Внешний хвост

Внешний хвост — это тип хвоста или оперения самолета , который разделен на две части, каждая половина установлена на короткой балке сразу за и снаружи каждого конца крыла. Он включает в себя внешние горизонтальные стабилизаторы ( OHS ) и может включать или не включать дополнительные вертикальные стабилизаторы (кили) , установленные на балке . Конструкции OHS иногда описываются как форма самолета без хвоста .

Внешние хвостовые поверхности расположены таким образом, что они конструктивно взаимодействуют с вихрями на законцовках крыла, что значительно снижает сопротивление, не вызывая при этом чрезмерных структурных или управляемых трудностей.

Характеристики

Внешний хвост расположен снаружи основных законцовок крыла. Хотя иногда его называют бесхвостым , конфигурация внешнего хвоста отличается от крыла без хвоста тем, что горизонтальный стабилизатор отделен от основной поверхности крыла, обычно отнесен дальше назад и требует короткой стрелы для его поддержки. Если крыло стреловидное, то стрела может быть очень короткой, а передняя часть хвоста может перекрывать заднюю часть крыла. Хвост состоит из внешних горизонтальных стабилизаторов (OHS) и может включать или не включать дополнительные вертикальные стабилизаторы (плавники), установленные на стреле.

Обычный конец крыла создает значительный вихревой след из-за восходящего потока воздуха, который обтекает его снизу и затем движется внутрь к области низкого давления над поверхностью крыла. Эти вихри могут уносить значительное количество энергии, тем самым увеличивая сопротивление.

В конфигурации внешнего хвостового оперения поверхности хвостового оперения расположены таким образом, что они конструктивно взаимодействуют с восходящим потоком воздуха за законцовками крыла и, при тщательном проектировании, могут значительно снизить сопротивление, чтобы повысить эффективность, не снижая при этом качества управляемости или не увеличивая чрезмерно структурные нагрузки на крыло. ^[1]^[2]

По сравнению с бесхвостым стреловидным крылом аналогичного общего размаха, внешний хвост имеет больший плечо момента, чем если бы он был прикреплен непосредственно к крылу, в то время как крыло не должно иметь такую резкую стреловидность, чтобы иметь нежелательные побочные эффекты. ^[3]

Внешние рули высоты также могут использоваться в качестве вторичных элеронов, увеличивая эффективную зону управления. Это уменьшает изменение нагрузки на крыло во время критических маневров, таких как посадка, и позволяет увеличить проектную нагрузку на крыло. Это, в свою очередь, позволяет увеличить запасы безопасности при посадке. ^[3]

Вертикальные хвостовые плавники традиционно обеспечивают курсовую устойчивость и контроль. В конфигурации с внешним двигателем они также могут усиливать воздушный поток и способствовать общей эффективности, аналогично винглетам . ^[4]

История

Конфигурация была впервые запатентована в 1942 году французским конструктором Робертом Эме Робером. ^[5] Она была разработана во время Второй мировой войны немецкими конструкторами Рихардом Фогтом и Джорджем Хаагом в Blohm & Voss . Чтобы протестировать предложенную систему управления, Škoda-Kauba адаптировала конструкцию V-6 под названием SK SL6 в 1944 году. ^[6]

Затем Blohm & Voss включила проект в предложение истребителя с толкающим двигателем P 208. Хотя он не был принят, современный анализ показал, что он был бы жизнеспособным. ^[1] B&V продолжила проводить ряд проектных исследований и проектов для похожих реактивных истребителей. ^[7] К ним относились P 209.01 , P 210 и P 212. [ ^8] B&V, наконец, получила заказ на всепогодный истребитель P 215 всего за несколько недель до окончания войны, поэтому он так и не был построен. ^[9]

В конце 1950-х и начале 1960-х годов принципы внешнего хвоста были повторно исследованы инженерами NASA (ранее NACA) в рамках их исследовательской программы по конструкционным конфигурациям для сверхзвукового полета. Они провели анализы и испытания моделей в аэродинамической трубе как на дозвуковых, так и на сверхзвуковых скоростях. ^[10]^[11]^[12]^[13]^[14] Vought изучила компоновку для своего проекта ADAM V/STOL. ^[5]

Дальнейшие обширные исследования проводились Дж. А. Кентфилдом и его коллегами в Университете Калгари , Канада , начиная с 1990-х годов. ^[1]

Берт Рутан из Scaled Composites заинтересовался конфигурацией из-за ее потенциала в качестве стабилизатора с изменяемой геометрией на космическом самолете. Во время входа в атмосферу из космоса хвост вращался вертикально, чтобы стабилизировать самолет, остальная часть которого оставалась горизонтальной, но падала почти вертикально. Его первый прототип, Scaled Composites SpaceShipOne, поднялся в воздух в 2003 году. ^[2] С тех пор он также летал на улучшенном SpaceShipTwo и готовящемся SpaceShip III .

Внешний хвост также рассматривается как естественный партнер концепции FanWing , и модель была поднята в воздух в 2011 году. ^[15]^[16]

Ссылки

Примечания

^ abc Мюллер (2002)
^ ab Darrenougue (2004)
^ ab Pohlmann (1982) стр.181
^ JAC Kentfield; «Поля потоков вокруг хвостов самолетов с внешними горизонтальными стабилизаторами», AIAA 2006-860, 44-я конференция и выставка AIAA по аэрокосмическим наукам , 9–12 января 2006 г.: «Аналогичным образом, когда вертикальные поверхности стабилизатора установлены над хвостовыми опорными балками, поток, создаваемый концевыми вихрями основного самолета, приводит к образованию горизонтальных аэродинамических подъемных сил, действующих, по сути, по направлению к центральной линии самолета, но также наклоненных вперед, тем самым создавая небольшую тягу, которая имеет тенденцию нейтрализовывать индуцированное и фрикционное сопротивление вертикальных поверхностей. Это обычно приводит к небольшой чистой тяге от вертикальных поверхностей».
^ ab Inchbald (2022)
^ Зденек Титц и Ярослав Зазвонил; «Карлики Каубы», Flying Review International , ноябрь 1965 г., стр. 169–172.
^ Полманн (1982)
^ Дэн Шарп; Люфтваффе: Секретные крылья Третьего рейха , Mortons, 2017, стр. 68-73.
^ Полманн (1982), стр.193
^ Уильям С. Слиман; «Предварительное исследование конфигураций самолетов с хвостовыми поверхностями, расположенными за пределами законцовок крыла», RM L58B06, NACA 1958.[1]
^ М. Лерой Спирман и Росс Б. Робинсон; «Аэродинамические характеристики модели самолета с уткой и внешним хвостовым оперением при числе Маха 2,01», RM L58B07, NACA, 1958.[2]
^ Пол Г. Фурнье; «Аэродинамические характеристики модели самолета с уткой и внешним хвостовым оперением на высоких дозвуковых скоростях», TN D-102, NACA 1961.[3]
^ Элфорд, У. Дж., младший, Хаммонд, А. Д. и Хендерсон, У. П.: «Характеристики устойчивости на малых скоростях модели сверхзвукового транспортного самолета со смешанным крылом-корпусом, вспомогательными панелями крыла изменяемой стреловидности, внешними хвостовыми поверхностями и упрощенными устройствами для создания большой подъемной силы», NASA TM X-802, 1963.
^ Корнелиус Драйвер, М. Лерой Спирман и Уильям А. Корлетт, «Аэродинамические характеристики при числах Маха от 1,61 до 2,86 модели сверхзвукового транспортного самолета со смешанным крылом-корпусом, вспомогательными панелями крыла изменяемой стреловидности, внешними поверхностями хвостового оперения и проектным числом Маха 2,2», NASA TM-X-817 (1963).
^ "технология", FanWing. (получено 5 января 2018 г.): " Разработка OHS (внешний горизонтальный стабилизатор). Недавно разработанная конфигурация TwinTail, первоначально предложенная бывшим главным инженером BAE Systems Джорджем Сейфангом, позволяет избежать сильного нисходящего потока непосредственно за крылом и использует восходящий поток от вихрей на концах крыла. Новая конструкция повысила эффективность самолета на 10–15 %, а также улучшила устойчивость по тангажу".
^ "Июль 2011: FanWing Modified TwinTail 2011", Новости , FanWing (получено 5 января 2018 г.): "После двух серий испытаний в аэродинамической трубе и анализа с января по июнь 2011 г. недавно модифицированный прототип TwinTail был впервые испытан в полете 18 июня, а последний раз — 16 июля 2011 г.".

Библиография

Бенджамин Дарренуг; «Конфигурации самолетов с внешними горизонтальными стабилизаторами» (отчет по итоговому проекту), Университет Квинса в Белфасте, 14 мая 2004 г.[4]
Гай Инчбальд; «Внешний край», The Aviation Historian , № 38, 2022. С. 106-118.
Курт В. Мюллер; «Анализ конструкции полубесхвостого самолета» (магистерская диссертация), Военно-морская аспирантура, США, 2002 г.[5]
Герман Польманн; Хроник Эйнес Флюгцойгверкес 1932-1945. B&V - Blohm & Voss Hamburg - HFB Hamburger Flugzeugbau (на немецком языке). Motor Buch Verlag, 2-е впечатление, ISBN 1982 г. 3-87943-624-X .

[muller-1] Мюллер (2002)

[darrenougue-2] Darrenougue (2004)

[pohlmann181-3] Pohlmann (1982) стр.181

[4] JAC Kentfield; «Поля потоков вокруг хвостов самолетов с внешними горизонтальными стабилизаторами», AIAA 2006-860, 44-я конференция и выставка AIAA по аэрокосмическим наукам , 9–12 января 2006 г.: «Аналогичным образом, когда вертикальные поверхности стабилизатора установлены над хвостовыми опорными балками, поток, создаваемый концевыми вихрями основного самолета, приводит к образованию горизонтальных аэродинамических подъемных сил, действующих, по сути, по направлению к центральной линии самолета, но также наклоненных вперед, тем самым создавая небольшую тягу, которая имеет тенденцию нейтрализовывать индуцированное и фрикционное сопротивление вертикальных поверхностей. Это обычно приводит к небольшой чистой тяге от вертикальных поверхностей».

[inch-5] Inchbald (2022)

[6] Зденек Титц и Ярослав Зазвонил; «Карлики Каубы», Flying Review International , ноябрь 1965 г., стр. 169–172.

[Pohlmann-7] Полманн (1982)

[8] Дэн Шарп; Люфтваффе: Секретные крылья Третьего рейха , Mortons, 2017, стр. 68-73.

[9] Полманн (1982), стр.193

[10] Уильям С. Слиман; «Предварительное исследование конфигураций самолетов с хвостовыми поверхностями, расположенными за пределами законцовок крыла», RM L58B06, NACA 1958.[1]

[11] М. Лерой Спирман и Росс Б. Робинсон; «Аэродинамические характеристики модели самолета с уткой и внешним хвостовым оперением при числе Маха 2,01», RM L58B07, NACA, 1958.[2]

[12] Пол Г. Фурнье; «Аэродинамические характеристики модели самолета с уткой и внешним хвостовым оперением на высоких дозвуковых скоростях», TN D-102, NACA 1961.[3]

[13] Элфорд, У. Дж., младший, Хаммонд, А. Д. и Хендерсон, У. П.: «Характеристики устойчивости на малых скоростях модели сверхзвукового транспортного самолета со смешанным крылом-корпусом, вспомогательными панелями крыла изменяемой стреловидности, внешними хвостовыми поверхностями и упрощенными устройствами для создания большой подъемной силы», NASA TM X-802, 1963.

[14] Корнелиус Драйвер, М. Лерой Спирман и Уильям А. Корлетт, «Аэродинамические характеристики при числах Маха от 1,61 до 2,86 модели сверхзвукового транспортного самолета со смешанным крылом-корпусом, вспомогательными панелями крыла изменяемой стреловидности, внешними поверхностями хвостового оперения и проектным числом Маха 2,2», NASA TM-X-817 (1963).

[15] "технология", FanWing. (получено 5 января 2018 г.): " Разработка OHS (внешний горизонтальный стабилизатор). Недавно разработанная конфигурация TwinTail, первоначально предложенная бывшим главным инженером BAE Systems Джорджем Сейфангом, позволяет избежать сильного нисходящего потока непосредственно за крылом и использует восходящий поток от вихрей на концах крыла. Новая конструкция повысила эффективность самолета на 10–15 %, а также улучшила устойчивость по тангажу".

[16] "Июль 2011: FanWing Modified TwinTail 2011", Новости , FanWing (получено 5 января 2018 г.): "После двух серий испытаний в аэродинамической трубе и анализа с января по июнь 2011 г. недавно модифицированный прототип TwinTail был впервые испытан в полете 18 июня, а последний раз — 16 июля 2011 г.".