ГлавнаяРегистрацияВход МАХОЛЁТ (ОРНИТОПТЕР) Понедельник, 19.11.2018, 08:53
  ГЛАВА IV АЭРОГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ МАШУЩЕГО КРЫЛА (часть I) Приветствую Вас Гость | RSS

 
 

ГЛАВА 4 АЭРОГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ

МАШУЩЕГО КРЫЛА.

 

4.1 Отличия крыла махолёта от крыла самолёта.

 

По геометрическим параметрам машущее крыло больше соответствует воздушному винту, нежели неподвижному крылу самолёта. Крыло самолёта вдоль размаха имеет одинаковый установленный угол атаки. Крыло, например птицы вдоль размаха имеет «крутку» как у винта: к корню лопасти угол атаки больше, а к вершине меньше. Крутка достигает порядка 15…25˚.

Если сравнить геометрию лопатки активной турбины с лопаткой реактивной увидим, насколько они непохожи. Однако нельзя уподобить машущее крыло ни лопатке активной, ни лопатке реактивной. Причина этого в том, что машущее крыло многофункционально по назначению и универсально.

Когда машущее крыло выполняет свои функции посредством активных махов, то оно нуждается в устройстве углубления с нижней стороны лопасти. Когда крыло используется в пассивном режиме планирования, то это углубление даже начинает портить характеристики крыла, создавая излишнее лобовое сопротивление.

Оптимизация всех элементов лопасти крыла является задачей проектирования.

Основными характеристиками для махолёта являются: а – удельная нагрузка – qk, отношение веса конструкции – Gкр к площади крыла в плане – S, т.е. qk=Gкр/S;   б – относительный вес – Ккр, отношение веса конструкции крыла к весу махолёта – Q, т.е.: Ккр=Gкр/Q.

К примеру, для крыльев современных дозвуковых самолётов удельный вес достигает – qk =20…35 кгс/м 2, а относительный вес – Ккр=0,12…0,16.

Удельный вес или удельная нагрузка на крыло для птиц составляет 5 кгс/м 2, для летающих моделей от 3 до 6 кгс/м 2.

Практикой строительства самолётов установлено, что снижение веса конструкции самолёта на 30% повышает его грузоподъёмность на 300%, т.е. в 3 раза.

По сведениям из технической печати, для самолётов с изменяемой стреловидностью крыльев происходит утяжеление конструкции на 4…6% взлётного веса.

Смещение аэродинамического фокуса, при изменении стреловидности приводит к увеличению балансировочного сопротивления.

К положительным качествам крыла с изменяемой стреловидностью относят: повышение маневренности, снижение лобового сопротивления, увеличение допустимых углов атаки, увеличение устойчивости при угловой скорости разворота; при обратной стреловидности наблюдается улучшение лётных характеристик на малых скоростях полёта, что объясняется отсутствием срывов вихрей на концах лопастей крыла.

Улучшение лётных характеристик у крыла с изменяемой стреловидностью достигается за счёт корректировки его качества на различных режимах работы. Так при взлёте крыло эффективнее работает при минимальной или обратной стреловидности на маршевом полёте с нулевой стреловидностью; а при быстром снижении крыло должно иметь максимальную отрицательную стреловидность.

Таким образом, наличие изменяемой стреловидности резко повышает летно-технические характеристики летательного аппарата в условиях реальной эксплуатации.

 

4.2 Архитектоника и словарная терминология по машущему крылу.

Рис. 4.1. Архитектоника и обозначение элементов крыла.

 

4.2.1 Архитектоника и материалы.

 

Разные варианты архитектоники крыла предполагают большое разнообразие конструкций.

Мы рассмотрим лишь незначительную их часть. Ту часть, что с точки зрения автора, является наиболее перспективной, т.к. рассчитана на применение современных материалов и технологий. В частности, в постройке лопасти крыла может быть использован любой из материалов хорошо освоенный для постройки аналогов в авиационной промышленности. Эти же материалы хорошо зарекомендовали себя в индивидуальном, единичном производстве. Речь идёт о лёгких металлах и их сплавах, о пластмассах и композитных материалах, о полиамидных плёнках и полимерных клеях.

Обзор начнём с материалов каркаса. Каркас – склеенная несущая конструктивная часть лопасти крыла. В изготовлении каркаса можно использовать металлосплавы: магния, алюминия, титана; композитные материалы: стекловолокнистые, углеродоволокнистые; слоистые пластики: текстолит, гетинакс.

Тонкие силовые элементы, выполненные из перечисленных материалов позволяют делать упругий гиб с весьма малым радиусом изгиба. Это обстоятельство позволяет сборку каркаса делать из предварительно напряжённых элементов, и, следовательно, после оклейки и высушивания лопасть будет иметь повышенную жесткость.

Большой удельный вес в начинке машущего крыла должны получить «рыхлые» мелко и крупно – пористые полимерные материалы: фенолформальдегидные, полистирольные, полиэтиленовые – пенопласты.

Оклейка лопасти крыла, в зависимости от выбранной технологии и свойств самого покрытия может производиться либо после сборки каркаса с сердцевиной (глоссой), либо одновременно с заформовкой всех узловых компонентов. Материалом для покрытия может служить капроновое нетканое полотно, ткань и полиамидные плёнки, в первую очередь плёнки лавсана или зарубежные, производства фирмы «Дюпон» - милар.

Для предотвращения старения покрытия от воздействия ультрафиолетового излучения солнца оно должно иметь защитный покров органической углеродной, хитиновой окраски или металлическое напыление в вакууме.

Свойства выбранных материалов и последующая технология изготовления из этих материалов лопасти крыла всегда будет требовать от конструктора корректировки и доработки в архитектонике.

По мере наработки опыта в изготовлении и выборе наиболее рациональных форм можно будет сослаться на рациональные, предпочтительные и определить список «классических».

Анализ конструктивных особенностей машущего крыла, отличие его функций от уже известных движителей подобного рода позволяет предполагать, что для него более подходящей конструкцией может оказаться конструкция с полюсным, лучевым расположением нервюр. Своим утолщённым цевьём нервюры защемляют в специальной клемме.  Клемма же крепится на лонжероне, например, с помощью клея или механически.

 

4.2.2 Конструкция, форма и соразмерность лопасти крыла.

 

Выбор конструкции, формы, соотношение отдельных частей лопасти крыла находится в тесной зависимости от её предполагаемых функций.

Рассчитанную по всем параметрам лопасть можно делать лишь после изготовления опытного образца махолёта или хотя – бы исполнительного механизма привода, т.е. тогда, когда будет известна весовая нагрузка на крыло, интервал частот и ускорений маховых движений.

На данном же этапе можно рассуждать лишь об общих закономерностях в выборе геометрических соотношений для машущей лопасти.

  

Рассмотрим несколько примеров реальных конструкций лопасти крыла.

1. Полюсно – каркасная конструкция, вариант А.

В предлагаемой конструкции лонжерон и клемма нервюр сориентированы на центр тяжести лопасти находящийся на 1/3 в и 1/3 а.

Конструкция каркаса двухлонжеронная.

Лонжерон, формирующий переднюю кромку лопасти несёт на себе предкрылок. По совместительству функций предкрылок может выполнять роль противофлаттерного утяжелителя.

На рис. 4.1а представлена левая лопасть крыла с обозначениями принятых для данного типа пропорциональностей.

Удлинение крыла λ=4,7. Сужение ξ=2,67.

Рис. 4.1а Лопасть крыла левая: вид с нижней стороны, вид спереди и разрез по А-А: а – наибольшая ширина лопасти; в – наибольшая длина лопасти; h – наибольшая толщина лопасти; Ц.Т. – центр тяжести.

 

1.          Из чертежа понятно, что угол атаки лопасти возрастает к корню за счёт поднятия передней кромки.

2.          Задняя кромка располагается на уровне строительной плоскости.

 

2. Полюсно – каркасная конструкция, вариант Б.

Особенностью архитектоники в этой конструкции является то, что она однолонжеронная. Единственный лонжерон, изогнутый по форме упругого элемента стрелкового лука создаёт жёсткую основу для передней кромки лопасти.

Кроме того, лонжерон имеет наибольшее поперечное сечение по сравнению с нервюрами, а следовательно, и наибольший вес. Поэтому, в данном случае, вместе с упругим предкрылком, он может с успехом выполнять роль противофлаттерного утяжелителя. Положение полюса нервюр на лонжероне, т.е. впереди от центра тяжести (Ц.Т.) на 1/3а, усиливает эффект. В данном случае отпадает надобность в применении грузиков.

Рис. 4.1б Лопасть крыла правая, вид сверху: а– ширина лопасти; в – длинна лопасти; Ц.Т. – центр тяжести.

На рис. 4.1б архитектоника крыла представлена чертежом в плане. Нервюрная сетка жёсткости на тонком опахале выполнена предварительно напряжёнными дуговыми элементами по методу удвоения. Дихотомное деление сетки нервюр.

 

3. Архитектоника лопасти с двойными нервюрами.

При превышении длины лопасти над шириной более чем в 2,5 раза может возникнуть необходимость в построении сетки нервюр по другому принципу, по принципу растущего дерева. Причём каркас может быть изготовлен как одно целое. Последний способ годится для массового поточного производства. См. рис. 4.1в

Рис. 4.1б Лопасть крыла правая, вид сверху: а– ширина лопасти; в – длинна лопасти; Ц.Т. – центр тяжести.

На рис. 4.1б архитектоника крыла представлена чертежом в плане. Нервюрная сетка жёсткости на тонком опахале выполнена предварительно напряжёнными дуговыми элементами по методу удвоения. Дихотомное деление сетки нервюр.

 

3. Архитектоника лопасти с двойными нервюрами.

При превышении длины лопасти над шириной более чем в 2,5 раза может возникнуть необходимость в построении сетки нервюр по другому принципу, по принципу растущего дерева. Причём каркас может быть изготовлен как одно целое. Последний способ годится для массового поточного производства. См. рис. 4.1в

Рис. 4.1б Лопасть крыла правая, вид сверху: а– ширина лопасти; в – длинна лопасти; Ц.Т. – центр тяжести.

На рис. 4.1б архитектоника крыла представлена чертежом в плане. Нервюрная сетка жёсткости на тонком опахале выполнена предварительно напряжёнными дуговыми элементами по методу удвоения. Дихотомное деление сетки нервюр.

 

3. Архитектоника лопасти с двойными нервюрами.

При превышении длины лопасти над шириной более чем в 2,5 раза может возникнуть необходимость в построении сетки нервюр по другому принципу, по принципу растущего дерева. Причём каркас может быть изготовлен как одно целое. Последний способ годится для массового поточного производства. См. рис. 4.1в

Рис. 4.1в Лопасть крыла правая, вид сверху: а – ширина лопасти; в – длинна лопасти; Ц.Т. – центр тяжести.

 

4. Бескаркасная конструкция отформованная в пресс-форме.

 Особенностью конструкции является то, что тонкая лепестковая часть опахала и вершинной области залита и держится во вспененном массиве глоссы. Вся поверхность сверху и снизу облицована полиамидной плёнкой.

Архитектоника крыла такова, что оно имеет непроницаемую сердцевину жёсткости на 2/3 от корня и на 1/3 расчленённую вершинную часть.

Расчленение в вершине функционально оправдано, оно выполняет роль разделительной решётки для сбегающего с конца крыла потока. Отдельным прядям его легче свиться в жгут.

Опахало по задней кромке крыла может быть ограничено проницаемым, что предотвращает срыв потока на критических углах атаки. См. рис. 4.1г.

 

Рис. 4.1г Лопасть крыла правая, вид сверху: а – ширина лопасти; в – длина лопасти; Ц.Т. – центр тяжести.

 

Все приведённые в пример лопасти крыла относительно широки и имеют малые или средние показатели удлинения. Можно отметить, например, такие их качества как хорошая работа в восходящих потоках воздуха, т.е. это образцы для статического парения, кроме того, это лопасти для маневренного летания. Это последнее их качество говорит о том, что такие лопасти создают повышенную устойчивость для машины с машущими крыльями.

Не будем оставлять надежду, что по мере накопления опыта можно будет перейти к лопастям с большим удлинением. Лопасти этого типа хорошо пригодны для динамического парения во встречных потоках воздуха и для скоростного полёта.

4.2.3 Терминология по крылу.

 

АРХИТЕКТОНИКА [гр.architektonike – строительное искусство] – композиция, соразмерность, построение.

АКТИВНОЕ КРЫЛО – то же что и машущее крыло.

ПАССИВНОЕ КРЫЛО – жёстко закреплённое на фюзеляже крыло.

ПЛАНИРУЮЩЕЕ КРЫЛО – 1) в значении крыла пассивного; 2) в значении активного крыла в период планирования.

ПРОНИРУЮЩЕЕ КРЫЛО – опускающееся при махе брюшком вниз.

СУПИНИРУЮЩЕЕ КРЫЛО – поднимающееся при махе спинкой вверх.

РУДИМЕНТАРНОЕ КРЫЛО – неполное крыло, крыло утратившее свои первоначальные функции (например, жужжальца у двукрылых насекомых).

ФИКСИРОВАННОЕ КРЫЛО – 1) в отличие от подвижного регулируемого, например, крыла с изменяемой геометрией или машущего; 2) в смысле крыла пассивного.

 

 4.2.4. Терминология по элементам крыла.

 

БРЮШКО – нижняя поверхность крыла.

ВЕРШИНА – концевая часть крыла.

ГЛОССА – [гр. glossa – язык] – средняя вогнуто – выпуклая часть крыла, выполненная из пенопласта или сотового наполнителя.

ДИФФУЗОР – выемка в части крыла начинающаяся от передней кромки.

ДЕФЛЕКТОР – щель в передней или задней части крыла. Выполняют для предотвращения срыва потока.

КАРКАС – конструктивный скелет жесткости для обшивки.

КОРЕНЬ ЛОПАСТИ – противоположная вершине часть крыла.

КОРРЕКТОР ПРОТИВОФЛАТТЕРНЫЙ – груз утяжелитель, конструктивно может быть в виде предкрылка.

ЛОНЖЕРОН – силовой элемент лопасти, работающий на сжатие и на растяжение.

ЛЕПЕСТКИ – упруго-гибкие пластинки в форме аэродинамических язычков вмонтированные в вершинной части лопасти или по задней кромке.

НЕРВЮРА – силовой элемент жёсткости воспринимающий нагрузки от обшивки.

ОБШИВКА – обтяжка (облицовка) каркаса из плотного рулонного материала.

ОПАХАЛО – наиболее гибкая часть лопасти выполненная со стороны задней кромки.

СТРИНГЕР – силовой элемент лопасти работающий только на растяжение.

СПИНКА – верхняя выпуклая поверхность лопасти.

СЕРДЦЕВИНА ЖЁСТКОСТИ – часть лопасти с наполнителем относящаяся к глоссе.

СТУПИЦА – часть детали привода в форме втулки, в которой крепится цевьё лопасти крыла.

ХОМУТ – оконцовка ступицы в виде кольца. Закрепляется на цапфе выходного вала исполнительного механизма махания.

ЦЕВЬЁ – стержневая часть корня крыла закрепляемая в ступицу.

 

4.3 Предполагаемые топологические образы машущего крыла.

 

1. Многослойное вибрирующее крыло, рис. 4.2

набор крыла состоит из тонких упругих равнопрочных по размаху пластин. Левое крыло неразъёмно с правым. Изгибающие нагрузки от набегающего потока у такого крыла воспринимаются по принципу листовой рессоры. За счёт такой конструкции, при колебательных движениях, крыло может входить безопасно в резонанс с собственной частотой колебаний.

Рис. 4.2 Высокочастотное машущее крыло. Упруго – гибкое крыло набранное из элементов с двояковыгнутым профилем и с убывающими размерами сечений к концам.

2. Узкое вогнутое крыло с жёстким носиком и эластичным хвостиком, рис. 4.3.

Профиль разработан лётчиком Н. Фадеевым.
Рис. 4.3 Профиль Н. Фадеева.

Рис. 4.4 Диаграмма поляр профилей Фадеева. Буквой А обозначена парабола индикаторного сопротивления, Б и В – поляры вариантов с разной жёсткостью гибкого хвостика.

Предполагается, что тяга, полученная путём реализации гибким профилем энергии пульсаций потока была больше, чем сумма сопротивлений формы и трения. При автоколебаниях на определённой скорости потока движение крыла становится регенеративным.

3. Узкое, толстое в сечении, оболочковое кессонное крыло с диафрагмами снизу и клапанами сверху, рис.4.5.

Рис. 4.5 Оболочковое кессонное крыло с диафрагмами и клапанами вдоль размаха: 1 – отверстия в брюшке 4; 2 – отверстия с клапанами на спинке профиля; 3 – глухие нервюры (перегородки внутри камер профиля).

 
 
Форма входа

Календарь новостей
«  Ноябрь 2018  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
2627282930

Мини-чат

Наш опрос
Оцените мой сайт
Всего ответов: 39

Поиск

Друзья сайта



----------------- SEO services - site-submit.com.ua $$$ для web-мастеров

Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
 

© Zemlyanov.kz
Сайт управляется системой uCoz