Samoloty poddźwiękowe -Subsonic aircraft

Czeski poddźwiękowy wielozadaniowy samolot bojowy Aero L-159 Alca .

Samolot poddźwiękowy to samolot o maksymalnej prędkości mniejszej niż prędkość dźwięku ( Mach 1). Termin technicznie opisuje samolot, który leci poniżej krytycznej liczby Macha , zwykle około 0,8 Macha. Wszystkie obecne cywilne samoloty, w tym samoloty , śmigłowce , przyszłe drony pasażerskie , osobiste pojazdy powietrzne i sterowce , a także wiele typów wojskowych, są poddźwiękowe.

Charakterystyka

Chociaż w samolocie zwykle pożądane są duże prędkości, lot naddźwiękowy wymaga znacznie większych silników, większego zużycia paliwa i bardziej zaawansowanych materiałów niż lot poddźwiękowy. Dlatego typ poddźwiękowy kosztuje znacznie mniej niż równoważny projekt naddźwiękowy, ma większy zasięg i powoduje mniej szkód dla środowiska.

Mniej surowe środowisko poddźwiękowe pozwala również na znacznie szerszy zakres typów statków powietrznych, takich jak balony , sterowce i wiropłaty , co pozwala im pełnić znacznie szerszy zakres ról.

Aerodynamika poddźwiękowa

Główny artykuł: nieściśliwy przepływ

Lot poddźwiękowy charakteryzuje się aerodynamicznie przepływem nieściśliwym, w którym zmiany ciśnienia dynamicznego spowodowane ruchem w powietrzu powodują, że powietrze odpływa z obszarów o wysokim ciśnieniu dynamicznym do obszarów o niższym ciśnieniu dynamicznym, pozostawiając stałe ciśnienie statyczne i gęstość otaczającego powietrza. Przy wysokich prędkościach poddźwiękowych zaczynają pojawiać się efekty ściśliwości.

Napęd

Śmigło jest jednym z najbardziej wydajnych dostępnych źródeł ciągu i jest powszechne w samolotach poddźwiękowych i sterowcach . Czasami jest zamknięty w formie wentylatora kanałowego . Przy wyższych prędkościach poddźwiękowych i na dużych wysokościach , takich jak osiągane przez większość samolotów , niezbędny staje się turboodrzutowy lub turbowentylatorowy . Czyste strumienie, takie jak turboodrzutowy i strumieniowy , są nieefektywne przy prędkościach poddźwiękowych i rzadko są używane.

Projekt skrzydła

Spitfire zbudowany w 1945 roku prezentuje swoje proste, eliptyczne skrzydło

Zarówno rozpiętość, jak i powierzchnia skrzydła są ważne dla charakterystyki dźwigu . Są one powiązane przez współczynnik kształtu , który jest stosunkiem rozpiętości, mierzonej od czubka do czubka, do średniej cięciwy mierzonej od krawędzi natarcia do krawędzi spływu.

Efektywność aerodynamiczną skrzydła opisuje stosunek siły nośnej do oporu , przy czym skrzydło dające dużą siłę nośną przy niewielkim oporze jest najbardziej wydajne. Wyższy współczynnik kształtu zapewnia wyższy współczynnik unoszenia/przeciągania, dzięki czemu jest bardziej wydajny.

Opór skrzydła składa się z dwóch elementów: oporu indukowanego , który jest związany z wytwarzaniem siły nośnej , oraz oporu profilu , głównie z powodu tarcia powierzchniowego, na które wpływa cała powierzchnia skrzydła. Dlatego pożądane jest, aby skrzydło miało najmniejszą powierzchnię zgodną z pożądanymi właściwościami nośnymi. Najlepiej jest to osiągnąć przy wysokim wydłużeniu, a wyczynowe typy często mają tego rodzaju skrzydło.

Jednak inne względy, takie jak niewielka waga, sztywność konstrukcyjna, zwrotność, sterowność na ziemi i tak dalej, często korzystają z mniejszej rozpiętości, a w konsekwencji mniej wydajnego skrzydła. Małe samoloty lotnictwa ogólnego na niskich wysokościach mają zwykle wydłużenie sześciu lub siedmiu; samoloty 12 lub więcej; oraz szybowce o wysokich osiągach 30 lub więcej.

Przy prędkościach powyżej krytycznej liczby Macha, przepływ powietrza zaczyna stawać się transoniczny , a lokalny przepływ powietrza w niektórych miejscach powoduje powstawanie małych dźwiękowych fal uderzeniowych. To szybko prowadzi do przeciągnięcia wstrząsu , powodując gwałtowny wzrost oporu. Skrzydła szybkich statków poddźwiękowych, takich jak samoloty odrzutowe, mają tendencję do przesuwania się, aby opóźnić nadejście tych fal uderzeniowych.

W teorii opór indukowany jest minimalny, gdy rozkład siły nośnej na rozpiętość jest eliptyczny. Jednak na opór wywierany jest szereg czynników i z praktycznego punktu widzenia skrzydło o kształcie eliptycznym, jak w myśliwcu Supermarine Spitfire z czasów II wojny światowej, niekoniecznie jest najwydajniejsze. Skrzydła samolotów odrzutowych, które są wysoce zoptymalizowane pod kątem wydajności, nie mają kształtu eliptycznego.

Stosunek cięciwy wierzchołkowej do cięciwy dennej nazywany jest stosunkiem stożka. Stożek ma pożądany efekt zmniejszenia naprężenia zginającego stopę poprzez przesunięcie podnośnika do wewnątrz, ale niektórzy uznani projektanci, w tym John Thorp i Karl Bergey, argumentowali, że niezwężona prostokątna plansza jest najlepsza dla samolotów o masie całkowitej poniżej 6 000 funtów .

Zobacz też

Bibliografia

Cytaty

Bibliografia