uključuje unapređenu radarsku stanicu AN/APG-66, stanicu za elektronsko potiskivanje AN/ALQ-165, elektrooptički sistem Lantirn i novi digitalni kompjuter za sistem upravljanja oružjem. Časopis "Oprema i oružje" iz vremena SSSR-a

Istorija ovog projekta datira još od ranih 80-ih godina. U eksperimentalnom pogonu za mašinogradnju nazvanom po V. M. Myasishchevu, izvedeni su projektantski i istraživački radovi na razvoju koncepta novog transportnog sistema za teške uslove.

Početkom 80-ih godina prošlog stoljeća, sličan posao obavljen je u nekoliko zrakoplovnih dizajnerskih biroa i, naravno, u naučnom centru domaćeg zrakoplovstva TsAGI.

Koncept teškog transportnog aviona koji je razvijen u TsAGI-u je prilično poznat u vazduhoplovnim krugovima;

Demonstracijski model transportnog sistema TsAGI više puta je demonstriran na međunarodnim izložbama zrakoplovstva.

Dizajnerski razvoj EMZ nazvan po. V. M. Myasishcheva provedeni su u okviru teme, koja je dobila indeks „52“. Izvedeni su pod vodstvom glavnog projektanta EMZ V. A. Fedotova, voditelj teme u početnoj fazi bio je zamjenik glavnog dizajnera R. A. Izmailov. Vodeći dizajner na temu i u suštini autor koncepta bio je V. F. Spivak.

Koncept Projekta 52 predviđao je stvaranje jedinstvenog transportnog aviona sa jedinstvenim transportnim mogućnostima. Glavni cilj projekta bio je osigurati lansiranje aviona brzog odgovora za višekratnu upotrebu. Za samo jedan zadatak ne bi bilo ekonomski izvodljivo stvoriti tako jedinstveni avion s uzletnom težinom od 800 tona. Stoga je od samog početka koncept projekta „52“ predviđao korištenje ovog aviona za jedinstvene transportne operacije, uključujući transport vojne opreme i vojnih jedinica, industrijskog tereta izvan velikih dimenzija i težine.

Koncept dizajna "52" bio je zasnovan na principu "spoljnog opterećenja". Samo ovaj princip omogućava postavljanje tereta potpuno različitih oblika i dimenzija. U ovom slučaju trup aviona praktično degeneriše kao sredstvo za prihvatanje tereta, pa bi održavanjem minimalno potrebne veličine trupa bilo moguće značajno smanjiti težinu konstrukcije aviona. To je sve, čini se vrlo jednostavna ideja na osnovu koje se gradi cijeli projekat.

U ovom članku nećemo detaljno razmatrati projekat "52". Zainteresovane ćemo uputiti na višetomnu publikaciju „Ilustrovana enciklopedija aviona EMZ naz. V.M. Myasishchev“, gdje je dovoljno detaljno opisan razvoj projekta.

Autor ovih redova je morao direktno da učestvuje u ovim radovima, a u ovom članku bih želeo da govorim o tim projektima, tačnije o idejama koje su takođe razmatrane u procesu razvoja koncepta, ali nisu razvijene i nisu razrađeno dovoljno detaljno.

Sama ideja o stvaranju superteškog transportnog aviona nije nastala sama od sebe. Ministarstvo avio-industrije (MAP) postavilo je konkretan zadatak transporta velikih tereta u interesu nacionalne privrede zemlje.

SSSR-u, sa svojim ogromnim teritorijama i velikim industrijskim centrima raštrkanim po cijeloj zemlji, trebalo je rješenje ovog problema, jer je očigledno da je ekonomski isplativije prevoziti gotove i sastavljene jedinice.

Nuklearni reaktori, konvektori metalurške proizvodnje, rezervoari za gas i destilacione kolone hemijske proizvodnje i mnogi drugi tereti, svi oni, kada se transportuju sastavljeni „zračnim putem“, mogli bi se prilično brzo pustiti u rad, što znači manje vremena i shodno tome niže troškove.

Svaka transportna operacija „na zemlji“ je čitav događaj za mnoge transportne usluge. Detaljna studija trase, rušenje mostova i nadvožnjaka, dalekovoda ako ometaju transport i tako dalje... Ovo su termini, to su troškovi, u nekim slučajevima je to jednostavno nerešiv problem.

Za transport su bili predviđeni tereti težine od 200 do 500 tona, ukupne dimenzije od 3 do 8 m u prečniku, a od 12 do 50 m u dužini biti transportovan vazdušnim putem, ali bi projekat „52“ mogao da preveze veći deo tereta ukoliko bi se realizovao.

Tako se pojavila ideja ne samo da se veličina trupa svede na najmanju moguću mjeru, nego da se potpuno napusti. Zašto ne bi i sam transportovani teret „proradio“? Ovu ideju potaknula je činjenica da su mnogi tereti namijenjeni transportu izgledali kao izdužena cilindrična tijela, odnosno izgledali su kao fragment trupa.

Naravno, sam teret, materijal od kojeg je napravljen i njegov dizajn morali su zadovoljiti uslove čvrstoće prilikom ugradnje u avion. Uključivanje tereta u strujni krug aviona obećavalo je značajno povećanje efikasnosti težine aviona i, shodno tome, povećalo njegovu efikasnost transporta.

Kako se sam transportovani teret može uključiti u shemu snage transportnog aviona? Vrlo je jednostavno, potrebno je da prevezeni teret bude krilati! Postoji takav aerodinamički dizajn aviona koji se zove "tandem". U ovoj shemi, nosivi sistem aviona se sastoji od para krila raspoređenih u tandemu jedno iza drugog sa uzdužnim razmakom. Prevozeni teret se nalazi između krila tačno u težištu čitavog sistema nosača aviona, sve je vrlo jednostavno, iako je dobro poznato kakav veliki problem predstavlja rešavanje problema centriranja teškog tereta.

Tandem shema ima nešto veću površinu nosivog sistema aviona u odnosu na klasičnu shemu, ali se ova shema ispostavlja najpogodnijom za zadatke transporta tereta.

Oba krila stvaraju uzgonu bez gubitka uzgona u odnosu na uzdužni trim koji je svojstven klasičnom dizajnu aviona. Optimalno profilisanje oba krila i degradacija njihovih uglova ugradnje omogućavaju minimiziranje negativnog uticaja smetnji krila i time smanjenje aerodinamičkih gubitaka.

Jedna od varijanti tandemskog aviona sastojala se od dvije nezavisne sekcije s punopravnim krilom s mehanizacijom prednje i zadnje ivice. Krilo prednjeg dijela je napravljeno prema niskokrilnom dizajnu kako bi se smanjio efekat protočne kosine na stražnjem krilu. Motori elektrane postavljeni su na vertikalne pilone na vrhu krila prednjeg dijela. Ovjes motora na pilonu se smatra prilično univerzalnim, što omogućava da se potreban broj motora mijenja tokom procesa razvoja.

Položaj motora iznad gornje površine krila omogućio je korištenje efekta povećanja sile dizanja krila uslijed duvanja mlaza preko motora (Coanda efekat). Zbog većeg opterećenja prednjeg krila, prednje krilo je napravljeno sa nešto manjom površinom u odnosu na zadnje krilo.

Prednji dio je opremljen vlastitom šasijom - glavnom, koja se sastoji od dva glavna nosača na četiri točka i dva potkrilna nosača na dva točka. Razmak glavnog i podkrilnog stajnog trapa duž uzdužne ose aviona obezbeđivao je uzdužnu stabilnost prednjeg dela na aerodromu u nepovezanom položaju.

Na vrhu prednjeg dela iza kokpita nalazi se ostakljena kabina okrenuta unazad za operatere tereta, koji prate stanje tereta i sistema za osiguranje tereta tokom leta.

Zadnji deo tandem aviona sličan je prednjem. Krilo zadnjeg dijela je nadzemno, sa nešto većim rasponom. Vertikalne repne podloške postavljene su na stražnjem krilu. Zbog malog efektnog ramena, vertikalni rep je napravljen od velike površine, sa dva peraja.

Zadnji dio tandemskog aviona nema motore, stajni trap je dizajniran slično kao prednji dio. Zbog visokog položaja krila na stražnjem dijelu, podkrilni stajni trap je pričvršćen za vertikalne repne podloške.

Važna karakteristika “tandema” je i to da kada avion polijeće sa piste, avion polijeće ravno-paralelno, bez ugla nagiba, ova karakteristika “tandema” je idealna za transport dugog tereta eksplozija aviona pri poletanju sa dugim spoljnim teretom postaje problematična za klasičnu letelicu.

Za osiguranje različitih opterećenja predviđene su prijelazne prstenaste rešetke prilagođene specifičnom opterećenju.

Kako bi se povećala efikasnost transporta tandem aviona, planirano je i korištenje putničkog modula zatvorenog između prednjeg i zadnjeg dijela aviona.

Otvoreni dizajn tandemskog aviona omogućio je prilagođavanje aviona opterećenjima različitih dužina, što je učinilo avion efikasnim transportnim vozilom. U slučaju praznog aviona obje sekcije su spojene pomoću spojnih prstenastih rešetki.

Dizajn tandemskog aviona sa rešetkastim trupom izgledao je manje radikalno.

U principu, ideja koncepta je ostala ista, ali je trup i dalje očuvan, iako u pomalo egzotičnom obliku - dvije grede trupa u obliku prostornih rešetki. Posebnost ovog tandemskog dizajna aviona bila je da se zadnje krilo sa stajnim trapom i jedinicama za pričvršćivanje tereta moglo kretati duž rešetki do željene pozicije, u zavisnosti od veličine tereta koji se transportuje i njegovog poravnanja. U svim ostalim aspektima, koncept je ponovio prvu šemu. Nedostaci ove šeme bili su jasno vidljivi, ali jedina pozitivna stvar je to što je potraga za daljim produktivnim idejama ležala kroz ove šeme.

Šema "tandema" se još nije iscrpila, možda će u bliskoj budućnosti naći dostojnu primjenu, vidjet ćemo.

Izvor. V. Pogodin Valerij Pogodin. Tandem - nova riječ u avijaciji? Krila domovine 5/2004

Ideje naših čitalaca

YUAN-2 "Sky Dweller" na aeromitingu MAKS-2007

YaptsrnatiZnar

Ovaj avion još neće biti na MAKS-u 2009 - dizajn se unapređuje, a njegova sledeća verzija je napravljena velikim delom od delova i komponenti prethodne. Ali na posljednjem MAKS-u ultralaki YuAN-2 izazvao je veliko interesovanje, uprkos tome što su mu izgledi pokvarili brojni testovi. Jer ovo nije samo još jedan SLA. Zrakoplov ima aerodinamičan dizajn - takozvani "kanar s lopaticama" - koji se bez preterivanja može nazvati revolucionarnim. U ovom članku autor ideje i šef konstrukcije eksperimentalnog aviona, mladi konstruktor aviona Aleksej Jurkonenko, obrazlaže prednosti nove šeme. Po njegovom mišljenju, idealan je za nemanevarske avione, au ovoj kategoriji - inače vrlo širokoj - može postati osnova novog pravca u razvoju svjetske proizvodnje aviona.

Upotreba savremenih tehnologija projektovanja aviona dovela je do rezultata koji je, na prvi pogled, paradoksalan: proces poboljšanja performansi aviona je „izgubio zamah”. Pronađeni su novi aerodinamički profili, optimizovana mehanizacija krila i formulisani principi za konstruisanje racionalnih struktura vazduhoplovnih konstanti.

Rukcije, poboljšana je gasna dinamika motora... Šta dalje, da li je razvoj aviona zaista došao do svog logičnog kraja?

Pa, evolucija aviona u okviru normalne, ili klasične, aerodinamičke sheme se zaista usporava Na avio izložbama i salonima, masovni gledalac nalazi ogromnu i šaroliku raznolikost; iskustvo

isti stručnjak vidi u osnovi identične avione, koji se razlikuju samo po operativnim i tehnološkim karakteristikama, ali imaju zajedničke konceptualne nedostatke,

“KLASIKA”: ZA I PROTIV

Podsjetimo da se izraz „aerodinamički dizajn aviona*” odnosi na metodu osiguranja statičke stabilnosti i upravljivosti aviona u kanalu 1.

Glavno i, možda, jedino pozitivno svojstvo klasičnog aerodinamičkog dizajna je da horizontalni rep (HO) koji se nalazi iza krila omogućava bez ikakvih posebnih poteškoća da se osigura uzdužna statička stabilnost pri velikim napadnim uglovima aviona.”

Glavni nedostatak klasičnog aerodinamičkog dizajna je prisustvo takozvanih gubitaka u balansiranju, koji nastaju zbog potrebe da se osigura margina uzdužne statičke stabilnosti aviona (slika I). Dakle, rezultirajuća sila uzgona aviona ispada manja od sile uzgona krila za iznos negativne sile uzgona aviona.

Maksimalna vrijednost gubitaka u balansiranju javlja se u režimima polijetanja i slijetanja sa raširenim uređajima za visoko dizanje krila, kada sila dizanja krila, a samim tim i moment ronjenja uzrokovan njome (vidi sliku 1) imaju maksimalnu vrijednost. Postoje, na primjer, putnički avioni kod kojih je, uz potpuno proširenu mehanizaciju, negativna sila dizanja aviona jednaka 25% njihove težine. To znači da je krilo predimenzionirano otprilike za isti iznos, a svi ekonomski i operativni pokazatelji takvog aviona, blago rečeno, daleko su od optimalnih vrijednosti.

AERODINAMSKI DIZAJN “PATA”

Kako izbjeći ove gubitke? Odgovor je jednostavan: aerodinamička konfiguracija statički stabilnog aviona mora isključiti balansiranje s negativnom silom podizanja na horizontali.

„Nagib je ugaono kretanje aviona u odnosu na poprečnu os inercije. Ugao nagiba je ugao između uzdužne ose aviona i horizontalne ravni.

1 Napadni ugao aviona je ugao između smera nadolazeće brzine strujanja i uzdužne cmpoume.tbHuu ose aviona.

 

Možda bi bilo korisno pročitati: