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Clark Y-14 翼性能:高提升设备的部署(片和板条)
 

Clark Y-14 翼性能:高提升设备的部署(片和板条)

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机翼是飞机的主要升降装置,其几何形状是飞机性能的关键。首先,回想一下,提升是由顶部和底部表面之间的压差产生的空气动力学力。总提升与机翼的表面面积成正比。因此,较高的表面积会导致提升增加。

提升还受机翼横截面的几何形状影响,称为翼翼。回想一下,翼子板的弦线连接前缘和后缘。另一个称为外倾角的属性描述了两个曲面之间的不对称。大多数翅膀有正倾角,这意味着它们是凸的。与表面积一样,外倾角的增加会导致提升增加。

由于起飞和着陆期间的风速相对较慢,因此通过在机翼前缘和后缘部署设备来增加表面积和外倾角,以便产生足够的提升。位于翼子板前边缘的设备称为板条,而位于后缘的设备称为活门。板条和活门可以根据需要移入或移出机翼。

虽然板条和襟翼的部署增加了提升,但它也增加了飞机的阻力,而飞机的阻力与提升是对立的。我们可以通过计算提升系数和阻力系数(如图所示,其中 L 和 D 分别为提升和拖动)来量化这两种力。Rho无穷大和V无穷大是自由流密度和速度,而S是机翼的参考区域。

提升作为自然界中的一种分配力,可以均衡或简化为位于压力中心的单个集中力。但是,随着攻击角度的变化,此位置会向前或向前移动。因此,在讨论力时,我们指的是机翼的空气动力学中心。

机翼的空气动力学中心是投球矩系数因攻击角度不同而有效变化的位置。另一种典型的表达投球时刻的方法是使用投球矩系数。此无维系数如图所示计算,其中 M C/4 是 1/4 和弦点的俯仰矩。

在我们的演示中,我们测量1/4和弦的俯仰时刻,该时刻靠近机翼的空气动力学中心。在这个实验中,我们将研究克拉克Y-14翼翼,在不同角度的攻击上用简单的平板和板条。然后,我们将分析提升、拖动和俯仰时刻,以确定每种配置的性能特征。

对于此实验,使用空气动力学风洞,测试部分为 1 英尺乘 1 英尺,最大工作空速为 140 mph。风洞必须配备数据采集系统和刺平衡,测量正常力和轴向力。

现在,获得克拉克Y-14翼模型与附加的皮瓣和板条。从干净的翼子板配置开始测试,这意味着未部署活门或板条。现在打开测试部分,并将机翼安装在刺平衡上。

在风洞测试部分下方操作俯仰角度调节旋钮,将刺痛平衡间距调整到水平方向。使用手持式倾角计测量螺距角度并调整螺距以达到零读数。关闭测试部分,并在风洞显示屏中推合间距角度。然后,在数据采集系统上读取所有力、力矩和空速读数。

现在,将俯仰角度(也称为攻击角度)调整为零下 8°,并通过记录所有轴向力、正常力和俯仰力矩读数进行无风测量。以 2° 的增量对从负 8 到 18° 的螺距角度重复无风测量。进行所有无风测量后,将螺距角度返回至零下 8°。

现在,打开风洞,将空速提高到每小时60英里。以零下 8° 到 18° 的俯仰角度(增量为 2°)读取轴向力、正常力和俯仰力矩。使用清洁翼子板完成所有测量后,关闭风洞并打开测试部分。

调整翼子板到新的配置,与板条调整有约3/8英寸的插槽。重新运行实验的方式与清洁机翼完全相同,首先以负 8 - 18° 的螺距角度以 2° 的增量进行无风测量。然后以 60 mph 的速度收集相同的测量值。

完成这些测量后,将机翼修改为第三种配置,与弦线和未部署的板条的活门设置为 45°。然后像以前那样重新运行测量值。最后,将机翼调整为第四个配置,其中板条和活门都部署,然后重复实验。

现在,让我们来解释结果。为了分析数据,我们将首先计算每个螺距角度的非维提升系数,如图所示。罗无穷大是自由流密度,V无穷大是自由流速度,S是机翼的参考区域。所有这些值都是已知的。

提升 L 计算为两个力对的关系,其中 N 是正位力,A 是轴向力。两者都是通过刺痛平衡来衡量的。阿尔法是攻击的角度,也称为音高角,在这个实验中。现在,让我们看一下提升系数与四种配置中每个配置的俯仰角度的图解。

比较清洁翼翼和板条配置曲线,我们看到两条曲线在低攻击角度上几乎重叠。然而,清洁翼提升曲线的峰值约为12°,但板条曲线继续增加。这表明板条可用于增加提升。如果我们比较清洁的翼子板和活门提升曲线,我们看到活门在整个攻击范围的角度上增加提升。如果同时部署板条和活门,则两个设备的好处相结合,最大提升率更高。

接下来,计算每个角度的拖动系数,如图所示。拖动 D 也定义为正态力和轴向力对的关系。在比较每种配置的拖动系数时,我们看到,随着应用的活门和板条,拖动会显著增加。从拖动和提升产生的空气动力学力 R 位于机翼上称为压力中心的点上。

压力中心不是固定位置,而是随着攻击角度的变化而移动。因此,计算关于 1/4 和弦点的所有力和时刻更方便。然后,使用1/4和弦的投间距矩,通过刺痛平衡测量,我们可以计算投球矩系数,如图所示。

最后,查看每个配置和间距角度的投球矩系数,我们看到,投球矩系数与应用的活门进入负系统。这意味着压力中心在部署活门时向后缘移动。

总之,我们学习了如何使用升降器来提高飞机性能。然后,我们评估了风洞中的 Clark Y-14 机翼,看看皮瓣和板条如何影响提升、拖动和俯仰时刻。

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