Пути повышения аэродинамического качества

Улучшение аэродинамического качества дельтаплана позволяет повысить его летные характеристики, что, в свою очередь, дает возможность преодолеть заданное расстояние с минимальной затратой времени.

Приведем краткий обзор методов, с помощью которых удалось повысить максимальное значение аэродинамического качества аппарата.

Первые дельтапланы - параглайдеры - имели угол при вершине крыла не более 90°, а угол купольности - до 6-8° па сторону. В силу специфических особенностей обтекания такого крыла концевые сечения закручивались на значительные отрицательные углы, в результате изменялось распределение воздушной нагрузки по размаху, а следовательно, увеличивалось индуктивное сопротивление. В итоге аэродинамическое качество аппарата не могло превысить такой скромной величины, как 3.

Из аэродинамики известно, что качество летательного аппарата возрастает с увеличением удлинения крыла &955;, хотя и не в прямой зависимости. Удлинение &955; обычно увеличивают путем изменения соотношения между площадью и размахом крыла. Оптимальная величина площади крыла для разных условий полета была определена опытным путем, ее можно считать величиной практически постоянной. Увеличение размаха крыла привело к быстрому росту угла при вершине аппарата. Так, если в 1974 г. этот угол не превышал 90-100°, в 1978 г. он увеличился до 130-140°, В наши дни появляется все больше аппаратов с углом при вершине до 180° или с прямым крылом. Особенно это характерно для аппаратов третьего класса - сейчас они весьма напоминают первые планеры, хотя аэродинамически значительно превосходят их.

Увеличение удлинения крыла, как и следовало ожидать, дало ощутимый прирост аэродинамического качества. Но тут появились трудности, причиной которых была значительная купольность, доходившая до 6-8° на сторону. Дельтапланы, имевшие значительный размах и такую купольность, оказались практически неуправляемыми в поперечном отношении. После того как купольность резко уменьшили, поперечная управляемость значительно улучшилась. В настоящее время значение купольности на сторону составляет у дельтапланов класса "Стандарт" 2-3°, открытого класса - 0,5-2°.

Одновременно велось усовершенствование дельтапланов: профилирование килевой трубы, внедрение концевых хорд, подкрепление паруса латами и т. д. Все это позволило довести значение качества дельтаплана до 6-7.

Весьма заманчивым представляется создание дельтапланов с цилиндрическими крыльями, обладающими значительными преимуществами перед коническими. Профили цилиндрического крыла лежат строго по потоку и параллельно килю, так как образующая боковой поверхности параллельна килю. Поэтому на конце крыла не образуется отрицательной закрутки сечений крыла. В результате распределение аэродинамической нагрузки вдоль размаха крыла приближается к эллиптическому, т. е. уменьшается индуктивное сопротивление. При этом возрастает качество аппарата. Для улучшения распределения аэродинамической нагрузки по размаху цилиндрического крыла рекомендуется небольшая (3-5°) отрицательная закрутка концевых сечений.

Максимальное значение аэродинамического качества, которое можно получить в случае применения цилиндрического крыла, достигает 15. Таких аппаратов сейчас нет. Можно встретить лишь гибриды конического и цилиндрического крыльев, у которых часть крыла от вершины и до поперечной трубы образуется поверхностями цилиндров, а после поперечной трубы - поверхностями конусов. Правильно раскроить и сшить парус для такого дельтаплана - довольно трудная задача, поэтому очень часто поверхность паруса в полете изобилует горбами и вмятинами. Но даже такой аппарат имеет более высокое аэродинамическое качество, чем точно такой же по размерам дельтаплан с коническим крылом.

Рис. 19. Типичная зависимость аэродинамического качества дельтапланов разной конфигурации от коэффициента подъемной силы. Крыло образовано цилиндрическими поверхностями (сплошные линии), коническими поверхностями (штриховые)

На рис. 19 дана зависимость аэродинамического качества дельтапланов с крыльями, образованными разными поверхностями и разной формы в плане, для всего диапазона коэффициента подъемной силы.

Все большее распространение получают крылья, имеющие в сечении объемный профиль. Надо полагать, что к такому конструктивно-аэродинамическому решению пришли, развивая идею "кармана" для боковой трубы. Сначала этот карман имел скромные размеры и предназначался для размещения боковой трубы. Потом было обнаружено, что при увеличении его несколько снижается сопротивление передних кромок крыла. Карман стали увеличивать, применять для наполнения набегающий поток воздуха, ставить в него профилирующие элементы, давать натяжение поверхности крыла. Большую работу по созданию таких конструкций проделали дельтапланеристы Красноярска. Так было создано парусное крыло.

Сейчас существует два типа такого крыла. Один носит название "двойной парус" и имеет сечения, полностью профилированные вдоль хорды. К дельтапланам с крылом первого типа относятся A и B Kestrel, Bobcat-3, Carmichael, Icarus V, VJ-23. Отмечается полная безопасность подобных аппаратов от попадания во флаттерное пикирование, что объясняется натяжением поверхности крыла. Парус не опадает на малых углах атаки, и флаттерные явления не развиваются. Для таких крыльев применяются профили Gottingen 652, Culver, NACA 63-615R, TK 7315.

Рис. 20. Внешний вид профиля FX70-VC-194/2.0

Второй тип парусного крыла профилируется и имеет двойную туго натянутую поверхность только на части хорды, а другую часть поверхности образует одинарный парус. Характерным представителем профилей второго типа является FX 70-VC-194/2.0, разработанный известным аэродинамиком Ф. Вортманном. У него половину хорды составляет объемный профиль, как показано на рис. 20, а оставшуюся часть образует одинарный парус, представляющий собой дугу окружности с кривизной 3,5%. К этому же типу парусного крыла следует отнести крылья с туго натянутой одинарной поверхностью, имеющие в сечении профили типа Flamingo, Cronk, Cottingen 417a.

Внешний вид, координаты и аэродинамические характеристики некоторыхпрофилей приводятся в следующем разделе.

В Швейцарии фирма "Aviafiber" выпускает сверхлегкие полубалансирные планеры Canard и Colibri, имеющие массу пустой конструкции 43 кг, максимальное аэродинамическое качество 31 при скорости 55 ^км/_ч. Минимальная скорость снижения составляет 0,48 ^м/_с при скорости полета 48 ^км/_ч. Продольное управление этими аппаратами балансирное - пилот может переместиться на специальной тележке вдоль фюзеляжа в пределах 80 см. Возможные перемещения общего центра тяжести и установочный угол горизонтального оперения не позволяют развить скорость планирования более 100 ^км/_ч. Управление вокруг продольной и вертикальной осей аппарата осуществляется соответственно элеронами и рулем направления. Взлет пилот может производить с разбега или с фюзеляжного колеса. Нужный для взлета уклон местности не превышает 1:5. Посадка на выпущенную лыжу [10]. По своим характеристикам такие летательные аппараты занимают промежуточное положение между дельтапланами и планерами. Подводя итог сказанному, обратимся к рис. 21, на котором показана зависимость скорости вертикального снижения от скорости полета для планеров, дельтапланов и сверхлегких балансирных аппаратов типа Colibri и Canard. Иллюстрация достаточно наглядна, поэтому комментировать ее не будем. Можно только отметить, что самые интересные конструкции появятся, по-видимому, на стыках дельтапланы - сверхлегкие балансириые аппараты и сверхлегкие балансириые аппараты - планеры [21].

Рис. 21. Полетные диапазоны скоростей для разных типов безмоторных летательных аппаратов. Д - дельтапланы; С - сверхлегкие балансирные планеры; П - планеры