Jordeffekt (aerodynamikk) - Ground effect (aerodynamics)

For fastvingede fly er bakkeeffekten den reduserte aerodynamiske luftmotstanden som et flys vinger genererer når de er nær en fast overflate. Redusert luftmotstand i bakkeeffekt under start kan føre til at flyet "flyter" mens det er under anbefalt stigningshastighet . Piloten kan da fly like over rullebanen mens flyet akselererer i bakkeeffekt til en sikker klatrehastighet er nådd.

For rotorfart resulterer bakkeeffekten i mindre motstand på rotoren under sveving nær bakken. Ved høye vekter lar dette noen ganger rotfarkosten løfte av seg mens den er stasjonær i bakkeeffekt, men lar den ikke overgå til flytur ut av bakkeeffekten. Helikopterpiloter er utstyrt med ytelseskart som viser begrensningene for å sveve helikopteret i bakkeeffekt (IGE) og utenfor bakkeeffekt (OGE). Kartene viser den ekstra løftefordelen produsert av bakkeeffekt.

For viftedrevne og jetdrevne VTOL- fly kan bakkeeffekt når du svever, forårsake sug og fonteneløft på flyrammen og tap av svevkraft hvis motoren suger inn sin egen eksosgass, som er kjent som inntak av varm gass (HGI).

Forklaringer

Fly med faste vinger

Når et fly flyr på eller under omtrent halvparten av flyets vingespenn over bakken eller vannet, oppstår det en ofte merkbar bakkeeffekt. Resultatet er lavere indusert luftmotstand . Dette skyldes primært at bakken eller vannet hindrer dannelsen av vingespissvirvler og forstyrrer nedvask bak vingen.

En vinge genererer løft ved å avbøye den møtende luftmassen (relativ vind) nedover. Den avbøyde eller "vendte" luftstrømmen skaper en resulterende kraft på vingen i motsatt retning (Newtons 3. lov). Den resulterende kraften blir identifisert som løft. Flyr nær en overflate øker lufttrykket på den nedre vingeflaten, med kallenavnet "ram" eller "pute" -effekt, og forbedrer dermed flyets løfte-til-dra-forhold. Jo lavere / nærmere vingen er med hensyn til bakken, jo mer uttalt blir bakkeeffekten. Mens du er i bakkeeffekten, krever vingen en lavere angrepsvinkel for å produsere like mye løft. I vindtunneltester der angrepsvinkelen og lufthastigheten forblir konstant, følger en økning i heisekoeffisienten, som står for den "flytende" effekten. Bakkeeffekten endrer også trykk mot hastighet, hvor redusert indusert motstand krever mindre trykk for å opprettholde samme hastighet.

Lavvingede fly er mer påvirket av bakkeeffekt enn høyvingede fly. På grunn av endringen i oppvask, nedvask og vingespissvirvler kan det være feil i lufthastighetssystemet mens det er i bakkeeffekt på grunn av endringer i det lokale trykket ved den statiske kilden .

Rotorcraft

Når en svevende rotor er nær bakken, reduseres luftens nedadgående strøm gjennom rotoren til null på bakken. Denne tilstanden overføres til skiven gjennom trykkendringer i kjølvannet som reduserer tilstrømningen til rotoren for en gitt skivebelastning, som er rotorkraft for hver kvadratmeter av sitt område. Dette gir en trykkøkning for en bestemt bladhøyde. Alternativt reduseres kraften som kreves for et skyvekraft. For et overbelastet helikopter som bare kan sveve IGE, kan det være mulig å klatre vekk fra bakken ved å oversette til foroverflyging først mens den er i bakkeeffekt. Grunneffekten forsvinner raskt med hastighet, men den induserte kraften avtar også raskt for å tillate en sikker klatring. Noen tidlige underdrevne helikoptre kunne bare sveve nær bakken. Bakkenes effekt er maksimalt over en fast, glatt overflate.

VTOL-fly

Det er to effekter iboende for VTOL-fly som opererer ved IGE med null og lave hastigheter, sugekraft og fonteneheis. En tredje, HGI, kan også gjelde for fastvingede fly på bakken under vindforhold eller under trykkreversoperasjon. Hvor godt, når det gjelder vektløftet, et VTOL-fly svever IGE, avhenger av sugning på flyrammen, fontenehindring på undersiden av skroget og HGI i motoren. Suckdown fungerer mot motorheisen som en nedadgående kraft på flyrammen. Fontene flyt fungerer med motorløftestrålene som en oppadgående kraft. HGI reduserer kraften som genereres av motoren.

Sugdown er et resultat av innblanding av luft rundt fly med heisstråler når du svever. Det forekommer også i fri luft (OGE) som forårsaker tap av løft ved å redusere trykket på undersiden av skroget og vingene. Forbedret medriving skjer når du er nær bakken og gir høyere løftstap. Fonteneheis oppstår når et fly har to eller flere heisstråler. Jetene slår bakken og sprer seg. Der de møtes under skroget blandes de og kan bare bevege seg oppover og treffer undersiden av skroget. Hvor godt deres oppadgående momentum blir avledet sidelengs eller nedover bestemmer heisen. Fontenestrøm følger en buet kroppsdel ​​og holder litt fart i en oppadgående retning, så mindre enn full fonteneheis fanges opp med mindre løfteforbedringsenheter er montert. HGI reduserer motorkraft fordi luften som kommer inn i motoren er varmere enn omgivende.

Tidlige VTOL-eksperimentelle fly opererte fra åpne nett for å kanalisere motorens eksos og forhindre trykkfall fra HGI.

Den Bell X-14 , bygget til forskning tidlig VTOL-teknologi, var ikke i stand til å sveve til suckdown effekter ble redusert ved å heve flyet med lengre landingsutstyr ben. Det måtte også operere fra en forhøyet plattform av perforert stål for å redusere HGI. Den Dassault Mirage IIIV VTOL fly forskning bare noen gang betjenes vertikalt fra et gitter som tillot motorens eksos kanaliseres bort fra fly for å forhindre suckdown og HGI effekter.

Ventrale straker montert med tilbakevirkende kraft på P.1127 forbedret flyt og økt trykk under magen i svevende i lav høyde. Pistoler som er montert i samme stilling, gjorde det samme. Ytterligere utstyr for løftforbedring (LIDS) ble utviklet for AV-8B og Harrier II. For å bokse i mageområdet der de løftforsterkende fontene rammer flyet, ble det lagt til streker på undersiden av pistolene, og en hengslet demning kunne senkes for å blokkere gapet mellom de fremre endene av stripene. Dette ga en løftevinst på 1200 lb

Lockheed Martin F-35 Lightning II innvendige dører til våpenbåsen på F-35B er åpne for å fange fontenen som er skapt av motor- og vifteløfter og motsugende IGE.

  • Bell X-14 viser lengre ben på landingsutstyr for å redusere sugingen

  • Dassault Mirage IIIV svever over åpent rutenett

  • Sett fra siden av den første prototypen P.1127 som viser små ventrale strenger for å øke fonteneheisen

  • Harrier GR9 som viser Lift Improvement Devices, store ventrale strakes og en uttrekkbar demning bak nesehjul

  • F-35B viser våpenbrønnens innvendige dører åpne for å fange stigende fontenestrøm

Vingestall i bakkeeffekt

Den fastkjørende angrepsvinkelen er mindre i bakken, omtrent 2-4 grader, enn i fri luft. Når flyten skiller seg, er det en stor økning i luftmotstanden. Hvis flyet overroterer ved start med for lav hastighet, kan økt luftmotstand forhindre at flyet forlater bakken. To de Havilland kometer overstyrte enden av rullebanen etter overrotering. Tap av kontroll kan oppstå hvis en vingespiss stanser i bakken. Under sertifiseringstesting av Gulfstream G650 forretningsstråle dreide testflyet seg i en vinkel utover den antatte IGE-stoppvinkelen. Overrotasjonen fikk en vingespiss til å gå i stå, og en ukommandert rulle, som overmannet sidekontrollene, førte til tap av flyet.

Bakken-effekt kjøretøy

Hovedartikkel: Bakgrunnsbil

Noen få kjøretøyer er designet for å utforske ytelsesfordelene ved å fly i bakkeeffekt, hovedsakelig over vann. De operasjonelle ulempene ved å fly veldig nær overflaten har motvirket utbredte anvendelser.

Se også

Referanser

Merknader

Bibliografi

  • Dole, Charles Edward. Flyteori og aerodynamikk . Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2000. ISBN
  • Gleim, Irving. Pilotflymanøvrer . Ottawa, Ontario, Canada: Aviation Publications, 1982. ISBN 0-917539-00-1.
  • Pilot's Encyclopedia of Aeronautical Knowledge (Federal Aviation Administration). New York: Skyhorse Publishing, 2007. ISBN  1-60239-034-7 .

Eksterne linker