Blåst klaff
Blåsta klaffar , eller jetklaffar , är drivna aerodynamiska höglyftanordningar som används på vingarna av vissa flygplan för att förbättra deras låghastighetsflygegenskaper. De använder luft som blåses genom munstycken för att forma luftflödet över vingens bakkant, vilket riktar flödet nedåt för att öka lyftkoefficienten . Det finns en mängd olika metoder för att uppnå detta luftflöde, varav de flesta använder jetavgaser eller högtrycksluft som tappas bort från en jetmotors kompressor och sedan omdirigeras för att följa raden av bakkantsklaffar .
Blåsta klaffar kan syfta specifikt till de system som använder inre kanalsystem i vingen för att rikta luftflödet, eller mer allmänt till system som blåsning på övre ytan eller munstyckssystem på konventionella undervingsmotorer som leder luft genom klaffarna. Blåsta klaffar är en lösning bland en bredare kategori känd som motordriven hiss , som även inkluderar olika kontrollsystem för gränsskikt , system som använder riktad propstvätt och cirkulationskontrollvingar .
Invändiga blåsta klaffar användes på vissa land- och bärarbaserade snabba jetplan på 1960-talet, inklusive Lockheed F-104 , Blackburn Buccaneer och vissa versioner av Mikoyan-Gurevich MiG-21 . De föll i allmänhet från favör eftersom de påförde en betydande underhållskostnad för att hålla kanalsystemet rent och olika ventilsystem fungerande, tillsammans med nackdelen att ett motorfel minskade lyftkraften i just den situation där det är mest önskvärt. Konceptet dök upp igen i form av övre och nedre blåsning i flera transportflygplan , både turboprop och turbofan.
Mekanism
I en konventionell blåst klaff "blöds" en liten mängd av den komprimerade luften som produceras av jetmotorn av vid kompressorsteget och leds till kanaler som löper längs baksidan av vingen. Där tvingas den genom slitsar i vingklaffar när klaffarna når vissa vinklar. Injicering av högenergiluft i gränsskiktet ger en ökning av anfallsvinkeln och maximal lyftkoefficient genom att gränsskiktets separation från bärytan fördröjs . Gränsskiktskontroll genom massinjicering (blåsning) förhindrar separation av gränsskikt genom att tillföra ytterligare energi till vätskepartiklarna som fördröjs i gränsskiktet . Injicering av en höghastighetsluftmassa i luftströmmen som väsentligen tangerar vingytans väggyta reverserar därför gränsskiktets friktionsretardation, så att gränsskiktsseparationen fördröjs.
Lyftet av en vinge kan ökas avsevärt med blåsflödeskontroll . Med mekaniska slitsar begränsar det naturliga gränsskiktet gränsskiktets styrtryck till det totala friströmstrycket. Att blåsa med en liten andel av motorns luftflöde (inre blåst klaff) ökar lyftet. Användning av mycket större mängder gas från motorns avgaser, vilket ökar det effektiva ackordet av klaffen (jetklaffen), ger supercirkulation eller forcerad cirkulation upp till det teoretiska potentialflödesmaximum. Att överskrida denna gräns kräver tillägg av direkt dragkraft.
Utvecklingen av det allmänna konceptet fortsatte på NASA på 1950- och 1960-talen, vilket ledde till förenklade system med liknande prestanda. Den externt blåsta klaffen arrangerar motorn så att den blåser över klaffarna på baksidan av vingen. En del av jetavgaserna avleds nedåt direkt av klaffen, medan ytterligare luft färdas genom slitsarna i klaffen och följer den yttre kanten på grund av Coandă-effekten . Det liknande blåssystemet på övre ytan arrangerar motorerna över vingen och förlitar sig helt på Coandă-effekten för att styra om luftflödet. Även om de inte är lika effektiva som direktblåsning, är dessa "drivna lyft"-system ändå ganska kraftfulla och mycket enklare att bygga och underhålla.
Ett nyare och lovande flödeskontrollkoncept av blåstyp är motflödesvätskeinsprutningen som kan utöva högbehörighetskontroll till globala flöden med hjälp av lågenergimodifieringar till nyckelflödesregioner. I detta fall är luftblåsningsslitsen belägen på trycksidan nära den främre kantens stagnationspunkt och styrluftflödet riktas tangentiellt mot ytan men med en riktning framåt. Under driften av ett sådant flödesreglersystem finns två olika effekter närvarande. En effekt, förstärkning av gränsskiktet, orsakas av de ökade turbulensnivåerna bort från väggområdet och transporterar således ett yttre flöde med högre energi in i väggområdet. Utöver det används en annan effekt, den virtuella formningseffekten, för att aerodynamiskt förtjocka bärytan vid höga anfallsvinklar . Båda dessa effekter hjälper till att fördröja eller eliminera flödesseparation .
I allmänhet kan blåsta klaffar förbättra lyftet av en vinge med två till tre gånger. Medan ett komplext system med trippelslitsar på en Boeing 747 ger en lyftkoefficient på cirka 2,45, förbättrar extern blåsning (blåsning på övre ytan på en Boeing YC-14 ) detta till cirka 7, och intern blåsning (jetklaff på Hunting H. 126 ) till 9.
Historia
Williams uppger att vissa klaffblåsningstester gjordes vid Royal Aircraft Establishment före andra världskriget och att omfattande tester gjordes under kriget i Tyskland inklusive flygtester med Arado Ar 232 , Dornier Do 24 och Messerschmitt Bf 109 flygplan. Lachmann säger att Arado- och Dornier-flygplanen använde ett ejektordrivet enda luftflöde som sögs över en del av bakkantsspännet och blåste över resten. Ejektorn drevs kemiskt med högtrycksånga. Bf 109 använde motordrivna fläktar för klaffblåsning.
Rebuffet och Poisson-Quinton beskriver tester i Frankrike på ONERA . efter kriget med kombinerad sugning vid första klaffsektionen och blåsning vid andra klaffsektion med hjälp av en jetmotorkompressor avluftningsejektor för att ge både sug och blåsning. Flygtestning gjordes på ett Breguet Vultur- flygplan.
Tester gjordes också på Westland Aircraft av WH Paine efter kriget med rapporter daterade 1950 och 1951.
I USA modifierades en Grumman F9F Panther med klaffblåsning baserat på arbete utfört av John Attinello 1951. Motorkompressoravluftning användes. Systemet var känt som "Supercirculation Boundary Layer Control" eller förkortat BLC.
Mellan 1951 och 1955 gjorde Cessna blåsningstest på Cessna 309 och 319 flygplan med Arado-systemet.
Under 1950- och 60-talen utvecklades stridsflygplan generellt mot mindre vingar för att minska motståndet i höga hastigheter. Jämfört med fighters från en generation tidigare hade de vingbelastningar ungefär fyra gånger så höga; till exempel Supermarine Spitfire en vingbelastning på 24 lb/ft 2 (117 kg/m 2 ) och Messerschmitt Bf 109 hade den "mycket höga" belastningen på 30 lb/ft 2 (146 kg/m 2 ) , medan Lockheed F-104 Starfighter från 1950-talet hade 111 lb/ft 2 (542 kg/m 2 ) .
En allvarlig nackdel med dessa högre vingbelastningar är vid låg hastighet, när det inte finns tillräckligt med vinge kvar för att ge lyft för att hålla planet i luften. Inte ens enorma klaffar kunde kompensera detta i någon större grad, och som ett resultat av detta landade många flygplan i ganska höga hastigheter, och noterades för olyckor som följd.
Den största anledningen till att klaffarna inte var effektiva är att luftflödet över vingen bara kunde "böjas så mycket" innan det slutade följa vingprofilen, ett tillstånd som kallas flödesseparation . Det finns en gräns för hur mycket luft klaffarna totalt sett kan avleda. Det finns sätt att förbättra detta, genom bättre klaffdesign; moderna flygplan använder till exempel komplexa flerdelade klaffar. Men stora klaffar tenderar att lägga till avsevärd komplexitet och ta upp plats på utsidan av vingen, vilket gör dem olämpliga för användning på en fighter.
Principen för jetklaffen, en typ av invändigt blåst klaff, föreslogs och patenterades 1952 av British National Gasturbine Establishment (NGTE) och undersöktes därefter av NGTE och Royal Aircraft Establishment. Konceptet testades först i full skala på den experimentella jakten H.126. Det minskade stopphastigheten till endast 32 mph (51 km/h), ett antal som de flesta lätta flygplan inte kan matcha. Jetklaffen använde en stor andel av motorns avgaser, snarare än kompressorluften, för att blåsa.
.svg)
Ett av de första produktionsflygplanen med blåsta klaffar var Lockheed F-104 Starfighter som togs i bruk i januari 1958. Efter långvariga utvecklingsproblem visade sig BLCS vara enormt användbar för att kompensera för Starfighterns lilla vingyta. Lockheed T2V SeaStar , med blåsta klaffar, hade tagits i bruk i maj 1957 men skulle ha ihållande underhållsproblem med BLCS, vilket ledde till att den gick i förtidspension. I juni 1958 Supermarine Scimitar med blåsta flikar i drift. Blåsta klaffar användes på North American Aviation A-5 Vigilante , Vought F-8 Crusader- varianterna E(FN) och J, McDonnell Douglas F-4 Phantom II och Blackburn Buccaneer . Mikoyan -Gurevich MiG-21 och Mikoyan-Gurevich MiG-23 hade blåst klaffar. Petrov uppger att långtidsdriften av dessa flygplan visade hög tillförlitlighet hos BLC-systemen. TSR -2 , som avbröts innan den togs i bruk, hade heltäckande flikar.
förändrade lärdomarna från luftstriden över Vietnam tankesättet avsevärt. Istället för flygplan konstruerade för rak hastighet blev generell manövrerbarhet och lastkapacitet viktigare i de flesta konstruktioner. Resultatet är en utveckling tillbaka till större planformer för att ge mer lyft. Till exempel General Dynamics F-16 Fighting Falcon en vingbelastning på 78,5 lb/ft 2 (383 kg/m 2 ) , och använder framkantsförlängningar för att ge avsevärt mer lyftkraft vid högre anfallsvinklar, inklusive inflygning och landning. Några senare stridsflygplan uppnådde de krävda låghastighetsegenskaperna genom att använda swing-wings . Inre klaffblåsning används fortfarande för att komplettera externt blåsta klaffar på Shin Meiwa US-1A .
Vissa flygplan som för närvarande (2015) i tjänst som kräver en STOL-prestanda använder extern klaffblåsning och, i vissa fall, använder även invändig klaffblåsning på klaffar såväl som på kontrollytor som rodret för att säkerställa adekvat kontroll och stabilitet vid låga hastigheter. Externa blåsningskoncept är kända som "externt blåst klaff" (används på Boeing C-17 Globemaster ), "övre yta blåser" (används på Antonov An-72 och Antonov An-74 ) och "vektored slipstream", eller " över vingen blåser", används på Antonov An-70 och Shin Meiwa US-1A och ShinMaywa US-2 .
Motordrivna höglyftssystem, såsom externt blåsta klaffar, används inte för civila transportflygplan av skäl som Reckzeh angett, som inkluderar komplexitet, vikt, kostnad, tillräckliga befintliga banlängder och certifieringsregler.
Se även
- "Blow, blow thou BLC wind" , Flight International , 1971
| Myndighetskontroll : Nationella bibliotek |
|---|
