NACA -ilmakansi - NACA airfoil

Profiilin geometria-1: Nolla-nostolinja; 2: Etureuna; 3: Nenäympyrä; 4: maks. paksuus; 5: Camber; 6: Yläpinta; 7: Takareuna; 8: Camber-keskilinja; 9: Alempi pinta

Profiililinjat - 1: Sointu, 2: Camber, 3: Pituus, 4: Keskiviiva

A: sininen viiva = sointu, vihreä viiva = kulman keskiviiva, B: etureunan säde, C:  xy- profiilin geometrian koordinaatit (sointu = x- akseli; y- akselin viiva kyseisellä etureunalla)

NACA- airfoils ovat airfoil muotoja lentokoneiden siipien kehittämän National Advisory Committee for Aeronautics (NACA). NACA -siipien muoto kuvataan käyttämällä numerosarjaa sanan "NACA" jälkeen. Numeerisen koodin parametrit voidaan syöttää yhtälöihin luodakseen tarkasti ilmakanavan poikkileikkaus ja laskea sen ominaisuudet.

Alkuperät

NACA- perin kehittänyt numeroidut ilmatyynykannattimeen joka edelleen jalostaa niitä Yhdysvaltain ilmavoimien at Langley Research Center . NASAn verkkosivuston mukaan:

1920 -luvun lopulla ja 1930 -luvulla NACA kehitti sarjan perusteellisesti testattuja ilmakantoja ja kehitti numeerisen merkinnän kullekin kantolle - nelinumeroinen luku, joka edusti kantoprofiilin kriittisiä geometrisia ominaisuuksia. Vuoteen 1929 mennessä Langley oli kehittänyt tämän järjestelmän siihen pisteeseen, jossa numerointijärjestelmää täydennettiin ilmakalvon poikkileikkauksella, ja 78 luetteloa 78 ilmakanavasta ilmestyi NACA: n vuosikertomuksessa vuodelta 1933. Insinöörit pystyivät nopeasti näkemään kunkin ilmakalvon muodon erityispiirteet , ja numeerinen tunnus (esimerkiksi "NACA 2415") määritti kallistuksen viivat, enimmäispaksuuden ja erityiset nokkaominaisuudet. Nämä luvut ja muodot välittivät insinööreille sellaista tietoa, jonka avulla he voivat valita tietyt ilmakanavat haluttujen suorituskykyominaisuuksien mukaan.

Nelinumeroinen sarja

NACA: n nelinumeroiset siipiosat määrittävät profiilin seuraavasti:

1. Ensimmäinen numero kuvaava suurin kaarevuus prosentteina sointu .
2. Toinen numero, joka kuvaa suurimman kallistuksen etäisyyden kantopaneelin etureunasta sointujen kymmenesosina.
3. Kaksi viimeistä numeroa, jotka kuvaavat ilmakalvon maksimipaksuutta prosentteina soinnusta.

Esimerkiksi NACA 2412 -ilmakalvossa on enintään 2% kallistuma, joka sijaitsee 40% (0,4 sointua) etureunasta ja jonka paksuus on enintään 12%.

NACA 0015 -ilmakansi on symmetrinen, ja 00 ilmaisee, että siinä ei ole kallistusta. 15 osoittaa, että ilmakalvolla on 15% paksuuden ja sointupituuden suhde: se on 15% niin paksu kuin se on pitkä.

Yhtälö symmetriselle 4-numeroiselle NACA-ilmakanavalle

Kaava muodostetun NACA 0015 -kalvon kuvaaja

NACA 00xx -kalvon muodon kaava, jossa "xx" korvataan paksuuden prosentilla sointuun, on

${\ displaystyle y_ {t} = 5t \ vasen [0,2969 {\ sqrt {x}}-0,1260x-0,3516x^{2}+0,2843x^{3} -0,1015x^{4} \ oikea],}$

missä:

x on asema sointua pitkin 0-1,00 (0-100%),

${\ displaystyle y_ {t}}$on puolipaksuus annetulla arvolla x (keskiviiva pintaan),

t on suurin paksuus sointeen murto-osana (joten t antaa NACA: n 4-numeroisen nimityksen kaksi viimeistä numeroa jaettuna 100: lla).

Huomaa, että tässä yhtälössä, kun x = 1 (ilmakalvon takareuna), paksuus ei ole aivan nolla. Jos vaaditaan nollapaksuista takareunaa esimerkiksi laskennallista työtä varten, yhtä kertoimista on muutettava siten, että niiden summa on nolla. Viimeisen kerroimen muuttaminen (eli –0,1036) saa aikaan pienimmän muutoksen ilmakalvon yleiseen muotoon. Etureuna vastaa sylinteriä, jonka säde on normalisoitu

${\ displaystyle r = 1.1019t^{2}.}$

Nyt ylemmän ilmakalvon pinnan ja alemman kantopinnan koordinaatit ovat nyt ${\ displaystyle (x_ {U}, y_ {U})}$${\ displaystyle (x_ {L}, y_ {L})}$

${\ displaystyle x_ {U} = x_ {L} = x, \ quad y_ {U} =+y_ {t}, \ quad y_ {L} =-y_ {t}.}$

Symmetristen 4-numeroisten sarjamallien suurin paksuus on oletuksena 30% soinnusta etureunasta.

Kaava 4-numeroiselle NACA-ilmakanavalle

Kaavio NACA 2412 -kalvosta. Kallistusviiva näkyy punaisena ja paksuus - tai symmetrinen ilmakansi 0012 - on violetti.

Yksinkertaisimmat epäsymmetriset kalvot ovat NACA-nelinumeroisia kalvoja, jotka käyttävät samaa kaavaa kuin mitä käytettiin symmetristen 00xx-kalvojen luomiseen, mutta keskimääräisen kallistuksen viiva on taivutettu. Kaava, jota käytetään keskimääräisen kallistusviivan laskemiseen, on

${\ displaystyle y_ {c} = {\ begin {case} {\ dfrac {m} {p^{2}}} \ left (2px-x^{2} \ right), & 0 \ leq x \ leq p, \\ {\ dfrac {m} {(1-p)^{2}}} \ vasen ((1-2p)+2px-x^{2} \ oikea) & p \ leq x \ leq 1, \ end {tapaukset}}}$

missä

m on suurin kallistuma (100 m on ensimmäinen neljästä numerosta),

p on suurin kallistuksen sijainti (10 p on NACA xxxx -kuvauksen toinen numero).

Esimerkiksi NACA 2412 -lentokansi käyttää 2% kallistusta (ensimmäinen numero) 40% (toinen numero) 0012 symmetrisen ilmakalvon sointua pitkin, jonka paksuus on 12% (numerot 3 ja 4).

Tämän paksuisen ilmakalvon osalta, koska paksuus on kohdistettava kohtisuoraan kulmaviivaan nähden, ylemmän ja alemman kantopinnan koordinaatit ja vastaavasti ${\ displaystyle (x_ {U}, y_ {U})}$${\ displaystyle (x_ {L}, y_ {L})}$

${\ displaystyle {\ begin {aligned} x_ {U} & = x-y_ {t} \, \ sin \ theta ja y_ {U} & = y_ {c}+y_ {t} \, \ cos \ theta, \\ x_ {L} & = x+y_ {t} \, \ sin \ theta ja y_ {L} & = y_ {c} -y_ {t} \, \ cos \ theta, \ end {aligned}}}$

missä

${\ displaystyle \ theta = \ arctan {\ frac {dy_ {c}} {dx}},}$

${\ displaystyle {\ frac {dy_ {c}} {dx}} = {\ begin {case} {\ dfrac {2m} {p^{2}}} \ left (px \ right) ja 0 \ leq x \ leq p, \\ {\ dfrac {2m} {(1-p)^{2}}} \ vasen (px \ oikea) ja p \ leq x \ leq 1. \ end {tapaukset}}}$

Viisinumeroinen sarja

NACA-viisinumeroinen sarja kuvaa monimutkaisempia ilmakalvon muotoja. Sen muoto on LPSTT, jossa:

• L: yksi numero, joka edustaa teoreettista optimaalista nostokerrointa ihanteellisessa iskukulmassa C _LI = 0,15 L (tämä ei ole sama kuin nostokerroin C _L ),
• P: yksi numero enimmäiskallistuspisteen x -koordinaatille (enintään kallistuma x = 0,05 P),
• S: yksi numero, joka osoittaa, onko kulma yksinkertainen (S = 0) vai refleksi (S = 1),
• TT: suurin paksuus soinnun prosentteina, kuten nelinumeroisessa NACA-ilmakanavakoodissa.

Esimerkiksi NACA 23112 -profiili kuvaa ilmakalvon, jonka rakenteellinen nostokerroin on 0,3 (0,15 × 2), maksimikallistuspiste 15%: n soinnulla (5 × 3), heijastuskulma (1) ja suurin paksuus 12% sointupituus (12).

Kallistuslinja on määritelty kahdessa osassa:

${\ displaystyle y_ {c} = {\ begin {case} {\ dfrac {k_ {1}} {6}} {\ big (} x^{3} -3mx^{2}+m^{2} ( 3 m) x {\ iso)}, & 0 <x <m, \\ {\ dfrac {k_ {1} m^{3}} {6}} (1-x) ja m <x <1, \ loppu {tapaukset}}}$

jossa sointu on normalisoinut sointukohdan ja ordinaatin . Vakio valitaan siten, että suurin kallistuma esiintyy ; esimerkiksi 230 -kallistuslinjalle ja . Lopuksi vakio määritetään antamaan haluttu nostokerroin. 230 camber-line -profiilissa (5 ensimmäistä numeroa 5-numeroisessa sarjassa) käytetään. ${\ displaystyle x}$${\ displaystyle y}$${\ displaystyle m}$${\ displaystyle x = p}$${\ displaystyle p = 0,3/2 = 0,15}$${\ displaystyle m = 0,2025}$${\ displaystyle k_ {1}}$${\ displaystyle k_ {1} = 15,957}$

Heijastamattomat 3-numeroiset camber-viivat

3-numeroiset kallistuslinjat tarjoavat erittäin kauas eteenpäin suurimman kallistuksen.

Kallistusviiva määritellään seuraavasti

${\ displaystyle y_ {c} = {\ begin {tapauksissa} {\ dfrac {k} {6}} {\ big (} x^{3} -3rx^{2}+r^{2} (3-r ) x {\ iso)}^{2}, & 0 <x <r, \\ {\ dfrac {kr^{3}} {6}} (1-x) & r <x <1. \ end {tapaukset }}}$

Seuraavassa taulukossa esitetään erilaiset camber-line -profiilikertoimet:

Camber-line-profiili	${\ displaystyle p}$	${\ displaystyle m}$	${\ displaystyle k_ {1}}$
210	0,05	0,0580	361,40
220	0.10	0,126	51,640
230	0,15	0,2025	15,957
240	0,20	0,290	6.643
250	0,25	0,391	3.230

Heijastetut 3-numeroiset kallistukset

Kallistuslinjat, kuten 231, tekevät 230 -sarjan profiilin negatiivisen takareunan kallistuksen positiivisesti kireäksi. Tämä johtaa teoreettiseen syöttöhetkeen 0.

Alkaen ${\ displaystyle {\ frac {x} {c}} \ leq r}$

${\ displaystyle {\ frac {y} {c}} = {\ frac {k_ {1}} {6}} \ vasen [\ vasen ({\ frac {x} {c}}-r \ oikea)^{ 3}-{\ frac {k_ {2}} {k_ {1}}} (1-r)^{3} {\ frac {x} {c}}-r^{3} {\ frac {x} {c}}+r^{3} \ oikea].}$

Alkaen ${\ displaystyle r <{\ frac {x} {c}} \ leq 1.0}$

${\ displaystyle {\ frac {y} {c}} = {\ frac {k_ {1}} {6}} \ vasen [{\ frac {k_ {2}} {k_ {1}}} \ vasen ({ \ frac {x} {c}}-r \ oikea)^{3}-{\ frac {k_ {2}} {k_ {1}}} (1-r)^{3} {\ frac {x} {c}}-r^{3} {\ frac {x} {c}}+r^{3} \ oikea].}$

Seuraavassa taulukossa esitetään erilaiset camber-line -profiilikertoimet:

Camber-line-profiili	${\ displaystyle p}$	${\ displaystyle m}$	${\ displaystyle k_ {1}}$	${\ displaystyle k_ {2}/k_ {1}}$
221	0.10	0,130	51,990	0,000764
231	0,15	0,217	15,793	0,00677
241	0,20	0,318	6.520	0,0303
251	0,25	0,441	3.191	0,1355

Muutokset

Neljä- ja viisinumeroisia sarjakärkiä voidaan muokata kaksinumeroisella koodilla, jota edeltää yhdysviiva seuraavassa järjestyksessä:

1. Yksi numero, joka kuvaa etureunan pyöreyttä, 0 on terävä, 6 on sama kuin alkuperäinen ilmakansi ja suuret arvot osoittavat pyöristyneemmän etureunan.
2. Yksi numero, joka kuvaa enimmäispaksuuden etäisyyden etureunasta sointujen kymmenesosina.

Esimerkiksi NACA 1234-05 on NACA 1234 -ilmakalvo, jonka etureuna on terävä ja paksuus enintään 50% soinnusta (0,5 sointua) etureunasta.

Lisäksi ilmapalkin tarkempaa kuvausta varten kaikki numerot voidaan esittää desimaaleina.

1-sarja

1930 -luvulla kehitettiin uusi lähestymistapa ilmakanavien suunnitteluun, jossa ilmakanavan muoto johdettiin matemaattisesti halutuista nosto -ominaisuuksista. Ennen tätä luotiin ensin ilmakalvon muotoja ja niiden ominaisuudet mitattiin tuulitunnelissa . 1-sarjan ilmakanavat kuvataan viidellä numerolla seuraavassa järjestyksessä:

1. Numero "1" osoittaa sarjan.
2. Yksi numero, joka kuvaa minimipainealueen etäisyyttä sointujen kymmenesosissa.
3. Väliviiva.
4. Yksi numero, joka kuvaa nostokerrointa kymmenyksinä.
5. Kaksi numeroa, jotka kuvaavat soinun enimmäispaksuuden prosentteina.

Esimerkiksi NACA 16-123 -ilmakalvossa on vähimmäispaine 60% soinnusta takaisin, nostokerroin 0,1 ja suurin paksuus 23% soinnusta.

6-sarja

Parannus verrattuna 1-sarjan ilmakankaisiin painottaen laminaarivirtauksen maksimointia . Siipipyörää kuvataan käyttäen kuutta numeroa seuraavassa järjestyksessä:

1. Numero "6" osoittaa sarjan.
2. Yksi numero, joka kuvaa pienimmän painealueen etäisyyden soinun kymmenesosina.
3. Alaindeksinumero ilmaisee nostokertoimen alueen kymmenyksinä suunnitellun nostokerroimen ylä- ja alapuolella, jossa molemmilla pinnoilla on suotuisat painegradientit.
4. Väliviiva.
5. Yksi luku, joka kuvaa suunnittelun nostokerrointa kymmenyksinä.
6. Kaksi numeroa, jotka kuvaavat suurimman paksuuden sointujen prosentteina.
7. "a =", jota seuraa desimaaliluku, joka kuvaa sointeen murto -osaa, jonka yli laminaarivirta ylläpidetään. a = 1 on oletusarvo, jos arvoa ei ole annettu.

Esimerkiksi, NACA 61 ₂ -315 a = 0,5 on alueella pienin paine 10% jänteen takaisin, ylläpitää matalan vastuksen 0,2 yläpuolella ja alapuolella hissin kerroin 0,3, on suurin paksuus on 15% jänteen, ja ylläpitää laminaarivirtausta yli 50% soinnusta.

7-sarja

Laminaarivirtauksen maksimoimiseksi edistytään edelleen tunnistamalla matalapainevyöhykkeet ilmakalvon ylä- ja alapinnoilla. Siipipyörä kuvataan seitsemällä numerolla seuraavassa järjestyksessä:

1. Numero "7" osoittaa sarjan.
2. Yksi numero, joka kuvaa yläpinnan vähimmäispainealueen etäisyyttä sointujen kymmenesosina.
3. Yksi numero, joka kuvaa alemman pinnan vähimmäispainealueen etäisyyttä sointujen kymmenesosina.
4. Yksi kirjain, joka viittaa aikaisemman NACA -sarjan vakioprofiiliin.
5. Yksi numero, joka kuvaa nostokerrointa kymmenyksinä.
6. Kaksi numeroa, jotka kuvaavat suurimman paksuuden sointujen prosentteina.

Esimerkiksi NACA 712A315: n vähimmäispainealue on 10% soinnusta takaisin yläpinnalle ja 20% soinnusta takaisin alapintaan, käyttää standardia "A" -profiilia, nostokerroin on 0,3 ja sen paksuus on enintään 15% soinnusta.

8-sarja

Ylikriittiset ilmakanavat on suunniteltu maksimoimaan itsenäisesti laminaarivirta siiven ylä- ja alapuolella. Numerointi on identtinen 7-sarjan siipien kanssa, paitsi että sarja alkaa numerolla "8" sarjan tunnistamiseksi.

Katso myös

• NACA -suojus
• NACA -kauha

Viitteet

Ulkoiset linkit

• UIUC Airfoil Coordinate Database koordinoi lähes 1600 ilmakantaa
• John Dreesen NACA -ilmakanavan koordinaattien luontiohjelma Toimii Windows XP: ssä, 7: ssä ja 8: ssa.
• NACA Airfoil -sarja
• NASAn verkkosivuston ominaisuus NACA -ilmakanavilla
• Interaktiivinen Airfoil WebApp