Klaff (luftfart) - Flap (aeronautics)
En klaff er en high-lift innretning som brukes til å redusere steilehastigheter av et luftfartøy vinge ved en gitt vekt. Klapper er vanligvis montert på vingens bakkant av et fastvinget fly . Klapper brukes for å redusere startavstanden og landingsavstanden. Klapper forårsaker også en økning i drag, slik at de trekkes tilbake når det ikke er nødvendig.
Klaffene som er installert på de fleste fly er flik med delvis spenn; spanwise fra nær vingroten til den indre enden av ailerons . Når delvis spenn klaffer er forlenget de forandre vingespennretningen løftefordelingen langs kantene, ved å forårsake den innenbords halvdel av vingen for å gi en økt andel av heisen, og den utenbords halv til å levere en redusert andel av heisen. Å redusere andelen løft levert av påhengsmotorhalvdelen av vingen er ledsaget av en reduksjon i angrepsvinkelen på påhengsmotoren. Dette er fordelaktig fordi det øker marginen over boden til påhengsmotoren, opprettholder effektiviteten til aileron og reduserer sannsynligheten for asymmetrisk stall og spinning .
Forlengelse av vingeklaffene øker vingens camber eller krumning, og øker maksimal løftekoeffisient eller øvre grense for heisen som en vinge kan generere. Dette gjør det mulig for flyet å generere nødvendig løft ved lavere hastighet, og reduserer minimumshastigheten (kjent som stallhastighet) som flyet trygt vil opprettholde flyturen. Økningen i camber øker også vingemotstanden , noe som kan være gunstig under innflyging og landing, fordi det lar flyet synke i en brattere vinkel. For de fleste flykonfigurasjoner er en nyttig bivirkning av klapputplassering en reduksjon i flyets stigningsvinkel som senker nesen og derved forbedrer pilotens syn på rullebanen over flyets nese under landing. En annen bivirkning, avhengig av klafftype, plassering på vingen og utrullingshastighet under forlengelsen, er imidlertid at klaffene vil føre til at den angitte (eller i forhold til den uendrede flygel) angrepsvinkelen senkes innen kort tid pga. en økning i nese-ned-pitching-øyeblikk som er karakteristisk for alle bakkantsklaffer, så vel som forkant-klaffer, deretter fulgt av en neseheving ( pitch-up ) på grunn av økningen i løft, og dermed skjule pilotens syn på rullebanen hvis det ikke iverksettes handlinger over banen.
Det er mange forskjellige design av klaffer, med det spesifikke valget avhengig av størrelsen, hastigheten og kompleksiteten til flyet de skal brukes på, samt tiden da flyet ble designet. Vanlige klaffer, slissede klaffer og Fowler -klaffer er de vanligste. Krueger klaffer er plassert på vingens forkant og brukes på mange jetfly.
Fowler-, Fairey-Youngman- og Gouge-klaffene øker vingearealet i tillegg til å bytte kamre. Den større løfteflaten reduserer vingebelastningen , og reduserer dermed stopphastigheten ytterligere.
Noen klaffer er montert andre steder. Toppklaffene danner vingens forkant, og når de er satt ut, roterer de ned for å øke vingekammen. De Havilland DH.88 Comet racer hadde klaffer som løp under flykroppen og frem for vingens bakkant. Mange av biplanene i Waco Custom Cabin-serien har klaffene midt på akkorden på undersiden av den øvre vingen.
Driftsprinsipper
Den generelle flyheisligningen demonstrerer disse forholdene:
hvor:
- L er mengden løft produsert,
- er lufttettheten,
- V er flyets sanne lufthastighet eller flyets hastighet i forhold til luften
- S er vingens område
- er løftekoeffisienten , som bestemmes av formen på flygelet som brukes og vinkelen som vingen møter luften (eller angrepsvinkelen).
Her kan det ses at økning av arealet (S) og løftekoeffisienten ( ) gjør at en lignende mengde løft kan genereres ved lavere lufthastighet (V).
Forlengelse av klaffene øker også luftmotstandskoeffisienten . Derfor, for en gitt vekt og hastighet, klaffer øke drag kraft. Klapper øker dragkoeffisienten til et fly på grunn av høyere indusert drag forårsaket av den forvrengte løftefordelingen i vingen med vinger forlenget. Noen klaffer øker vingearealet, og for en gitt hastighet øker dette også den parasittiske dragkomponenten i total drag. Således er klaffene i stor utstrekning i bruk for korte start og landinger ( STOL ).
Klaffer under start
Avhengig av flytypen kan klaffene delvis forlenges for start . Når den brukes under start, bytter klaffene rullebaneavstand for stigningshastighet: bruk av klaffer reduserer bakken, men reduserer også stigningshastigheten. Mengden klaff som brukes ved start er spesifikk for hver type fly, og produsenten vil foreslå grenser og kan indikere en forventet reduksjon i klatrehastigheten. Den Cessna 172S flygehåndbok vanligvis anbefaler 10 ° fliker ved start, særlig når jorden er ujevn eller myk.
Klaffer under landing
Klaffer kan forlenges helt for landing for å gi flyet en lavere stallhastighet, slik at tilnærmingen til landing kan flys saktere, noe som også gjør at flyet kan lande på kortere avstand. Høyere løft og motstand forbundet med fullt utvidede klaffer muliggjør en brattere og langsommere tilnærming til landingsstedet, men pålegger håndteringsvansker i fly med svært lav vingebelastning (dvs. å ha liten vekt og et stort vingeareal). Vind over flylinjen , kjent som sidevind , forårsaker at vindsiden av flyet genererer mer løft og dra, noe som får flyet til å rulle, gapa og kaste av den tiltenkte flybanen, og som et resultat lander mange lette fly med reduserte klaffinnstillinger i sidevind. Videre, når flyet er på bakken, kan klaffene redusere effektiviteten til bremsene siden vingen fremdeles genererer løft og forhindrer hele vekten av flyet fra å hvile på dekkene, og dermed øke stoppavstanden, spesielt i vått eller isete betingelser. Vanligvis vil piloten heve klaffene så snart som mulig for å forhindre at dette skjer.
Manøvreringsklaffer
Noen seilfly bruker ikke bare klaffer når de lander, men også under flyging for å optimalisere vingens kam for den valgte hastigheten. Mens den varmes opp , kan klaffene forlenges delvis for å redusere stallhastigheten, slik at glideren kan flyges saktere og derved redusere synkehastigheten, noe som gjør at glideren kan bruke den stigende luften til termoen mer effektivt, og for å vende inn en mindre sirkel for å utnytte kjernen i det termiske . Ved høyere hastigheter en negativ klaff innstillingen brukes til å redusere nesen ned pitching øyeblikk . Dette reduserer balanseringsbelastningen som kreves på den horisontale stabilisatoren , noe som igjen reduserer trimmotstanden forbundet med å holde glideren i langsgående trim. Negativ klaff kan også brukes under den innledende fasen av en luftfartslansering og på slutten av landingsløpet for å opprettholde bedre kontroll av aileronene .
Som seilfly bruker noen jagerfly som Nakajima Ki-43 også spesielle klaffer for å forbedre manøvrerbarheten under luftkamp, slik at jagerflyet kan skape mer løft med en gitt hastighet, noe som gir mye strammere svinger. Klaffene som brukes for dette må være designet spesielt for å håndtere større påkjenninger, og de fleste klaffene har en maksimal hastighet de kan settes ut med. Kontrolllinje modellfly bygget for presisjon aerobatikkonkurranse har vanligvis en type manøvreringsklaffsystem som beveger dem i motsatt retning til heisene, for å hjelpe til med å stramme radiusen til en manøver.
Klaffspor
Produsert oftest av PH -stål og titan, styrer klaffeskinnene klaffene som ligger på bakkant av et flys vinger. Forlengende klaffer kjører ofte på føringsspor. Når disse løper utenfor vingestrukturen, kan de bli innblandet for å effektivisere dem og beskytte dem mot skade. Noen klaffebaner er designet for å fungere som antisjokklegemer , noe som reduserer motstand forårsaket av lokale soniske sjokkbølger der luftstrømmen blir transonisk ved høye hastigheter.
Skyvporter
Trykklukker eller hull i bakkantklaffene kan være nødvendig for å minimere forstyrrelser mellom motorstrømmen og de utlagte klaffene. I mangel av en innebygd rulle, som gir et gap i mange klaffinstallasjoner, kan det være nødvendig med en modifisert klaffseksjon. Skyvporten på Boeing 757 ble levert av en enkelt slisset klaff mellom innenbordsmotoren og påhengsmotoren med dobbeltspor. Den A320 , A330 , A340 og A380 har ingen innenbords balanseror. Det kreves ingen skyveport i den kontinuerlige, enslitte klaffen. Interferens i go-around-saken mens klaffene fremdeles er fullt utplassert, kan føre til økt motstand som ikke må kompromittere stigningsgradienten.
Typer klaff
.png)
Vanlig klaff
Den bakre delen av profilen roterer nedover på et enkelt hengsel montert foran på klaffen. Den kongelige Aircraft Factory og National Physical Laboratory i Storbritannia testet klaffer i 1913 og 1914, men disse ble aldri installert i en faktisk fly. I 1916 foretok Fairey Aviation Company en rekke forbedringer av en Sopwith Baby de bygde om, inkludert Patent Camber Changing Gear, noe som gjorde Fairey Hamble Baby da de omdøpte det til det første flyet som fløy med klaffer. Dette var vanlige klaffer med full spenn som inneholdt ailerons, noe som gjorde det også til den første forekomsten av flaperons. Fairey var imidlertid ikke alene, ettersom Breguet snart innlemmet automatiske klaffer i den nedre fløyen på deres Breguet 14 rekognosering/bombefly i 1917. På grunn av den større effektiviteten til andre klaffetyper, brukes vanlig klaff normalt bare der det kreves enkelhet.
Delt klaff
Den bakre delen av den nedre overflaten av profilen henges nedover fra klaffens forkant, mens den øvre overflaten forblir ubevegelig. Dette kan forårsake store endringer i langsgående trim, slik at nesen stikker enten ned eller opp. Ved full nedbøyning fungerer en delt klaff omtrent som en spoiler, noe som øker dragkoeffisienten betydelig. Det gir også litt for å løfte koeffisienten. Det ble oppfunnet av Orville Wright og James MH Jacobs i 1920, men ble først vanlig på 1930 -tallet og ble deretter raskt erstattet. Den Douglas DC-1 (progenitor til DC-3 og C-47) var en av de første av mange typer fly til bruk bladene.
Slisset klaff
Et gap mellom klaffen og vingen tvinger høyt trykkluft fra under vingen over klaffen som hjelper luftstrømmen til å forbli festet til klaffen, noe som øker løftet sammenlignet med en delt klaff. I tillegg økes løft over hele akkordet til den primære flygebladet kraftig når hastigheten på luften som forlater bakkanten stiger, fra den typiske ikke-klaffen 80% av fristrømmen, til luften med høyere hastighet og lavere trykk. rundt forkanten av slisseklaffen. Enhver klaff som tillater luft å passere mellom vingen og klaffen regnes som en slisset klaff. Slisseklaffen var et resultat av forskning på Handley-Page , en variant av sporet som er fra 1920-tallet, men ble ikke mye brukt før mye senere. Noen klaffer bruker flere spor for å øke effekten ytterligere.
Fowler -klaff
En delt klaff som glir bakover, før den henges nedover, og derved øker den første akkorden, deretter camber. Klaffen kan utgjøre en del av vingens øvre overflate, som en vanlig klaff, eller den kan ikke, som en splittet klaff, men den må gli bakover før den senkes. Som en definerende funksjon - skiller den fra Gouge -klaffen - gir den alltid en sporeffekt. Oppfunnet av Harlan D. Fowler i 1924, og testet av Fred Weick ved NACA i 1932. De ble først brukt på Martin 146 -prototypen i 1935, og i produksjon på Lockheed Super Electra fra 1937 , og er fremdeles i utbredt bruk på moderne fly , ofte med flere spor.
Junkers klaff
En slisset vanlig klaff festet under vingens bakkant, og roterer rundt den fremre kanten. Når den ikke er i bruk, har den mer drag enn andre typer, men er mer effektiv til å skape ekstra løft enn en vanlig eller delt klaff, samtidig som den beholder sin mekaniske enkelhet. Oppfunnet av Otto Mader på Junkers på slutten av 1920 -tallet, ble de oftest sett på Junkers Ju 52 og Junkers Ju 87 Stuka , selv om den samme grunnleggende designen også finnes på mange moderne ultralights, som Denney Kitfox . Denne typen klaff blir noen ganger referert til som en ekstern skive.
Gouge klaff
En type splittet klaff som glir bakover langs buede spor som tvinger bakkanten nedover, øker akkord og camber uten å påvirke trim eller krever ytterligere mekanismer. Den ble oppfunnet av Arthur Gouge for Short Brothers i 1936 og ble brukt på Short Empire og Sunderland flybåter, som brukte den veldig tykke Shorts AD5 flyfolien. Short Brothers kan ha vært det eneste selskapet som brukte denne typen.
Fairey-Youngman klaff
Faller ned (blir en Junkers -klaff) før du skyver akter og deretter roterer opp eller ned. Fairey var en av få eksponenter for dette designet, som ble brukt på Fairey Firefly og Fairey Barracuda . Når den er i utvidet posisjon, kan den vinkles opp (til en negativ forekomstvinkel) slik at flyet kan dykkes vertikalt uten at det er behov for overdrevne trimendringer.
Zap -klaff
Vanligvis, men feil, kalt Zapp -klaffen, ble den oppfunnet av Edward F. Zaparka mens han var sammen med Berliner/Joyce og testet på en General Airplanes Corporation Aristocrat i 1932 og på andre typer med jevne mellomrom deretter, men den så liten bruk på produksjonsfly annet enn på Northrop P-61 Black Widow . Kanten på klaffen er montert på et spor, mens et punkt på midten av akkorden på klaffen er koblet via en arm til en sving like over sporet. Når klaffens forkant beveger seg akter langs sporet, blir trekanten dannet av sporet, akselen og overflaten på klaffen (festet ved svinget) smalere og dypere, og tvinger klaffen ned.
Krueger klaff
En hengslet klaff som brettes ut under vingens forkant uten å utgjøre en del av vingens forkant når den trekkes tilbake. Dette øker vingen og tykkelsen på vingen, noe som igjen øker løft og dra. Dette er ikke det samme som en forkanthengeklaff, ettersom den dannes fra hele forkanten. Krueger -klaffer ble oppfunnet av Werner Krüger i 1943 og evaluert i Goettingen, og finnes på mange moderne feide vingefly.
Gurney klaff
En liten fast vinkelrett flik på mellom 1 og 2% av vingekordet, montert på høytrykkssiden av bakkant av et flygel. Den ble oppkalt etter racerbilføreren Dan Gurney som gjenoppdaget den i 1971, og har siden blitt brukt på noen helikoptre som Sikorsky S-76B for å rette opp kontrollproblemer uten å måtte ty til en større redesign. Det øker effektiviteten til og med grunnleggende teoretiske flyger (består av en trekant og en sirkel overlappet) til ekvivalent med en konvensjonell flygel. Prinsippet ble oppdaget på 1930 -tallet, men ble sjelden brukt og ble deretter glemt. Sene merker av Supermarine Spitfire brukte en perle på baksiden av heisene, som fungerte på lignende måte.
Forkantsklaff
Hele vingens forkant roterer nedover, øker effektivt camber og reduserer også akkord. Vanligvis funnet på jagerfly med veldig tynne vinger som ikke er egnet for andre høye løfteanordninger.
Blåst klaff
En type grenselagskontrollsystem, blåste klaffer passerer motorgenerert luft eller eksos over klaffene for å øke løftet utover det som er mulig med mekaniske klaffer. Typer inkluderer originalen (innvendig blåst klaff) som blåser trykkluft fra motoren over toppen av klaffen, den eksternt blåste klaffen, som blåser motorens eksos over klappens øvre og nedre overflater, og øvre overflate som blåser motorens eksos over toppen av vingen og klaffen. Mens testingen ble utført i Storbritannia og Tyskland før andre verdenskrig , og flyforsøk startet, var det første produksjonsflyet med blåste klaffer først på Lockheed T2V SeaStar fra 1957 . Upper Surface Blowing ble brukt på Boeing YC-14 i 1976.
Fleksibel klaff
Også kjent som FlexFoil . En moderne tolkning av vingeformede, interne mekaniske aktuatorer bøyer et gitter som forandrer bølgeformens form. Den kan ha en fleksibel spalteforsegling ved overgangen mellom faste og fleksible flyger.
Flaperon
En type flykontrolloverflate som kombinerer funksjonene til både klaffer og ailerons .
Kontinuerlig bakkantsklaff
Fra 2014 utviklet US Army Research Laboratory (ARL) -forskere ved NASAs Langley Research Center et aktivt klaffdesign for helikopterrotorblad. Continuous Trailing-Edge Flap (CTEF) bruker komponenter til å skifte bladkammer under flyging, og eliminerer mekaniske hengsler for å forbedre systemets pålitelighet. Prototyper ble konstruert for vindtunneltesting.
Et team fra ARL fullførte en live-fire-test av et rotorblad med individuell bladkontrollteknologi i januar 2016. Live-brannforsøkene utforsket den ballistiske sårbarheten til bladkontrollteknologier. Forskere avfyrte tre skudd som var representative for typisk grunnbrann på en 7-fots, 10-tommers akkordrotorbladseksjon med en 4 fot lang CTEF ved ARLs Airbase Experimental Facility.
Relaterte enheter
- Slangene og sporene i forkanten er montert på toppen av vingens forkant, og selv om de kan være enten faste eller uttrekkbare, gir de en spalte eller et hull under lamellen for å tvinge luft mot toppen av vingen, som er fraværende på en Krueger -klaff. De tilbyr utmerket løft og forbedrer kontrollen ved lave hastigheter. Slangene i forkant lar vingen fly i en høyere angrepsvinkel som reduserer start- og landingsavstander. Andre typer klaff kan være utstyrt med ett eller flere spor for å øke effektiviteten, et typisk oppsett på mange moderne fly. Disse er kjent som slissede klaffer som beskrevet ovenfor. Frederick Handley Page eksperimenterte med spilleautomat for og bak på 20- og 30 -tallet.
- Spoilere er ment å skape drag og redusere løft ved å "ødelegge" luftstrømmen over vingen. En spoiler er mye større enn en Gurney -klaff, og kan trekkes tilbake. Spoilere er vanligvis installert midt på akkorden på vingens øvre overflate, men kan også installeres på vingens nedre overflate.
- Luftbremser brukes for å øke motstanden, slik at flyet kan bremse raskt. Når de er installert på vingene, skiller de seg fra klaffer og spoilere ved at de ikke er ment å modifisere heisen og er bygget sterkt nok til å kunne settes ut med mye høyere hastigheter.
- Ailerons ligner klaffer (og fungerer på samme måte), men er ment å gi sidekontroll, i stedet for å endre løfteegenskapene til begge vingene sammen, og fungerer så differensielt - når en aileron på en vinge øker heisen, det motsatte aileron ikke, og vil ofte arbeide for å redusere løft. Når ailerons er designet for å senke i forbindelse med klaffer, kalles de vanligvis flaperons , mens de som ødelegger løft (vanligvis plassert på den øvre overflaten før bakkanten) kalles de spoilerons .
Vanlig klaff ved full nedbøyning.
Delt klaff på en bombefly fra andre verdenskrig
Dobbeltslissede Fowler -klaffer forlenget for landing
Krueger-klaffer og trippel-slotted bakkantsklaffer på en Boeing 747 forlenget for landing
Junkers klaffer, dobling som ailerons .
Se også
- Luftbrems (luftfart)
- Flykontrollsystem for fly
- Aileron
- Karosseriklaffer , en type aerosurf-overflater med høyt drag som er designet for svært høy angrepsvinkel nedstigning av rakettdrevne kjøretøyer, spesielt brukt under atmosfærisk innkjøring av romfartøyer. Kroppsflapper blir designet for å blø av så mye kinetisk og potensiell energi som mulig under en nesten vertikal nedstigning gjennom atmosfæren.
- Sirkulasjonskontrollvinge
- Høyløftende enhet
- Spissliste
Referanser
Bibliografi
- Clancy, LJ (1975). "6". Aerodynamikk . London: Pitman Publishing Limited. ISBN 978-0-273-01120-0.
- Gunston, Bill, The Cambridge Aerospace Dictionary Cambridge, Cambridge University Press 2004, ISBN 978-0-521-84140-5 / ISBN 0-521-84140-2
- Windrow, Martin C. og René J. Francillon. Nakajima Ki-43 Hayabusa . Leatherhead, Surrey, Storbritannia: Profile Publications, 1965.