Лоскут Герни - Gurney flap

Крышка Герни, показанная на нижней стороне профиля Ньюмана (из Технического меморандума НАСА 4071).

В Лоскут Герни (или же клюв) - небольшая вкладка, выходящая из задний край крыла. Обычно он устанавливается на прямой угол к давлению боковой поверхности профиль[1]и проецирует от 1% до 2% крыла аккорд.[2]Это устройство задней кромки может улучшить характеристики простого аэродинамического профиля почти до того же уровня, что и сложная высокопроизводительная конструкция.[3]

Устройство работает за счет увеличения давления на стороне нагнетания, уменьшения давления на стороне всасывания и помощи пограничный слой фиксатор потока полностью прикреплен к задней кромке на стороне всасывания аэродинамического профиля.[4]Общие приложения встречаются в автогонки, вертолет горизонтальные стабилизаторы, и самолет где высокий поднимать важно, например, баннерно-буксирный самолеты.[5]

Он назван в честь своего изобретателя и разработчика, американского автогонщика. Дэн Герни.[6][7]

История

«Аэродинамический профиль с регулируемой подъемной силой», показанный на рисунке 1 патента Э. Ф. Запарка 1935 г. Патент США Re19412 . Это подвижный микровзрывной лоскут, аналогичный фиксированному лоскуту Герни.
Закрылок Герни на задней кромке заднего крыла Порше 962

Оригинальное приложение, разработанное американским автомобильные гонки значок Дэн Герни (которому бросил вызов американский гонщик Бобби Ансер ), представлял собой прямоугольный кусок листового металла, жестко прикрепленный к верхней задней кромке заднее крыло на его гонки на открытых колесах автомобили начала 1970-х гг. Устройство было установлено направленным вверх для увеличения прижимная сила создается крылом, улучшая тяга.[4]Он испытал его в реальных условиях и обнаружил, что он позволяет автомобилю преодолевать повороты на более высокой скорости, а также достигать более высокой скорости на прямых участках трассы.[8]

Первое применение лоскута было в 1971 г.,[9] после того, как Гурни ушел из вождения и стал управлять своей гоночной командой на постоянной основе. Бобби Ансер тестировал новую машину, сконструированную Герни, в Phoenix International Raceway и был недоволен ходом машины на трассе. Гурни нужно было что-то сделать, чтобы восстановить уверенность своего гонщика перед гонкой, и он вспомнил эксперименты, проведенные в 1950-х годах некоторыми гоночными командами. спойлеры прикрепленные к задней части кузова для отмены подъемной силы (на этом уровне развития спойлеры не рассматривались как потенциальные усилители производительности, а просто как устройства для устранения дестабилизирующей и потенциально смертельной аэродинамической подъемной силы). Гурни решил попробовать добавить «спойлер» к верхней задней кромке заднего крыла.[10] Устройство было изготовлено и смонтировано менее чем за час, но тестовые круги Unser с модифицированным крылом оказались столь же неудачными. Когда Ансер смог поговорить с Гурни по секрету, он сообщил, что время круга с новым крылом было замедлено, потому что теперь оно производило очень много. прижимная сила что машина была недостаточная поворачиваемость. Все, что требовалось, - это уравновесить это, добавив прижимную силу спереди.[11]

Унсер сразу понял ценность этого прорыва и хотел скрыть его от конкурентов, в том числе от своего брата. Al. Не желая привлекать внимание к устройствам, Гурни оставил их на виду.[12] Чтобы скрыть свое истинное намерение, Гурни обманул любознательных участников, сказав им, что притупленная задняя кромка предназначена для предотвращения травм и повреждений при толкании машины вручную. Некоторые скопировали дизайн, а некоторые даже попытались улучшить его, направив клапан вниз, что фактически ухудшило производительность.[13]

Гурни смог использовать устройство в гонках в течение нескольких лет, прежде чем стало известно его истинное предназначение. Позже он обсудил свои идеи с аэродинамиком и конструктором крыла. Боб Либек из Компания Douglas Aircraft. Либек испытал устройство, которое он позже назвал «заслонкой Герни», и подтвердил результаты полевых испытаний Герни с использованием заслонки хорды 1,25% на симметричном профиле Ньюмана.[14]Его статья 1976 года AIAA (76-406) «О конструкции дозвуковых аэродинамических поверхностей для большой подъемной силы» представила эту концепцию аэродинамическому сообществу.[15]

Гурни передал свои патентные права компании Douglas Aircraft,[11] но устройство не было запатентовано, так как оно было по существу похоже на подвижную микровщелку, запатентованную Э. Ф. Запаркой в ​​1931 году, за десять дней до рождения Герни.[11][16] Подобные устройства также испытывали Грушвиц и Шренк.[17]и представлен в Берлине в 1932 году.[18]

Теория Операции

Лоскут Герни увеличивает максимальное коэффициент подъема (CL, макс.), уменьшает угол атаки для нулевого подъема (α0), и увеличивает нос момент тангажа (CM), что согласуется с увеличением выпуклость профиля.[4] Это также обычно увеличивает коэффициент трения (Cd),[19]особенно на малых углах атаки,[20]хотя для толстых профилей сообщалось об уменьшении лобового сопротивления.[21]Чистая выгода в целом подъемная сила и лобовое сопротивление возможно, если клапан имеет соответствующий размер, исходя из пограничный слой толщина.[22]

Клапан Герни увеличивает подъемную силу за счет изменения Условие Кутты на задней кромке.[4][8] След за закрылком представляет собой пару вращающихся в противоположных направлениях вихрей, которые поочередно сбрасываются в von Kármán vortex street.[23]В дополнение к этим завихрениям по размаху, выходящим за закрылком, важное значение при высоких температурах имеют хордовые вихри, излучаемые перед закрылком. углы атаки.[5]

Повышенное давление на нижнюю поверхность перед заслонкой означает, что всасывание на верхней поверхности может быть уменьшено при сохранении такой же подъемной силы.[23]

Применение вертолетов

Двойные закрылки Герни на вертолете Bell 222U

Закрылки Герни нашли широкое применение на горизонтальных стабилизаторах вертолетов, поскольку они работают в очень широком диапазоне как положительных, так и отрицательных углов атаки. С одной стороны, при наборе высоты с большой мощностью отрицательный угол атаки горизонтального стабилизатора может достигать –25 °; с другой стороны, в Автоматический поворот, может быть + 15 °. В результате не менее половины всех современных вертолетов, построенных на Западе, имеют их в той или иной форме.[24]

Впервые лоскут Герни был применен к Сикорский S-76 Вариант B,[13] При летных испытаниях выяснилось, что горизонтальный стабилизатор от оригинального С-76 не обеспечивает достаточной подъемной силы. Инженеры установили закрылки Герни на перевернутый аэродинамический профиль NACA 2412, чтобы решить проблему без изменения конструкции стабилизатора с нуля.[13] Клапан Герни был также установлен на Bell JetRanger исправить угол падения проблема в конструкции, которую было слишком сложно исправить напрямую.[13][24]

В Еврокоптер AS355 В вертолете TwinStar используется двойная заслонка Герни, которая выступает с обеих поверхностей вертикальный стабилизатор. Это используется для устранения проблемы с изменением подъемной силы в толстых секциях крылового профиля при малых углах атаки.[13] Двойная заслонка каталок уменьшает управляющее воздействие, необходимое для перехода от парить на прямой рейс.[24]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Van Dam, C.P .; Йен, Д. Т .; Виджген, П. (1999). "Эксперименты с закрылками Герни на профиле и крыльях". Журнал самолетов. 36 (2): 484–486. Дои:10.2514/2.2461. Эти устройства обеспечивали увеличенную область присоединенного обтекания на верхней поверхности крыла относительно крыла без закрылков.
  2. ^ Storms, B. L .; Янг, С. С. (1994). "Повышение подъемной силы крылового профиля с помощью закрылка Герни и генераторов вихрей". Журнал самолетов. 31 (3): 542–547. Дои:10.2514/3.46528. Одной из возможных технологий является закрылок Герни, который состоит из небольшой пластины высотой порядка 1-2% от хорды профиля, расположенной на задней кромке, перпендикулярной стороне давления профиля.
  3. ^ Giguere, P .; Lemay, J .; Дюма, Г. (1995). «Эффекты закрылков Герни и масштабирование для низкоскоростных профилей». Конференция AIAA по прикладной аэродинамике, 13-е, Сан-Диего, Калифорния, Технические документы. Pt. 2. С. 966–976. Благодаря правильному использованию закрылков Герни, аэродинамические характеристики простой конструкции, легкий в сборке аэродинамический профиль могут быть выполнены практически так же, как и современные, высокопроизводительные и сложные конструкции.
  4. ^ а б c d Myose, R .; Пападакис, М .; Херон, И. (1998). "Эксперименты с закрылками Герни на аэродинамических профилях, крыльях и модели плоскости отражения". Журнал самолетов. 35 (2): 206–211. Дои:10.2514/2.2309. Гонщик Дэн Герни использовал эту заслонку для увеличения прижимной силы и, следовательно, тяги и потенциальной скорости поворота, создаваемой перевернутыми крыльями его гоночных автомобилей.
  5. ^ а б Troolin, D. R .; Longmire, E.K .; Лай, В. Т. (2006). «Анализ PIV с временным разрешением обтекания профиля NACA 0015 с закрылком Герни». Эксперименты с жидкостями. 41 (2): 241–254. Bibcode:2006ExFl ... 41..241T. Дои:10.1007 / s00348-006-0143-8. ... прерывистое выделение жидкости, рециркулирующей в полости перед клапаном, становится более согласованным с увеличением угла атаки .... Сравнение обтекания "заполненного" и "открытого" клапана позволяет предположить, что [это] было причиной значительная часть общего прироста подъемной силы.
  6. ^ "The Gurney Flap - Все американские гонщики Дэна Герни". allamericanracers.com. Получено 23 апреля 2018.
  7. ^ МОРЯ. "Gurney Flap". www.formula1-dictionary.net. Получено 23 апреля 2018.
  8. ^ а б Jang, C. S .; Ross, J.C .; Каммингс, Р. М. (1998). «Численное исследование профиля с закрылком Герни». Дизайн самолетов. 1 (2): 75–88. Дои:10.1016 / S1369-8869 (98) 00010-X. Получено 2007-07-06. Либек заявил, что испытания гоночного автомобиля, проведенные Дэном Герни, показали, что автомобиль увеличил скорость на поворотах и ​​сразу после установки закрылка на заднее крыло.
  9. ^ Troolin, Daniel R .; Эллен К. Лонгмайр; Крыло Т. Лай (2006-06-26). «Влияние высоты закрылка Герни на режимы выхода вихрей за симметричными профилями». 13-й Int. Symp. по применению лазерных методов в механике жидкости. Лиссабон, Португалия.
  10. ^ Вагнер, Ян Р. (2004). "Классический автомобиль Центра искусств 2004 года (часть вторая): Дэн Герни о гонках и эффекте" BLAT "». Авто Вопросы. Получено 2007-07-06. И я вспомнил, что потратил много времени на эти маленькие вкладки на спине, спойлеры и так далее, и подумал про себя - ну, интересно, можно ли было бы работать с крылом? У нас уже были крылья в 1971 году. Конечно, это было началом лоскута Герни.
  11. ^ а б c Ховард, Кит (сентябрь 2000 г.). "Gurney Flap". Журнал Motor Sport. Как только Гурни подтвердил, что они одни, Унсер сказал ему, что задняя часть теперь была так хорошо засажена, что машина плохо толкала (недостаточная поворачиваемость), отсюда плохое время круга.
  12. ^ Unser, Бобби (2004). Победители двигаются. Нью-Йорк: Вили. п. 15. ISBN  0-471-64745-4. Дэн сказал мне расслабиться. Оставьте их на виду. Не привлекайте к ним внимание.
  13. ^ а б c d е Хоутон, Э. (2003). Аэродинамика для студентов инженерных специальностей. Бостон: Баттерворт Хайнеманн. стр.500 –502. ISBN  0-7506-5111-3. Этот обман оказался настолько успешным, что некоторые из его конкурентов прикрепили выступы вниз, чтобы лучше защитить руки.
  14. ^ Myose, R .; Heron, I .; Пападакис, М. (1996). "Влияние закрылков Герни на профиль NACA 0011". Бумага AIAA: 96–0059. Дои:10.4271/961316. Получено 2007-07-08. Либек провел испытания в аэродинамической трубе на эффект заслонки Герни с высотой хорды 1,25%. Он использовал аэродинамический профиль типа Ньюмана, который имел эллиптическую носовую часть и прямой клин для задней части.[постоянная мертвая ссылка ]
  15. ^ Schatz, M .; Gunther, B .; Тиле, Ф. (2004). «Вычислительное моделирование нестационарного следа за закрылками Герни». Бумага AIAA. 2417. Дои:10.2514/6.2004-2417. ISBN  978-1-62410-030-7. Первые теоретические исследования были опубликованы Либеком, который ввел концепцию устройств задней кромки в аэродинамику самолетов.
  16. ^ Собецкий, Х. (2003). «Закрылки Герни в трансзвуковых потоках». Iutam Symposium Transsonicum IV. Хеннинг Роземанн и Кай Рихтер. Берлин: Springer. п.165. ISBN  1-4020-1608-5. Лоскуты Gurney известны уже с 1931 года, когда они были впервые запатентованы компанией Zaparka (США).
  17. ^ Zerihan, J .; Чжан, X. (2001). «Аэродинамика закрылков Герни на крыле в условиях экранного эффекта». Журнал AIAA. 39 (5): 772–780. Bibcode:2001AIAAJ..39..772Z. Дои:10.2514/2.1396. Получено 2007-07-07.[постоянная мертвая ссылка ]
  18. ^ Грушвиц, Ойген; Оскар Шренк (1932-10-28). "Über eine einfache Möglichkeit zur Auftriebserhöhung von Tragflügeln (Простой метод увеличения подъемной силы крыльев самолета с помощью закрылков)" (PDF). Zeitschrift für Flugtechnik und Motorluftschiffahrt. Wissenschaftliche Gesellschaft für Luftfahrt (21-е, 1932 г., Берлин). 23 (Перевод под ред. Дуайта М. Майнера). Вашингтон, июнь 1933 года: Национальный консультативный комитет по аэронавтике. С. 597–601. NACA-TM-714. Проблема состоит в том, чтобы при приземлении создать зону турбулентности на нижней стороне крыла рядом с задней кромкой из-за какого-либо препятствия для воздушного потока.CS1 maint: location (связь)
  19. ^ Jang, C. S .; Ross, J.C .; Каммингс, Р. М. (1992). «Расчетная оценка профиля с закрылком Герни». Бумага AIAA: 92–2708. Получено 2007-07-07.
  20. ^ Bloy, A. W .; Tsioumanis, N .; Меллор, Н. Т. (1997). «Повышение аэродинамических характеристик за счет использования небольших закрылков задней кромки». Журнал самолетов. 34 (4): 569–571. Дои:10.2514/2.2210.
  21. ^ Neuhart, Dan H .; Пендерграфт, Одис К., младший (1988-11-01). "Исследование заслонок Герни в водном туннеле" (PDF). НАСА Исследовательский центр Лэнгли. НАСА-TM-4071. Получено 2007-07-07. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  22. ^ Giguere, P .; Dumas, G .; Лемей, Дж. (1997). «Технические примечания». Журнал AIAA. 35: 12. Получено 2007-07-07.[постоянная мертвая ссылка ]
  23. ^ а б Meyer, R .; Hage, W .; Бехерт, Д. В. (2006). «Снижение лобового сопротивления закрылков Герни за счет трехмерной модификации». Журнал самолетов. 43 (1): 132. Дои:10.2514/1.14294. При использовании термоанемометрии отображается тональная составляющая в спектре колебаний скорости после заслонки Герни. Это указывает на существование вихревой улицы фон Кармана.
  24. ^ а б c Прути, Р. В. (2000-03-01). "Аэродинамика: закрылки Герни, часть 2". Ротор и крыло. Доступ к аналитике. Одно из критических условий полета - набор высоты с большой мощностью. Отрицательный угол атаки горизонтального стабилизатора может достигать −25 °, тогда как при авторотации может достигать + 15 °.

внешняя ссылка