Qual é a maneira de calcular a torção necessária de uma asa voadora?

A torção está intimamente ligada ao ângulo de varredura da asa, à curvatura do perfil aerodinâmico, à relação do cone e ao nível desejado de estabilidade longitudinal estática. Outros fatores são a distribuição e a capacidade de manobra do elevador em sentido horário. Não existe uma fórmula geral simples: no final, a torção, ou, mais precisamente, a curvatura local do reflexo, é a conseqüência de sua seleção dos parâmetros mencionados acima.

fundo

Estabilidade longitudinal estática significa que a aeronave retornará ao ângulo de ataque aparado após uma perturbação. Isso é possível produzindo proporcionalmente mais sustentação na parte dianteira da asa do que na parte traseira. Aerofólios reflexos fazem tudo sozinhos e asas voadoras não varridas não precisa de lavagem, mas de um aerofólio reflexo adequado.

As asas voadoras Horten tinham asas altamente cônicas e usavam uma distribuição de elevação em forma de sino ao longo do vão, que produzia uma pequena força descendente nas pontas. Isso ajudou muito a reduzir a guinada adversa e permitiu que eles eliminassem a cauda vertical. Também isso tornou as características da barraca benignas. Essa distribuição de elevação foi alcançada por uma extensa lavagem (tanto quanto 8 °).

Se você adicionar estabilidade pelo controle do computador, a lavagem não será necessária e você poderá usar uma forma elíptica para obter o melhor desempenho. Isso terá, no entanto, características desfavoráveis e precisa de cercas asa quando a asa é varrida. Varredura moderada adiciona estabilidade e amortecimento, mas acima de uma combinação crítica de proporção e ângulo de varredura, é difícil obter características satisfatórias de travamento.

Ângulo crítico de varredura para asas varridas, do capítulo 16 de S. Hoerner Elevação dinâmica de fluidos. Muita razão de aspecto e varredura resultarão em uma forte afinação quando a asa parar.

Ao adicionar um acorde na asa externa, você pode distorcer a incidência local pela quantidade de acordes adicionados. Isso reduzirá o coeficiente de elevação local e produzirá reservas no estol, o que melhorará muito as características do estol. Karl Nickel publicou um método para calcular a forma de planta ideal para uma dada estabilidade estática com distribuição de elevação quase elíptica em uma ampla faixa de velocidades. A chave é sua percepção de que, ao cortar a asa para um ângulo de ataque específico, o piloto ajustará a lavagem local movendo o elevons à direita. Idealmente, a asa usa vários elevons com aumento da deflexão da guarnição em direção à ponta da asa. (Por "aparar" Não me refiro apenas à redução das forças do braço, mas também ao ajuste da sustentação local para cancelar qualquer momento de arremesso.)

Observe que agora a forma de plano está fortemente acoplada à margem estática e, consequentemente, à localização do centro de gravidade (cg). Voar com uma localização mais avançada de cg do que o ideal significa mais ângulos de deflexão de elevação negativos e menor elevação local nas pontas do que o ideal e vice-versa.

O planador de asas voadoras SB-13 usa essa técnica e possui uma taxa de conicidade (razão entre a ponta e o acorde raiz) de 0.8. Ele usa dois elevadores sobre o 50% externo do vão, cuja parte interna viaja 1 / 3 da deflexão de compensação do elevador externo. A torção é zero para a metade interna da asa, muda de 0 ° para -1.5 ° na seção 0.15 m em que o aerofólio raiz (HQ 34 N) muda para o aerofólio da ponta (HQ 36 K) para ajustar a diferença de ângulo de elevação zero e aumenta novamente linearmente em direção à ponta para + 0.5 ° (espero ter acertado esses detalhes, digitando tudo isso na memória). A lavagem negativa foi escolhida para permitir que os elevadores tivessem o 4 ° torcer-se, portanto, em suma (asa fixa e elevons), a asa apresentava torção crescente em direção às pontas. Em vôo, os elevons sempre terão uma deflexão ligeiramente negativa, portanto a lavagem efetiva é ainda mais forte.

SB-13 em vôo (foto fonte)

Para responder suas perguntas diretamente:

Is (a) twist needed?

Não necessariamente. Uma asa voadora não varrida não se beneficia muito com a torção. Isso ajudará apenas a adicionar uma margem de estol nas dicas. Uma asa voadora com varredura positiva também pode escapar sem torção se o aerofólio for alterado ao longo do período, de curvatura positiva na raiz para curvatura negativa na ponta. Se o mesmo perfil aerodinâmico for usado durante todo o período, é necessária uma curvatura de torção / reflexo e não pode ser evitada assim que o CG estiver à frente do ponto neutro: resultará do corte da asa no ângulo de ataque desejado.

How do I to calculate it?

1. Selecione sua margem estática desejada.
2. Selecione a distribuição de elevação desejada ao longo do intervalo. Uma distribuição elíptica resultará no menor arrasto induzido e uma distribuição em forma de sino proporcionará melhor manobrabilidade.
3. Selecione a forma de plano que resulta na distribuição de elevação desejada quando as alterações de compensação sobre a velocidade são consideradas. Use vários elevadores ao longo do intervalo para poder ajustar a incidência local independentemente.
4. A torção é uma conseqüência necessária do corte da aeronave.

A torção da asa (lavagem das asas traseiras varridas) ajuda na velocidade e na estabilidade de estol.

Considere um normal aeronaves - ou seja, as que possuem cauda (estabilizador horizontal) - nesse caso, a asa produz uma força para cima, enquanto a cauda produz uma força para baixo. Aqui, à medida que o nariz diminui, a velocidade aumenta e a sustentação produzida pela asa principal significa que o nariz se eleva novamente. O oposto acontece quando o nariz sobe - a velocidade diminui e, à medida que a velocidade do ar diminui, o nariz cai (como a elevação agora é menor). Como a asa tem uma incidência mais alta em comparação com a cauda, ​​ela pára primeiro, e o estabilizador (que ainda está produzindo sustentação) lança o nariz para baixo, tirando-o da cabine.

Como não há estabilizador horizontal no caso de aeronaves sem cauda, ​​esses efeitos devem ser incorporados à própria asa. Uma maneira de fazer isso é fazer uma lavagem - com uma asa varrida com a área externa em uma incidência menor que a seção interna (raiz).

Nesse caso, à medida que a velocidade aumenta, a parte frontal da asa (próxima à raiz da asa varrida) produz mais sustentação à medida que a velocidade aumenta, levantando o nariz. O oposto acontece quando a velocidade diminui - o nariz diminui à medida que o elevador diminui com a perda de velocidade no ar.

À medida que a aeronave se aproxima do estol, a seção interna (em um ângulo de ataque mais alto) para primeiro, enquanto a seção externa, que fica na parte traseira (devido à varredura da asa), faz com que o nariz caia, fazendo com que a aeronave saia de baia. A vantagem adicional é que as superfícies de controle ainda estão funcionais.

O mesmo efeito pode ser obtido usando um aerofólio reflexo e uma asa não varrida, com a porção refletida atuando como cauda.

Não há necessidade de usar torção em uma aeronave de asa voadora IF o perfil escolhido já está refletido. O uso da torção gerará um envelope de velocidade ideal muito reduzido e criará também um movimento phugoid longitudinal repetitivo (normalmente durando em intervalos de segundos 7, em embarcações de tamanho normal), semelhante ao embotamento em embarcações. Um bom perfil refletido ou uma série pertinente de perfis que mudam progressivamente da raiz para a ponta terão um desempenho melhor. A idéia básica é ter um perfil em que a posição do Cm não seja excessivamente alterada com as mudanças de AoI (ou AoA quando em vôo).