Aile balayée

Une aile en flèche est une forme en plan d'aile commune sur les avions à grande vitesse , avec l'aile balayée en arrière au lieu de l'établissement perpendiculaire au fuselage. Le champ vers l'avant est également employé sur quelques avions. Des ailes en flèche ont été au commencement employées seulement sur les chasseurs , mais ont depuis lors devenu presque universelles sur les gicleurs , y compris les avions de ligne et les gicleurs d'affaires de

Dans le transsonique

Car un avion approche la vitesse de du bruit , un effet connu sous le nom de drague de vague commence à apparaître. En raison du principe , flux d'air de Bernoulli de accélère autour des surfaces incurvées, et s'approche de la vitesse du bruit que l'accélération peut faire atteindre le flux d'air des vitesses supersoniques. Quand ceci se produit, une onde choc oblique est produite au point où l'écoulement disparaît supersonique. Puisque ceci se produit sur des secteurs incurvés, ils sont normalement associés aux extrados de l'aile, de la verrière d'habitacle, et de l'ogive des avions, secteurs avec la courbure locale la plus élevée.

Les ondes chocs exigent d'une quantité considérable d'énergie de former. Cette énergie est prise hors de l'avion, qui doit fournir la poussée supplémentaire pour compenser cette déperdition d'énergie. Ainsi les chocs sont vus comme une forme de la drague . Puisque les chocs forment quand la vitesse d'air locale atteint des vitesses supersoniques au-dessus de divers dispositifs des avions, il y a un certain " ; " du mach de Criticial de ; vitesse (ou " ; number" de mach de traîner-divergence ;) là où cet effet devient apparent, normalement quand les chocs commencent à se produire au-dessus de l'aile.

Puisque ces ondes chocs sont produites aux secteurs de la courbure, la manière évidente de réduire leur effet est de réduire la courbure. Dans le cas du fuselage, ceci suggère les longues, minces conceptions qui sont aiguës aux extrémités. De telles conceptions sont communes sur les avions à grande vitesse, le Concorde étant un exemple évident, et désigné sous le nom ayant un " élevé ; " du rapport de finesse de ;.

Ceci applique à l'aile aussi bien, qui suggère que les ailes devraient avoir en tant que peu de courbure aussi possible, pour être qu'amincissent comme possible, et a une longue corde . Des exemples de cette sorte de forme en plan d'aile peuvent être trouvés sur le F-104 Starfighter par exemple, qui est fortement - optimisé pour l'exécution à grande vitesse. Cependant, ces mêmes caractéristiques font une aile avoir un coefficient très bas d'ascenseur de , et la dégradation des performances aux vitesses réduites. Le Starfighter a eu un grand nombre d'accidents d'atterrissage provoqués par sa vitesse d'atterrissage très élevée qui était nécessaire pour continuer l'aile produire d'assez d'ascenseur pour voler.

D'ailes en flèche " essentiellement ; fool" ; le flux d'air aux vitesses dans penser l'aile a un plus long et plus plat profil qu'il a en tant que " mesuré ; on" principal ; à l'aile. Aux vitesses le flux d'air au-dessus de l'aile voyage presque directement avant au dos, ainsi une aile balayée à 45 degrés verrait une corde efficace 1.4 fois la corde réelle. Ceci réduit les effets de la drague de vague, rendant le vol transsonique beaucoup plus économique.

Supersonique

Le flux d'air aux vitesses supersoniques produit de l'ascenseur par la formation des ondes chocs, par opposition aux modèles du flux d'air au-dessus et sous de l'aile. Ces ondes chocs, comme dans le cas transsonique, produisent des grands nombres de drague. Une de ces ondes chocs est créée par le bord d'attaque de l'aile, mais contribue peu à l'ascenseur. Afin de réduire au minimum la force de ce choc qu'elle doit demeurer " ; attached" ; à l'avant de l'aile, qui exige un bord d'attaque très pointu. Pour améliorer la forme les chocs qui contribueront à l'ascenseur, le reste d'une voilure supersonique idéale est rudement en forme de diamant dans la section transversale. Pour l'ascenseur à vitesse réduite ces mêmes ailes sont très inefficaces, menant aux pauvres manipulant et aux vitesses d'atterrissage très élevées.

L'one-way pour éviter le besoin d'aile supersonique consacrée est d'employer une conception subsonique fortement balayée. Le flux d'air derrière les ondes chocs d'un corps mobile sont réduits aux vitesses subsoniques. Cet effet est employé dans les prises des moteurs censés pour fonctionner dans le supersonique, car les réacteurs sont généralement incapables d'ingérer l'air supersonique directement. Ceci peut également être employé pour réduire la vitesse d'air comme vu par l'aile, using les chocs produits par le nez des avions. Tant que l'aile se trouve derrière l'onde choc en forme de cône, elle " ; see" ; flux d'air et travail subsoniques en tant que normale. L'angle a dû se trouver derrière les augmentations de cône avec l'augmentation de la vitesse, au mach 1.3 que l'angle est environ 45 degrés, au mach 2.0 il est de 60 degrés.

Généralement il n'est pas possible d'arranger l'aile ainsi il se trouvera entièrement en dehors du flux d'air supersonique et aura toujours la bonne exécution subsonique. Quelques avions, comme la foudre électrique anglaise ou le dard de delta du F-106 sont accordés entièrement pour le vol à grande vitesse et des formes en plan haut-balayées par dispositif sans souci des problèmes à vitesse réduite que ceci crée. D'autres cas l'utilisation des ailes de géométrie variable comme sur le Tomcat du F-14, permet à un avion de déplacer l'aile pour la garder tout au plus angle efficace indépendamment de la vitesse, bien que le coût dans la complexité et le poids fasse à ceci un dispositif rare.

La plupart des avions à grande vitesse ont une aile qui passe au moins une partie de son temps dans le flux d'air supersonique. Mais puisque le cône de choc se déplace vers le fuselage avec la vitesse accrue, la partie de l'aile dans l'écoulement supersonique change également avec la vitesse. Puisque ces ailes sont balayées, car le cône de choc se déplace vers l'intérieur, le centre de de l'ascenseur avance pendant que les externes, arrière, des parties de l'aile produisent de moins d'ascenseur. Ceci a comme conséquence des moments puissants de tangage et leur équilibre required associé change.

Inconvénients

Quand une aile en flèche voyage à la vitesse, le flux d'air a peu de temps pour réagir et circule simplement sur l'aile. Cependant aux vitesses inférieures une partie d'air est poussée au côté vers le saumon. À la racine d'aile, par le fuselage, ceci a peu d'effet apparent, mais vers le bout le flux d'air est poussé de côté non seulement par l'aile, mais l'air de côté en mouvement près de lui. Au bout le flux d'air le déplace le long de l'aile au lieu de fini, un problème connu sous le nom d'écoulement dans le sens de l'envergure de .

L'ascenseur sur une aile est produit par le flux d'air au-dessus de lui d'avant-arrière. Pendant qu'une quantité croissante voyage dans le sens de l'envergure, la quantité coulant avant-arrière est réduite, menant à une perte d'ascenseur. Normalement ce n'est pas beaucoup d'un problème, mais car l'avion ralentit pour débarquer les bouts peuvent réellement chuter au-dessous du point de la stalle même aux vitesses d'avions où les stalles ne devraient pas se produire. Quand ceci se produit les stalles de bout d'abord, et puisque le bout est balayé derrière le centre de l'ascenseur, l'ascenseur net avance. Ceci fait lancer l'avion vers le haut, menant à plus de la perte de vitesse d'aile, menant à plus de lancement vers le haut, et ainsi de suite. Ce problème est venu pour être connu en tant que danse de Sabre de dans la référence au nombre du nord-américain F-86 Sabres qui s'est brisé sur l'atterrissage en conséquence.

La solution à ce problème a pris beaucoup de formes. On était l'addition d'un aileron connu sous le nom de barrière d'aile de sur l'extrados de l'aile pour réorienter l'écoulement à l'arrière (voir le MiG-15 comme exemple), une autre conception étroitement liée était d'ajouter une entaille de pied-de-poule au bord d'attaque (flèche d'Avro de ). D'autres conceptions ont adopté une approche plus radicale, y compris le aile de s de Thunderceptor XF-91 le la 'qui s'est développée plus au loin vers le bout pour fournir plus d'ascenseur là, et Britannique-favorisé un champ en croissant de composé de ou l'aile de scimitar de qui ont réduit le champ le long de l'envergure, utilisée à la page Victor , un de Handley de de leurs bombardiers du V

Les solutions modernes au problème n'exigent plus le " ; custom" ; conceptions de ce type. L'addition des lamelles de bord d'attaque et des grands ailerons composés aux ailes a en grande partie résolu le problème. Sur des conceptions de combattant, l'addition des prolongements de bord d'attaque de inclus pour la manoeuvrabilité élevée, servent également à ajouter l'ascenseur pendant l'atterrissage et à réduire le problème.

L'aile en flèche a également plusieurs plus de problèmes. On est celui pour n'importe quelle longueur donnée d'aile, l'envergure réelle de incliner-à-inclinent est plus court que la même aile qui n'est pas balayée. La drague à vitesse réduite est fortement corrélée avec l'allongement , l'envergure comparée à la corde, ainsi une aile balayée a toujours plus de drague aux vitesses inférieures. Un autre souci est le couple appliqué par l'aile au fuselage, autant des mensonges de l'ascenseur de l'aile derrière le point où la racine d'aile se relie à l'avion. En conclusion, alors qu'il est assez facile de courir les longerons principaux du juste d'aile par le fuselage dans une conception d'aile droite d'employer un seul morceau de métal continu, ce n'est pas possible sur l'aile balayée parce que les longerons se réuniront sous un angle.

Expédier le champ

voient également : le Vers l'avant-a balayé le

l'aile

Le balayage d'une aile a en avant le même effet que vers l'arrière en termes de réduction de traînée, mais a d'autres avantages en termes d'à vitesse réduite manipulant où les problèmes de stalle de bout partent simplement. Dans ce cas-ci les circulations d'air à vitesse réduite dedans vers le fuselage, qui agit en tant que barrière très grande d'aile. En plus les ailes sont généralement plus grandes à la racine de toute façon, qui leur permet d'avoir un meilleur ascenseur à vitesse réduite.

Cependant, cet arrangement a également des problèmes sérieux de stabilité. Quand une telle aile est pêchée jusqu'au vent efficace, le bout tourne jusqu'à un angle d'attaque efficace plus élevé , produisant plus d'ascenseur. C'est parce que les bouts sont devant la ligne de la rotation de l'aile dans son ensemble, ainsi ils se déplacent vers le haut aussi bien que la rotation. Ceci mène aux problèmes de fléchissement sérieux, avec une quantité normale ci-dessus d'ascenseur venant des saumons, qui, étant devant le centre de l'ascenseur, veut faire l'aile tourner encore plus haut.

Ainsi les ailes en flèche négative sont instables d'une mode semblable aux problèmes à vitesse réduite d'une aile balayée conventionnelle. Un peu de champ ne posent pas des problèmes graves, et avaient été employés sur une série d'avions pour entrer le longeron dans un endroit commode, comme sur les Junkers Ju de 287 ou gicleur du HFB-320 Hansa. Mais un plus grand champ approprié aux avions à grande vitesse comme des combattants était généralement impossible jusqu'à l'introduction de la mouche de par les systèmes du fil qui pourraient réagir assez rapidement pour amortir ces instabilités. Le Grumman X-29 était un projet de démonstration expérimental de technologie conçu pour examiner l'aile balayée avant pour la manoeuvrabilité augmentée en 1984. Le Su-47 Berkut est un autre exemple notable using cette technologie. Cependant aucune conception fortement en flèche négative n'a écrit la production.

Histoire

Beaucoup d'avions ont eu des ailes balayées afin de fixer des problèmes avec leur centre de de la gravité ou entrer le longeron d'aile dans un endroit plus commode. Par exemple, le DC-3 a eu un léger champ à son aile. Cependant ces conceptions n'ont pas été prévues pour aider avec l'exécution transsonique, et tandis qu'elles ont le " ; sweep" d'aile ; il n'est pas vraiment approprié de se rapporter à elles comme " ; wing" balayé ;.

L'idée d'employer des ailes en flèche pour réduire la drague à grande vitesse a été développée la première fois en Allemagne dans les années 30. Lors d'une réunion de la conférence de la Volte de en 1935 en Italie, le Dr. Adolf Busemann a proposé l'utilisation des ailes en flèche pour le vol supersonique du . Il a noté que la vitesse anémométrique au-dessus de l'aile a été dominée par le composant normal du flux d'air, pas la vitesse de freestream, ainsi la vitesse vers l'avant à laquelle les ondes chocs formeraient seraient plus hautes (les mêmes avaient été notés par le Munk maximum en 1924, bien que pas dans le cadre du vol à grande vitesse). Le Albert Betz a immédiatement suggéré qu'il soit également utile dans le transsonique. Après la présentation l'hôte de la réunion, Arturo Crocco , a en plaisantant esquissé le " ; L'avion de Busemann du future" ; sur le dos d'un menu tandis qu'ils dinaient tout. Crocco esquissé montré une conception classique de combattant des années 50, avec des ailes en flèche et des surfaces de queue, bien qu'il ait également esquissé un propulseur balayé l'actionnant.

Cependant, lorsqu'il n'y avait aucune manière d'actionner un avion à ces sortes de vitesses, et même les avions les plus rapides de l'ère approchaient seulement 400 km/h. Les grands moteurs à l'avant des avions l'ont rendu difficile d'obtenir un rapport raisonnable de finesse, et bien que des ailes pourraient être rendues minces et larges, faire ainsi faite leur considérablement moins forts. Le Spitfire britannique de Supermarine de utilisé aussi légèrement une aile comme possible pour la drague à grande vitesse inférieure, mais plus tard payé un prix élevé lui dans un certain nombre de problèmes aérodynamiques tels que l'inversion de commande . La conception allemande a à la place opté pour des ailes plus épaisses, acceptant la drague pour une plus grande force et a augmenté l'espace interne pour le train d'atterrissage, le carburant et les armes.

La présentation était en grande partie d'intérêt scolaire, et bientôt oublié. Même les participants notables comprenant le Theodore von Kármán et le Eastman Jacobs n'ont pas rappelé la présentation dix ans après quand elle a été réintroduite à eux. Néanmoins, Busseman était responsable de la recherche en matière d'aérodynamique à Brunswick, et a commencé un programme de recherche étudiant le concept. D'ici la soufflerie l'essai 1939 avait démontré l'effet était vrai, et pratique.

Avec l'introduction des gicleurs dans la moitié postérieure de la deuxième guerre mondiale l'application du champ est devenue appropriée. Le actionné par gicleur allemand Messerschmitt je 262 et propulsé par fusée Messerschmitt que je 163 a souffert des effets de la compressibilité qui les ont rendus très difficiles à commander aux vitesses. En outre les vitesses les ont mises dans le régime de drague de vague, et quelque chose qui pourraient réduire cette drague augmenterait l'exécution de leurs avions, notamment les temps de vol notoirement court mesurés en minutes. Le résultat était un programme d'accident pour présenter les nouvelles conceptions balayées d'aile, toutes les deux pour des combattants aussi bien que des avions d'essai de prototype des bombardiers A de , le Messerschmitt je P.1101 , a été construit pour rechercher les différences de la conception et pour développer des règles générales au sujet de quel angle de champ avec l'utilisation. Aucune des conceptions n'était opérationnelle avant que la guerre ait fini, mais le P.1101 a été capturé par des forces d'USA et est revenu au Etats-Unis , où deux copies additionnelles avec les moteurs construits par USA ont continué la recherche comme Bell X-5 .

von Karaman a voyagé en Allemagne près de la fin de la guerre en tant qu'élément du trombone d'opération de , et a atteint Brunswick le 7 mai, découvrant un certain nombre de modèles balayés d'aile et une masse des données techniques des souffleries. Un membre de l'équipe était George Schairer, qui à ce moment-là travaillait à la compagnie de Boeing et immédiatement expédié envoyé une lettre à Ben Cohn chez Boeing déclarant qu'elles ont dû étudier le concept. Il a également dit Cohn de distribuer la lettre à d'autres compagnies aussi bien, bien que seulement Boeing et Nord-américain aient fait l'utilisation immédiate de elle.

En février 1945 Robert T. Jones d'ingénieur du NACA commencé regarder les ailes delta haut-balayées et les formes de V, et découvert les mêmes effets que Busemann. Il a fini un rapport détaillé sur le concept en avril, mais a trouvé que son travail a été fortement critiqué par d'autres membres du NACA Langley , notamment Theodore Theodorsen, qui s'est référé à lui comme " ; hocus-pocus" ; et exigé un certain " ; vrai mathematics" ;. Cependant, Jones avait déjà fixé un certain temps pour des modèles de libre-vol sous la direction de Robert Gilruth, les rapports des whos ont été présentés fin mai et ont montré une diminution quadruple de drague aux vitesses. Toute la ceci a été compilée dans un rapport édité le 21 juin 1945, qui a été envoyé à l'industrie trois semaines plus tard. Ironiquement, par ce Busemann de point le travail déjà avait été passé autour.

Boeing était au milieu de concevoir le B-47, qui était à ce moment-là une conception de droit-aile semblable au B-45 et B-46 il a concurrencé. Une révision récente de conception accomplie en juin a produit une conception quatre moteurs avec les moteurs enterrés dans le fuselage et presque planeur-comme l'aspect. À côté de septembre les données de Brunswick avaient été travaillées dans la conception, qui a réapparu pendant qu'une plus grande conception de six-moteur avec des ailes balayait à environ 35 degrés. Une autre reprise a en novembre déplacé les moteurs aux cosses sur les ailes, presque identiques à la version définitive, et l'exécution de cette conception a simplement battu la concurrence.

L'avion nord-américain , en attendant, était au milieu de travailler à un combattant actionné par gicleur puis connu sous le nom de FJ-1. Ils subitted également l'à l'Armée de l'Air comme F-86, où il a concurrencé les conceptions semblables de droit-aile, l'étoile filante du P-80 et P-84. Larry verdissent, qui pourrait lire l'Allemand, a étudié les rapports de Busemann et a convaincu la gestion de permettre une conception commençant en août 1945. Une batterie des essais en soufflerie a suivi, et bien que peu de la conception ait été changée autrement, y compris le profil d'aile (NACA 0009), l'exécution des avions a été nettement améliorée et a continué pour devenir l'un des combattants classiques des années 50.

L'introduction de la recherche allemande d'aile en flèche à l'aéronautique a causé une révolution mineure, particulièrement après les succès dramatiques du B-47 et du P-86. Par la suite presque tous les efforts de conception ont immédiatement subi des modifications afin d'incorporer une aile en flèche. Une victime particulièrement intéressante était l'annulation des milles M-52 , une conception de de droit-aile pour une tentative sur la vitesse du bruit. Quand la conception d'aile en flèche a émergé le projet a été décommandé, car on l'a pensé qu'il aurait trop de drague pour casser la barrière saine, mais peu après que les USA aient néanmoins fait juste cela avec le Bell X-1 . Par les années 50 presque chaque combattant a utilisé une aile balayée.

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