Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ұшақ қанаттарындағы жоғары көтергіштік құрылғылары
High lift device on some aircraft wings
Кейбір ұшақ қанаттарында төмен жылдамдықпен ұшу сипаттамаларын жақсарту үшін қолданылатын, ауа ағынын қанаттың артқы жиегі арқылы бағыттап, көтеру коэффициентін арттыруға арналған, соқпалы немесе реактивті жапсырмалар – қуатпен жұмыс істейтін аэродинамикалық жоғары көтергіштік құрылғылары болып табылады. Бұл ауа ағынын қамтамасыз етудің әртүрлі әдістері бар, олардың көпшілігі реактивті қозғалтқыштың компрессорынан алынған реактивті газдарды немесе жоғары қысымды ауаны пайдаланып, оны қанаттың артқы жиегіндегі жапсырмалардың бойымен қайта бағыттайды. Соқпалы жапсырмалар қанаттың ішкі арналарын пайдаланып ауа ағынын бағыттайтын жүйелерге немесе, кең мағынада, жоғарғы беттен үрлеу немесе дәстүрлі қанат астындағы қозғалтқыштардағы соплолық жүйелер сияқты жүйелерге қатысты болуы мүмкін. Соқпалы жапсырмалар – қуатты көтеру деп аталатын кеңірек санаттағы шешімдердің бірі болып табылады, оған сонымен қатар әртүрлі шекаралық қабатты басқару жүйелері, бағытталған винт ағынын пайдаланатын жүйелер және айналымды басқару қанаттары кіреді. Ішкі соқпалы жапсырмалар 1960 жылдары құрлықта және авианостектерде пайдаланылған жылдам ұшақтарда, соның ішінде Lockheed F-104, Blackburn Buccaneer және Микоян-Гуревич МиГ-21-дің кейбір түрлерінде қолданылған. Олар көбінесе қолданудан шығып қалды, себебі құбырларды таза ұстау және клапан жүйелерін дұрыс жұмыс істеуге қатысты күшті техникалық қызмет көрсетуді талап етті, сонымен қатар қозғалтқыштың істен шығуы көтеруді дәл қажетті жағдайда төмендетті. Бұл концепция бірнеше көліктік ұшақтарда, соның ішінде турбовинттік және турбовентильдік ұшақтарда жоғарғы және төменгі үрлеу түрінде қайта пайда болды.
Blown flaps or jet flaps are powered aerodynamic high lift devices used on the wings of certain aircraft to improve their low speed flight characteristics. They use air blown through nozzles to shape the airflow over the rear edge of the wing, directing the flow downward to increase the lift coefficient. There are a variety of methods to achieve this airflow, most of which use jet exhaust or high pressure air bled off of a jet engine's compressor and then redirected to follow the line of trailing edge flaps. Blown flaps may refer specifically to those systems that use internal ductwork within the wing to direct the airflow, or more broadly to systems like upper surface blowing or nozzle systems on conventional underwing engine that direct air through the flaps. Blown flaps are one solution among a broader category known as powered lift, which also includes various boundary layer control systems, systems using directed prop wash, and circulation control wings. Internal blown flaps were used on some land and carrier based fast jets in the 1960s, including the Lockheed F 104, Blackburn Buccaneer and certain versions of the Mikoyan Gurevich MiG 21. They generally fell from favour because they imposed a significant maintenance overhead in keeping the ductwork clean and various valve systems working properly, along with the disadvantage that an engine failure reduced lift in precisely the situation where it is most desired. The concept reappeared in the form of upper and lower blowing in several transport aircraft, both turboprop and turbofan.
Механизм
Әдеттегі соққылы қақпақта реактивті қозғалтқыштан шығарылған қысылған ауаның шағын мөлшері компрессор сатысында "ағызылып", қанаттың арт жағымен өтетін арналарға жіберіледі. Онда, қақпақтар белгілі бір бұрыштарға жеткенде, ұшақ қанатының қақпақтарындағы саңылаулар арқылы күшпен соққыланады. Шекаралық қабатқа жоғары энергиялы ауа енгізу, ауа ағынынан шекаралық қабаттың бөлінуін кешіктіру арқылы шабуыл бұрышын және максималды көтеру коэффициентін арттырады. Массалық инъекциялау (үрлеу) арқылы шекаралық қабатты басқару, шекаралық қабаттағы бөлшектердің қозғалысын тежеуге қарсы қосымша энергия беру арқылы шекаралық қабаттың бөлінуін сақтайды. Сондықтан, қанаттың қабырғалық бетіне жақын, жоғары жылдамдықты ауа массасын енгізу шекаралық қабаттың сүргіш тежеуін кері қайтарады, осылайша шекаралық қабаттың бөлінуі кешіктіріледі. Ұрлеу арқылы ағынды басқару қанаттың көтеру күшін едәуір арттыра алады. Механикалық саңылаулармен, табиғи шекаралық қабат шекаралық қабатты басқару қысымын еркін ағынның толық қысымымен шектейді. Қозғалтқыш ауа ағынының шағын бөлігімен (ішкі ырғакпен) ырғактау көтеру күшін арттырады. Қозғалтқыштан шығатын газдардың көп мөлшерін пайдалану, қақпақтың тиімді хордасын арттырады (желгіш қақпақ), бұл суперциркуляцияны немесе теориялық потенциалдық ағынның максималды деңгейіне дейін мәжбүрлі циркуляцияны тудырады. Жалпы, ырғактағыш қақпақтар қанаттың көтеру күшін екі-үш есеге дейін арттыра алады. Boeing 747 ұшағындағы күрделі үш саңылаулы қақпақ жүйесі шамамен 2,45 көтеру коэффициентін береді, ал сыртқы ырғактау (Boeing YC 14 ұшағының жоғарғы бетін ырғактау) оны шамамен 7,0 көтеру коэффициентіне дейін арттырады.
In a conventional blown flap, a small amount of the compressed air produced by the jet engine is "bled" off at the compressor stage and piped to channels running along the rear of the wing. There, it is forced through slots in the wing flaps of the aircraft when the flaps reach certain angles. Injecting high energy air into the boundary layer produces an increase in the stalling angle of attack and maximum lift coefficient by delaying boundary layer separation from the airfoil. Boundary layer control by mass injecting (blowing) prevents boundary layer separation by supplying additional energy to the particles of fluid which are being retarded in the boundary layer. Therefore, injecting a high velocity air mass into the air stream essentially tangent to the wall surface of the airfoil reverses the boundary layer friction deceleration; thus, the boundary layer separation is delayed. The lift of a wing can be greatly increased with blowing flow control. With mechanical slots, the natural boundary layer limits the boundary layer control pressure to the freestream total head. Blowing with a small proportion of engine airflow (internal blown flap) increases the lift. Using much higher quantities of gas from the engine exhaust, which increases the effective chord of the flap (the jet flap), produces supercirculation, or forced circulation up to the theoretical potential flow maximum. In general, blown flaps can improve the lift of a wing by two to three times. Whereas a complex triple slotted flap system on a Boeing 747 produces a coefficient of lift of about 2.45, external blowing (upper surface blowing on a Boeing YC 14) improves this to about 7,
Тарих
Уильямс екінші дүниежүзілік соғыстан бұрын Корольдік ұшақ мекемелерінде кейбір жапырақшаларды үрлеу сынақтары жүргізілгенін, ал соғыс кезінде Германияда Arado Ar 232, Dornier Do 24 және Messerschmitt Bf 109 ұшақтарымен ұшу сынақтары өткізілгенін айтады. Экзектор жоғары қысымды бумен химиялық түрде қуаттандырылған. Bf 109 жапырақшаларын үрлеу үшін қозғалтқышпен жұмыс істейтін үрлегіштер қолданылды. Ребуфет және Пуассон Квинтон соғыстан кейін Франциядағы O.N.E.R.A. мекемесінде жүргізілген сынақтарды сипаттайды, онда бірінші жапырақша бөлігінде сору, ал екіншісінде үрлеу жүзеге асырылды. Реактивтік қозғалтқыштың компрессорлық қан кету экзекторы сору және үрлеудің екеуін де қамтамасыз етті. Ұшу сынақтары Breguet Vultur ұшағында жүргізілді. Соғыстан кейін В.Х. Пэйн 1950 және 1951 жылдардағы есептермен Westland Aircraft компаниясында сынақтар жүргізді. 1951 және 1955 жылдар аралығында Cessna Arado жүйесін пайдалана отырып, Cessna 309 және 319 ұшақтарында жапырақшаларды үрлеу сынақтарын өткізді. 1950 және 60-шы жылдардағы ұшақтар көбінесе жоғары жылдамдықтарда соқпалы сәйкестікті азайту үшін кішірек қанаттарға қарай дамыды. Бұрынғы буын ұшақтарымен салыстырғанда, олардың қанат жүктемесі шамамен төрт есе жоғары болды; мысалы, Supermarine Spitfire-де қанат жүктемесі 24 фунт/фут² (117 кг/м²), ал Messerschmitt Bf 109-да "өте жоғары" жүктемесі 30 фунт/фут² (146 кг/м²), ал 1950-ші жылдардағы Lockheed F 104 Starfighter-де 111 фунт/фут² (542 кг/м²) құрады. Бұл жоғары қанат жүктемелерінің бір үлкен кемшілігі – төмен жылдамдықтарда, ұшақты ұшыру үшін жеткілікті көтергіштік беретін қанаттың жеткілікті бөлігі болмайды. Тіпті үлкен жапырақшалар да бұл кемшілікті толығымен жоя алмады, нәтижесінде көптеген ұшақтар жоғары жылдамдықпен қонды және осыған байланысты апаттарға ұшырады. Жапырақшалардың тиімсіздігінің басты себебі – қанат үстіндегі ауа ағыны қанаттың профиліне сәйкес тоқтамас бұрын "бұрылудың" шегіне жетеді, бұл ағынның бөлінуі деп аталады. Жапырақшалар жалпы қанша ауаны бұра алатынына шектеу бар. Бұл мәселені жақсы жапырақша дизайны арқылы жақсартуға болады; қазіргі заманғы авиалайнерлер мысалы, күрделі көп бөлікті жапырақшаларды қолданады. Дегенмен, үлкен жапырақшалар айтарлықтай күрделілікке әкеледі және қанаттың сыртында орын алады, бұл оларды жойғыш ұшақта қолдануға қолайсыз етеді. Жанармайлы жапырақша принципі 1952 жылы британдық Ұлттық газ турбинасы мекемесі (NGTE) ұсынған және патенттелген, содан кейін NGTE және Корольдік әуе кемесі мекемесі зерттеді. Бұл тұжырымдама алғаш рет эксперименталды Hunting H.126 ұшағында толық көлемде сынақтан өтті. Ол ұшақтың тоқтау жылдамдығын 0,7 м/с-қа дейін төмендетті, бұл ең жеңіл ұшақтардың көрсеткіштерімен салыстыруға келмейді. Жанармайлы жапырақша компрессордан шығарылатын ауа емес, қозғалтқыштың шығарындысының үлкен бөлігін пайдаланды. Жапырақшалары бар алғашқы өндірістік ұшақтардың бірі Lockheed F 104 Starfighter болды, ол 1958 жылдың қаңтарында пайдалануға берілді. Ұзақ даму проблемаларынан кейін BLCS Starfighter-дің кішкентай қанат бетін өтеуде өте пайдалы екенін дәлелдеді. Lockheed T2V SeaStar 1957 жылдың мамыр айында пайдалануға берілді, бірақ BLCS-де тұрақты техникалық қызмет көрсету проблемалары болды, бұл оның ерте зейнетке шығуына әкелді. 1958 жылдың маусым айында жапырақшалары бар Supermarine Scimitar пайдалануға берілді. Жапырақшалар North American Aviation A 5 Vigilante, Vought F 8 Crusader нұсқалары E(FN) және J, McDonnell Douglas F 4 Phantom II және Blackburn Buccaneer ұшақтарында қолданылды. Микоян Гуревич МиГ-21 және Микоян Гуревич МиГ-23 ұшақтарында жапырақшалар болды. Петров бұл ұшақтардың ұзақ мерзімді жұмыс істеуі BLC жүйелерінің жоғары сенімділігін көрсетті деп мәлімдеді. TSR 2, қызметке кірмес бұрын тоқтатылған, толық ұзындығында жапырақшалары бар болды. 1970 жылдардан бастап Вьетнамдағы әуе шайқасынан алынған сабақтар ойлауды айтарлықтай өзгертті. Ұшақтардың жылдамдығы үшін емес, жалпы маневрлік қабілеті мен жүк көтергіштігі маңызды болды. Нәтижесінде, көтерілуді қамтамасыз ету үшін үлкен жазықтық формаларына қайта оралу байқалды. Мысалы, General Dynamics F 16 Fighting Falcon қанатының жүктемесі 78.5 фунт/фут² (383 кг/м²), ал алдыңғы жиек кеңейтімдері жоғары шабуыл бұрыштарында, соның ішінде жақындау мен қону кезінде айтарлықтай көп көтергіштік береді. Кейбір соңғы жауынгерлік ұшақтар қажетті төмен жылдамдық сипаттамаларын иілгіш қанаттарды қолдана отырып жетістіруге қол жеткізді. Shin Meiwa US 1A ұшағында сыртқы жапырақшаларды үрлеуге қосымша ішкі жапырақшалар қолданылады. Қазіргі уақытта (2015) STOL өнімділігін талап ететін кейбір ұшақтар сыртқы жапырақшаларды үрлеуді қолданады және кейбір жағдайларда жапырақшаларда және руль сияқты басқару беттерінде де ішкі жапырақшаларды қолданады, төмен жылдамдықтарда жеткілікті басқару мен тұрақтылықты қамтамасыз етеді. Сыртқы үрлеу концепциялары күрделілік, салмақ, құн, жеткілікті ұшу-қону жолағының ұзындығы және сертификаттау ережелері сияқты мәселелерді қамтиды.
Williams states some flap blowing tests were done at the Royal Aircraft Establishment before the Second World War, and that extensive tests were done during the war in Germany including flight tests with Arado Ar 232, Dornier Do 24 and Messerschmitt Bf 109 aircraft. Lachmann states the Arado and Dornier aircraft used an ejector driven single flow of air which was sucked over part of the trailing edge span and blown over the remainder. The ejector was chemically powered using high pressure vapour. The Bf 109 used engine driven blowers for flap blowing. Rebuffet and Poisson Quinton describe tests in France at O. N. E. R. A. after the war with combined sucking at le of first flap section and blowing at second flap section using a jet engine compressor bleed ejector to give both sucking and blowing. Flight testing was done on a Breguet Vultur aircraft. Tests were also done at Westland Aircraft by W. H. Paine after the war with reports dated 1950 and 1951. Between 1951 and 1955, Cessna did flap blowing tests on Cessna 309 and 319 aircraft using the Arado system. During the 1950s and 60s, fighter aircraft generally evolved towards smaller wings in order to reduce drag at high speeds. Compared to the fighters of a generation earlier, they had wing loadings about four times as high; for instance the Supermarine Spitfire had a wing loading of 24 lb/ft2 (117 kg/m2) and the Messerschmitt Bf 109 had the "very high" loading of 30 lb/ft2 (146 kg/m2), whereas the 1950s era Lockheed F 104 Starfighter had 111 lb/ft2 (542 kg/m2). One serious downside to these higher wing loadings is at low speed, when there is not enough wing left to provide lift to keep the plane flying. Even huge flaps could not offset this to any large degree, and as a result many aircraft landed at fairly high speeds, and were noted for accidents as a result. The major reason flaps were not effective is that the airflow over the wing could only be "bent so much" before it stopped following the wing profile, a condition known as flow separation. There is a limit to how much air the flaps can deflect overall. There are ways to improve this, through better flap design; modern airliners use complex multi part flaps for instance. However, large flaps tend to add considerable complexity, and take up room on the outside of the wing, which makes them unsuitable for use on a fighter. The principle of the jet flap, a type of internally blown flap, was proposed and patented in 1952 by the British National Gas Turbine Establishment (NGTE) and thereafter investigated by the NGTE and the Royal Aircraft Establishment. The concept was first tested at full scale on the experimental Hunting H.126. It reduced the stall speed to only , a number most light aircraft cannot match. The jet flap used a large percentage of the engine exhaust, rather than compressor bleed air, for blowing. One of the first production aircraft with blown flaps was the Lockheed F 104 Starfighter, which entered service in January 1958. After prolonged development problems, the BLCS proved to be enormously useful in compensating for the Starfighter's tiny wing surface. The Lockheed T2V SeaStar, with blown flaps, had entered service in May 1957 but was to have persistent maintenance problems with the BLCS which led to its early retirement. In June 1958, the Supermarine Scimitar with blown flaps entered service. Blown flaps were used on the North American Aviation A 5 Vigilante, the Vought F 8 Crusader variants E(FN) and J, the McDonnell Douglas F 4 Phantom II and the Blackburn Buccaneer. The Mikoyan Gurevich MiG 21 and Mikoyan Gurevich MiG 23 had blown flaps. Petrov states long term operation of these aircraft showed high reliability of the BLC systems. The TSR 2, which was cancelled before it entered service, had full span blown flaps. Starting in the 1970s, the lessons of air combat over Vietnam changed thinking considerably. Instead of aircraft designed for outright speed, general maneuverability and load capacity became more important in most designs. The result is an evolution back to larger planforms to provide more lift. For instance the General Dynamics F 16 Fighting Falcon has a wing loading of 78.5 lb/ft2 (383 kg/m2), and uses leading edge extensions to provide considerably more lift at higher angles of attack, including approach and landing. Some later combat aircraft achieved the required low speed characteristics using swing wings. Internal flap blowing is still used to supplement externally blown flaps on the Shin Meiwa US 1A. Some aircraft currently (2015) in service that require a STOL performance use external flap blowing and, in some cases, also use internal flap blowing on flaps as well as on control surfaces such as the rudder to ensure adequate control and stability at low speeds. External blowing concepts are known as which include complexity, weight, cost, sufficient existing runway lengths and certification rules.