¿Cuáles son las características de las alas en flecha hacia adelante, el diseño del canard y el diseño de la cola?
El caza J-1 10 adopta un diseño aerodinámico canard, que es la primera vez entre los aviones de combate desarrollados con éxito en nuestro país. Entre las familias de cazas del mundo, algunos aviones de combate avanzados han adoptado diseños similares, como los Saab-37 Thunder y 39 de Suecia, los Mirage III NG, Mirage 4000 y Rafale de Francia, los Young Lion y Lion de Israel y el MiG 1.44 de Rusia y el desarrollo conjunto de cuatro Países de Europa occidental. Con el profundo desarrollo de la tecnología de la aviación, siguen surgiendo nuevas soluciones de caza canard, que se unen a las filas de los aviones de combate avanzados. Entonces, ¿cuáles son las características y características aerodinámicas de un caza con diseño canard?
Buen rendimiento a alta y baja velocidad
Debido a diversas razones, el rendimiento a baja velocidad de la cola y el diseño aerodinámico sin cola de los aviones ordinarios de alta velocidad suelen ser deficientes. El diseño canard puede cumplir con los requisitos de alta y baja velocidad de los aviones de combate. Requisitos de desempeño. Porque este diseño puede equilibrar bien la forma esbelta requerida para los aviones de alta velocidad y el alto coeficiente de sustentación requerido para que los aviones logren despegues y aterrizajes cortos. Esto se debe a que: por un lado, cuando el diseño del canard delgado pasa de velocidades subsónicas a supersónicas, el incremento de estabilidad causado por el movimiento del centro de gravedad es menor que el diseño de la cola trasera, lo que favorece el vuelo de maniobras de alta velocidad. . Por otro lado, cuando vuela cerca o en un ángulo de ataque alto, puede generar una sustentación de compensación mucho mayor que los aviones sin cola y sin cola. Esto demuestra que también es adecuado para vuelos a baja velocidad.
Elevación de trimado alto
La Figura 1 es un diagrama esquemático del modo de trimado longitudinal de aviones con cola, sin cola y canard con estabilidad estática. Cuando un avión vuela de manera estable y horizontal en el aire, la gravedad y la sustentación, el empuje y la resistencia son iguales, y el momento de todo el avión también está equilibrado. Para lograr el equilibrio, el esquema de diseño de canard del J-10A se reflejó en el concepto inicial del J-9 de China. Sin embargo, muchos problemas técnicos involucrados fueron que el J-10 tenía que ocupar un momento y se requería el avión sin cola y con ala de cola. Paga un determinado precio de elevación. Durante el vuelo, la sustentación Y del ala y el momento de sustentación cero Mzo de todo el avión producirán un momento de proa en el centro de gravedad del avión. Para equilibrar este momento, un avión sin cola necesita usar flaps para subir y bajar, y un avión sin cola necesita usar elevadores para subir y bajar, generando sustentación negativa para el trimado, lo que reducirá la sustentación de todo el avión. Por supuesto, cuando se vuela con un ángulo de ataque pequeño, la carga en la cola horizontal no es grande y el costo de elevación que paga también es muy pequeño. Pero cuando el avión vuela con un ángulo de ataque elevado y se toman medidas para aumentar la sustentación (como colocar flaps), la situación empeora. Porque aportará mucha torsión adicional al arco al levantar. Para equilibrar estos momentos adicionales, el borde de salida de la cola horizontal debe estar inclinado en un ángulo grande, lo que reducirá significativamente el efecto de sustentación. Si el ala adopta el método de aumentar la altura. A veces incluso era difícil recortarlo, por lo que tuvimos que tomar medidas para aumentar la sustentación negativa en la cola horizontal. Hay muchos ejemplos de esto en el extranjero. Debido a la tecnología de control de la capa límite utilizada en los flaps del borde de salida del avión F-14 de fabricación estadounidense, el momento de flexión hacia abajo aumentó mucho, lo que provocó que la cola se aproximara a la pérdida durante el equilibrio. La cola horizontal tuvo que modificarse para hacer el equilibrio. El borde de ataque se levanta, provocando que el perfil aerodinámico se doble en reversa. El hidroavión japonés PS-1 sopla aire en la superficie inferior de la cola para aumentar la sustentación negativa. Incluso con un diseño de cola, los aviones sin cola tienen más dificultades para equilibrar la gran sustentación.
Por el contrario, el diseño canard es superior a los diseños con cola y sin cola porque su momento de cabeceo puede ser proporcionado por la superficie de elevación positiva (canard) frente al centro de gravedad de la aeronave. Esto realmente mata dos pájaros de un tiro: no sólo proporciona un par equilibrado, sino que también aumenta la sustentación. Entonces, ¿por qué tan pocas personas adoptaron la disposición del pato en el pasado? Esto se debe a que los aviones canard convencionales tienen tres deficiencias principales: (1) Hay una fuerte corriente descendente entre el ala delantera y el ala principal, lo que reduce la sustentación del ala principal. Aunque la sustentación del alerón delantero es positiva, lo que compensa parte de la pérdida de sustentación, la sustentación total en tiempos de paz no es necesariamente mucho mayor que la del alerón trasero. (2) El problema del equilibrio de la disposición de los patos es difícil de resolver. En general. La carga del canard es mayor que la de la cola, a menudo de 3 a 4 veces mayor que la de la cola.
Debido a que los canards están colocados en la parte delantera, el centro de gravedad de todo el avión se mueve hacia adelante y es necesario ajustar el centro de gravedad hacia adelante. De esta manera, el canard está cerca del centro de gravedad y tiene un brazo de momento corto, lo que limita su capacidad de equilibrio. Además, el alerón principal lava el alerón delantero, por lo que el alerón delantero es propenso a entrar en pérdida primero en ángulos de ataque elevados. Esto es perjudicial para el despegue y el aterrizaje y para las maniobras de ataque con ángulos elevados. No fue hasta que el pueblo sueco desarrolló con éxito el avión Saab-37 a finales de la década de 1960 que estas deficiencias se superaron hasta cierto punto. Como avión de categoría 2 con número M, el Saab-37 ha acortado la distancia de despegue y aterrizaje en más de N400 metros sin tomar medidas complicadas para aumentar la sustentación, cumpliendo con los requisitos para despegues y aterrizajes cortos. Este logro ha atraído una amplia atención de la comunidad internacional. El Saab-37 adopta un diseño de canard estrechamente acoplado, que utiliza la interferencia beneficiosa de los vórtices separados de las aletas delanteras y traseras para lograr una gran sustentación. (3) La generación, desarrollo, ruptura y deriva del vórtice de separación del perfil principal tienen un gran impacto en las características de sustentación y momento longitudinal y transversal de la aeronave, lo que hace que la curva del momento longitudinal sea extremadamente no lineal, lo que resulta en una mala calidad del control de la aeronave. . Para resolver este problema, los aviones con diseño canard convencional tienen que aumentar la estabilidad del avión para obtener una curva de momento longitudinal recta. De esta manera, la resistencia al trimado del avión aumenta y la capacidad de trimado del alerón delantero disminuye, lo que da como resultado que la maniobrabilidad del avión y el rendimiento de despegue y aterrizaje empeoren.
Una solución es utilizar sistemas fly-by-wire para relajar la estabilidad estática.