Clark Y-14 날개 성능: 고양력 장치 (플랩 및 슬랫) 적용

이륙 및 착륙 시 비행기의 속도가 상대적으로 낮습니다. 충분한 리프트를 생성하려면 날개 영역을 늘리거나 날개의 앞면및 후행 가장자리에서 익형 모양을 변경해야 합니다. 이렇게 하려면 슬랫이 앞가장자리에 사용되며 플랩은 후행 가장자리에 사용됩니다. 플랩과 칸막이는 날개 안팎으로 이동할 수 있습니다. 플랩과 칸막이를 배포하면 두 가지 효과가 있습니다. 날개 면적과 익선 포일의 유효 캠버를 증가시면 리프트가 증가합니다. 또한 플랩과 칸막이의 배치도 항공기의 드래그오브를 증가시킵니다. 그림 2는 플랩과 칸막이가 있는 날개의 크루즈, 이륙 및 착륙 구성을 보여줍니다.

그림 2. 다양한 날개 플랩 및 슬랫 구성.

비행 중 비행기날개는 그림 3(a)에 표시된 것처럼 공기역학적 힘과 순간을 지속적으로 받습니다. 결과 힘, R은 두 개의 구성 요소로 분해될 수 있다. 일반적으로 한 구성 요소는 드래그, D라고하는 far 스트림 속도, V_∞방향을 따라 있고 다른 구성 요소는 리프트, L이라고하는 방향에 수직입니다.

순간, M,비행기의 코를 위 또는 아래로 이동, 따라서, 그것은 피칭 순간이라고합니다. 풍동 테스트에서 정상 및 축력은 일반적으로 직접 측정됩니다. 정상, N및 축력, A는도 3(b)에 도시된 바와 같이 공격, α 의 각도를 들어 올리고 드래그하는 것과 관련이 있다. 공격 각도는 극류 속도 방향과 날개 익일의 화음 사이의 각도로 정의됩니다.

그림 3(a). 그 결과 공기역학적 힘과 모멘트.

그림 3(b). 결과력의 분해, R.

두 힘 쌍은 다음과 같이 표현될 수도 있습니다.

α 공격 각도인 곳입니다.

날개의 비차원 리프트 계수 C_L은다음과 같이 정의됩니다.

L이 리프트인 경우 자유 스트림 밀도, _∞,공기 속도, V _∞및 S에 기반한 동적 압력은 날개의 기준 영역입니다.

마찬가지로 날개의 비차원 드래그 계수는 다음과 같이 정의됩니다.

리프트와 드래그의 결과 공기역학적 힘은 압력의 중심이라고 하는 날개(또는 익포일)의 지점에 위치합니다. 그러나 압력 중심의 위치는 고정된 위치가 아니라 공격 각도에 따라 이동합니다. 따라서 모든 힘과 모멘트를 약 쿼터 코드 포인트(앞가장자리로부터 코드 길이의 거리 1/4)로 이동하는 것이 편리합니다. 이것은 쿼터 코드, M C_{/ 4에}대한 피칭 순간이라고합니다.

그림 4. 쿼터 코드에 대한 피칭 순간.

피칭 모멘트 계수, C_{M, c/4,}약 쿼터 코드로 정의됩니다.

M_c/4는 쿼터 코드에 대한 피칭 순간이며, C는 날개의 코드 길이입니다.

날개 성능은 다음과 같이 정의된 레이놀즈 번호 Re에의존합니다.

매개 변수μ 유체의 동적 점도입니다.

이 데모에서는 그림 4와 같이 간단한 플랩과 간단한 칸막이가 있는 Clark Y-14 날개의 성능이 풍동에서 평가됩니다. 날개는 도 5에 도시된 쏘는 밸런스라는 장치에 설치되어 정상 힘, N및 축력, A를측정한다.

그림 5. 플랩과 칸막이가 있는 클라크 Y-14 날개.

클린 윙 구성의 결과는 표 1에 표시됩니다. 그림 6 - 8은 네 가지 구성 모두에 대해 공격 각도, α 세 계수를 모두 보여줍니다. 그림 6에서 플랩과 슬랫모두 리프트 계수를 향상시켰지만 다른 방식으로 향상되었습니다. 깨끗한 날개와 슬랫 리프트 곡선을 비교하면 두 곡선이 낮은 공격 각도에서 거의 겹칩니다. 클린 윙 리프트 곡선은 12°에서 약 0.9로 정점을 찍었지만 슬랫 곡선은 계속 1로 상승합니다. 18°에서 4. 이는 칸막이를 사용하여 리프트를 늘릴 수 있음을 나타냅니다. 깨끗한 날개와 플랩 리프트 곡선을 비교할 때 플랩은 공격 범위전체의 리프트를 증가시킵니다. 그리고 칸막이와 플랩이 동시에 배포되면 효과가 누적되고 최대 리프트가 더욱 높아지립니다.

도 7의 각 구성에 대한 드래그 계수를 비교할 때 플랩과 슬랫을 모두 배포할 때 드래그 계수가 크게 증가합니다. 마지막으로, 그림 8에 나타난 바와 같이, 플랩이 전개될 때 피칭 모멘트 계수가 부정적인 정권으로 들어간다. 즉, 압력 중심이 플랩이 배치된 후행 가장자리쪽으로 이동합니다.

표 1. 클린 윙 구성에 대한 실험 결과.

공격 각도(°)	리프트 계수, CL	드래그 계수, CD	피칭 모멘트 계수,CM,c/4
-8	-0.022	0.015	-0.129
-6	-0.029	0.014	-0.059
-4	0.096	0.016	-0.059
-2	0.208	0.011	-0.054
0	0.353	0.006	-0.065
2	0.460	0.004	-0.053
4	0.548	0.032	-0.051
6	0.708	0.015	-0.062
8	0.789	0.025	-0.061
10	0.849	0.031	-0.061
12	0.873	0.045	-0.056
14	0.856	0.058	-0.089
16	0.803	0.080	-0.125
18	0.803	0.092	-0.128

그림 6. 계수를 공격 각도, α 들어올립니다.

그림 7. 계수를 공격 각도, α 드래그합니다.

그림 8. 피칭 모멘트 계수 vs 공격 각도, α.

표 2. 계산에 사용되는 매개 변수입니다.

매개 변수	값
공기 밀도, θ	0.00230 슬러그/피트3
수밀도, θL	1.935 슬러그/피트3
중력 가속, g	32.17 피트/s2
점도, m	3.79 x 10-7 lbf s/ft2
프리 스트림 공기 속도, V∞	60 mph
레이놀즈 번호, Re	1.56 x 105
코드 길이, c	3.5 에서
날개 영역, S	35 in2

플랩 및 칸막이와 같은 고리프트 장치를 배치하여 리프트 생성을 향상시킬 수 있습니다. 대부분의 비행기에는 플랩이 장착되어 있으며 모든 상업용 운송 비행기는 플랩과 칸막이를 모두 갖추고 있습니다. 항공기 개발 중에 플랩과 칸막이가 있는 날개의 성능을 특성화하는 것이 중요합니다.

이 시연에서는 플랩과 칸타타가 달린 클라크 Y-14 날개가 풍동에서 평가되었다. 힘과 순간 측정은 플랩과 슬랫 배치유무비없이 날개의 리프트, 드래그 및 피칭 모멘트 계수를 결정하기 위해 수집되었습니다. 결과는 플랩과 슬랫을 배포할 때 리프트 계수가 증가한다는 것을 보여줍니다. 그러나, 이것은 또한 드래그와 피칭 순간에 극적인 증가 귀착되었다.