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Clark Y-14 Wing Performance: Déploiement d'appareils de haute-lift (Flaps and Slats)

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L'aile est l'appareil principal de levage d'un avion, et sa géométrie est la clé de ses performances. Tout d'abord, rappelez-vous que la portance est une force aérodynamique qui est générée par un différentiel de pression entre les surfaces supérieure et inférieure. L'ascenseur total est proportionnel à la surface de l'aile. Ainsi, une surface plus élevée entraîne une augmentation de la portance.

L'ascenseur est également affecté par la géométrie de la section transversale de l'aile, appelée aéroglisseur. Rappelons que la ligne d'accord de l'aéroglisseur relie les bords d'attaque et de fuite. Une autre propriété appelée le cambre décrit l'asymétrie entre les deux surfaces. La majorité des ailes ont cambre positif, ce qui signifie qu'ils sont convexes. Comme pour la surface, l'augmentation du cambre entraîne une augmentation de la portance.

Étant donné que la vitesse du vent est relativement lente pendant le décollage et l'atterrissage, la surface et le cambre sont augmentés en déployant des dispositifs sur les bords d'avance et de fuite de l'aile afin de générer une portance suffisante. L'appareil à l'extrémité de l'aile d'air est appelé une lamelle, tandis que l'appareil au bord de fuite est appelé un rabat. Les lamelles et les volets peuvent se déplacer dans ou hors des ailes au besoin.

Bien que le déploiement de lamelles et de volets augmente la portance, il augmente également la force de traînée sur l'avion, qui agit en opposition au levage. Nous pouvons quantifier ces deux forces en calculant le coefficient de levage et le coefficient de traînée comme indiqué, où L et D sont le soulèvement et la traînée, respectivement. Rho infini et V infini sont la densité et la vitesse du flux libre, tandis que S est la zone de référence de l'aile.

L'ascenseur, en tant que force distributive dans la nature, peut être égalisé ou simplifié en une seule force concentrée située au centre de la pression. Cependant, à mesure que l'angle d'attaque change, cet emplacement se déplace vers l'avant ou vers l'arrière. Donc, au lieu de cela, nous nous référons au centre aérodynamique de l'aile lorsque nous discutons des forces.

Le centre aérodynamique de l'aile est l'endroit où le coefficient de moment de tangage est effectivement inchangé par un angle d'attaque varié. Une autre façon typique d'exprimer le moment de tangage est d'utiliser le coefficient de moment de tangage. Ce coefficient sans dimension est calculé comme indiqué, où M C/4 est le moment de tangage sur le point d'accord 1/4.

Dans notre démonstration, nous mesurons le moment de tangage à un accord 1/4, qui est proche du centre aérodynamique de l'aile. Dans cette expérience, nous étudierons un aéroglisseur Clark Y-14 avec un plat simple et la lamelle à différents angles d'attaque. Nous analyserons ensuite le moment de levage, de traînée et de tangage pour déterminer les caractéristiques de performance à chaque configuration.

Pour cette expérience, utilisez une soufflerie aérodynamique avec une section d'essai de 1 pi sur 1 pi et une vitesse de fonctionnement maximale de 140 mi/h. La soufflerie doit être équipée d'un système d'acquisition de données et d'un équilibre de piqûre, qui mesure à la fois les forces normales et axiales.

Maintenant, obtenir un modèle d'aile Clark Y-14 avec un rabat attaché et lalat. Commencez le test avec la configuration de l'aile propre, ce qui signifie que ni le rabat ni la lamelle ne sont déployés. Maintenant, ouvrez la section de test, et installez l'aile sur l'équilibre de piqûre.

Utilisez le bouton de réglage de l'angle de tangage sous la section d'essai de la soufflerie pour ajuster le pas d'équilibre de piqûre à l'horizontale. Utilisez un inclinomètre portatif pour mesurer l'angle de tangage et ajuster la hauteur pour atteindre une lecture de zéro. Fermez la section d'essai et tare l'angle de tangage dans l'affichage de soufflerie. Ensuite, tare toutes les lectures de force, moment, et la vitesse sur le système d'acquisition de données.

Maintenant, ajustez l'angle de tangage, également appelé l'angle d'attaque, à moins 8 degrés, et faites une mesure sans vent en enregistrant toute la force axiale, la force normale, et les lectures de moment de tangage. Répétez les mesures sans vent pour les angles de tangage allant de moins 8 à 18 degrés avec des incréments de 2 degrés. Lorsque toutes les mesures sans vent ont été effectuées, remettez l'angle de tangage à moins 8 degrés.

Maintenant, allumez la soufflerie et augmentez la vitesse à 60 mi/h. Prenez des lectures de la force axiale, de la force normale et du moment de tangage pour les angles de tangage allant de moins 8 à 18 degrés, avec des incréments de 2 degrés. Une fois que vous avez terminé toutes les mesures avec l'aile propre, éteignez la soufflerie et ouvrez la section d'essai.

Ajustez l'aile à une nouvelle configuration, avec la lamelle ajustée pour avoir environ 3/8 de pouce de fente. Recourez l'expérience exactement de la même façon que pour l'aile propre, en effectuant d'abord des mesures sans vent à moins 8 - 18 angles de hauteur avec des incréments de 2 degrés. Ensuite, recueillir les mêmes mesures à 60 mph.

Une fois ces mesures terminées, modifiez l'aile en une troisième configuration avec les volets réglés à 45 degrés par rapport à la ligne d'accord et la lamelle non déployée. Ensuite, recourez les mesures comme avant. Enfin, ajustez l'aile à la quatrième configuration, où la lamelle et le rabat sont déployés, et répétez l'expérience.

Maintenant, nous allons interpréter les résultats. Pour analyser les données, nous allons d'abord calculer le coefficient de levage non dimensionnel à chaque angle de hauteur, qui est défini comme indiqué. Rho infini est la densité du flux libre, V l'infini est la vitesse du flux libre, et S est la zone de référence de l'aile. Toutes ces valeurs sont connues.

L'ascenseur, L, est calculé comme une relation de deux paires de force, où N est la force normale et A est la force axiale. Les deux ont été mesurés par l'équilibre de piqûre. Alpha est l'angle d'attaque, également appelé l'angle de tangage, dans cette expérience. Maintenant, regardons une parcelle du coefficient de levage par rapport à l'angle de tangage pour chacune des quatre configurations.

En comparant l'aile propre et les courbes de configuration de lalat, nous voyons que les deux courbes se chevauchent presque à des angles d'attaque bas. Cependant, la courbe de levage des ailes propres culmine à environ 12 degrés, mais la courbe de lamelles continue d'augmenter. Cela indique qu'une lamelle peut être utilisée pour augmenter la portance. Si nous comparons l'aile propre et les courbes de levage des volets, nous voyons que le rabat augmente la portance sur l'angle entier de la plage d'attaque. Si la lamelle et le rabat sont déployés en même temps, l'avantage des deux appareils est combiné et la portance maximale est encore plus élevée.

Ensuite, calculez le coefficient de traînée pour chaque angle, qui est défini comme indiqué. Drag, D, est également défini comme une relation des paires de force normale et axiale. En comparant le coefficient de traînée pour chaque configuration, nous voyons que la traînée augmente considérablement avec le rabat et la lamelle déployé. La force aérodynamique résultante, R, de la traînée et de la portance est située sur un point sur l'aile appelé le centre de pression.

Le centre de pression n'est pas un emplacement fixe, mais se déplace plutôt avec un angle d'attaque changeant. Ainsi, il est plus pratique de calculer toutes les forces et les moments sur le point d'accord 1/4. Ensuite, en utilisant le moment de tangage à 1/4 d'accord, qui est mesuré par l'équilibre de piqûre, nous pouvons calculer le coefficient de moment de tangage comme indiqué.

Enfin, en regardant le coefficient de moment de tangage pour chaque configuration et l'angle de tangage, nous voyons que le coefficient de moment de tangage va dans le régime négatif avec le rabat déployé. Cela signifie que le centre de pression se déplace vers le bord de fuite avec le volet déployé.

En résumé, nous avons appris comment les appareils générateurs de levage sont utilisés pour améliorer les performances des aéronefs. Nous avons ensuite évalué une aile Clark Y-14 dans une soufflerie pour voir comment un rabat et une lamelle affectent le soulèvement, la traînée et le moment de tangage.

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