Pozemní efekt (aerodynamika) - Ground effect (aerodynamics)

U letadel s pevnými křídly je pozemním efektem snížený aerodynamický odpor, který křídla letadla vytvářejí, když jsou blízko pevného povrchu. Snížený odpor při vzletu může při vzletu způsobit, že se letadlo „vznáší“, zatímco je nižší než doporučená rychlost stoupání . Pilot pak může letět těsně nad vzletovou a přistávací dráhou, zatímco letadlo akceleruje v pozemním efektu, dokud není dosaženo bezpečné rychlosti stoupání .

U rotorových letadel má efekt země za následek menší odpor na rotoru během vznášení se blízko země. Při vysokých hmotnostech to někdy umožňuje rotorovému letadlu vzlétnout, když stojí v pozemním efektu, ale neumožňuje mu přechod na let mimo pozemní efekt. Piloti vrtulníků mají k dispozici výkonnostní grafy, které ukazují omezení vznášení vrtulníku v pozemním efektu (IGE) a mimo pozemní efekt (OGE). Grafy ukazují přidanou výhodu výtahu způsobenou efektem země.

U letadel VTOL s ventilátorem a proudem může pozemní efekt při vznášení způsobit sání a fontánový vztlak na draku letadla a ztrátu vznášejícího se tahu, pokud motor nasává vlastní výfukové plyny, které se označují jako požití horkých plynů (HGI).

Vysvětlení

Letadlo s pevnými křídly

Když letadlo letí přibližně do poloviny délky rozpětí křídel letadla nad zemí nebo vodou, dochází k často viditelnému pozemnímu efektu. Výsledkem je nižší indukovaný odpor letadla. To je způsobeno především tím, že půda nebo voda brání tvorbě vířivých křídel a přerušují praní za křídlem.

Křídlo generuje vztlak odkloněním přicházející vzdušné masy (relativní vítr) dolů. Vychýlené nebo „otočené“ proudění vzduchu vytváří na křídlo výslednou sílu v opačném směru (Newtonův třetí zákon). Výsledná síla je označena jako zdvih. Létání blízko povrchu zvyšuje tlak vzduchu na spodním povrchu křídla, přezdívaný jako „beran“ nebo „polštářový“ efekt, a tím zlepšuje poměr vztlaku k odporu letadla. Čím je křídlo níže / blíže k zemi, tím výraznější je účinek země. Zatímco v pozemním efektu vyžaduje křídlo nižší úhel náběhu, aby se dosáhlo stejného vztlaku. Při zkouškách v aerodynamickém tunelu, kde úhel náběhu a rychlost letu zůstávají konstantní, dochází ke zvýšení koeficientu výtahu, což odpovídá „plovoucímu“ efektu. Pozemní efekt také mění tah proti rychlosti, kde snížený indukovaný odpor vyžaduje menší tah, aby byla zachována stejná rychlost.

Nízkokřídlá letadla jsou více ovlivněna pozemním efektem než letadla s vysokými křídly . V důsledku změny vírů up-wash, down-wash a wingtip může dojít k chybám v systému rychlosti letu, zatímco v účinku na zem kvůli změnám místního tlaku u statického zdroje .

Rotorcraft

Když je vznášející se rotor blízko země, proudění vzduchu skrz rotor dolů se sníží na nulu na zemi. Tato podmínka se přenáší až na disk prostřednictvím změn tlaku v brázdě, což snižuje přítok do rotoru pro dané zatížení disku, což je tah rotoru pro každou čtvereční stopu jeho oblasti. Tím se zvýší tah pro konkrétní úhel sklonu kotouče. Nebo se alternativně sníží výkon potřebný pro tah. U přetíženého vrtulníku, který může vznášet pouze IGE, může být možné vylézt ze země nejprve převodem na přední let, zatímco je v pozemním efektu. Výhoda pozemního efektu rychle mizí s rychlostí, ale indukovaný výkon také rychle klesá, aby umožnil bezpečné stoupání. Některé rané poddimenzované vrtulníky se mohly vznášet jen blízko země. Efekt země je na pevném, hladkém povrchu maximálně.

VTOL letadla

Letoun VTOL, který pracuje při nulové a nízké rychlosti IGE, má dva účinky, sání a fontánový výtah. Třetí, HGI, se může vztahovat také na letadla s pevnými křídly na zemi ve větrných podmínkách nebo během činnosti obraceče tahu. Jak dobře, pokud jde o zvednutou hmotnost, letadlo VTOL vznáší IGE, závisí na nasávání draku, dopadu fontány na spodní straně trupu a HGI do motoru. Sání funguje proti vztlaku motoru jako síla dolů na drak letadla. Tok fontány pracuje s tryskami zdvihu motoru jako síla nahoru. HGI snižuje tah generovaný motorem.

Odsávání je výsledkem strhávání vzduchu kolem letadla pomocí trysek při vznášení. Vyskytuje se také ve volném vzduchu (OGE), což způsobuje ztrátu vztlaku snížením tlaků na spodní straně trupu a křídel. Zvýšené strhávání nastává, když je blízko k zemi, což vede k větší ztrátě výtahu. K fontánovému výtahu dochází, když má letadlo dva nebo více trysek. Trysky dopadly na zem a rozšířily se. Tam, kde se setkávají pod trupem, se mísí a mohou se pohybovat pouze vzhůru a narážet na spodní stranu trupu. To, jak dobře je jejich hybnost nahoru odkloněna do strany nebo dolů, určuje zdvih. Tok fontány sleduje zakřivené spodní části trupu a zachovává určitou hybnost ve směru vzhůru, takže je možné zachytit méně než plný zdvih fontány, pokud nejsou namontována zařízení pro vylepšení zdvihu. HGI snižuje tah motoru, protože vzduch vstupující do motoru je teplejší než okolní prostředí.

Časné experimentální letadlo VTOL operovalo z otevřených sítí, aby odvádělo výfuk motoru a zabránilo ztrátě tahu z HGI.

Bell X-14 , postavený na výzkum časné technologii VTOL, nemohl vznášet až suckdown účinky byly sníženy zvýšením letadla s delšími nohou přistávacího zařízení. Muselo to také fungovat ze zvýšené plošiny z perforované oceli, aby se snížil HGI. Dassault Mirage IIIV VTOL letadla výzkumu jen někdy provozovat vertikálně z mřížky, která dovolila Výfukové plyny motoru musí být směřována pryč od letadla, aby se zabránilo suckdown a účinků HGI.

Ventrální vzpěry zpětně namontované na P.1127 zlepšily průtok a zvýšily tlak pod břichem při vznášení se v malé výšce. Lusky zbraní namontované ve stejné poloze dělaly totéž. Pro AV-8B a Harrier II byla vyvinuta další zařízení pro vylepšení zdvihu (LIDS). Chcete-li boxovat v oblasti břicha, kde fontány zvyšující vztlak narážejí na letadlo, byly na spodní stranu lusků zbraní přidány vzpěry a mohla být spuštěna sklopná přehrada, která zablokovala mezeru mezi předními konci vzpěr. To poskytlo zisk 1200 lb výtah.

Dveře Lockheed Martin F-35 Lightning II na palubě zbraní na F-35B se otevírají, aby zachytily tok fontány vytvořený tryskami motoru a ventilátoru a proti sání IGE.

  • Bell X-14 ukazující prodloužené nohy podvozku pro snížení sání

  • Dassault Mirage IIIV vznášející se nad otevřenou mřížkou

  • Pohled zespodu na první prototyp P.1127 zobrazující malé ventrální vzpěry pro zvýšení fontánového výtahu

  • Harrier GR9 ukazující zařízení pro zdvižení zdvihu, velké ventrální vzpěry a zatahovací hráz za nosním kolem

  • F-35B ukazující otevřené vnitřní dveře zbraně, aby zachytily stoupající tok fontány

Stání křídla v efektu země

Zastavovací úhel útoku je menší v pozemním efektu, přibližně o 2–4 stupně, než ve volném vzduchu. Když se tok odděluje, dochází k velkému nárůstu odporu. Pokud se letoun při vzletu otáčí příliš nízkou rychlostí, může vyšší odpor bránit letadlu opustit zem. Dvě de Havillandské komety obsadily konec dráhy po přetočení. Ztráta kontroly může nastat, pokud se jeden konec křídla zastaví v pozemním efektu. Během certifikačního testování obchodního tryskového letadla Gulfstream G650 se testovací letadlo otočilo o úhel nad předpokládaný pádový úhel IGE. Nadměrná rotace způsobila zablokování jednoho konce křídel a nepřiřazený pohyb, který přemohl boční ovládání, vedl ke ztrátě letadla.

Pozemní vozidlo

Hlavní článek: Pozemní vozidlo

Několik vozidel bylo navrženo tak, aby prozkoumaly výkonnostní výhody létání v terénu, hlavně nad vodou. Provozní nevýhody létání velmi blízko k povrchu odrazovaly od rozšířených aplikací.

Viz také

Reference

Poznámky

Bibliografie

  • Dole, Charles Edward. Teorie letu a aerodynamika . Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2000. ISBN
  • Gleim, Irving. Pilotní letové manévry . Ottawa, Ontario, Kanada: Aviation Publications, 1982. ISBN 0-917539-00-1.
  • Pilotova encyklopedie leteckých znalostí (Federální letecký úřad). New York: Skyhorse Publishing, 2007. ISBN  1-60239-034-7 .

externí odkazy