Аэродинамикалық беттік қанаттар – аileron, ұшақтың аударылуын басқаруға арналған. Ұшу бағытын өзгертеді, қанаттың лифт векторын бұру арқылы. Тарихы даулы.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ұшақ басқару беті, тұрақты қанатты ұшақтың айналуын тудыру үшін қолданылады.
Aircraft control surface used to induce roll
a part of a fixed wing aircraft
Айлерон (француз тілінде "кішкентай қанат" немесе "қанат") - тұрақты қанатты ұшақтың әрбір қанатының артқы жиегінің бөлігін құрайтын, иілмелі ұшуды басқару беті. Айлерон жұптармен ұшақты айналдыру (немесе ұшақтың бойлық осі бойынша қозғалысын) басқару үшін қолданылады, бұл көтергіш күш векторының бұрылуына байланысты ұшу бағытын өзгертуге әкеледі. Бұл ось бойынша қозғалыс "айналу" немесе "бұрылу" деп аталады. Айлеронды кім ойлап тапқандығына қатысты көптеген даулар бар. Райт ағайындары мен Гленн Кертисс 1906 жылғы Райт патентіне байланысты көп жылдық сот дауына қатысты, онда қанатты бұру арқылы жаққа бағытталған басқаруға қол жеткізу әдісі сипатталған. Ағайындар бірнеше сот шешімінде жеңіске жетті, онда Кертистің айлеронды пайдалануы Райт патентін бұзғаны анықталды. Соңында, Бірінші дүниежүзілік соғыс АҚШ үкіметін заңдық шешім қабылдауға мәжбүр етті. Айлерон тұжырымына қатысты алғашқы патент 1868 жылы британдық ғалым Мэтью Пирс Уотт Болтонға тіркелді, ол 1864 жылғы "Әуедегі қозғалыс туралы" мақаласына негізделген.
An aileron (French for "little wing" or "fin") is a hinged flight control surface usually forming part of the trailing edge of each wing of a fixed wing aircraft. Ailerons are used in pairs to control the aircraft in roll (or movement around the aircraft's longitudinal axis), which normally results in a change in flight path due to the tilting of the lift vector. Movement around this axis is called 'rolling' or 'banking'. Considerable controversy exists over credit for the invention of the aileron. The Wright brothers and Glenn Curtiss fought a years long legal battle over the Wright patent of 1906, which described a method of wing warping to achieve lateral control. The brothers prevailed in several court decisions which found that Curtiss's use of ailerons violated the Wright patent. Ultimately, the First World War compelled the U. S. Government to legislate a legal resolution. A much earlier aileron concept was patented in 1868 by British scientist Matthew Piers Watt Boulton, based on his 1864 paper On Aërial Locomotion.
Тарих
"Айлерон" атауы француз тілінен аударғанда "кішкентай қанат" дегенді білдіреді. Бұл термин құстың қанаттарының ұшуды басқару үшін қолданылатын шеткі бөліктеріне де қатысты. Қозғалтқышты ұшақтарда бұл атау 1908 жыл шамасында қолданыла бастады. Оған дейін айлерондарды көбінесе рульдер деп атаған, олардың үлкен техникалық бауырлары, олардың бағыттары мен функциялары арасында ешқандай айырмашылық болмаған, немесе оларды көбірек сипаттау үшін көлденең рульдер (француз тілінде gouvernails horizontaux) деп атаған. "Айлерон" сөзінің алғашқы авиациялық қолданылуы 1908 жылы француз авиациялық журналында жарияланған. 1903 жылы АҚШ-тың авиациялық инженері Октав Шанут ағайынды Райттардың 1902 жылғы желкенді ұшағының суреттемелерін және суреттерін сол кездегі жетекші авиациялық журналға жариялады. Бұл француз әскери инженері Эснау Пелтериге 1904 жылы қанатты бүгіп-бұрудың орнына айлеронды пайдаланған Райт стиліндегі планерді жасауға түрткі болды. Жаңа Зеландиялық Ричард Пирс 1902 жылы кішкентай айлерондары бар монопланмен қозғалтқышпен ұшуды жүзеге асырды деген мәлімдеме бар, бірақ оның талаптары даулы және кейде дәйекті емес, тіпті оның өз есептері бойынша оның ұшағы жақсы басқарылмаған. 1906 жылы Альберто Сантос Дюмонттың 14 bis ұшағы қозғалтқышпен жұмыс істейтін және айлеронмен жабдықталған алғашқы (немесе ең алғашқы) ұшақтардың бірі болды, өйткені ол 12 қарашада Шато де Багателлдің алаңындағы соңғы ұшу сессиялары үшін шеткі қанаттардағы сегізбұрышты формалы аралық айлерондарды қосып өзгертілді. Бірақ бұл айналуды басқару беттері нағыз "артқы жиекті" айлерон болған жоқ, олар тікелей қанат құрылымына бекітілмеген. 14 bis ұшағында олар көлденең осьтің айналысында алдыңғы жақтағы аралық тіреулерге орнатылған және қанаттың алдыңғы жиегінен шығып тұрды, бұл Роберт Эснау Пелтеридің 1904 жылғы екі қанатты планеріндегідей болды. 18 мамыр 1908 жылы инженер және ұшақ дизайнері Фредерик Болдуин, Александр Грэм Белл басқарған Аэрологиялық эксперименттер қауымдастығының мүшесі, сол жылы AEA June Bug ұшағымен бірге AEA White Wing атты алғашқы айлеронмен басқарылатын ұшақты ұшырды. Генри Фарманның 1909 жылғы Farman III ұшағындағы айлерондар заманауи ұшақтардағы айлерондарға ең ұқсас болды, өйткені олар тікелей қанат құрылымына бекітілген, сондықтан олар заманауи айлеронның алғашқы нұсқасы деп есептелді. Шамамен сол уақытта қанатты бүгу әдістері де қолданылды. Райт ағайындыларының және Монтгомеридің патенттері АҚШ патент бюросының патенттік сарапшысы Уильям Таунсендтің қарауынан өтті. Таунсенд олардың екі әдісі де тәуелсіз түрде ойлап табылғанын және олардың әрқайсысы өз патентін алуға жеткілікті түрде ерекшеленетінін көрсетті. АҚШ сотының бірнеше шешімдері Райттың кең патентін қолдады, оны Райт ағайындылары ұшақтарға $1000-нан басталатын лицензиялық төлемдер арқылы қорғауға тырысты. Бұл жүйенің бір кемшілігі - қарапайым өзара байланысты айлерондармен салыстырғанда ығысуға бейімділік болды. Ертедегі ұшақтардың кейбір конструкцияларында "қанат ұшы" айлерондары қолданылды, онда бүкіл қанат ұшы айналдырылып, айналуды басқару үшін бөлек айналу беті ретінде пайдаланылды. AEA June Bug осылардың бір түрін қолданды, сондай-ақ 1916 жылғы тәжірибелік неміс Fokker V.1 және Юнкерс J 7 дюралюминийден жасалған монопланның ерте нұсқалары да оларды пайдаланды. J 7 тікелей 1918 жылғы Юнкерс D. I дюралюминийден жасалған неміс истребителінің құрылысына әкелді, ол дәстүрлі бекітілген айлерондарға ие болды. Бұл типтегі айлеронның негізгі мәселесі - ұшақ тоқтау қаупі бар болса, оны агрессивті пайдаланғанда тоқтаудың қауіпті болуы, сондықтан олар негізінен прототиптерде қолданылды және өндірістік ұшақтарда олар дәстүрлі айлерондармен ауыстырылды.
The name "aileron", from French, meaning "little wing", also refers to the extremities of a bird's wings used to control their flight. In the context of powered airplanes it appears in print about 1908. Prior to that, ailerons were often referred to as rudders, their older technical sibling, with no distinction between their orientations and functions, or more descriptively as horizontal rudders (in French, gouvernails horizontaux). Among the earliest printed aeronautical use of 'aileron' was that in the French aviation journal L'Aérophile of 1908. The pioneering U. S. aeronautical engineer Octave Chanute published descriptions and drawings of the Wright brothers' 1902 glider in the leading aviation periodical of the day, L'Aérophile, in 1903. This prompted Esnault Pelterie, a French military engineer, to build a Wright style glider in 1904 that used ailerons in lieu of wing warping. New Zealander Richard Pearse reputedly made a powered flight in a monoplane that included small ailerons as early as 1902, but his claims are controversial—and sometimes inconsistent—and, even by his own reports, his aircraft were not well controlled. In 1906 Alberto Santos Dumont's 14 bis was one of the earliest (if not the earliest) engine powered, aileron equipped aircraft to fly, as it was modified to have added octagonal planform interplane ailerons in its outermost wing bays on November 12 of that year for its concluding flight sessions at the Chateau de Bagatelle's grounds; but those roll control surfaces were not true "trailing edge" ailerons hinged directly to the wing panels' framework—for the 14 bis, these were instead pivoted around a horizontal axis centred on the forward outboard interplane struts, and protruded forward past the wings' leading edges said to be very much like those on Robert Esnault Pelterie's 1904 biplane glider design. On May 18, 1908, engineer and aircraft designer Frederick Baldwin, a member of the Aerial Experiment Association headed by Alexander Graham Bell, flew their first aileron controlled aircraft, the AEA White Wing, the same year, with the AEA June Bug. Henry Farman's ailerons on his 1909 Farman III were the first to resemble ailerons on modern aircraft as they were hinged directly to the wing planform structure, and thus were viewed as having a reasonable claim as the ancestor of the modern day aileron. at nearly the same time for his methods of wing warping. Both the Wright Brothers patent and Montgomery's patent were reviewed and approved by the same patent examiner at the United States Patent Office, William Townsend. At the time Townsend indicated that both methods of wing warping were invented independently and were sufficiently different to each justify their own patent award. Multiple U. S. court decisions favoured the expansive Wright patent, which the Wright Brothers sought to enforce with licensing fees starting from $1,000 per airplane, One of the disadvantages of this setup was a greater tendency to yaw than even with basic interconnected ailerons. some designs of early aircraft used "wingtip" ailerons, where the entire wingtip was rotated to achieve roll control as a separate, pivoting roll control surface—the AEA June Bug used a form of these, with both the experimental German Fokker V.1 of 1916 and the earlier versions of the Junkers J 7 all duralumin metal demonstrator monoplane using them—the J 7 led directly to the Junkers D. I all duralumin metal German fighter design of 1918, which had conventionally hinged ailerons. The main problem with this type of aileron is the dangerous tendency to stall if used aggressively, especially if the aircraft is already in danger of stalling, hence the use primarily on prototypes, and their replacement on production aircraft with more conventional ailerons.
Фриздік айлерон
Бристоль ұшақ компаниясының инженері Лесли Джордж Фрайз (1897–1979) 1930 жылдары ұшақтардың жылдамдығы артқанда рульді басқару күшін азайту мақсатында, оның хордасының 25-30% сызығында және төменгі бетіне жақын орналасқан айналмалы аэрон пішінін жасады. Аэрон жоғары бұрылғанда (ұшақ қанатын төмен түсіру үшін), аэронның алдыңғы жиегі қанаттың астына шығып, қанат астындағы ауа ағынына еніп бастайды. Ауа ағынындағы алдыңғы жиектің моменті артқы жиекті жоғары көтеруге көмектеседі, бұл рульді басқару күшін азайтады. Төмен қарай қозғалған аэрон, сонымен қатар, шекаралық қабатқа энергия қосады. Аэрон жиегі қанаттың төменгі жағынан аэронның үстіңгі бетіне ауа ағынын бағыттап, осылайша қанаттың көтеру күшіне қосымша көтеру күшін жасайды. Бұл аэронның қажетті бұрылуын азайтады. 1930 жылғы Канаданың Fleet Model 2 бипланы және 1938 жылғы АҚШ-тың Piper J 3 Cub монопланы Frise аэрон конструкциясын қолданды және оларды кең аудиторияға таныстыруға көмектесті. Frise аэронның артықшылығы – кері иілуге қарсы тұру қабілеті. Мұны іске асыру үшін аэронның алдыңғы жиегі өткір немесе сүйір болуы керек, бұл жоғары бұрылған аэронға қосымша қарсылық күшін қосып, екінші аэронның төмен бұрылуынан туындаған иілу күшін тепе-теңдейді. Бұл жағымсыз, сызықты емес әсерлерді және/немесе қауіпті аэродинамикалық дірілдеуді (флаттер) тудыруы мүмкін. Кері иілу моменті негізінен ұшақтың иілу тұрақтылығымен және дифференциалдық аэрон қозғалысын пайдалану арқылы тепе-теңдеуге алынады. Frise типті аэрон сонымен қатар саңылау жасайды, сондықтан ауа төменгі аэроннан тегіс ағып, оны жоғары шабуыл бұрыштарында тиімдірек етеді. Frise типті аэрон дифференциалды жұмыс істеуге бейімделуі мүмкін. Дифференциалдық аэрон сияқты, Frise типті аэрон да кері иілуді толығымен жоймайды. Аэронды қолданғанда рульді үйлестіру қажет. Бұл жоғары шабуыл бұрыштарында аэрон бұрылыстарын жасағанда қанат ұшының тоқтауының алдын алуға көмектеседі. Сонымен қатар, қарсылық күшінің айырмашылығы кері иілуді азайтады (жоғарыда талданғандай). Идея мынада: жоғары аэронмен байланысты көтеру күшін жоғалту ешқандай салдарға әкелмейді, ал төменгі аэронмен байланысты көтеру күшінің артуы барынша азайтылады. Ұшақтағы дөңгелектеу моменті әрқашан екі қанат арасындағы көтеру күшінің айырмашылығы болып табылады. De Havilland компаниясының конструкторы қарапайым және практикалық байланыс құрылғысын ойлап тапты, ал олардың de Havilland Tiger Moth классикалық британдық бипланы ең танымал ұшақтардың бірі және дифференциалдық аэронды қолданудың алғашқы үлгілерінің бірі болды.
Engineer Leslie George Frise (1897–1979) of the Bristol Aeroplane Company developed an aileron shape that is pivoted at about its 25 to 30% chord line and near its bottom surface , in order to decrease stick forces as aircraft became faster during the 1930s. When the aileron is deflected up (to make its wing go down), the leading edge of the aileron starts to protrude below the underside of the wing into the airflow beneath the wing. The moment of the leading edge in the airflow helps to move up the trailing edge, which decreases the stick force. The down moving aileron also adds energy to the boundary layer. The edge of the aileron directs air flow from the underside of the wing to the upper surface of the aileron, thus creating a lifting force added to the lift of the wing. This reduces the needed deflection of the aileron. Both the Canadian Fleet Model 2 biplane of 1930 and the 1938 popular US Piper J 3 Cub monoplane possessed Frise ailerons as designed and helped introduce them to a wide audience. A claimed benefit of the Frise aileron is the ability to counteract adverse yaw. To do so, the leading edge of the aileron has to be sharp or bluntly rounded, which adds significant drag to the upturned aileron and helps counterbalance the yaw force created by the other aileron turned down. This can add some unpleasant, nonlinear effect and/or potentially dangerous aerodynamic vibration (flutter). Adverse yaw moment is basically countered by aircraft yaw stability and also by the use of differential aileron movement. The Frise type aileron also forms a slot, so air flows smoothly over the lowered aileron, making it more effective at high angles of attack. Frise type ailerons may also be designed to function differentially. Like the differential aileron, the Frise type aileron does not eliminate adverse yaw entirely. Coordinated rudder application is still needed when ailerons are applied. This helps reduce the likelihood of a wing tip stall when aileron deflections are made at high angles of attack. In addition, the consequent differential in drag reduces adverse yaw (as also discussed above). The idea is that the loss of lift associated with the up aileron carries no penalty while the increase in lift associated with the down aileron is minimized. The rolling couple on the aircraft is always the difference in lift between the two wings. A designer at de Havilland invented a simple and practical linkage and their de Havilland Tiger Moth classic British biplane became one of the best known aircraft, and one of the earliest, to use differential ailerons.
Қанаттың бүлінуі
Пионер дәуірінің алғашқы ұшақтарында, мысалы, Райт Флайер және кейіннен 1909 жылы пайда болған Блериот XI және Этрих Таубе ұшақтарында, бүйірлік басқару қанаттың сыртқы бөлігін бұра отырып, шабуыл бұрышын өзгерту арқылы көтерілу күшін арттыру немесе азайту жолымен жүзеге асырылды. Бұл конструкцияны кернеуге ұшыратып, басқаруды ауырлатты және маневр кезінде шабуыл бұрышы артқан жақ тоқтау қаупіне әкелді. 1916 жылға қарай көптеген конструкторлар қанатты бұрудан бас тартып, аэронға көшті. NASA және басқа да зерттеушілер қанатты бұруға қайта қарап жатыр, бірақ жаңа атаулармен. NASA нұсқасы X-53 белсенді аэроэластикалық қанат, ал АҚШ Әуе күштері Adaptive Compliant Wing сынағынан өткізді.
On the earliest Pioneer Era aircraft, such as the Wright Flyer and the later, 1909 origin Blériot XI and Etrich Taube, lateral control was effected by twisting the outboard portion of the wing so as to increase or decrease lift by changing the angle of attack. This had the disadvantages of stressing the structure, being heavy on the controls, and of risking stalling the side with the increased angle of attack during a maneuver. By 1916, most designers had abandoned wing warping in favor of ailerons. Researchers at NASA and elsewhere have been taking a second look at wing warping again, although under new names. The NASA version is the X 53 Active Aeroelastic Wing while the United States Air Force tested the Adaptive Compliant Wing.
Басқа басқару беттерімен біріктіру
Аэлерон мен қақпақты біріктіретін басқару беті флаперон деп аталады. Әр қанаттағы бір бет екі мақсатқа да қызмет етеді: айлерон ретінде қолданылғанда, сол және оң флаперондар дифференциалды түрде иекетеді; қақпақ ретінде қолданылғанда, екі флаперон да төмен қарай иекетеді. Флаперон төмен қарай иекелгенде (яғни, қақпақ ретінде пайдаланылғанда), әлі де айлерон функциясын қолдануға жеткілікті қозғалыс болады. Кейбір ұшақтар дәстүрлі айлеронның орнына дифференциалды басқарылатын спойлерлер немесе спойлеронды пайдаланады. Бұл қанаттың бүкіл артқы жиегін қақпақтарға арнауға мүмкіндік береді, төмен жылдамдықта жақсы басқаруды қамтамасыз етеді. Northrop P 61 Black Widow осылай спойлерлерді толық көлемді зап-қақпақтарымен бірге қолданды, ал кейбір заманауи авиалайнерлер айлеронға көмектесу үшін спойлерлерді пайдаланады. Дельта қанатты ұшақтарда айлерон лифтермен бірігіп элевон құрайды. Көптеген заманауи истребительдерде қанаттарында айлерон болмайды, бірақ олар толық қозғалмалы көлденең құйрық жапырағымен басқаруды қамтамасыз етеді. Егер көлденең құйрық жапырағының тұрақтандырғыштары, кейбір заманауи истребительдердегідей, айлеронның айналуды басқару функциясын орындау үшін дифференциалды түрде иекете алса, оларды "тайлерон" немесе "айналмалы құйрықтар" деп атайды. Тайлерон сонымен қатар ұшақтың қанаттарында кеңейтілген қақпақтарды орнатуға мүмкіндік береді. Айлерондық тіректер қозғалмалы беттерді аэродинамикалық пішіндес қанатты тірекпен біріктіреді. Пропеллер ағынында жұмыс істеу тиімділігін арттырды, бірақ ішкі орналасуына байланысты механикалық күші төмендеді.
A control surface that combines an aileron and flap is called a flaperon. A single surface on each wing serves both purposes: Used as an aileron, the flaperons left and right are actuated differentially; when used as a flap, both flaperons are actuated downwards. When a flaperon is actuated downward (i. e., used as a flap), there is enough freedom of movement left to be able to still use the aileron function. Some aircraft have used differentially controlled spoilers or spoilerons to provide roll instead of conventional ailerons. The advantage is that the entire trailing edge of the wing may be devoted to flaps, providing better low speed control. The Northrop P 61 Black Widow used spoilers in this manner, in conjunction with full span zap flaps and some modern airliners use spoilers to assist the ailerons. On delta winged aircraft, the ailerons are combined with the elevators to form an elevon. Several modern fighter aircraft may have no ailerons on their wings but provide roll control with an all moving horizontal tailplane. When horizontal tailplane stabilators can move differentially to perform the roll control function of ailerons, as they do on some modern fighter aircraft, they are termed 'tailerons' or 'rolling tails'. Tailerons additionally permit wider flaps on the aircraft's wings. Aileron struts combined movable surfaces with an airfoil shaped wing strut. Acting in the propeller slipstream increased their effectiveness, although their mechanical advantage is lowered due to the inboard location.