Profil NACA - NACA airfoil
Te płaty NACA są płat kształtach dla samolotów skrzydeł opracowanych przez National Advisory Committee for Aeronautics (NACA). Kształt płatów NACA jest opisany ciągiem cyfr po słowie „NACA”. Parametry w kodzie numerycznym można wprowadzić do równań, aby precyzyjnie wygenerować przekrój profilu i obliczyć jego właściwości.
Początki
NACA początkowo opracowała system numerowanych płatów, który został następnie udoskonalony przez Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych w Langley Research Center . Według strony internetowej NASA:
W późnych latach dwudziestych i w latach trzydziestych NACA opracowała serię dokładnie przetestowanych płatów i wymyśliła numeryczne oznaczenie dla każdego płata — czterocyfrową liczbę, która reprezentowała krytyczne właściwości geometryczne sekcji płata. W 1929 Langley rozwinął ten system do punktu, w którym system numeracji został uzupełniony przekrojem profilu, a pełny katalog 78 profili pojawił się w rocznym raporcie NACA za 1933. Inżynierowie mogli szybko zobaczyć osobliwości każdego profilu. , a oznaczenie numeryczne (na przykład „NACA 2415”) określały linie pochylenia, maksymalną grubość i specjalne cechy nosa. Te figury i kształty przekazywały inżynierom informacje, które pozwalały im wybrać konkretne profile pod kątem pożądanych właściwości użytkowych konkretnego samolotu.
Seria czterocyfrowa
Czterocyfrowe sekcje skrzydeł NACA definiują profil przez:
- Pierwsza cyfra opisująca maksymalny camber jako procent cięciwy .
- Druga cyfra opisująca odległość maksymalnego pochylenia od krawędzi natarcia płata w dziesiątych częściach cięciwy.
- Ostatnie dwie cyfry opisujące maksymalną grubość płata jako procent cięciwy.
Na przykład profil NACA 2412 ma maksymalne wygięcie 2% położone 40% (0,4 cięciwy) od krawędzi natarcia przy maksymalnej grubości 12% cięciwy.
Profil NACA 0015 jest symetryczny, 00 wskazuje, że nie ma pochylenia. 15 wskazuje, że profil ma 15% stosunek grubości do długości cięciwy: jest 15% tak gruby, jak jest długi.
Równanie dla symetrycznego 4-cyfrowego profilu NACA
Wzór na kształt folii NACA 00xx, gdzie „xx” jest zastępowane procentem grubości cięciwy, to
gdzie:
- x to pozycja wzdłuż cięciwy od 0 do 1,00 (0 do 100%),
- to połowa grubości przy danej wartości x ( od środka do powierzchni),
- t jest maksymalną grubością jako ułamek cięciwy (więc t daje dwie ostatnie cyfry 4-cyfrowego nominału NACA podzielone przez 100).
Zauważ, że w tym równaniu, przy x = 1 (tylna krawędź płata), grubość nie jest całkiem zerowa. Jeśli wymagana jest krawędź spływu o zerowej grubości, na przykład do prac obliczeniowych, jeden ze współczynników należy zmodyfikować tak, aby sumowały się do zera. Modyfikacja ostatniego współczynnika (tj. do -0,1036) spowoduje najmniejszą zmianę ogólnego kształtu płata. Krawędź natarcia przybliża walec o znormalizowanym promieniu cięciwy
Teraz współrzędne górnej powierzchni płata i dolnej powierzchni płata są
Profile symetryczne serii 4-cyfrowej domyślnie mają maksymalną grubość na 30% cięciwy od krawędzi natarcia.
Równanie dla wygiętego 4-cyfrowego profilu NACA
Najprostsze folie asymetryczne to folie z serii 4-cyfrowej NACA, które wykorzystują ten sam wzór, co do wygenerowania folii symetrycznych 00xx, ale z linią średniego wygięcia. Wzór używany do obliczenia średniej linii pochylenia to
gdzie
- m to maksymalne pochylenie (100 m to pierwsza z czterech cyfr),
- p to lokalizacja maksymalnego pochylenia (10 p to druga cyfra w opisie NACA xxxx).
Na przykład płat NACA 2412 wykorzystuje 2% pochylenia (pierwsza cyfra) 40% (druga cyfra) wzdłuż cięciwy symetrycznego płata 0012 o grubości 12% (cyfry 3 i 4) cięciwy.
W przypadku tego wygiętego profilu, ponieważ grubość musi być przyłożona prostopadle do linii wygięcia, współrzędne i odpowiednio górnej i dolnej powierzchni profilu stają się
gdzie
Seria pięciocyfrowa
Pięciocyfrowa seria NACA opisuje bardziej złożone kształty płata. Jego format to LPSTT, gdzie:
- L: pojedyncza cyfra reprezentujący teoretyczny współczynnik optymalny docisk przy idealnym kątem natarcia C LI = 0,15 L (to jest nie taki sam jak współczynnik dźwigu C L )
- P: pojedyncza cyfra dla współrzędnej x punktu maksymalnego pochylenia (maksymalne pochylenie przy x = 0,05 P),
- S: pojedyncza cyfra wskazująca, czy camber jest prosty (S = 0) czy refleks (S = 1),
- TT: maksymalna grubość w procentach cięciwy, jak w czterocyfrowym kodzie profilu NACA.
Na przykład profil NACA 23112 opisuje profil o współczynniku nośności projektowym 0,3 (0,15 × 2), punkcie maksymalnego wygięcia znajdującego się na cięciwie 15% (5 × 3), wygięciu odruchowym (1) i maksymalnej grubości 12% długości cięciwy (12).
Linia camberu jest zdefiniowana w dwóch sekcjach:
gdzie położenie cięciwy i rzędna zostały znormalizowane przez cięciwę. Stała jest tak dobrana, że maksymalne wygięcie występuje w ; na przykład dla linii camber 230 i . Na koniec określana jest stała, aby uzyskać pożądany współczynnik siły nośnej. Dla profilu krzywoliniowego 230 (pierwsze 3 cyfry w serii 5-cyfrowej) stosuje się.
Nierefleksyjne 3-cyfrowe linie pochylenia
3-cyfrowe linie pochylenia zapewniają bardzo daleko do przodu położenie dla maksymalnego pochylenia.
Linia wygięcia jest zdefiniowana jako
Poniższa tabela przedstawia różne współczynniki profilu krzywizny:
Profil Camber-line | |||
---|---|---|---|
210 | 0,05 | 0,0580 | 361,40 |
220 | 0,10 | 0,126 | 51.640 |
230 | 0,15 | 0,2025 | 15,957 |
240 | 0,20 | 0,290 | 6,643 |
250 | 0,25 | 0,391 | 3.230 |
Odbite 3-cyfrowe linie pochylenia
Linie pochylenia, takie jak 231, sprawiają, że ujemne wygięcie krawędzi spływu profilu serii 230 jest wygięte pozytywnie. Daje to teoretyczny moment pochylający równy 0.
Z
Z
Poniższa tabela przedstawia różne współczynniki profilu krzywizny:
Profil Camber-line | ||||
---|---|---|---|---|
221 | 0,10 | 0,130 | 51.990 | 0,000764 |
231 | 0,15 | 0,217 | 15,793 | 0,00677 |
241 | 0,20 | 0,318 | 6.520 | 0,0303 |
251 | 0,25 | 0,441 | 3.191 | 0,1355 |
Modyfikacje
Profile cztero- i pięciocyfrowe można modyfikować dwucyfrowym kodem poprzedzonym myślnikiem w następującej kolejności:
- Jedna cyfra opisująca zaokrąglenie krawędzi natarcia, gdzie 0 oznacza ostre, 6 to samo, co oryginalny profil, a większe wartości oznaczają bardziej zaokrągloną krawędź natarcia.
- Jedna cyfra opisująca odległość maksymalnej grubości od krawędzi natarcia w dziesiątych częściach cięciwy.
Na przykład NACA 1234-05 to profil NACA 1234 z ostrą krawędzią natarcia i maksymalną grubością 50% cięciwy (0,5 cięciwy) od krawędzi natarcia.
Dodatkowo, dla dokładniejszego opisu profilu, wszystkie liczby mogą być prezentowane w postaci ułamków dziesiętnych.
1-seria
Nowe podejście do projektowania płata zostało zapoczątkowane w latach 30. XX wieku, w którym kształt płata został matematycznie wyprowadzony z pożądanej charakterystyki nośnej. Wcześniej najpierw stworzono kształty płatów, a następnie zmierzono ich właściwości w tunelu aerodynamicznym . Płaty serii 1 są opisane pięcioma cyframi w następującej kolejności:
- Cyfra „1” oznaczająca serię.
- Jedna cyfra opisująca odległość obszaru minimalnego ciśnienia w dziesiątych częściach cięciwy.
- Łącznik.
- Jedna cyfra opisująca współczynnik siły nośnej w dziesiętnych.
- Dwie cyfry opisujące maksymalną grubość w procentach cięciwy.
Na przykład profil NACA 16-123 ma minimalne ciśnienie 60% cięciwy z powrotem ze współczynnikiem siły nośnej 0,1 i maksymalną grubością 23% cięciwy.
Seria 6
Ulepszenie w stosunku do profili z serii 1, z naciskiem na maksymalizację przepływu laminarnego . Płat jest opisany sześcioma cyframi w następującej kolejności:
- Cyfra „6” oznaczająca serię.
- Jedna cyfra opisująca odległość obszaru minimalnego ciśnienia w dziesiątych częściach cięciwy.
- Cyfra w indeksie dolnym podaje zakres współczynnika nośności w dziesiątych częściach powyżej i poniżej projektowego współczynnika nośności, w którym korzystne gradienty ciśnienia występują na obu powierzchniach.
- Łącznik.
- Jedna cyfra opisująca projektowy współczynnik nośności w dziesiątych częściach.
- Dwie cyfry opisujące maksymalną grubość jako procent cięciwy.
- "a=", po którym następuje liczba dziesiętna opisująca ułamek cięciwy, nad którym utrzymywany jest przepływ laminarny. a=1 jest wartością domyślną, jeśli nie podano wartości.
Na przykład NACA 61 2 -315 a=0,5 ma obszar minimalnego nacisku 10% cięciwy z tyłu, utrzymuje niski opór 0,2 powyżej i poniżej współczynnika nośności 0,3, ma maksymalną grubość 15% cięciwy i utrzymuje przepływ laminarny ponad 50% cięciwy.
7-seria
Dalszy postęp w maksymalizacji przepływu laminarnego osiągnięty dzięki oddzielnej identyfikacji stref niskiego ciśnienia na górnej i dolnej powierzchni płata. Płat jest opisany siedmioma cyframi w następującej kolejności:
- Cyfra „7” oznaczająca serię.
- Jedna cyfra opisująca odległość minimalnego obszaru nacisku na górnej powierzchni w dziesiątych częściach cięciwy.
- Jedna cyfra opisująca odległość minimalnego obszaru nacisku na dolnej powierzchni w dziesiątych częściach cięciwy.
- Jedna litera odnosząca się do standardowego profilu z wcześniejszej serii NACA.
- Jedna cyfra opisująca współczynnik siły nośnej w dziesiętnych.
- Dwie cyfry opisujące maksymalną grubość jako procent cięciwy.
Na przykład NACA 712A315 ma obszar minimalnego nacisku 10% cięciwy z powrotem na górną powierzchnię i 20% cięciwy z powrotem na dolną powierzchnię, używa standardowego profilu „A”, ma współczynnik nośności 0,3 i ma maksymalną grubość 15% cięciwy.
8-seria
Nadkrytyczne profile zaprojektowane tak, aby niezależnie maksymalizować przepływ laminarny nad i pod skrzydłem. Numeracja jest identyczna jak w przypadku płatów serii 7, z wyjątkiem tego, że sekwencja zaczyna się od „8”, aby zidentyfikować serię.
Zobacz też
Bibliografia
Linki zewnętrzne
- Współrzędne bazy danych współrzędnych płata UIUC dla prawie 1600 płatów
- Program generowania współrzędnych profilu NACA Johna Dreese Działa na Windows XP, 7 i 8.
- Seria płatów NACA
- Witryna NASA na profilach NACA
- Interaktywna aplikacja internetowa Airfoil