Bez ocasu - Tailless aircraft

DH108 Swallow

Ocasu letadla nemá ocasní a žádné další horizontální povrch kromě svého hlavního křídla. Aerodynamické ovládací a stabilizační funkce v rozteči i převrácení jsou zabudovány do hlavního křídla. Typ bez ocasu může mít konvenční vertikální žebro ( vertikální stabilizátor ) a směrovku .

Teoretické výhody konfigurace bez ocasu zahrnují nízký parazitický odpor jako u vznášejícího se kluzáku Horten H.IV a dobré stealth vlastnosti jako u bombardéru Northrop B-2 Spirit .

Nejúspěšnější konfigurací bez ocasu byla delta bez ocasu , zejména u bojových letadel, ačkoli nejznámější delta bez ocasu je dopravní letadlo Concorde .

NASA použila popis „bez ocasu“ pro nový výzkumný letoun X-36, který má přední křídlo kachny, ale nemá svislou ploutev.

Létající křídla

Hlavní článek: Létající křídlo

Létající křídlo je design bez ocasu, který také postrádá zřetelnou trup , který pilota, motory, atd nachází přímo v nebo na křídle.

Aerodynamika

Táhnout

Konvenční letadlo s pevnými křídly má vodorovnou stabilizační plochu oddělenou od hlavního křídla. Tento povrch navíc způsobuje další odpor vyžadující silnější motor, zejména při vysokých rychlostech. Pokud lze dosáhnout podélné (roztečné) stability a kontroly pomocí jiné metody (viz níže), lze stabilizátor odstranit a snížit odpor.

Podélná stabilita

Bez ocasu nemá samostatný horizontální stabilizátor. Z tohoto důvodu by aerodynamický střed obyčejného křídla ležel před těžištěm letadla, což by vytvářelo nestabilitu na hřišti . K pohybu aerodynamického středu dozadu a stabilizaci letadla je třeba použít jinou metodu . Existují dva hlavní způsoby, jak toho designér dosáhnout, přičemž první vytvořil průkopnický letec JW Dunne .

Zametání náběžné hrany křídla dozadu, ať už jako zametané křídlo nebo trojúhelníkové křídlo , a zmenšení úhlu dopadu vnější části křídla umožňuje, aby vnější křídlo fungovalo jako běžný stabilizátor ocasní plochy. Pokud se to děje postupně podél rozpětí vnější části, nazývá se to vymývání špiček . Dunne toho dosáhl tím, že horní ploše křídla poskytl kónické zakřivení. Při vodorovném letu by mělo být letadlo oříznuto tak, aby špičky nepřispívaly k žádnému vztlaku: může být nutné, aby poskytovaly malý tah dolů. To snižuje celkovou účinnost křídla, ale u mnoha konstrukcí - zejména pro vysoké rychlosti - je to vyváženo snížením odporu, hmotnosti a nákladů oproti běžnému stabilizátoru. Dlouhé rozpětí křídel také snižuje manévrovatelnost, a z tohoto důvodu byl Dunneův návrh britskou armádou odmítnut.

Alternativou je použití profilů křídel s nízkým nebo nulovým momentem , které lze vidět například u řady kluzáků a stíhaček Horten . Tyto používají neobvyklý křídlo aerofoil oddílu s reflexní nebo reverzní klenutím na zadní nebo všechna křídla. U reflexního prohnutí je plošší strana křídla nahoře a silně zakřivená strana dole, takže přední část představuje vysoký úhel náběhu, zatímco zadní část je vodorovnější a nepřispívá k žádnému vztlaku, takže působí jako ocasní plocha nebo vymyté špičky zametaného křídla. Reflexní odklon lze simulovat namontováním velkých výtahů na konvenční profil křídla a jejich znatelným oříznutím nahoru; těžiště musí být také posunuto dopředu z obvyklé polohy. Díky Bernoulliho efektu má sklon klenby sklon k vytváření malého dolního tahu, takže úhel náběhu křídla se zvyšuje, aby se vyrovnal. To zase vytváří další odpor. Tato metoda umožňuje širší výběr půdorysu křídla než rozmítání a vymývání a návrhy zahrnovaly rovná a dokonce kruhová (Arup) křídla. Avšak odpor, který je vlastní vysokému úhlu náběhu, se obecně považuje za neefektivní konstrukce a použilo jej pouze několik typů výroby, jako je řada kluzáků Fauvel a Marske Aircraft .

Jednodušší přístup je překonat nestabilitu umístěním hlavní váhy letadla do značné vzdálenosti pod křídlem, takže gravitace bude mít tendenci udržovat letadlo v horizontální poloze a tak působit proti jakékoli aerodynamické nestabilitě, jako u kluzáku . V praxi to však málokdy postačuje k zajištění samotné stability a obvykle je to doplněno popsanými aerodynamickými technikami. Klasickým příkladem je křídlový závěsný kluzák Rogallo , který používá stejný stírací, vymývací a kuželový povrch jako Dunne.

Stabilitu lze zajistit také uměle. Mezi stabilitou a manévrovatelností existuje kompromis. Vysoká manévrovatelnost vyžaduje nízkou úroveň stability. Některá moderní hi-tech bojová letadla jsou aerodynamicky nestabilní na hřišti a spoléhají se na zajištění stability pomocí počítačového ovládání přes kabel. Northrop Grumman B-2 Spirit létající křídlo je příkladem.

Ovládání výšky tónu

Mnoho časných návrhů nedokázalo poskytnout účinnou kontrolu výšky tónu, aby kompenzovalo chybějící stabilizátor. Některé příklady byly stabilní, ale jejich výšku bylo možné ovládat pouze pomocí výkonu motoru. Ostatní mohli prudce a nekontrolovatelně stoupat nebo klesat, pokud s nimi nebylo pečlivě zacházeno. Ty dodávaly bezchvostovým designům pověst nestability. To nebylo až do pozdějšího úspěchu konfigurace bez ocasu delta v proudovém věku, že tato pověst byla všeobecně přijímána jako nezasloužená.

Řešením, které se obvykle používá, je poskytnout velké výtahové a / nebo výškové plochy na zadní hraně křídla. Pokud není křídlo silně zametáno, musí tyto generovat velké řídicí síly, protože jejich vzdálenost od aerodynamického středu je malá a momenty menší. Typ bez ocasu tedy může během stoupání manévrů zaznamenat vyšší odpor než jeho konvenční ekvivalent. U vysoce zametaného delta křídla je vzdálenost mezi zadní hranou a aerodynamickým středem větší, takže nejsou nutné zvětšené plochy. Série Dassault Mirage bez ocasu a její deriváty patřily k nejpoužívanějším bojovým tryskám. Avšak i v Mirage by ovládání výšky hřiště ve vysokých úhlech útoku, ke kterému došlo při vzletu a přistání, mohlo být problematické a některé pozdější deriváty představovaly další povrchy kachen .

Stabilita vybočení

Konvenční letadlo je nestabilní v zatáčkách a pro udržení rovnosti potřebuje ocasní ploutev. Pohyb křidélek vytváří nežádoucí vybočení , které je vytahuje ze zatáčky, což musí být také kompenzováno kormidlem . I když je zametané křídlo stabilní v přímém letu, stále se setká s nepříznivým vybočením během zatáčky. Jedním z řešení je poskytnout křídlu dostatečný twist, aby se vnější část naklonila dolů a negativně se zvedla. Tím se obrátí nepříznivý účinek křidélek křidélek, pomůže se letoun otočit a eliminuje se potřeba vertikálního kormidla nebo spoilerů s diferenciálním odporem.

Bylo také prokázáno, že toto rozložení zdvihu ve tvaru zvonu minimalizuje indukovaný odpor pro danou hmotnost (ve srovnání s eliptickým rozložením, které jej pro dané rozpětí minimalizuje).

Dějiny

Viz také Historie létajícího křídla

JW Dunne

Burgess-Dunne dvojplošník v americké armádě z roku 1917.
Hlavní článek: JW Dunne

V letech 1905 až 1913 britský armádní důstojník a letecký pilot JW Dunne vyvinuli řadu bez ocasů, která měla být ze své podstaty stabilní a neinstalovatelná. Inspirováni jeho studiemi racků za letu se vyznačovali šípovými křídly s kónickým horním povrchem. Kužel byl uspořádán tak, aby se křídlo postupně zkroutilo směrem ven ke špičkám a vytvářelo negativní dopad, a tudíž negativní zdvih, v vnějších částech, což vytvářelo celkovou stabilitu jak ve stoupání, tak v zatáčce. Jediný ovládací povrch na zadní hraně každého konce křídla fungoval jako kombinované křidélko a výtah. Dunne měl pokročilé kvalitativní zhodnocení příslušných aerodynamických principů, dokonce pochopil, jak negativní vztlak na koncích křídel v kombinaci se strmým anthedralem pod úhlem zvyšoval směrovou stabilitu.

Ačkoli původně koncipován jako jednoplošník , Dunne počáteční návrhy pro armádu musely být dvojplošníky , obvykle představovat trupovou gondolu mezi rovinami s dozadu namontovanou tlačnou vrtulí a pevnými koncovými lamelami mezi každou dvojicí špiček křídel.

Poté, co jeho armáda skončila, v roce 1910 byli dvojplošník D.5 svědky stabilního letu Orville Wright a Griffith Brewer , kteří za tímto účelem předložili oficiální zprávu Královské letecké společnosti . Stalo se tak prvním letounem, který kdy dosáhl přirozené stability za letu, a také prvním praktickým letounem bez ocasu. Pozdější D.8 byl vyroben na základě licence a komerčně prodáván W. Starling Burgess v Americe jako Burgess-Dunne.

Také se vrátil ke svému jednoplošníku. D.6 1911 byl posunovač typu high-křídlo jednoplošník, který také představoval prohlásil anhedral nebo klesnout na koncích křídel. Ovládací plochy nyní fungovaly také jako kormidla.

Mnoho Dunneových myšlenek o stabilitě zůstává v platnosti a je známo, že ovlivnil pozdější designéry, jako je John K. Northrop (otec stealth bombardéru Northrop Grumman B-2 Spirit ).

Meziválečná a druhá světová válka

Hill GTR a Pterodaktyli

Po první světové válce usiloval pilot Geoffrey TR Hill také o stabilní a neuskutečnitelný design. Dunne zpočátku poskytl nějakou pomoc a Hill od dvacátých let 20. století začal vyrábět sérii bezocasých letounů Pterodactyl . Hill také začal rozvíjet teorii vnitřně stabilního křídla a začlenil ji do svých návrhů.

Lippisovy delty

Němečtí teoretici dále rozvíjeli teorii stabilního křídla. Návrhář Alexander Lippisch vyrobil svůj první design bez ocasu, Delta I, v roce 1931. Pokračoval v tvorbě řady stále sofistikovanějších návrhů a na konci druhé světové války byl převezen do Ameriky, aby pokračoval ve své práci .

Messerschmitt Me 163 Komet

Během druhé světové války pracoval Lippisch pro německého konstruktéra Willyho Messerschmitta na prvním bez ocasu, který se dostal do výroby, Me 163 Komet . Byl to jediný interceptor s raketovým pohonem, který byl kdy umístěn do služby v první linii, a byl nejrychlejším letadlem, které dosáhlo operační služby během války.

Northrop

Souběžně s Lippischem v USA vyvíjel Jack Northrop své vlastní nápady na bezchvostové designy. N-1M vzlétl v roce 1941 a posloupnost typů tailless následoval, některé z nich skutečné létání křídla.

Poválečný

de Havilland DH 108 Vlaštovka

Ve čtyřicátých letech minulého století vyvinul britský konstruktér letadel John Carver Meadows Frost výzkumný letoun bez ocasu s názvem de Havilland DH.108 Swallow , postavený pomocí předního trupu proudového stíhače de Havilland Vampire . Jedním z nich byl pravděpodobně jeden z prvních letadel, které kdy prolomily zvukovou bariéru - stalo se tak během mělkého ponoru a zvukový rozmach slyšelo několik svědků. Všechny tři postavené byly ztraceny při smrtelných nehodách.

Northrop X-4 Bantam

Podobně jako DH.108 byl i dvouproudový Northrop X-4 z roku 1948 jedním z řady poválečných experimentálních letounů X vyvinutých ve Spojených státech po druhé světové válce, aby mohly létat ve výzkumných programech zkoumajících výzvy vysoké -rychlý transsonický let a dále. Mělo to aerodynamické problémy podobné problémům s DH.108, ale oba postavené příklady X-4 přežily své programy letových zkoušek bez vážných incidentů prostřednictvím celkových 80 výzkumných letů z let 1950-1953, přičemž dosáhly maximální rychlosti pouze 1035 km / h h).

Dassault Mirage

Francouzská série nadzvukových stíhaček Mirage byla příkladem bezocasého uspořádání delty a stala se jedním z nejrozšířenějších ze všech západních proudových letadel. Naproti tomu ekvivalentní široce vyráběný delta-okřídlený stíhač Sovětského svazu Mikojan-Gurevič MiG-21 má stabilizátor ocasu.

Convair F2Y Sea Dart

V padesátých letech se prototyp Sea Dart Convair F2Y stal jediným hydroplánem, který překonal rychlost zvuku. Convair postavil několik dalších úspěšných typů delta bez ocasu.

Nadzvuková letadla

Anglo-francouzský nadzvukový transport Concorde a jeho sovětský protějšek, Tupolev Tu-144 , byla bezzubá nadzvuková proudová letadla s ogiválními delta křídly. O půvabu a kráse těchto letadel za letu se často hovořilo.

Lockheed SR-71 Blackbird

Americký strategický průzkumný letoun Lockheed SR-71 Blackbird je nejrychlejším proudovým letounem s rychlostí nad Mach 3.

NASA PRANDTL-D

Křídlo NASA Předběžný výzkumný aerodynamický design ke snížení odporu (PRANDTL-D) vyvinul Al Bowers ve Výzkumném středisku letu NASA Armstrong . Bowers byl inspirován prací Ludwiga Prandtla a stejně jako Dunne sledováním letu ptáků. Stejně jako u designu Dunne má kroucení křídla dostatečné k nastavení konců křídel pod záporným úhlem a vytvoření stejné pozitivní spojky s vybočením. Bowers vyvinul kvantitativní analýzu zvedacích charakteristik, což vedlo k jeho obecnějšímu objevu rozložení výtahu ve tvaru zvonu, který minimalizuje indukovaný odpor hmotnosti letadla. Tuto distribuci použil v sérii návrhů „Prandtl-D“. Do konce roku 2017 absolvoval tři takové výzkumné modely.

Viz také

Reference

Vložené citace

Obecné odkazy

externí odkazy