Дельта-крыло

редактировать
Dassault Mirage III был одним из самых успешных типов с треугольным крылом

A треугольное крыло представляет собой крыло в форме треугольника. Он назван из-за сходства формы с греческой заглавной буквой дельта (Δ).

Хотя он долго изучался, он не нашел значительного применения до эпохи реактивных двигателей, когда он оказался пригодным для высокоскоростных дозвуковых и сверхзвуковых полетов. На другом конце шкалы скорости гибкое крыло Rogallo оказалось практичной конструкцией для дельтаплана и других сверхлегких самолетов. Форма треугольного крыла имеет уникальные аэродинамические характеристики и конструктивные преимущества. За прошедшие годы появилось множество вариаций дизайна с дополнительными стабилизирующими поверхностями и без них.

Содержание

  • 1 Общие характеристики
    • 1.1 Конструкция
    • 1.2 Аэродинамика
      • 1.2.1 Низкоскоростной полет
      • 1.2.2 Трансзвуковой и низко-сверхзвуковой полет
      • 1.2.3 Высоко- скорость сверхзвуковые колебания
  • 2 Варианты конструкции
    • 2.1 Бесхвостая дельта
    • 2.2 Хвостовая дельта
    • 2.3 Угловая дельта
  • 3 История
    • 3.1 Ранние исследования
    • 3.2 Дозвуковое толстое крыло
    • 3.3 Сверхзвуковое тонкое крыло
    • 3.4 Сдвоенный уток
    • 3.5 Сверхзвуковой транспорт
    • 3.6 Гибкое крыло Rogallo
  • 4 См. также
  • 5 Ссылки
    • 5.1 Цитаты
    • 5.2 Библиография
  • 6 Внешние ссылки

Общие характеристики

Конструкция

Длинный корневой пояс треугольного крыла и минимальная конструкция подвесного двигателя делают его конструктивно эффективным. Его можно сделать прочнее, жестче и в то же время легче, чем стреловидное крыло такой же грузоподъемности. Из-за этого его легко и относительно недорого построить - существенный фактор успеха МиГ-21 и самолетов Mirage.

Его длинная корневая хорда также позволяет более глубокую структуру для данного сечения крыла, обеспечивая больше внутренний объем для хранения топлива и других материалов без значительного увеличения лобового сопротивления. Однако на сверхзвуковых конструкциях часто используется возможность использовать вместо этого более тонкое крыло, чтобы фактически уменьшить сопротивление.

Аэродинамика

Полет на малых скоростях

Крылья с треугольным сечением демонстрируют разделение потока на больших углах атаки и высокое сопротивление на низких скоростях.

На малых скоростях треугольное крыло требует большого угла атаки для поддержания подъемной силы. Тонкая дельта создает характерный вихревой узор на верхней поверхности, который увеличивает подъемную силу. Некоторым типам с промежуточной стреловидностью были приданы убирающиеся «усы» или фиксированные корневые удлинители передней кромки (LERX) для стимулирования образования вихрей.

По мере увеличения угла атаки передняя кромка крыла создает вихрь , который возбуждает поток на верхней поверхности крыла, задерживая отрыв потока, и придание дельте очень высокого угла сваливания. Нормальное крыло, построенное для использования на высоких скоростях, обычно имеет нежелательные характеристики на низких скоростях, но в этом режиме дельта постепенно переходит в режим подъемной силы, основанный на создаваемом им вихре, режим, в котором оно имеет плавные и стабильные летные характеристики.

Вихревой подъем достигается за счет увеличения лобового сопротивления, поэтому необходимы более мощные двигатели для поддержания полета на малой скорости или под большим углом атаки.

Трансзвуковой и малосверхзвуковой полет

Конвэр сделал несколько сверхзвуковых дельт. Это F-106 Delta Dart, развитие их более раннего F-102 Delta Dagger

с достаточно большим углом обратной стреловидности, от трансзвукового до низкого сверхзвуковой диапазон скоростей, передняя кромка крыла остается за границей ударной волны или конусом ударной волны, создаваемым корнем передней кромки.

Это позволяет воздуху под передней кромкой выходить наружу, вверх и вокруг нее, а затем обратно внутрь, создавая картину бокового потока. Распределение подъемной силы и другие аэродинамические характеристики находятся под сильным влиянием этого бокового потока.

Угол стреловидности назад снижает скорость полета по нормали к передней кромке крыла, тем самым позволяя самолету летать на высоких дозвуковых, околозвуковой или сверхзвуковой скорости, при этом сохраняются дозвуковые подъемные характеристики воздушного потока над крылом.

В этом режиме полета опускание передней кромки в пределах ударного конуса увеличивает подъемную силу, но не лобовое сопротивление. Такой конический наклон передней кромки был введен в серийный Convair F-102A Delta Dagger одновременно с переделкой конструкции прототипа и включением ограничителя площади. Он также появился на следующих двух дельтах Convair, F-106 Delta Dart и B-58 Hustler.

High-speed supersonic waveing ​​

На высоких сверхзвуковых скоростях ударная конус от корня передней кромки отклоняется дальше назад, чтобы лежать вдоль поверхности крыла за передней кромкой. Возникновение бокового обтекания больше невозможно, и аэродинамические характеристики значительно изменяются. Именно в этом режиме полета становится возможной техника вейверайдера, которая используется на North American XB-70 Valkyrie. Здесь ударное тело под крылом создает прикрепленную ударную волну, и высокое давление, связанное с волной, обеспечивает значительную подъемную силу без увеличения сопротивления.

Варианты конструкции

Aérospatiale-BAC Concorde демонстрирует свое овальное крыло

Варианты треугольного крыла предлагают улучшения базовой конфигурации.

Canard delta - Многие современные истребители, такие как JAS 39 Gripen, Eurofighter Typhoon и Dassault Rafale, используют комбинацию носовых самолетов canard. и треугольное крыло.

Хвостовая дельта - добавляет обычное хвостовое оперение (с горизонтальными поверхностями оперения) для улучшения управляемости. Обычен на советских типах, таких как МиГ-21 Микояна-Гуревича.

Обрезанная дельта - наконечник обрезан. Это помогает поддерживать подъемную силу забортного двигателя и уменьшать отрыв (сваливание) законцовки крыла при больших углах атаки. Большинство дельт в какой-то степени обрезано.

В составной дельте, двойной дельте или изогнутой стрелке передний край не прямой. Обычно внутренняя секция имеет увеличенную стреловидность, создавая управляемый вихрь с большой подъемной силой без необходимости использования носовой части. Примеры включают истребитель Saab Draken, прототип General Dynamics F-16XL и исследование High Speed ​​Civil Transport. ogee delta (или ogival delta ), используемое на англо-французском Concorde Mach 2 авиалайнере, аналогично, но с двумя секциями и обрезанная законцовка крыла сливаются в плавную кривую ogee.

" ". Бесхвостая дельта" ". Хвостатая дельта" ". Обрезанная дельта" ". Составная дельта" ". Криволинейная стрелка" ". дельта Огивала

Бесхвостая дельта

Saab 35 Draken был Успешная конструкция с двойным треугольником без хвоста

Как и другие летательные аппараты без хвоста, треугольное крыло без хвоста не приспособлено к высоким нагрузкам на крыло и требует большой площади крыла для данного веса самолета. Наиболее эффективные крылья нестабильны по тангажу, и бесхвостый тип должен использовать менее эффективную конструкцию и, следовательно, крыло большего размера. Используемые методы включают:

  • Использование менее эффективного крыла, которое по своей природе стабильно, например, симметричной формы с нулевым развалом или даже рефлекторного изгиба около задней кромки,
  • Использование задней части крыла в качестве слегка или даже отрицательно нагруженный горизонтальный стабилизатор:
    • закручивание внешней передней кромки вниз, чтобы уменьшить угол падения законцовки крыла, которая находится за главным центром подъемной силы. Это также улучшает характеристики сваливания и может улучшить сверхзвуковую крейсерскую скорость и другими способами.
    • Смещение центра масс вперед и балансировка руля высоты для создания уравновешивающей прижимной силы. В высшей степени это снижает способность аппарата поднимать нос при взлете и посадке.

Основными преимуществами бесхвостого треугольника являются простота конструкции и малый вес в сочетании с низким аэродинамическим сопротивлением. Эти свойства помогли сделать Dassault Mirage III одним из самых массовых сверхзвуковых истребителей всех времен.

Дельта с хвостовиком

Обычный стабилизатор хвостового оперения позволяет оптимизировать подъемную силу основного крыла и, следовательно, быть меньше и более нагруженным. Разработка самолетов, оснащенных этой конфигурацией, началась в конце 1940-х годов.

При использовании с T-образным хвостовым оперением, как в Gloster Javelin, треугольное крыло, как и другие крылья, может дать подняться до «глубокого сваливания », в котором большой угол атаки в сваливании вызывает турбулентный след от свалившегося крыла, охватывающий хвост. Это делает лифт неэффективным, и самолет не может выйти из сваливания. В случае с Javelin, устройство предупреждения об сваливании было разработано и реализовано для Javelin после ранней потери самолета в таких условиях. По сообщениям, команда разработчиков Глостера решила использовать треугольную конфигурацию из-за необходимости, стремясь достичь эффективной маневренности на относительно высоких скоростях для той эпохи, а также требуя подходящей управляемости при полете с желаемой более низкой посадочной скоростью.

Canard delta

. Eurofighter Typhoon имеет треугольную конфигурацию крыла «утка».

«дельта-крыло» подъема-утка может обеспечить меньшее смещение центра подъемной силы при увеличении числа Маха по сравнению с традиционной конфигурацией оперения.

Незаряженная или свободно плавающая утка может обеспечить безопасное восстановление с большого угла атаки. В зависимости от конструкции, поверхность утка может увеличивать или уменьшать продольную устойчивость самолета.

Носовая плоскость «утка» создает свой собственный вихрь. Если этот вихрь мешает завихрению основного треугольного крыла, это может отрицательно повлиять на воздушный поток над крылом и вызвать нежелательное и даже опасное поведение. В моноблочной конфигурации вихрь утка соединяется с основным вихрем, что увеличивает его преимущества и поддерживает контролируемый воздушный поток в широком диапазоне скоростей и углов атаки. Это позволяет улучшить маневренность и снизить скорость сваливания, но наличие носовой части может увеличить лобовое сопротивление на сверхзвуковых скоростях и, следовательно, снизить максимальную скорость самолета.

История

Ранние исследования

Треугольные стабилизирующие стабилизаторы для ракет были описаны еще в 1529–1556 годах австрийским военным инженером Конрадом Хаасом и 17 век литовского военного инженера Казимежа Семеновича. Однако истинное подъемное крыло треугольной формы появилось только в 1867 году, когда оно было запатентовано J.W. Батлер и Э. Эдвардс в проекте реактивного самолета в форме дротика, имеющего форму дротика. Вскоре за этим нововведением последовало несколько других предложений, таких как версия биплана от Батлера и Эдвардса и версия с реактивным двигателем русского Николая де Телешева.

В 1909 году британский пионер авиации Дж.. В. Данн запатентовал бесхвостый стабильный самолет с конической формой крыла. Патент включал биконическую дельту несколько более широкой формы, каждая сторона которой выпирала вверх к задней части, как это характерно для современного крыла Rogallo. В течение следующего года У.Г. Ли и В.А.Дэрра запатентовали аналогичный самолет с биконическим треугольным крылом в Америке, но с явно жестким крылом. Он также включал предложение по системе управления полетом и касался как планирующего, так и управляемого полета. Следует отметить, что ни один из этих ранних проектов не был известен успешным полетом, хотя в 1904 году дельтаплан Лавеццани с независимыми левым и правым треугольными крыльями оторвался от земли, и другие бесхвостые конструкции Данна, основанные на том же принципе, летали.

Практическое треугольное крыло было впервые разработано немецким авиаконструктором Александром Липпишем в годы после Первой мировой войны с использованием толстого свободнонесущего крыла без оперения. Его ранние конструкции, для которых он придумал название «Дельта», использовали очень пологий угол, так что крыло выглядело почти прямым, а кончики крыла приходилось обрезать (см. Ниже). Его первый самолет с треугольным крылом поднялся в воздух в 1931 году, за ним последовали четыре последовательно улучшенных самолета. Ни один из этих прототипов не был легко управляем на малых скоростях, и ни один из них не получил широкого распространения.

Дозвуковое толстое крыло

У бомбардировщика Avro Vulcan было толстое крыло

Во время последнего В годы Второй мировой войны Александр Липпиш усовершенствовал свои идеи о высокоскоростной дельте, существенно увеличив стреловидность передней кромки крыла. Экспериментальный самолет Lippisch DM-1 был построен в 1944 году и использовался в качестве планера на испытаниях по управляемости на малых скоростях. После окончания конфликта проект DM-1 был продолжен от имени США, в результате чего DM-1 был отправлен на Langley Field в Вирджиния для изучения NACA (Национальный консультативный комитет по аэронавтике, предшественник сегодняшнего NASA ). Он претерпел значительные изменения в США, как правило, для снижения сопротивления, что привело к замена его большого вертикального стабилизатора на меньший и более традиционный аналог, наряду с обычным фонарём кабины, взятым от Lockheed P-80 Shooting Star. Lippisch P.13a был дальнейшим исследованием проекта высокоскоростного, возможно, даже сверхзвукового самолета-перехватчика.

Работа французского конструктора Николя Ролана Пайена в чем-то похожее на Липпиша. В течение 1930-х годов он разработал тандемную треугольную конфигурацию с прямым передним крылом и крутым треугольником на корме, но начало Второй мировой войны остановило летные испытания Pa-22, хотя он и работал. продолжалось некоторое время после того, как проект привлек внимание Германии. В течение послевоенной эпохи Пайен управлял экспериментальным бесхвостым дельтовидным самолетом Pa.49 в 1954 году, а также серией бесхвостых толкачей Arbalète от 1965. Были предложены дальнейшие производные, основанные на работе Пайена, но в конечном итоге они не были разработаны.

После войны британцы разработали ряд дозвуковых реактивных самолетов, в которых использовались данные, собранные в ходе работы Липпиша. Один из таких самолетов, исследовательский самолет Avro 707, совершил свой первый полет в 1949 году. Британские военные самолеты, такие как Avro Vulcan (стратегический бомбардировщик ) и Gloster Javelin (всепогодный истребитель) был одним из первых самолетов, оборудованных треугольником, поступивших в производство. В то время как Vulcan был классической бесхвостой конструкцией, у Javelin было хвостовое оперение, чтобы улучшить управляемость на низких скоростях и маневренность на высоких скоростях, а также обеспечить больший диапазон центра тяжести. По словам авиационного автора Тони Баттлера, Глостер безуспешно продвигал усовершенствование Javelin, которое, среди прочего, уменьшило бы толщину его крыла, чтобы достичь сверхзвуковой скорости до 1,6 Маха.

Сверхзвуковое тонкое крыло

Истребитель МиГ-21 имел обычное хвостовое оперение.

Американский аэродинамик Роберт Т. Джонс, работавший в NACA во время Второй мировой войны, разработал теорию тонкого треугольного крыла для сверхзвукового полета.. Впервые опубликованный в январе 1945 года, его подход отличался от подхода Липпиша на толстых треугольных крыльях. Тонкое крыло послужило успешной основой для всех практических сверхзвуковых дельт и получило широкое распространение.

В конце 1940-х годов британский производитель самолетов Fairey Aviation заинтересовался треугольным крылом, его предложения привели к к экспериментальному Fairey Delta 1, производимому по Спецификации Министерства авиации E.10 / 47. Последующий экспериментальный самолет Fairey Delta 2 оказался способным развивать скорость, превышающую скорость любого другого обычного самолета того времени. 10 марта 1956 года самолет Fairey Delta 2 побил мировой рекорд скорости, подняв его до 1132 миль в час (1811 км / ч) или 1,73 Маха. Это достижение превысило предыдущий зарегистрированный рекорд скорости на 310 миль в час, или 37%; никогда прежде рекорд никогда не поднимался с таким большим отрывом.

В своей первоначальной бесхвостой форме тонкая дельта широко использовалась американской авиационной компанией Convair и французским производителем самолетов. Дассо Авиэйшн. Convair F-102 Delta Dagger и Douglas F4D Skyray были двумя из первых реактивных истребителей с бесхвостым треугольным крылом, когда они поступили на вооружение в 1956 году. Интерес Dassault к треугольному крылу. произвел семейство боевых самолетов Dassault Mirage, особенно очень успешный Mirage III. Помимо прочего, Mirage III был первым западноевропейским боевым самолетом, который превысил 2 Маха в горизонтальном полете.

Конфигурация «треугольник» была принята ЦАГИ (Центральный аэрогидродинамический институт, г. Москва ), для улучшения управляемости с большим углом атаки, маневренности и диапазона центра тяжести в чисто дельта-плане. Микоян-Гуревич МиГ-21 («Рыбная кровать») стал самым распространенным боевым самолетом 1970-х.

Комбинированная утка

Saab Viggen первым разработал моноблочную «утку»

В 1960-х годах шведский производитель самолетов Saab AB разработал моноблочную дельтовидную конфигурацию «утка», разместив треугольную носовую часть прямо перед и над главным треугольным крылом. Запатентованная в 1963 году, эта конфигурация впервые использовалась на истребителе Viggen компании в 1967 году. Тесная муфта изменяет воздушный поток над крылом, особенно когда летать на больших углах атаки. В отличие от классических хвостовых рулей высоты, утки увеличивают общую подъемную силу, а также стабилизируют воздушный поток над основным крылом. Это обеспечивает более экстремальные маневры, улучшает управляемость на низких скоростях и снижает разбег и скорость посадки. В 1960-х годах эта конфигурация считалась радикальной, но команда разработчиков Saab сочла, что это был оптимальный подход, доступный для удовлетворения противоречивых требований к производительности для Viggen, включая благоприятные характеристики STOL, сверхзвуковую скорость, низкую Чувствительность к турбулентности во время полета на малых высотах и ​​эффективная подъемная сила для дозвукового полета.

Хотя эта конфигурация была впервые применена на Viggen, с тех пор она стала широко использоваться в различных сверхзвуковых истребителях. Несколько ярких примеров включают многонациональный Eurofighter Typhoon, французский Dassault Rafale, собственный Gripen Saab (преемник Viggen) и израильский IAI Kfir ; по словам авиационных авторов Билла Ганстона и Питера Гилкриста, основной причиной популярности моноблочного устройства был выдающийся уровень маневренности в воздухе, который он способен обеспечить.

Сверхзвуковой транспорт

Когда Был разработан сверхзвуковой транспортный самолет (SST), и для англо-французского Concorde и советского Tupolev Tu-144, впервые взлетевшего в 1968 году, было выбрано бесхвостое треугольное крыло. Хотя и Конкорд, и прототип Ту-144 имели конфигурацию треугольник, серийные модели Ту-144 отличались заменой крыла на двойное треугольное крыло. Треугольные крылья требовали, чтобы эти авиалайнеры имели более высокий угол атаки на низких скоростях, чем обычные самолеты; в случае с Concorde подъемная сила поддерживалась за счет образования крупных вихрей низкого давления по всей верхней поверхности крыла. Его типичная посадочная скорость составляла 170 миль в час (274 км / ч), что значительно выше, чем у дозвуковых авиалайнеров. Многие предложенные преемники, такие как Zero Emission Hyper Sonic Transport ZEHST), как сообщается, приняли конфигурацию, аналогичную базовой конструкции этого Concorde, таким образом, крыло Delta остается вероятным кандидатом для будущих сверхзвуковых гражданских проектов.

Гибкое крыло Рогалло

Во время и после Второй мировой войны Фрэнсис и Гертруда Рогалло разработали идею гибкого крыла, которое можно складывать для хранения. Фрэнсис увидел применение в спасении космических кораблей, и НАСА заинтересовалось. В 1961 году Райан пилотировал XV-8, экспериментальный «летающий джип» или «флип». Для него было выбрано гибкое крыло треугольной формы, и при использовании оно вздывалось в виде двойного конуса, что придавало ему аэродинамическую устойчивость. Несмотря на испытания, но в конечном итоге никогда не использовавшиеся для восстановления космических кораблей, эта конструкция вскоре стала популярной для дельтапланов и сверхлегких самолетов и получила название крыла Рогалло.

См. Также

Ссылки

Цитаты

Библиография

Внешние ссылки

На Викискладе есть материалы, связанные с крыльями дельты.
Найдите треугольное крыло в Викисловаре, бесплатном словаре.
Последняя правка сделана 2021-05-17 12:25:20
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте