Proprietà del profilo alare a forma di S. Profilo alare di aeroplano: tipologie, caratteristiche tecniche e aerodinamiche, metodo di calcolo e portanza massima. Forza aerodinamica totale e sue proiezioni

Porto alla tua attenzione un articolo dal ciclo dei materiali per aiutare i designer dilettanti della SLA. Consulente scientifico - Professore del Dipartimento di ingegneria aeronautica dell'Istituto dell'aviazione di Mosca, dottore in scienze tecniche, vincitore del Premio di Stato A.A. Badyagin. L'articolo è stato pubblicato sulla rivista "Wings of the Motherland" n. 2 per il 1987.

Perché, chiedi, abbiamo bisogno di un articolo su un profilo per velivoli ultraleggeri? Rispondo - i pensieri espressi in questo articolo sono direttamente applicabili nella modellistica aeronautica - le velocità sono comparabili e, di conseguenza, l'approccio al design.

Il miglior profilo

La progettazione dell'aeroplano di solito inizia con la selezione del profilo dell'ala. Dopo essersi seduto per una settimana o due su elenchi e atlanti, senza comprenderli appieno, su consiglio di un amico, sceglie quello più adatto e costruisce un aeroplano che vola bene. Il profilo selezionato viene dichiarato il migliore. Un altro dilettante sceglie allo stesso modo un profilo completamente diverso e il suo aereo vola bene. Al terzo, l'aereo decolla a malapena da terra e all'inizio il profilo dell'ala apparentemente più vantaggioso è considerato non più adatto.

Ovviamente non tutto dipende dalla configurazione del profilo. Proviamo a capirlo. Confrontiamo due ali con profili completamente diversi, ad esempio con lo Yak-55 simmetrico e l'asimmetrico Clark YH - Yak-50. Definiamo diverse condizioni per il confronto. Primo: le ali con profili diversi devono avere un allungamento (l).

l = I2/S,
dove I è la campata, S è l'area.

Secondo: poiché l'angolo di portanza zero per il profilo alare simmetrico è uguale a 00, sposteremo la sua polare (vedi Fig. 1) a sinistra, che corrisponderà fisicamente all'installazione dell'ala su un aeroplano con un angolo di incantesimo positivo .

Ora, guardando il grafico, puoi facilmente trarre una conclusione importante: nell'intervallo degli angoli di attacco di volo, le caratteristiche dell'ala sono praticamente indipendenti dalla forma del profilo. Naturalmente, stiamo parlando di profili aerodinamici che non hanno zone di intensa separazione del flusso nella gamma degli angoli di attacco del volo. Le caratteristiche dell'ala, tuttavia, possono essere significativamente influenzate aumentando l'allungamento. Per confronto, il grafico 1 mostra le polari alari con gli stessi profili, ma con un allungamento di 10. Come puoi vedere, sono diventate molto più ripide, o, come si suol dire, la derivata CU rispetto a a è diventata più alta (CU è la coefficiente di portanza dell'ala, a è l'angolo di attacco). Ciò significa che con un aumento dell'allungamento agli stessi angoli di attacco con praticamente gli stessi coefficienti di resistenza Cx, si possono ottenere proprietà portanti più elevate.

Ora parliamo di cosa dipende dalla forma del profilo.

Innanzitutto, i profili hanno un coefficiente di portanza massimo diverso CU max. Quindi, per le ali simmetriche, il coefficiente di portanza dell'ala è 1,2 - 1,4, quelle ordinarie asimmetriche con una superficie inferiore convessa possono avere - fino a 1,8, con una forte concavità della superficie inferiore a volte raggiunge 2. Tuttavia, deve essere si ricorda che i profili con un CU max molto alto hanno solitamente Cx e mz - coefficiente di momento longitudinale elevati. Per bilanciare un aereo con un tale profilo, l'unità di coda deve sviluppare molta forza. Di conseguenza, la sua resistenza aerodinamica aumenta e il guadagno complessivo ottenuto grazie all'alto profilo del cuscinetto è significativamente ridotto.

CU max influisce in modo significativo solo sulla velocità minima dell'aeromobile - stallo. Determina in gran parte la semplicità della tecnica di pilotaggio dell'auto. Tuttavia, l'influenza di CU max sulla velocità di stallo si manifesta notevolmente a carichi specifici elevati sull'ala G / S (G è il peso dell'aeromobile). Allo stesso tempo, a carichi tipici per velivoli amatoriali, ovvero 30 - 40 kg / m2, un grande CU max non è significativo. Quindi il suo aumento da 1,2 a 1,6 su un aereo amatoriale può ridurre la velocità di stallo di non più di 10 km / h.

In secondo luogo, la forma del profilo influenza in modo significativo il comportamento del velivolo ad alti angoli di attacco, cioè a basse velocità durante l'avvicinamento all'atterraggio, in caso di accidentale "tirare la maniglia verso se stessa". Allo stesso tempo, per profili sottili con una punta relativamente affilata, è caratteristico un forte stallo del flusso, che è accompagnato da una rapida perdita di portanza e un forte stallo dell'aereo in rotazione o sul muso. Quelli più spessi con punta smussata sono caratterizzati da una "pausa morbida" con un lento calo della portanza. Allo stesso tempo, il pilota riesce sempre a capire di essere in una modalità pericolosa, e a portare la vettura ad angoli di incidenza inferiori, allontanandogli la maniglia. Uno stallo brusco è particolarmente pericoloso se l'ala ha un piano rastremato e un profilo più sottile all'estremità dell'ala. In questo caso, lo stallo del flusso si verifica in modo asimmetrico, l'aereo cade bruscamente sull'ala e va in rotazione. È questo carattere che appare negli aerei Yak-50 e Yak-52, che hanno un profilo molto sottile all'estremità di un'ala fortemente affusolata (9% all'estremità e 14,5% alla radice) con una punta molto affilata - Clark YH. Qui si rivela un'importante proprietà dei profili: quelli più sottili hanno un Cy max inferiore e angoli di attacco critici inferiori, cioè gli angoli a cui si verifica lo stallo del flusso.

Le ali con uno spessore del profilo relativo costante lungo la campata hanno caratteristiche di stallo molto migliori. Ad esempio, lo Yak-55 con un'ala moderatamente ristretta con un profilo costante del 18% lungo la campata con una punta smussata, quando raggiunge alti angoli di attacco, abbassa dolcemente il naso e va in picchiata, poiché lo stallo del flusso si verifica al radice dell'ala, che non crea momenti di sbandamento. Per ottenere uno stallo alla radice, è meglio se l'ala non ha affatto conicità. Sono queste ali che sono installate sulla maggior parte degli aerei dell'addestramento iniziale. Uno stallo precoce della radice può anche essere causato dall'installazione di un trabocco sull'ala, mostrato in Fig. 2. in questo caso, il profilo della radice riceve uno spessore relativo minore e una "forma meno portante". L'installazione di un tale afflusso sullo sperimentale Yak-50 una volta ha cambiato significativamente la natura dello stallo dell'aereo: quando ha raggiunto alti angoli di attacco, non è più caduto sull'ala, ma ha abbassato il muso ed è andato in picchiata.

Il terzo parametro, che dipende essenzialmente dalla forma del profilo, è il coefficiente di resistenza Cx. Tuttavia, come mostra la pratica della costruzione di aeromobili amatoriali, la sua riduzione su un aereo amatoriale con un carico specifico di 30-40 kg / m2, con una velocità massima di 200-250 km / h, praticamente non influisce sulle caratteristiche di volo. In questa gamma di velocità, le prestazioni di volo non sono praticamente influenzate da carrello di atterraggio non retrattile, montanti, bretelle, ecc. Anche la qualità aerodinamica di una vela dipende principalmente dall'allungamento dell'ala. E solo a un livello di qualità aerodinamica di 20-25 e l più di 15 a causa della selezione del profilo, la qualità può essere aumentata del 30-40%. Mentre su un aereo amatoriale con una qualità di 10-12, a causa del profilo di maggior successo, la qualità può essere aumentata di non più del 5-10%. È molto più facile ottenere un tale aumento, se necessario, selezionando la geometria dell'ala nel piano. Nota un'altra caratteristica: nella gamma di velocità degli aerei amatoriali, un aumento dello spessore relativo del profilo alare fino al 18-20% non ha praticamente alcun effetto sulla resistenza aerodinamica dell'ala, allo stesso tempo, il coefficiente di portanza dell'ala aumenta notevolmente.

Come sapete, un aumento significativo delle caratteristiche del cuscinetto alare può essere ottenuto attraverso l'uso di alette. Da notare una caratteristica delle ali con lembi: quando deviate, CU max dipende poco da quale CU max aveva il profilo iniziale, ed è determinato, in pratica, solo dal tipo di lembo utilizzato. Il più semplice, il più utilizzato su velivoli leggeri stranieri e le sue caratteristiche sono mostrate in Fig. 3.

Gli stessi flap sono utilizzati sui velivoli del nostro amatore P. Almurzin. Le alette a fessura, a doppia fessura e sospese sono più efficienti. Nella fig. 4 mostra il più semplice di essi e quindi sono usati più spesso.

CU max con un lembo a una fessura può raggiungere 2,3-2,4 e con un lembo a due fessure - 2,6 - 2,7. In molti libri di testo di aerodinamica vengono forniti metodi di costruzione geometrica della forma della fessura. Ma la pratica mostra che il divario calcolato teoricamente deve ancora essere messo a punto e messo a punto nella galleria del vento, a seconda della geometria specifica del profilo, della forma dell'ala, ecc. In questo caso lo slot o funziona, migliorando le caratteristiche del flap, oppure non funziona affatto, e la probabilità che, teoricamente, senza soffiare, sia possibile calcolare e selezionare l'unica forma possibile dello slot è estremamente ridotta . Anche l'aerodinamica professionale, e ancor più quella amatoriale, raramente riesce in questo. Pertanto, nella maggior parte dei casi sugli aerei amatoriali, le fessure sui flap e sugli alettoni, anche se lo sono, non danno alcun effetto, e un flap a fessura complesso funziona come il più semplice. Certo, puoi provarli su dispositivi amatoriali, ma prima dovresti pensarci attentamente, soppesando tutti i pro e i contro.

E qualche altro Consiglio pratico, che può essere utile nella costruzione di velivoli amatoriali. È desiderabile mantenere il profilo dell'ala molto accuratamente dal naso al punto di massimo spessore. Va bene se questa parte dell'ala ha una pelle dura. La sezione della coda può essere avvolta attorno alla tela e, per semplificare la tecnologia, anche raddrizzata "sotto il righello", come mostrato in Fig. 5. Non ha più senso la sezione curva della coda dell'ala con il rivestimento in lino cedevole tra le costole. Il bordo d'uscita dell'ala non deve essere ridotto a un "coltello" affilato. Può avere uno spessore di 10-15 mm, ma non più dell'1,5% della corda (vedi Fig. 5). Ciò non influisce affatto sulle caratteristiche aerodinamiche dell'ala, ma l'efficienza degli alettoni aumenta leggermente e semplifica la tecnologia e il design.

Un elemento importante del profilo è la forma della punta degli alettoni. Le opzioni più comuni sono mostrate nella Figura 6.

Il profilo formato dalla "parabola 100" viene utilizzato su alettoni e timoni che hanno compensazione aerodinamica assiale quando il muso entra nella corrente, ad esempio sullo Yak-55. Una tale forma "smussata" della punta con un valore molto elevato di compensazione aerodinamica assiale (20% e oltre) porta ad un aumento non lineare degli sforzi sullo stick di controllo quando gli alettoni o i timoni vengono deviati. I migliori in questo senso sono i calzini "a punta", come sul Su-26.

Per l'impennamento vengono utilizzati profili alari simmetrici. I timoni, come gli alettoni, possono essere formati da archi dritti con un bordo d'uscita smussato. La coda con un profilo piatto sottile, come sugli aerei acrobatici americani "Pitts", "Laser" e altri, ha un'efficienza sufficiente (vedi Fig. 7).

La rigidità e la robustezza del piumaggio sono fornite dalle bretelle, risulta essere molto leggero e strutturalmente semplice. Lo spessore relativo del profilo è inferiore al 5%. Con un tale spessore, le caratteristiche del piumaggio non dipendono affatto dalla forma del profilo.

Ecco i dati sui profili più adatti alle macchine volanti amatoriali. Naturalmente, sono possibili altre opzioni, ma si noti che le migliori proprietà nella gamma di velocità degli aerei amatoriali sono il 15-18 percento con una punta smussata e con uno spessore relativo massimo situato entro il 25% della corda.

I profili consigliati hanno le seguenti caratteristiche: P-II e P-III sono stati sviluppati presso TsAGI. Hanno elevate proprietà portanti e buone caratteristiche ad alti angoli di attacco. Erano ampiamente utilizzati negli anni '30 e '40 e sono ancora in uso oggi.

NACA-23015 - le ultime due cifre indicano lo spessore relativo in percentuale, la prima è il numero di lotto. Il profilo ha un Cy max piuttosto elevato a basso Cx, un basso coefficiente di momento longitudinale Mz, che determina piccole perdite di bilanciamento. Il modello di stallo per gli aerei con questo profilo alare è "morbido". NACA - 230 con uno spessore relativo del 12 - 18% viene utilizzato sulla maggior parte dei motori leggeri, compresi gli aerei amatoriali statunitensi.

NACA - 2418 - per velocità inferiori a 200 - 250 km / h è considerato più redditizio di NACA - 230. Viene utilizzato su molti aerei, incluso lo Zlins cecoslovacco.

GAW è un profilo alare supercritico progettato dall'aerodinamico americano Whitcomb per velivoli leggeri. Redditizio a velocità superiori a 300 km/h. Una punta "affilata" predetermina una brusca rottura ad alti angoli di attacco, un bordo d'uscita "piegato" verso il basso contribuisce ad un aumento di Cy max.

"Kri-Kri" - profilo dell'aliante laminato, sviluppato dall'aerodinamico della Germania occidentale Wortman e leggermente modificato dal designer di "Kri-Kri" French Colomban. Lo spessore relativo del profilo è del 21,7%, grazie al quale si ottengono elevate caratteristiche portanti. Come il GAW-1, questo profilo richiede una precisione del contorno teorica molto elevata e Alta qualità finiture della superficie dell'ala. Diamo le coordinate del profilo in mm, ricalcolate dal progettista alla corda dell'ala del velivolo Kri-Kri, pari a 480 mm.

P-52 è un profilo moderno sviluppato presso TsAGI per velivoli a motore leggero. Ha una punta smussata e una coda dritta.

Yak-55 è un profilo simmetrico per velivoli sportivi acrobatici. Sull'ala, lo spessore relativo è del 12-18%, sul piumaggio - 15%. Il modello di stallo del velivolo è molto "morbido" e liscio.

V-16 - Profilo simmetrico francese, ha un alto Su max, viene utilizzato su aerei sportivi KAP-21, "Extra-230" e altri.

Su-26 - 18%, Su-26 - 12% - profili speciali per aerei sportivi e acrobatici. Su-26-18% viene utilizzato alla radice dell'ala del Su-26, Su-26 - 12% - nella punta dell'ala e sulla coda. Il profilo ha una punta "affilata", che riduce in qualche modo le proprietà del cuscinetto, ma consente di ottenere una risposta molto sensibile della macchina alla deflessione dei timoni. Sebbene un simile aereo sia difficile da pilotare per i principianti, gli atleti esperti acquisiscono la capacità di eseguire figure inaccessibili agli aerei con una reazione ritardata "morbida" al movimento della maniglia a causa della punta smussata del profilo. La rottura di un aereo con un profilo del tipo Su-26 avviene rapidamente e bruscamente, il che è necessario quando si eseguono moderne figure di cavatappi. La seconda caratteristica è la "compressione" nella sezione di coda, che aumenta l'efficienza degli alettoni.

L'ala del Su-26 ha grandi alettoni che occupano quasi l'intero bordo d'uscita. Se "abbattiamo" di 10° il neutro degli alettoni (entrambi contemporaneamente), il Su max aumenterà di circa 0,2, avvicinandosi al Su max di un buon profilo asimmetrico. Allo stesso tempo, Cx praticamente non aumenta e la qualità aerodinamica non diminuisce, lo stesso si osserva su altri profili alari simmetrici. Questa è la base dell'utilizzo di alettoni, cinematicamente collegati all'elevatore, che svolgono contemporaneamente le funzioni di alettoni e flap, come i flap su un modello di linea.

Una delle fasi importanti nella costruzione di un modello di aeromobile è il calcolo e la progettazione delle ali. Per progettare correttamente un'ala, devono essere presi in considerazione diversi punti: scegliere i giusti profili di radice e terminale, sceglierli correttamente in base ai carichi che forniscono e progettare correttamente anche i profili aerodinamici intermedi.

Dove inizia il design delle ali?

All'inizio della costruzione, è stato realizzato uno schizzo preliminare a grandezza naturale dell'aeromobile su carta da lucido. Durante questa fase, ho deciso la scala del modello e l'apertura alare.

Determinazione della portata

Una volta approvata l'apertura alare preliminare, è arrivato il momento di determinare il peso. Questa parte del calcolo era di particolare importanza. Il piano originale prevedeva un'apertura alare di 115 cm, tuttavia, il calcolo preliminare indicava che il carico sulle ali sarebbe stato troppo elevato. Quindi ho ridimensionato il modello fino a un'ampiezza di 147 cm, escluse le estremità alari. Questo design si è rivelato più adatto da un punto di vista tecnico. Dopo il calcolo, mi resta da fare una tabella dei pesi con i valori dei pesi. Ho anche aggiunto alla mia tabella i valori medi del peso della pelle, ad esempio, il peso della pelle di balsa dell'aereo è stato determinato da me come prodotto dell'area dell'ala per due (per la parte inferiore e superiore dell'ala ) per il peso di un metro quadrato di balsa. Lo stesso è stato fatto per la coda e gli ascensori. Il peso della fusoliera è stato ottenuto moltiplicando per due l'area della fiancata e della sommità della fusoliera e per la densità per metro quadrato di balsa.

Di conseguenza, ho ottenuto i seguenti dati:

• Tiglio, 24 once per pollice cubo
• Balsa 1/32 '', 42 once per pollice quadrato
• Balsa 1/16 '' 85 oz per pollice quadrato

Sostenibilità

Dopo aver determinato il peso, sono stati calcolati i parametri di stabilità per garantire che l'aeromobile fosse stabile e che tutte le parti fossero di dimensioni adeguate.

Per un volo stabile, era necessario fornire diverse condizioni:

1. Il primo criterio è il valore della corda aerodinamica media (MAX). Può essere trovato geometricamente aggiungendo l'accordo finale all'accordo fondamentale su entrambi i lati e l'accordo fondamentale all'accordo finale su entrambi i lati, quindi collegare punti estremi insieme. Nel punto di intersezione, sarà localizzato il centro del MAR.
2. Il focus aerodinamico dell'ala è 0,25 del valore MAC.
3. Questo centro deve essere trovato sia per le ali che per gli ascensori.
4. Successivamente, viene determinato il punto neutro dell'aeromobile: mostra il baricentro dell'aeromobile e viene calcolato anche insieme al centro di pressione (centro di portanza).
5. Successivamente, viene definito un confine statico. Questo criterio valuta la stabilità di un aeromobile: più è alto, maggiore è la stabilità. Tuttavia, più l'aereo è stabile, più è manovrabile e meno controllabile. D'altra parte, non puoi volare su un aereo troppo instabile. Il valore medio di questo parametro va dal 5 al 15%
6. Vengono calcolati anche i rapporti di piumaggio. Questi coefficienti vengono utilizzati per confrontare l'efficienza aerodinamica dell'ascensore in termini di proporzioni e distanza dall'ala.
7. Il rapporto di coda verticale è solitamente compreso tra 0,35 e 0,8
8. Il rapporto di coda orizzontale è solitamente compreso tra 0,02 e 0,05

Scegliere il profilo aerodinamico giusto

La selezione del profilo corretto determina il comportamento corretto dell'aereo in volo. Di seguito è riportato un collegamento a uno strumento semplice e conveniente per il controllo dei profili alari. Come base per la scelta dei profili aerodinamici, ho scelto il concetto che l'accordo all'estremità dell'ala è metà dell'accordo alla radice. La soluzione migliore che ho trovato per evitare lo stallo dell'ala è stata quella di rastremare bruscamente l'ala in punta senza essere in grado di mantenere il controllo dell'aereo fino a quando non ha raggiunto una velocità sufficiente. Ho ottenuto questo risultato abbassando l'ala sulla punta e attraverso un'attenta selezione dei profili della radice e dell'estremità.

Alla radice, ho scelto il profilo alare S8036 con uno spessore dell'ala del 16% della lunghezza della corda. Questo spessore ha permesso di posare un'asta di forza sufficiente, nonché un carrello di atterraggio retrattile all'interno dell'ala. Per la parte terminale è stato scelto il profilo - S8037, che ha anche uno spessore del 16% dello spessore della corda. Tale ala stallerà ad un alto coefficiente di portanza, così come ad un angolo di attacco più alto rispetto all'S8036 con lo stesso numero di Reynolds (questo termine è usato per confrontare profili di diverse dimensioni: maggiore è il numero di Reynolds, maggiore è la corda ). Ciò significa che con lo stesso numero di Reynolds alla radice dell'ala, lo stallo avverrà più velocemente rispetto alla punta, ma rimarrà il controllo sul controllo. Tuttavia, anche se la lunghezza dell'accordo della fondamentale è il doppio della lunghezza dell'accordo finale, ha un numero di Reynolds doppio e l'aumento del numero ritarderà lo stallo. Questo è il motivo per cui ho abbassato l'estremità dell'ala, in modo che vada in stallo solo dopo la parte della radice.

Risorsa profilo alare: airfoiltools.com

Teoria sulle basi del design delle ali

La struttura alare deve fornire una portanza sufficiente per il peso dell'aeromobile e le sollecitazioni aggiuntive associate alle manovre. Ciò si ottiene principalmente mediante l'utilizzo di un longherone centrale, che presenta due cinghie, una superiore e una inferiore, un telaio e una pelle sottile. Nonostante il telaio dell'ala sia sottile, fornisce alle ali una resistenza alla flessione sufficiente. Inoltre, il design spesso include longheroni aggiuntivi per ridurre la resistenza nella parte anteriore del bordo d'uscita. Sono in grado di sopportare sia carichi flettenti che aumentare la rigidità torsionale. Infine, il bordo d'attacco può essere spinto indietro dietro il longherone per formare un telaio trasversale chiuso, chiamato telaio a forma di D, e serve ad assorbire i carichi torsionali. La figura mostra i profili più comuni.

1. L'ala superiore ha una trave a I con il telaio al centro e un bordo d'attacco con una pelle chiamata D-tube. Il tubo a D consente una maggiore rigidità torsionale e può essere aggiunto a qualsiasi altro design di longheroni e può anche essere esteso al bordo d'uscita per creare un'ala completamente murata. Per questa ala, il longherone posteriore è semplicemente un supporto verticale. C'è anche un semplice piano di controllo, in altre parole, un lembo, che è incernierato nella parte superiore. Questo disegno è facile da riprodurre.
2. La seconda ala ha un longherone a C, che ha un longherone principale rinforzato che è più adatto ad accogliere i carichi frontali. L'ala è dotata di un perno centrale che riduce il divario e la resistenza rispetto al perno superiore.
3. Il terzo profilo ha un longherone a forma di tubo, di solito sono fatti di tubi di plastica, sono convenienti da realizzare, ma se i tubi sono indiretti o attorcigliati, la torsione dell'ala può diventare un problema. Parte del problema può essere risolto utilizzando un tubo a forma di D aggiuntivo. Inoltre, il longherone è costituito da un profilo a forma di C, che aumenta significativamente la rigidità dell'ala. La cerniera è un profilo arrotondato con un punto di articolazione al centro del bordo anteriore arrotondato per ridurre lo spazio dell'asola e per bordi dritti.
4. Il quarto profilo ha un longherone scatolato pieno con un telaio sia davanti che dietro. Il gioco ha la stessa caratteristica del profilo precedente e lo stesso piano di controllo. Ma ha carenature in alto e in basso per nascondere il divario.

Tutti questi design delle ali sono tipici per i longheroni e per la creazione di anelli di ancoraggio per velivoli RC. Questi progetti, senza eccezioni, sono l'unico modo per implementare tecnicamente flap e alettoni e varie altre soluzioni possono essere adattate ad essi.

C - longherone o longherone scatolato?

Per il mio aereo, ho optato per un longherone a C in legno con un forte bordo d'attacco e un semplice longherone verticale. L'intera ala è rivestita in balsa per rigidità torsionale ed estetica.

Il legno è stato scelto per sostituire il tubo di plastica poiché l'aereo è progettato con un angolo interno di 2 gradi e la connessione del tubo di plastica al centro dell'ala non sarà in grado di resistere a lungo ai carichi di flessione. Il profilo a C dell'asta è anche più favorevole della trave a I, poiché l'intera lunghezza della fessura deve essere realizzata nell'asta per adattarsi alla griglia. Questa maggiore complessità non va a scapito di un notevole aumento della resistenza e del rapporto di peso del longherone. Anche il box longherone è stato scartato in quanto aggiunge molto peso, tuttavia, non è così difficile da costruire ed è uno dei migliori in termini di resistenza. Un semplice longherone verticale combinato con una carenatura ad anello è stata la scelta del design dell'ala quando il resto dell'ala era inguainato e abbastanza forte senza alcun supporto aggiuntivo.

• longarone Il longherone alare è progettato per assorbire il carico di flessione dalla portanza dell'ala. Non è progettato per assorbire la forza di torsione creata dalle forze aerodinamiche dell'ala, ma il carico è posto sulla pelle dell'ala. Questa distribuzione del carico è adatta per carichi leggeri e molto efficaci, poiché ogni parte prende il suo posto.
• I ripiani alari sono realizzati in tiglio fuso con dimensioni ¼ x ½ x 24 ''. Il tiglio è stato scelto come materiale perché si maneggia bene e ha una buona resistenza per il suo peso. Inoltre, la facilità di acquistare blocchi della giusta dimensione nei negozi specializzati è accattivante, dal momento che non avevo a portata di mano una macchina per la lavorazione del legno per segare le tavole.
• Il telaio dell'ala è costituito da un foglio di tiglio spesso 1/32 "che si attacca alle flange dei longheroni nella parte superiore e inferiore. Un tale telaio è una necessità perché migliora notevolmente la rigidità e la resistenza delle ali, anche a peso molto contenuto.
• Il bordo d'uscita / longherone posteriore è realizzato con un foglio di balsa da 1/16 "per contribuire ad aggiungere rigidità torsionale, nonché unificare le nervature dell'ala e collegare i piani di controllo alla parte posteriore delle nervature.

Progettazione di nervature con AutoCAD

Si scopre che realizzare centine per un'ala trapezoidale può essere un'esperienza stimolante. Esistono diversi metodi: il primo metodo si basa sul taglio del profilo dell'ala utilizzando uno stencil, prima per la parte della radice e poi per l'estremità dell'ala. Consiste nell'unire i due profili tra loro mediante bulloni e trascinare lungo di essi tutti gli altri. Questo metodo è particolarmente utile per realizzare ali dritte. Il limite principale del metodo è che è adatto solo per ali con una leggera conicità. I problemi sorgono dal forte aumento dell'angolo tra i profili alari con una differenza significativa tra la corda di punta e la corda di radice dell'ala. In questo caso, durante il montaggio, possono sorgere difficoltà dovute al grande spreco di legno, spigoli vivi e spigoli delle nervature, che dovranno essere rimossi. Quindi ho usato il mio metodo: ho creato i miei modelli per ogni costola e poi li ho elaborati per ottenere la forma dell'ala perfetta. Il compito si è rivelato più difficile di quanto mi aspettassi, poiché lo schema della parte della radice era fondamentalmente diverso dalla punta e tutti i profili intermedi erano una combinazione dei due precedenti, insieme a torsioni e stiramenti. Ho usato Autodesk AutoCAD 2012 Student Addition come programma di progettazione poiché in passato ci ho mangiato un cane durante la modellazione di aeroplani RC. La progettazione delle nervature avviene in più fasi.

Tutto inizia con l'importazione dei dati. Il modo più veloce per importare un profilo alare (i profili possono essere trovati nei database dei profili alari UIUC) in AutoCAD che ho trovato è creare un file di foglio di calcolo Excel come tabella con colonne di coordinate dei punti del profilo x e y. L'unica cosa da ricontrollare è se il primo e l'ultimo punto corrispondono tra loro: se si ottiene un ciclo chiuso. Quindi copia il messaggio ricevuto in un file txt e salvalo. Fatto ciò, dovresti tornare indietro ed evidenziare tutte le informazioni sull'argomento se hai inserito accidentalmente i titoli. Quindi AutoCAD esegue la spline e incolla per contrassegnare il primo punto nello schizzo. Premiamo "invio" fino alla fine del processo. Il profilo aerodinamico viene sostanzialmente elaborato in modo tale che ogni corda diventi un elemento separato, il che è molto comodo per modificare la scala e la geometria.

Disegno e posizione relativa dei profili secondo il progetto. Il bordo d'attacco e i longheroni devono essere accuratamente portati alla dimensione desiderata, ricordando lo spessore della pelle. Nel disegno, quindi, i longheroni dovrebbero essere disegnati più stretti di quanto non siano realmente. Si consiglia di realizzare longheroni e bordo d'attacco più alti di quanto effettivamente siano, in modo da rendere più agevole il disegno. Inoltre, le scanalature sui longheroni dovrebbero essere posizionate in modo tale che la parte restante del longherone si inserisca nelle nervature, ma rimanga quadrata.

La figura mostra i profili principali prima di essere suddivisi in intermedi.

Il longherone e la giunzione del bordo d'attacco con esso sono collegati insieme in modo che in seguito possano essere esclusi dalla costruzione.

I profili aerodinamici sono accoppiati insieme per formare la forma dell'ala con l'asta e il bordo d'attacco visibili.

Il longherone e il bordo d'attacco sono stati rimossi utilizzando l'operazione di "sottrazione", viene mostrato il resto dell'ala.

L'estensione dell'ala avviene tramite le funzioni "solidedit" e "shell". Inoltre, i piani della parte radice dell'ala e della punta vengono selezionati alternativamente, rimossi e ciò che si ottiene è la pelle dell'ala. Pertanto, la parte interna della pelle dell'ala è la base per le costole.

La funzione Piano di sezione genera schizzi di ciascun profilo.

Successivamente, sotto il comando "piano di sezione", viene selezionata la creazione di una sezione. Con questo comando è possibile visualizzare i profili creati in tutti i punti del profilo. Per aiutare ad allineare le nervature dell'ala, consiglio vivamente di creare una linea orizzontale su ciascuna sezione dal bordo d'uscita dell'ala al bordo d'attacco. Ciò consentirà all'ala di essere correttamente allineata se è costruita con torsione e anche di renderla dritta.

Poiché questi modelli sono in realtà creati pensando alle pelli delle ali, la linea del profilo interno è la linea corretta per le centine.

Ora che tutte le nervature sono state contrassegnate con il comando "testo", sono pronte per la stampa. Su ogni pagina con le nervature, ho posizionato una scatola schematica con una piattaforma disponibile per la stampa su una stampante. Piccole nervature possono essere stampate su carta spessa, mentre per grandi profili alari andrà bene la carta comune, che viene poi rinforzata prima del taglio.

Set completo di parti

Dopo aver progettato l'ala, analizzato e selezionato tutte le parti necessarie per realizzare un modello di aeroplano, è stato fatto un elenco di tutto il necessario per la costruzione.

scopo del lavoro

Indagare il flusso attorno al profilo dell'ala senza tener conto della sua apertura, ad es. ali di ampiezza infinita. Scopri come cambia l'andamento del flusso del profilo alare quando cambia l'angolo di attacco. Lo studio dovrebbe essere condotto per tre modalità: decollo e atterraggio subsonico, crociera subsonica e voli supersonici. Determinare la portanza e la forza di trascinamento che agiscono sull'ala. Costruisci un'ala polare.

BREVE TEORIA

Profilo dell'ala- sezione dell'ala con un piano parallelo al piano di simmetria dell'aeromobile (sezione A-A). A volte un profilo è inteso come una sezione perpendicolare al bordo d'attacco o d'uscita dell'ala (sezione BB).

Accordo del profilo B - un segmento che collega i punti più distanti del profilo.

apertura alare io - la distanza tra i piani paralleli al piano di simmetria e toccanti le estremità dell'ala.

Accordo centrale (fondamentale)B 0 - corda nel piano di simmetria.

Accordo finaleB K - accordo alla sezione finale.

Angolo di spazzata sul bordo d'attaccoχ PC - l'angolo tra la tangente alla linea del bordo d'attacco e il piano perpendicolare alla corda centrale.

Come indicato nel lavoro precedente, la forza aerodinamica totale è R si decompone in forza di sollevamento sì e la forza della resistenza X:

La forza di sollevamento e la forza di resistenza sono determinate utilizzando formule simili:

dove C sì e INSIEME A NS- coefficienti di portanza e resistenza, rispettivamente;

ρ - densità dell'aria;

V- la velocità del corpo rispetto all'aria;

S- area del corpo effettiva.

La ricerca di solito non è gestita dalle forze stesse. sì e NS, e con i loro coefficienti C sì e C X .

Considera il flusso d'aria attorno a una lastra sottile:

Se la piastra è installata lungo il flusso (l'angolo di attacco è zero), il flusso sarà simmetrico. In questo caso, il flusso d'aria non viene deviato dalla piastra e dalla forza di sollevamento sìè uguale a zero. Resistenza X minimo, ma non nullo. Sarà creato dalle forze di attrito delle molecole d'aria sulla superficie della piastra. Forza aerodinamica completa Rè minimo e coincide con la forza di resistenza X.

Iniziamo a deviare il piatto un po' alla volta. A causa della falciatura del flusso, la forza di sollevamento appare immediatamente. sì... Resistenza X aumenta leggermente per l'aumento della sezione della piastra rispetto al flusso.

Man mano che l'angolo di attacco aumenta gradualmente e la pendenza del flusso aumenta, la portanza aumenta. Ovviamente cresce anche la resistenza. Va notato qui che a bassi angoli di attacco, la portanza aumenta significativamente più velocemente della resistenza.

All'aumentare dell'angolo di attacco, diventa più difficile per il flusso d'aria fluire attorno alla piastra. La forza di sollevamento, sebbene continui ad aumentare, è più lenta di prima. Ma la resistenza sta crescendo sempre più velocemente, superando gradualmente la crescita della portanza. Di conseguenza, la forza aerodinamica totale R comincia a piegarsi all'indietro.

E poi improvvisamente l'immagine cambia drasticamente. I getti d'aria non sono in grado di fluire uniformemente intorno alla superficie superiore della piastra. Un potente vortice si forma dietro il piatto. L'ascensore scende bruscamente e la resistenza aumenta. Questo fenomeno è chiamato STOP in aerodinamica. L'ala "strappata" cessa di essere un'ala. Smette di volare e inizia a cadere

Mostriamo la dipendenza dei coefficienti di portanza INSIEME A sì e le forze della resistenza INSIEME A NS dall'angolo di attacco α sui grafici.

Uniamo i due grafici risultanti in uno. Lungo l'ascissa, rimandiamo i valori del coefficiente di resistenza INSIEME A NS, e l'ordinata è il coefficiente di portanza INSIEME A sì .

La curva risultante è chiamata WING POLARA - il grafico principale che caratterizza le caratteristiche di volo dell'ala. Tracciando sugli assi coordinati i valori dei coefficienti di portanza C sì e resistenza C X, questo grafico mostra l'entità e la direzione dell'azione della forza aerodinamica totale R.

Se assumiamo che il flusso d'aria si muova lungo l'asse C X da sinistra a destra, e il centro di pressione (il punto di applicazione della forza aerodinamica totale) è al centro delle coordinate, quindi per ciascuno degli angoli di incidenza precedentemente analizzati, il vettore della forza aerodinamica totale andrà dalla origine al punto polare corrispondente all'angolo di attacco dato. Sulla polare si possono facilmente segnare tre punti caratteristici ed i corrispondenti angoli di attacco: critici, economici e più vantaggiosi.

Angolo di attacco critico- questo è l'angolo di attacco, quando superato, si verifica lo stallo del flusso. in cui INSIEME A sì massima e l'aeromobile può essere tenuto in volo alla velocità più bassa possibile. Questo è utile quando si effettua un approccio. Vedi punto (3) nelle figure.

Angolo di attacco economicoÈ l'angolo di attacco al quale la resistenza aerodinamica dell'ala è minima. Se imposti l'ala su un angolo di attacco economico, sarà in grado di muoversi alla massima velocità.

Miglior angolo di attaccoÈ l'angolo di attacco al quale il rapporto tra i coefficienti di portanza e resistenza C sì /C X massimo. In questo caso, l'angolo di deflessione della forza aerodinamica dalla direzione del movimento del flusso d'aria è massimo. Quando l'ala è impostata sull'angolo di attacco più vantaggioso, volerà più lontano.

Qualità aerodinamica dell'alaÈ il rapporto dei coefficienti C sì /C X quando si imposta l'ala sull'angolo di attacco più vantaggioso.

Ordine di lavoro

Selezione profilo ala:

Una vasta libreria di profili aeronautici è disponibile sul sito Web dell'Università dell'Illinois: http://aerospace.illinois.edu/m-selig/ads/coord_database.html

Ecco una base di circa 1600 profili alari diversi. Ogni profilo ha la sua immagine (in formato * .gif) e una tabella di coordinate della parte superiore e inferiore del profilo (in formato * .dat). Il database è liberamente disponibile e costantemente aggiornato. Inoltre, questo sito contiene collegamenti ad altre librerie di profili.

Scegli un profilo qualsiasi e scarica il file * .dat sul tuo computer.

Modifica * file .dat con le coordinate del profilo:

Prima di importare un file con le coordinate del profilo in SW, deve essere corretto in Microsoft Excel... Ma se apri direttamente questo file in Excel, tutte le coordinate saranno in una colonna.

Ci servono le coordinate X e sì i profili erano in colonne diverse.

Pertanto, avviamo prima Excel, quindi apriamo il nostro file * .dat da esso. Nell'elenco a discesa, indicare "Tutti i file". Nella procedura guidata di testo, specifichiamo il formato dei dati, con il carattere separatore "Spazio".

Ora X e sì coordinate ciascuno nella propria colonna:

Ora eliminiamo la riga 1 con il testo, la riga 2 con i dati estranei e la riga vuota 3. Successivamente, esaminiamo tutte le coordinate ed eliminiamo anche le righe vuote, se presenti.

Aggiungiamo anche una terza colonna per la coordinata Z... In questa colonna, riempi tutte le celle con zeri.

E spostiamo l'intera tabella a sinistra.

Il file * .dat modificato dovrebbe essere simile a questo:

Salva questo file come file di testo (delimitato da tabulazioni).

Creazione di un profilo in SW:

Crea una nuova parte in SW.

Esegui il comando "Curva attraverso punti XYZ" nella scheda "Elementi".

Si aprirà una finestra:

Fare clic su OK e inserire la curva del profilo dell'ala nel documento.

Se ricevi un avviso che la curva è autointersecante (questo è possibile per alcuni profili), devi modificare manualmente il file in Excel per eliminare l'autointersezione.

Ora questa curva deve essere convertita in uno schizzo. Per fare ciò, crea uno schizzo sul piano frontale:

Esegui il comando "Trasforma oggetti" nella scheda "Schizzo" e specifica la nostra curva di profilo come elemento per la trasformazione.

Poiché la curva iniziale è molto piccola (la corda del profilo è solo 1 mm!), utilizzando il comando "Scala Oggetti" aumentiamo il profilo mille volte in modo che i valori delle forze aerodinamiche corrispondano più o meno a quelli reali quelli.

Chiudere lo schizzo e utilizzare il comando Estrusione / Base estrusa per estrudere lo schizzo in un solido lungo 1000 mm. Puoi effettivamente estrudere a qualsiasi lunghezza, comunque risolveremo il problema del flusso bidimensionale.

Soffiaggio profilo nel modulo Flow Simulation:

È necessario far saltare il profilo risultante in tre modalità di velocità: decollo e atterraggio subsonico (50 m / s), crociera subsonica (250 m / s) e supersonica (500 m / s) a diversi angoli di attacco: –5°, 0°, 10°, 20°, 30°, 40°.

In questo caso, è necessario costruire immagini in sezione per ogni caso e determinare la forza di sollevamento e la forza di resistenza che agisce sul profilo.

Pertanto, è necessario eseguire il calcolo 18 volte in Flow Simulation e compilare la seguente tabella:

La rotazione dell'anta in SW si effettua tramite il comando Sposta/Copia Corpi.

Parametri comuni del progetto sono: tipo di problema (esterno senza tener conto delle cavità chiuse), tipo di mezzo fluido (aria, flusso laminare e turbolento, grandi numeri di Mach per modalità supersonica), velocità nella direzione dell'asse NS V NS= 50, 250 e 500 m/s. Lascia il resto dei parametri per impostazione predefinita.

Nelle proprietà del dominio computazionale, specificare il tipo di problema - Modellazione 2D.

Indichiamo scopo del calcolo- superficiale, mettiamo i segni per le velocità medie su X e sì, così come per le forze su X e sì.

In conclusione, vengono costruiti 6 grafici: la dipendenza dell'ascensore sì e le forze della resistenza X dall'angolo di attacco α così come 3 ali polari.

Domande di controllo

Che cos'è un profilo alare?

Qual è l'angolo di attacco?

Cos'è l'apertura alare?

In che modo un flusso attorno a un'ala di campata finita è diverso da un flusso attorno a un'ala di campata infinita?

Cos'è un accordo d'ala?

Quali sono gli accordi delle ali?

Come determinare la portanza e la forza di trascinamento (formule)?

Che aspetto hanno i grafici delle dipendenze C sì e C X dall'angolo di attacco α ?

Cos'è l'ala polare?

Quali sono i punti caratteristici sulla polare?

Qual è la qualità aerodinamica di un'ala?

Forza aerodinamica totale e sue proiezioni

Quando si calcolano le principali prestazioni di volo di un aeromobile, nonché la sua stabilità e controllabilità, è necessario conoscere le forze e i momenti che agiscono sull'aeromobile.

Le forze aerodinamiche che agiscono sulla superficie dell'aeromobile (pressione e attrito) possono essere ridotte al vettore principale delle forze aerodinamiche applicate al centro di pressione (Fig. 1) e a una coppia di forze il cui momento è uguale al momento principale delle forze aerodinamiche rispetto al centro di massa dell'aeromobile.

Riso. 1. Forza aerodinamica totale e sue proiezioni nel caso bidimensionale (piano)

La forza aerodinamica è solitamente impostata dalle proiezioni sugli assi del sistema di coordinate della velocità (GOST 20058-80). In questo caso, la proiezione sull'asse , preso con il segno opposto si chiama forza di resistenza , la proiezione sull'asse - portanza aerodinamica , proiezione sull'asse - forza laterale aerodinamica . Queste forze possono essere espresse in termini di coefficienti di resistenza adimensionale , portanza e forza laterale , rispettivamente:

; ; ,

dov'è la testa ad alta velocità, N / m 2; - velocità dell'aria, m/s; r è la densità di massa dell'aria, kg / m 3; S - area alare dell'aeromobile, m 2. Le principali caratteristiche aerodinamiche includono anche la qualità aerodinamica.

.

Le caratteristiche aerodinamiche dell'ala, dipendono dai parametri geometrici del profilo alare e dell'ala, l'orientamento dell'ala nel flusso (angolo di attacco a e scivolata b), parametri di similarità (numeri di Reynolds Re e Mach), quota di volo h, così come da altri parametri . I numeri di Mach e Reynolds sono adimensionali e sono determinati dalle espressioni

dove unÈ la velocità del suono, n è il coefficiente cinematico della viscosità dell'aria in m 2 / s, è la dimensione caratteristica (di norma, si presume, dove è la corda aerodinamica media dell'ala).Per determinare le caratteristiche aerodinamiche di un aereo, a volte vengono utilizzati metodi approssimativi più semplici. Un aeromobile è considerato come un insieme di parti separate: ala, fusoliera, impennaggio, gondole motore, ecc. Si determinano le forze ed i momenti agenti su ciascuna delle singole parti. In questo caso vengono utilizzati i risultati noti di studi analitici, numerici e sperimentali. Le forze ei momenti agenti sul piano si trovano come somma delle forze e dei momenti corrispondenti agenti su ciascuna delle sue parti, tenendo conto della loro reciproca influenza.

Secondo il metodo proposto, il calcolo delle caratteristiche aerodinamiche dell'ala viene eseguito se vengono specificate alcune caratteristiche geometriche e aerodinamiche del profilo dell'ala.

Selezione del profilo dell'ala

Le principali caratteristiche geometriche del profilo sono impostate dai seguenti parametri. La corda di un profilo è un segmento di retta connesso ai due punti più distanti del profilo. La corda divide il profilo in due parti: superiore e inferiore. Il segmento più grande perpendicolare alla corda, racchiuso tra i contorni superiore e inferiore del profilo, è chiamato spessore profilo c (fig. 2). La linea che collega i punti medi dei segmenti perpendicolari alla corda e racchiusa tra i contorni superiore e inferiore del profilo è chiamata linea di mezzo ... Il segmento più grande perpendicolare alla corda, racchiuso tra la corda e la linea mediana del profilo, si chiama curvatura del profilo f ... Se, allora il profilo viene chiamato simmetrico .

Riso. 2. Profilo dell'ala

B- corda del profilo; C- spessore del profilo; F- curvatura del profilo; - coordinata dello spessore massimo; - coordinata di massima curvatura

Spessore C e la curvatura del profilo F, così come le coordinate e, di regola, misurato in unità relative, o percentuale , , , .

La scelta del profilo dell'ala è associata alla soddisfazione di vari requisiti per l'aeromobile (garantendo l'autonomia di volo richiesta, l'elevata efficienza del carburante, la velocità di crociera, garantendo condizioni di decollo e atterraggio sicure, ecc.). Pertanto, per gli aeromobili leggeri con meccanizzazione alare semplificata, occorre prestare particolare attenzione a garantire il valore massimo del coefficiente di portanza, soprattutto durante il decollo e l'atterraggio. Di norma, tali aeromobili hanno un'ala con un valore elevato dello spessore relativo del profilo alare% = 12 ¸ 15%.

Per gli aeromobili a lungo raggio con un'elevata velocità di volo subsonica, in cui si ottiene un aumento delle modalità di decollo e atterraggio a causa della meccanizzazione delle ali, l'accento è posto sul raggiungimento di prestazioni migliori in modalità crociera, in particolare sulla fornitura di modalità.

Per i velivoli a bassa velocità, la scelta dei profili è effettuata da una serie di profili standard (convenzionali) NACA o TsAGI, che, se necessario, possono essere modificati in fase di progettazione del velivolo.

Pertanto, i profili NACA con designazioni a quattro cifre possono essere utilizzati su aerei da addestramento leggeri, in particolare per sezioni di ala e coda. Ad esempio i profili NACA2412 (spessore relativo% = 12%, coordinata di spessore massimo% = 30%, curvatura relativa% = 2%, coordinata di curvatura massima% = 40%) e NACA4412 (% = 12%,% = 30% ,% = 4%,% = 40%) hanno un valore abbastanza alto e caratteristiche di stallo lisce nell'area dell'angolo di attacco critico.

I profili NACA a 5 cifre (serie 230) hanno la portanza più alta di tutte le serie standard, ma le loro prestazioni di sfondamento sono meno favorevoli.

I profili NACA con una designazione a sei cifre ("laminare") hanno una resistenza di basso profilo in un intervallo ristretto di valori di coefficiente. Questi profili sono molto sensibili alla rugosità superficiale, allo sporco, ai depositi.

I profili classici (convenzionali) utilizzati su aeroplani con basse velocità subsoniche sono caratterizzati da disturbi locali (scariche) piuttosto grandi sulla superficie superiore e, di conseguenza, da piccoli valori del numero di Mach critico. Il numero di Mach critico è un parametro importante che determina la resistenza del velivolo (perché, sulla superficie del velivolo compaiono regioni di correnti supersoniche locali e ulteriore resistenza delle onde).

Una ricerca attiva di modi per aumentare la velocità di volo di crociera (senza aumentare la resistenza del velivolo) ha portato alla necessità di trovare modi per aumentare ulteriormente rispetto ai classici profili di velocità. Questo modo di aumentare consiste nel ridurre la curvatura della superficie superiore, che porta ad una diminuzione dei disturbi su una parte significativa della superficie superiore. Con una piccola curvatura della superficie superiore del profilo supercritico, la frazione di portanza da esso generata diminuisce. Per compensare questo fenomeno, la sezione di coda del profilo viene rifilata piegandola dolcemente verso il basso (effetto "flap"). A questo proposito, la linea di mezzo dei profili supercritici ha una caratteristica S - veduta figurata, con piega in basso della sezione di coda. I profili supercritici sono solitamente caratterizzati da una curvatura negativa nella punta del profilo. In particolare, al salone aereo MAKS 2007 nell'esposizione di JSC Tupolev, è stato presentato un modello dell'aereo TU-204-100SM con un'ala tronca, che consente di avere un'idea delle caratteristiche geometriche dell'ala sezione radice. La foto sotto (Fig. 3.) mostra la presenza del profilo “addome” e di una parte superiore piuttosto piatta, caratteristica dei profili supercritici. I profili supercritici, rispetto ai profili di velocità convenzionali, possono aumentare di circa = 0,05 ± 0,12 o aumentare lo spessore di % = 2,5 ± 5%. L'uso di profili ispessiti consente di aumentare le proporzioni dell'ala di = 2,5 ¸ 3 o di diminuire l'angolo di apertura dall'ala di circa = 5 ¸ 10° durante la memorizzazione del valore .

Riso. 3. Profilo alare del velivolo Tu-204-100SM

L'uso di profili supercritici nella disposizione delle ali a freccia è una delle principali direzioni per migliorare l'aerodinamica dei moderni trasporti e aereo passeggeri.

Va notato che con l'indubbio vantaggio dei profili supercritici, rispetto ai soliti, alcuni dei loro svantaggi sono un aumento del valore del coefficiente di coppia di immersione e una sezione di coda sottile del profilo alare.

Caratteristiche geometriche e aerodinamiche di base di un'ala a campata finita

Negli ultimi 30 ¸ 40 anni, il tipo di ala principale per i velivoli subsonici a lungo raggio è stata un'ala a spazzata (c = 30 ¸ 35 °) con un allungamento, realizzata con un restringimento h = 3 ¸ 4. Il promettente aereo passeggeri presentato al MAKS - 20072 air show (Tu - 334, Sukhoy Superjet 100) aveva un allungamento. I progressi nell'aumento dell'allungamento dell'ala sono stati ottenuti principalmente attraverso l'uso di materiali compositi nella struttura dell'ala.

Riso. 4. Ala a un pannello

La sezione alare nel piano di simmetria si chiama profilo radice , e il suo accordo è radice ; alle estremità dell'ala, rispettivamente, fine profilo e accordo terminale ... La distanza da un profilo di estremità all'altro è chiamata apertura alare ... La corda del profilo dell'ala può variare lungo la sua luce. Il rapporto tra l'accordo fondamentale e l'accordo finale è chiamato rastremazione dell'ala h. La relazione si chiama allungamento dell'ala ... Qui Sè l'area di proiezione dell'ala sul piano perpendicolare al piano di simmetria dell'ala e contenente la corda fondamentale. Se, durante il volo, le estremità sono deviate rispetto alla sezione della radice, parlano di spazzata d'ala ... Nella fig. 4 mostra l'angolo tra la perpendicolare al piano di simmetria e il bordo d'attacco dell'ala, che determina spazzata del bordo d'attacco ... Parlano anche di carbone spazzare il bordo d'uscita , ma soprattutto - l'angolo (o solo c) linea di messa a fuoco , cioè. lungo una linea che collega i fuochi dei profili alari lungo la sua campata. Con lo sweep zero lungo la linea focale per un'ala con un restringimento diverso da zero, i bordi dell'ala non sono perpendicolari al piano di simmetria dell'ala. Tuttavia, è generalmente considerato un'ala diritta piuttosto che un'ala a spazzata. Se le estremità dell'ala sono deviate all'indietro rispetto alla sezione della radice, allora dicono a proposito di positività se in avanti - circa negativo ... Se i bordi anteriore e posteriore dell'ala non hanno piegature, lo sweep non cambia lungo la campata. Altrimenti, lo sweep può cambiare il suo significato e persino il segno.

Moderne ali a freccia con un angolo di apertura c = 35 ° di velivoli subsonici di linea principale, progettate per velocità di crociera corrispondenti a = 0,83 ¸ 0,85, hanno uno spessore dell'ala relativo medio% = 10 ¸ 11% e ali supercritiche con un angolo di apertura c = 28 ¸ 30 ° (per velivoli promettenti) circa% = 11 ¸ 12%. La distribuzione dello spessore sull'apertura alare è determinata dalle condizioni per realizzare un dato volume utile e la minima resistenza dell'onda. Per realizzare l'effetto di scorrimento nelle sezioni laterali delle ante a battuta, vengono utilizzati profili con posizione "più avanzata" del punto di massimo spessore rispetto al resto dell'anta.

Non si trovano sullo stesso piano, quindi l'ala ha una torsione geometrica (Fig. 6), che caratterizza l'angolo j.

Riso. 6. Profili di estremità e radice dell'ala in presenza di torsione geometrica

Gli studi sui modelli aerodinamici di aeromobili hanno dimostrato che l'uso di profili aerodinamici supercritici in combinazione con la torsione geometrica rende possibile fornire. In questo lavoro, utilizziamo una tecnica approssimata per determinare le caratteristiche aerodinamiche dell'ala, basata sull'uso di dati sperimentali. Il calcolo dei coefficienti aerodinamici e dell'ala viene effettuato in più fasi. I dati iniziali per il calcolo sono alcune caratteristiche geometriche e aerodinamiche del profilo alare. Questi dati possono essere presi, in particolare, dall'atlante dei profili.

In base ai risultati del calcolo dei coefficienti aerodinamici, viene costruita una dipendenza e una dipendenza polare . Una forma tipica di queste dipendenze per basse velocità subsoniche è mostrata, rispettivamente, in Fig. 7 e fig. otto.

Il classico profilo dell'ala è il seguente

Lo spessore maggiore si trova a circa il 40% della corda.

In questo caso, la linea di mezzo cambia all'incirca nello stesso modo.

Tali profili sono stati chiamati supercritici (supercritici). Si sono rapidamente evoluti in profili supercritici di seconda generazione: la parte anteriore si stava avvicinando alla simmetria e il sottosquadro è aumentato.

Spostare la parte centrale del profilo verso il basso aumenterebbe ulteriormente la velocità.

ma ulteriori sviluppi si è fermato in questa direzione - un sottosquadro ancora più forte ha reso il bordo d'uscita troppo sottile in termini di resistenza. Un altro svantaggio dell'ala supercritica di seconda generazione era il momento in picchiata, che doveva essere parato dal carico sulla coda orizzontale.

Abbiamo deciso: poiché non puoi ritagliare dietro, devi ritagliare davanti.

Scrivono del risultato:

"Come puoi immaginare, questo compito è stato brillantemente risolto. E la soluzione è stata tanto ingegnosa quanto semplice: abbiamo applicato un ritaglio nella parte anteriore inferiore dell'ala e l'abbiamo ridotto nella parte posteriore. vantaggi del profilo supercritico.

Ora gli ingegneri hanno l'opportunità diretta di aumentare la velocità di volo di oltre il 10% senza aumentare la potenza del motore o di aumentare la forza dell'ala senza aumentarne la massa.