Airfoil

krzywe podnoszenia i przeciągania dla typowego płata lotniczego

stałe skrzydła samolotu, poziome i pionowe stabilizatory są zbudowane z przekrojów płata lotniczego, podobnie jak łopaty wirnika śmigłowca. Płaty powietrzne znajdują się również w śmigłach, wentylatorach, sprężarkach i turbinach. Żagle są również płotami powietrznymi, a podwodne powierzchnie żaglówek, takie jak Środkowa i stępka, są podobne w przekroju i działają na tych samych zasadach, co płaty powietrzne. Pływające i latające stworzenia, a nawet wiele roślin i organizmów siedzących używa płatów powietrznych/wodolotów: powszechnymi przykładami są ptasie skrzydła, ciała ryb i kształt piasku. Skrzydło w kształcie płata może tworzyć siłę docisku w samochodzie lub innym pojeździe silnikowym, poprawiając przyczepność.

gdy wiatr jest zablokowany przez obiekt, taki jak płaska płyta, budynek lub pokład mostu, obiekt doświadczy oporu, a także siły aerodynamicznej prostopadłej do wiatru. Nie oznacza to, że obiekt kwalifikuje się jako płat. Płaty powietrzne są wysoce wydajnymi kształtami podnoszenia, zdolnymi do generowania większej ilości podnoszenia niż podobne płaskie płyty o tym samym obszarze i zdolnymi do generowania podnoszenia ze znacznie mniejszym oporem. Płaty powietrzne mają potencjał do wykorzystania w projektowaniu samolotów, śmigieł, łopatek wirników, turbin wiatrowych i innych zastosowań inżynierii lotniczej.

krzywa podnoszenia i przeciągania uzyskana w testach w tunelu aerodynamicznym jest pokazana po prawej stronie. Krzywa przedstawia płat z dodatnim pochyleniem, więc część podnoszenia jest wytwarzana pod zerowym kątem ataku. Przy zwiększonym kącie natarcia, podnoszenie zwiększa się w przybliżeniu w zależności liniowej, zwanej nachyleniem krzywej podnoszenia. Przy około 18 stopniach ten płat się zatrzymuje, a Winda szybko spada poza to. Spadek podnoszenia można wyjaśnić działaniem warstwy granicznej górnej powierzchni, która oddziela się i znacznie pogrubia nad górną powierzchnią pod kątem przeciągnięcia i za nim. Zagęszczona grubość przemieszczenia warstwy granicznej zmienia efektywny kształt płata, w szczególności zmniejsza jego efektywne pochylenie, które modyfikuje ogólne pole przepływu w celu zmniejszenia cyrkulacji i podnoszenia. Grubsza warstwa graniczna powoduje również duży wzrost oporu ciśnienia, dzięki czemu ogólny opór gwałtownie wzrasta w pobliżu i za punktem przeciągnięcia.

konstrukcja płata jest ważnym aspektem aerodynamiki. Różne płatowce obsługują różne reżimy lotu. Asymetryczne płaty powietrzne mogą generować uniesienie pod zerowym kątem ataku, podczas gdy symetryczny płat lotniczy może lepiej pasować do częstego odwróconego lotu, jak w samolocie akrobacyjnym. W rejonie lotek i w pobliżu końcówki skrzydła można użyć symetrycznego płata, aby zwiększyć zasięg ataku, aby uniknąć Spin-stall. W ten sposób można stosować duży zakres kątów bez oddzielania warstw granicznych. Płatowce poddźwiękowe mają okrągłą krawędź natarcia, która jest naturalnie niewrażliwa na kąt natarcia. Przekrój nie jest jednak ściśle kołowy: promień krzywizny jest zwiększany, zanim skrzydło osiągnie maksymalną grubość, aby zminimalizować ryzyko separacji warstwy granicznej. Wydłuża to skrzydło i przesuwa punkt maksymalnej grubości z powrotem od krawędzi natarcia.

płaty naddźwiękowe mają znacznie bardziej kanciasty kształt i mogą mieć bardzo ostrą krawędź natarcia, która jest bardzo wrażliwa na kąt natarcia. Nadkrytyczny płat ma swoją maksymalną grubość blisko krawędzi natarcia, aby mieć dużo długości, aby powoli wstrząsać przepływem naddźwiękowym z powrotem do prędkości poddźwiękowych. Generalnie takie płaty transoniczne, a także naddźwiękowe, mają niskie pochylenie, aby zmniejszyć rozbieżność oporu. Nowoczesne skrzydła samolotów mogą mieć różne sekcje płata wzdłuż rozpiętości skrzydeł, każdy z nich zoptymalizowany do warunków w każdej sekcji skrzydła.

ruchome urządzenia wysokiego podnoszenia, klapy, a czasem listwy, są montowane na płatach lotniczych prawie każdego samolotu. Tylna klapa krawędzi działa podobnie do lotki; jednak, w przeciwieństwie do lotki, może być częściowo cofnięta w skrzydle, jeśli nie jest używana.

skrzydło laminarne ma maksymalną grubość w środkowej linii pochylenia. Analiza równań Naviera-Stokesa w układzie liniowym pokazuje, że gradient podciśnienia wzdłuż przepływu ma taki sam efekt jak zmniejszenie prędkości. Tak więc przy maksymalnym pochyleniu w środku możliwe jest utrzymanie przepływu laminarnego nad większym procentem skrzydła przy wyższej prędkości przelotowej. Jednak niektóre zanieczyszczenia powierzchniowe zakłócają przepływ laminarny, powodując jego turbulencję. Na przykład, z deszczem na skrzydle, przepływ będzie burzliwy. W pewnych warunkach szczątki owadów na skrzydle spowodują również utratę małych obszarów przepływu laminarnego. Przed badaniami NASA w latach 70. i 80. społeczność projektantów samolotów zrozumiała z prób zastosowania w epoce II wojny światowej, że projekty skrzydeł z przepływem laminarnym nie były praktyczne przy użyciu wspólnych tolerancji produkcyjnych i niedoskonałości powierzchni. Przekonanie to zmieniło się po opracowaniu nowych metod produkcji z materiałów kompozytowych(np. płaty laminarne opracowane przez F. X. Wortmanna do stosowania ze skrzydłami z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem). Wprowadzono również metody obróbki metali. Badania NASA w latach 80. ujawniły praktyczność i użyteczność konstrukcji skrzydeł z przepływem laminarnym i otworzyły drogę do zastosowań laminarnych na nowoczesnych praktycznych powierzchniach samolotów, od poddźwiękowych samolotów lotnictwa ogólnego do transonicznych dużych samolotów transportowych, po konstrukcje naddźwiękowe.

opracowano Schematy definiowania płatów powietrznych – przykładem jest system NACA. Stosowane są również różne systemy wytwarzania płatów. Przykładem profilu ogólnego przeznaczenia, który znajduje szerokie zastosowanie i wstępnie datuje system NACA, jest Clark-Y. Obecnie płaty powietrzne można zaprojektować do określonych funkcji za pomocą programów komputerowych.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.