Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Giảm Kéo Tối Ưu Của Các Thiết Bị Đầu Cánh: Khái Niệm Về Thiết Kế Winglet Tốt Nhất
Tóm tắt
Giao thông hàng không bền vững đòi hỏi các máy bay có hiệu suất khí động học cao. Do đó, việc giảm kéo là rất quan trọng. Từ góc độ kéo được tạo ra thuần túy, mục tiêu này có thể đạt được thông qua việc áp dụng các cấu hình không phẳng như C-Wings, Joined Wings hoặc với các tùy chọn thiết kế khác như thiết bị đầu cánh (winglets). Dưới giả định dòng chảy không độ nhớt với dòng xoáy thẳng hàng với tốc độ dòng chảy tự do, nhiều thiết kế winglet được nghiên cứu và các tính chất tổng quát được làm rõ. Cụ thể, trong các điều kiện tối ưu, với một vùng đầu cánh liên kết đơn giản đã đóng lại, bất kỳ thiết kế winglet nào được bao gồm về mặt hình học trong khu vực đó sẽ kém hiệu quả hơn so với winglet có đường nâng được biểu diễn bởi đường bao. Hơn nữa, các winglet có dạng khép kín được đặc trưng bởi tải trọng khí động học tối ưu chưa xác định nhưng có điểm tối thiểu duy nhất và toàn cục cho kéo do tác động. Cuối cùng, Box Winglet và một số biến thể của nó được đề xuất là những hình thức hiệu quả để giảm kéo do tác động.
Từ khóa
#giao thông hàng không bền vững #máy bay hiệu suất khí động học #giảm kéo #thiết bị đầu cánh #nghiên cứu thiết kế wingletTài liệu tham khảo
Athena vortex lattice. http://web.mit.edu/drela/Public/web/avl/. Accessed 30 Nov 2017
Adams, B., Bauman, L., Bohnhoff, W., Dalbey, K., Ebeida, M., Eddy, J., Eldred, M., Hough, P., Hu, K., Jakeman, J., Stephens, J., Swiler, L., Vigil, D., Wildey, T.: Dakota, a multilevel parallel object-oriented framework for design optimization, parameter estimation, uncertainty quantification, and sensitivity analysis: version 6.0 user’s manual. Technical Report. SAND2014-4633, Sandia (2015)
Asai, K.: Theoretical considerations in the aerodynamic effectiveness of winglets. J. Aircr. 22(7), 635–637 (1985)
Brix, W.: Subsonic aircraft with backswept wings and movable wing tip winglets. US Patent US 6,345,790 B1 (2002)
Cavallaro, R., Demasi, L.: Challenges, ideas, and innovations of joined-wing configurations: a concept from the past, an opportunity for the future. Prog. Aerosp. Sci. 87, 1–20 (2016). https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2016.07.002
Céron-Muñoz, H.D., Cosin, R., Coimbra, R.F.F., Correa, L.G.N., Catalano, F.M.: Experimental investigation of wing-tip devices on the reduction of induced drag. J. Aircr. 50(2), 441–449 (2013). https://doi.org/10.2514/1.C031862. https://arc.aiaa.org/doi/10.2514/1.C031862
Chattot, J.J.: Low speed design and analysis of wing/winglet combinations including viscous effects. J. Aircr. 43(2), 386–389 (2006)
Cone, C.D.: The theory of induced lift and minimum induced drag of nonplanar lifting systems NASA TR R-139, pp. 1–31 (1962)
Daude, M.: Winglets for aircraft wing tips. US Patent 4,457,479 (1984)
Demasi, L., Dipace, A., Monegato, G., Cavallaro, R.: Invariant formulation for the minimum induced drag conditions of non-planar wing systems. AIAA J. 52(10), 2223–2240 (2014). https://doi.org/10.2514/1.J052837
Demasi, L., Monegato, G., Cavallaro, R., Rybarczyk, R.: Minimum induced drag conditions for truss-braced wings. AIAA J. 56(12), 4669–4684 (2018)
Demasi, L., Monegato, G., Dipace, A., Cavallaro, R.: Minimum induced drag theorems for joined wings, closed systems, and generic biwings: theory. J. Optim. Theory Appl. 169, 200–235 (2016). https://doi.org/10.1007/s10957-015-0849-y
Demasi, L., Monegato, G., Rauno, C.: Minimum induced drag theorems for multiwing systems. AIAA J. 55(10), 3266–3287 (2017). https://doi.org/10.2514/1.J055652
Demasi, L., Monegato, G., Rizzo, E., Cavallaro, R., Dipace, A.: Minimum induced drag theorems for joined wings, closed systems, and generic biwings: applications. J. Optim. Theory Appl. 169, 236–261 (2016). https://doi.org/10.1007/s10957-015-0850-5
DeYoung, J.: Induced drag ideal efficiency factor of arbitrary lateral-vertical wing forms. NASA Contractor Report 3357 (1980)
Gomes, A.A., Falcão, L., Suleman, A.: Study of an articulated winglet mechanism. In: AIAA 2011-3179. 29th AIAA Applied Aerodynamics Conference, 27–30 June, 2011, Honolulu, Hawaii (2011). https://doi.org/10.2514/6.2011-3179. http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2011-3179
Goodson, K.W.: Airfoil. US Patent 4,671,473 (1987)
Gratzer, L.B.: Spiroid-tipped wing. US Patent 5,102,068 (1992)
Gratzer, L.B.: Split blended winglet. US Patent US 2012/0312928 A1 (2012)
Gratzer, L.B.: Split blended winglet. US Patent US 2014/0346281 A1 (2014)
Gratzer, L.B.: Winglet attach fitting and method for attaching split winglet to a wing. US Patent US 2015/0203190 A1 (2015)
Gratzer, L.B.: Split blended winglet. US Patent US 9,302,766 B2 (2016)
Henderson, W.P., Holmes, B.J.: Induced drag: historical perspective. In: Society of Automotive Engineers Paper 892341 (1989). https://doi.org/10.4271/892341. https://www.sae.org/publications/technical-papers/content/892341/
Ishimitsu, K.K.: Aerodynamic design and analysis of winglets. AIAA 76-940 (1976). https://doi.org/10.2514/6.1976-940
Jansen, P., Perez, R.E., Martins, J.R.R.A.: Aerostructural optimization of nonplanar lifting surfaces. J. Aircr. 47, 1490–1503 (2010). https://doi.org/10.2514/1.44727
Junghanns, P., Monegato, G., Demasi, L.: Properties and numerical solution of an integral equation system to minimize airplane drag for a multiwing system. J. Math. Methods Appl. Sci. (2020). https://doi.org/10.1002/mma6786
Jupp, J.W., Rees, P.H.: Aicraft wing and winglet arrangement. US Patent 4,714,215 (1987)
Klug, H.G.: Auxiliary wing tips for an aircraft. US Patent 4,722,499 (1988)
Kroo, I.: Drag due to lift: concepts for prediction and reduction. Annu. Rev. Fluid Mech. 33(1), 587–617 (2001). https://doi.org/10.1146/annurev.fluid.33.1.587
Kroo, I.: Nonplanar wing concepts for increased aircraft efficiency. In: VKI Lecture Series on Innovative Configurations and Advanced Concepts for Future Civil Aircraft (2005)
La Roche, U.: Wing with a wing grid as the end section. US Patent 5,823,480 (1998)
Mattos, B., Macedo, A., Filho, D.: Considerations about winglet design. In: 21st AIAA Applied Aerodynamics Conference, Fluid Dynamics and Co-located Conferences (2003). https://doi.org/10.2514/6.2003-3502
Pfeiffer, N.: Numerical winglet optimization. In: AIAA 2004-213. 42nd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 5–8 January, 2004, Reno, NV (2004)
Pfenninger, W.: Design considerations of large subsonic long range transport airplanes with low drag boundary layer suction. Nai-54-800 (1954)
Pfenninger, W.: Laminar flow control laminarization. Agard 654 (1977). Special Course on Concepts for Drag Reduction, 1977, summarized from the report “Some thoughts on the design of large global range LFC transport airplanes, Jan 1976”
Prandtl, L.: Induced drag of multiplanes. National Advisory Committee for Aeronautics, Technical Note No. 182, From Technische Berichte, vol. III, No. 7, pp. 309–315 (1924)
Seber, G., Ran, H., Schetz, J.A., Mavris, D.N.: Multidisciplinary design optimization of a Truss Braced Wing aircraft with upgraded aerodynamic analyses. In: AIAA 2011-3179. 29th AIAA Applied Aerodynamics Conference, 27–30 June, 2011, Honolulu, Hawaii (2011). https://doi.org/10.2514/6.2011-3179. http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2011-3179
Seider, D., Fischer, P., Litz, M., Schreiber, A., Gerndt, A.: Open source software framework for applications in aeronautics and space. In: IEEE Aerospace Conference (2012). https://doi.org/10.1109/AERO.2012.6187340. http://elib.dlr.de/77442/
Smith, S.C.: Trefftz-plane drag minimization at transonic speeds. SAE Paper 971478 (1997)
Takenaka, Keizo, Hatanaka, Keita: Multidisciplinary design exploration for a winglet. J. Aircr. 45(5), 1601–1611 (2008)
Val White, E., Knight Rawdon, B., Hoisington, Z.C., Droney, C.K.: Aircraft with movable winglets and method of control. US Patent US 8,651,431 B1 (2014)
Weierman, J., Jacob, J.D.: Winglet design and optimization for uavs. In: 28th AIAA Applied Aerodynamics Conference, AIAA Paper 2010-4224 (2010). https://doi.org/10.2514/6.2010-4224
Werthmann, V., Kordt, M.: Concept of a variable winglet for lateral load reduction for combined lateral and vertical load reduction, and for improving the performance of means of locomotion. US Patent US 2008/0191099 A1 (2008)
Whitcomb, R.T.: A design approach and selected wind-tunnel results at high subsonic speeds for wing-tip mounted winglets. NASA Technical Note (1976). NASA TN D-8260