Varför använder vissa militära flygplan rörliga vingar?

Genom att svepa vingen bakåt gör du i huvudsak luften "se" en annan flygplatta.

Titta på dessa två diagram:

När luften möter vingen färdas den längs $ V $. Denna "sedd" flygplatta är mycket tunnare än $ V1 $ (som är vinkelrätt mot framkanten). Eftersom flygplanet upplever mindre tryck, upplever flygplanet mindre drag. Detta minskar emellertid även luftens hastighet. Det här är bra om du vill fördröja saker som shockwaves eftersom luften går supersonisk, eftersom sprida kraften ut mer förseningar den här effekten och flödesskillnaden som följer med den.

Tyvärr,förallafördelar,skulledethaenmyckethöglandningshastighet.Såvingarnasvepasframåt,flygplanethareneffektivareluftoljaförlägrehastigheterochminstaflyghastighetminskarpåmotsvarandesätt.Detfinnsnumerdrag,menocksåmerhisssomdubehöverförlångsammarehastighet.

Wikipedia sätter detta snyggt i inte alltför komplexa termer:

If we were to begin to slide the wing sideways (spanwise), the sideways motion of the wing relative to the air would be added to the previously perpendicular airflow, resulting in an airflow over the wing at an angle to the leading edge. This angle results in airflow traveling a greater distance from leading edge to trailing edge, and thus the air pressure is distributed over a greater distance (and consequently lessened at any particular point on the surface).

This scenario is identical to the airflow experienced by a swept wing as it travels through the air. The airflow over a swept wing encounters the wing at an angle. That angle can be broken down into two vectors, one perpendicular to the wing, and one parallel to the wing. The flow parallel to the wing has no effect on it, and since the perpendicular vector is shorter (meaning slower) than the actual airflow, it consequently exerts less pressure on the wing. In other words, the wing experiences airflow that is slower - and at lower pressures - than the actual speed of the aircraft. One of the factors that must be taken into account when designing a high-speed wing is compressibility, which is the effect that acts upon a wing as it approaches and passes through the speed of sound. The significant negative effects of compressibility made it a prime issue with aeronautical engineers. Sweep theory helps mitigate the effects of compressibility in transonic and supersonic aircraft because of the reduced pressures. This allows the mach number of an aircraft to be higher than that actually experienced by the wing.

Finns det en prestationsvinst? Beror på din definition:

Med fixade svepade vingar skulle det innebära att:

• Landningshastigheten kan vara oacceptabelt hög, och med det skulle långa landningsbanor krävas.
• Du kan designa ett snabbt och lättflygplan. Ta till exempel F104 Starfighter som hade tunna korta vingar för samma effekt men kunde inte flytta dem och var extremt farliga vid låga hastigheter.

Med variabla vingar:

• F14 var avsedd för operatörsoperationer, där du skulle vilja ha en långsam landningshastighet. Att göra ett flygplan går så snabbt skulle troligen ha varit omöjligt annars. Det var också konstruerat för långdistansoperationer, vilket gav ökad vikt av bränsle.
• Lägger till tyngd och mekanisk komplexitet i flygplanet, vilket ökar underhållskostnaden och brännskador.

Om jag förstår det korrekt, idag använder flygplan idag mer på system som höglyftanordningar som t ex slats och flaps.

Swing-vingar kombinerar hög sopvinkel som är till hjälp för Mach 2+ -flygning med acceptabla låghastighetshanteringsegenskaper. De behövdes för att uppfylla kraven på militära flygplan som krävdes i anbud innan planerare insåg i slutet av 60-talet att hög hastighet behövdes inte .

Vid flygning med supersonisk hastighet hjälper det om vinkeln på vings framkant är högre än Mach-konvinkeln . Eftersom Mach-vinkeln går upp i Mach-talets arcsin krävs det mer än 60 ° av svep vid Mach 2 och 70,5 ° vid Mach 3. Om framkanten av sopvinkeln är högre kommer flödet runt det fortfarande att vara liknar det för subsoniskt flöde runt en rak framkant. Detta medför effekter som sugkoppen nära framkanten som skulle försvinna när flödesdelen vinkelrätt mot ledande kanten blir supersonisk. En subsonisk framkant sänker kraftigt dra vid supersonisk hastighet.

Sweep hjälper också att göra övergången till det supersoniska riket mildare genom att sänka draget maximalt runt Mach 1. Men under Mach 1 börjar det att bli en skuld . Sopa

• minskar maximal lyftning
• kräver längre start och landningsbanor
• producerar oönskade stallegenskaper

Därför blir en vinge som sveper över 60 ° snabbt omkalllig med vanliga militära krav som kort fältlängd och goda subsoniska hanteringsegenskaper vid hög angreppsvinkel. En svängvinge är det enda sättet att kombinera acceptabla hög- och låghastighetsprestanda.

Ovanstående nackdelar försvinner under cirka 15 ° till 20 ° sopsättning, men vingeens vridningscentrums längdriktning med svepvinkeln är störst vid låga svepvinklar . För att hålla denna längsgående resa så liten som möjligt är det vanliga området av svepvinklar oftast mellan ca 20 och 70 °.

• F-111 : 16 ° - 72,5 °, topphastighet Mach 2.5
• F-14 : 20 ° - 68 ° (i flygning), topphastighet Mach 2.34
• MiG-23 : 16 ° - 72 °, topphastighet Mach 2.32
• Su-24 : 16 ° - 69 °, topphastighet Mach 1.35
• Tu-160 : 20 ° - 65 °, topphastighet Mach 2.05
• Panavia Tornado : 25 ° - 67 °, topphastighet Mach 2.2
• B-1A : 15 ° - 67,5 °, topphastighet Mach 2.22

Men det finns mer att svepa vingar:

Den största fördelen för B-1B och Tornado (som båda var tvungna att tränga in i luftförsvaret vid låg höjd) är den nedre lyftningshöjden på en svepad vinge, i kombination med högvingeladdningen av en svängvingsdesign. Detta innebär mycket bättre körkvaliteter i turbulent luft. Om planet träffar en uppdrag vid hög hastighet och i luften med hög densitet nära marken, är höjningsökningen enorm om vingen är ovävad. Sopa det minskar höjdsökningen med cosinusen av svepvinkeln, och en vass som skulle ha producerat 4 g med den ovävda vingen producerar endast 2 g med 60 ° svep. Denna effekt ökar ytterligare med förändringen i vingspänningen, vilket kommer att minska belastningsfaktorn ännu mer.

Den andra fördelen är möjligheten att använda höglyftanordningar på vingen. Bakkanten kommer fram och ut för landningskonfigurationen, så flikarnas stigande ögonblick kan styras av hissen och mer luft kan användas för lyftproduktion. Bakkantklaffarna på en deltavinge (som i grunden är den svåra tillbaka konfigurationen) å andra sidan fungerar inte bra alls. Detta är till hjälp både för landning på en transportör och för att ta fart för ett långvarigt bombningsuppdrag.

Problemet är inte bara hissen skapad utan även dragningen. Vid hög hastighet transonic och hypersonic är draget skapat av raka vingar mycket större än draget som skapats av svepade vingar (eller ännu bättre genom deltavingar). Detta beror främst på det faktum att på grund av svepvinkeln är det effektiva Mach-talet det vinkelrät mot vings främre kant lägre än flygplanets Mach-nummer. Detta bidrar mycket till att minska dragningen på grund av chocks och därmed upprätthålla mycket hög hastighet med inte för mycket drag och därigenom drivkraften. Hittills så bra, men ...

Delta vingar och i mindre grad svepade vingar med låg hastighet närvarande som kallas ett spetsigt flöde. Detta är det faktum att flödet trycks i splinesriktningen från roten till spetsen. Detta ökar flödesavståndet över vingen och därmed gränskiktets tjocklek vid bakkanten (jämfört med raka vingar). Detta har omedelbar effekt att sänka stallvinkeln eller åtminstone vinkeln vid vilken den första separationen visas. Detta minskar också den lyft som genereras när flygplanet flyger vid en obetydlig angreppsvinkel. Detta är särskilt fallet för landning och landning där de raka vingarna ger bättre prestanda.

Att hålla luftfartyget i luften med en mindre angreppsvinkel innebär att flyga snabbare och det är uppenbarligen inte letat efter start och landning. Det är därför det är fördelaktigt att använda variabla svepade vingar för några militära flygplan som behöver ta av eller landa på korta avstånd och behöver sedan en mindre start och landningshastighet.