Aerodinamica

La superficie de sustentación supercrítica

Una superficie de sustentación se considero no convencional cuando se probó en la década de 1970 por la NASA en el Dryden Flight Research Center, está reconocido universalmente por la industria de la aviación como un diseño de ala que incrementa la eficiencia de vuelo y ayuda a reducir los costos de combustible.

Llamado de la superficie de sustentación supercrítica, el diseño ha dado lugar al desarrollo de las alas supercríticas (SCW) ahora se utiliza en todo el mundo en aviones comerciales, aviones y transportes, y numerosos aviones militares.

Alas convencionales se han redondeado en la parte superior y plana en la parte inferior. El SCW es más plana en la parte superior, redondeado en la parte inferior, y el borde superior posterior se acentúa con una curva hacia abajo para restaurar la pérdida de elevación mediante el aplanamiento de la superficie superior.

A velocidades en el rango de transónico - justo por debajo y por encima de la velocidad del sonido - Los retrasos de SCW la formación de la onda de choque supersónica sobre la superficie superior del ala y reduce su resistencia, lo que permite al avión volar más rápido con menos esfuerzo.

Antes de que el programa terminó, los EE.UU. la Fuerza Aérea se asoció con la NASA para un programa conjunto para poner a prueba una SCW diseñado para aviones militares altamente maniobrable. Un F-111, con un ala de geometría variable, fue el avión de pruebas y la investigación básica supercrítico se llevó a cabo entre 1973 y 1975. Los resultados fueron un gran éxito y mostró el ala de pruebas generado hasta ascensor 30% más que el convencional F-111 del ala y el desempeño esperado en todos los ángulos de barrido de derecha. El programa F-111, si bien no se ha traducido en una modernización de SCW para toda la flota de F-111, se producen datos que están disponibles para la industria aeroespacial para el desarrollo de las futuras aeronaves.

Beneficios supercríticos

Cuando un avión con un ala convencional se acerca a una velocidad del sonido (Mach 1), el aire fluye a través de la parte superior del ala se mueve más rápidamente y se convierte en supersónico. Esto crea una onda de choque sobre la superficie superior del ala, aunque la aeronave, como un todo, no ha excedido de Mach 1. La aeronave, en este punto, está volando en lo que se denomina la velocidad crítica. La onda de choque provoca que el flujo suave de aire abrazando superficie superior del ala (la capa límite) a separarse de la banda y crear turbulencia. Separados por capas límite son como estelas detrás de un barco - el aire es disminuir en las vibraciones de velocidad y la causa. En raras ocasiones, los aviones se han convertido en incontrolables debido a la separación de la capa límite.

Alas supercríticos tienen un piso-on-top "al revés" mirada. Como el aire se mueve en la parte superior de una SCW no acelerar tanto como sobre una superficie superior curvada. Esto retrasa el comienzo de la onda de choque y también reduce la resistencia aerodinámica asociadas con la separación de la capa límite. Levante que se pierde con menos curvatura en la superficie superior del ala se recuperó mediante la adición de más curvatura al borde superior trasero. Ahora el avión puede volar a una velocidad subsónica alta y fácilmente volar en el rango supercrítico. Y con menos resistencia, la aeronave está usando menos combustible de lo que debería consumir.

Las altas velocidades de crucero subsónico y menos fricción se traduce en aviones y jets de negocios para llegar a su destino más rápido con menos combustible, y pueden volar más lejos - los factores que ayudan a mantener el costo de los boletos de pasajeros y carga aérea hacia abajo.

De dos años de la NASA vuelo de SCW programa de pruebas entre 1971 y 1973 fundamentadas predicciones de una mejor eficiencia de vuelo y la reducción de los costos de operación en un momento en alza de los precios del combustible afectó a la industria de la aviación duro.

Los datos de prueba demostró que el SCW en el F-8 aviones de pruebas ha aumentado su eficacia hasta en un 15%. Resultados de la prueba, una vez calculado, predijo que aviones con SCWS se daría cuenta de un aumento de 2,5% en las utilidades de operación de las aeronaves de alas convencionales. Para una compañía aérea con una flota de 280 aviones plano de la, cada uno con 200 asientos, esto representaba el 78 $ millones de dólares anuales en 1974 dólares.

Otros cálculos indican que la ganancia neta de las compañías aéreas de todo el mundo sería casi la mitad de mil millones de dólares - todo se debe al ahorro de combustible de la superficie de sustentación supercrítica.

Rockwell, Canadair, y Lear se encuentran entre las primeras firmas comerciales para aplicar la tecnología a su negocio SCW-tamaño de la aeronave en los Estados Unidos y en Europa era de Dassault, también un constructor de aviones de negocios.

Tecnología de ala supercrítica se ha incorporado en los diseños de los negocios comerciales, y las aeronaves militares en todo el mundo. Estos incluyen el avión de pasajeros 777, C-17 de transporte de la Fuerza Aérea, y el AV-8B Harrier construido por Boeing. Otros utilizan la tecnología de SCW llevan los nombres de las empresas de Bombardier, Lear, Challenger, Galaxy, Raytheon, Gulfstream, Cessna, Falcon, Airbus Industries, Dassault-Dornier-Brequet, e Industrias Aeronáuticas de Israel.

Boeing 757 y 767 jetliners, y la nueva generación de aviones 737, también tienen alas diseñadas con algún tipo de tecnología aplicada supercrítico.

Varios aviones militares en las etapas de prueba y desarrollo se están construyendo con tecnología de SCW. Entre ellos se encuentran el Lockheed-Martin F-22 de combate de tecnología avanzada, y los dos aviones que serán considerados para los EE.UU. militares contrato de producción Joint Strike Fighter, el. Boeing X-32 y el Lockheed-Martin X-35

Del dibujo a la prueba

El Dr. Richard Whitcomb, un renombrado ingeniero aeronáutico, en Langley, desarrolló el concepto de un ala supercrítica. Fue uno de los muchos ingenieros en la década de 1950 y 60, fascinados por el régimen de velocidad transónico.

La aeronave de investigación X-1 se había convertido en el primero en volar más rápido que la velocidad del sonido (Mach 1) en el año 1947 y eliminar los temores de la llamada de sonido "barrera". Pero todavía queda mucho por aprender sobre el comportamiento del aire justo por debajo y por encima de la velocidad del sonido y las ondas de choque que se forman en la parte superior de las alas.

En la década de 1950, Whitcomb creó la regla de área (cintura de avispa) de diseño que le dio a los aviones supersónicos de la "mirada pellizcado" para reducir la resistencia aerodinámica y aumentar la velocidad transónico sin energía añadida. Luego dirigió su atención a la investigación de diferentes perfiles para debilitar a la onda de choque y reducir la separación de la capa límite. Esto, a su juicio, también mejorar el rendimiento transónico, especialmente para los aviones de transporte.

Whitcomb instintos de ingeniería lo llevó a concentrarse en la "boca abajo" superficie de sustentación, que refinó en los modelos en túneles de viento de Langley. En una serie final de pruebas, un modelo de ala SCW fue arrastrado hacia atrás, el 35% y probado en un túnel de viento a Mach 0,90 - justo debajo de la velocidad del sonido - y generó la resistencia del 5% menos de superficies de sustentación convencionales.

El éxito de túnel de viento Whitcomb y estudios de diseño llevó a la aprobación en febrero de 1969 de un programa de pruebas de vuelo de SCW en Dryden. Un contrato de $ 1.8 millones para construir el ala de pruebas fue otorgado a la División de Aviones de América del Norte de Rockwell International, y el ala completa fue entregada a Dryden en diciembre de 1969.

El avión de prueba fue un cruzado F-8 obtenido de la Marina de los EE.UU.. Era el banco de pruebas SCW ideal, porque el avión estándar de la variable de incidencia del ala fue eliminado con facilidad y el ala de pruebas se puede instalar sin cambios estructurales importantes. El tren de aterrizaje principal también

...