חוק השטחים של וויתקומב – הבדלי גרסאות
תוכן שנמחק תוכן שנוסף
מ ←בעיית עליית הגרר: עריכה, תמונה, תיקון קישור |
David Astro (שיחה | תרומות) מ הוספת מקור, הגהה, ניסוח, הרחבה, עיצוב |
||
שורה 6:
משמעות חוק השטחים היא ששני מטוסים, גם אם שונים בצורתם, אך התפלגות האורכית של שטח החתך זהה, יהיו בעלי ערך גרר גלים זהה. בכדי למנוע היווצרות של גלי הלם חזקים, התפלגות שטח החתך חייבת להיות חלקה ומתונה.
μ=arcsin(1/M) ולכן עבור M=1.3, נקבל כי μ=50.3⁰.
שורה 14 ⟵ 15:
M - מסר מאך.
= בעיית עליית הגרר =
שורה 20 ⟵ 21:
חוקרים במנהרות הרוח של מרכז המחקר של לאנגלי החלו לעבוד על בעיית הגרר בתחום העבר קולי (במהירויות מתקרבות ועולות על מהירות הקול) עוד לפני תום מלחמת העולם השנייה. ב -1943, ג'ון סטאק, ראש סניף המנהרה של "לאנגלי", קיבל אישור להכפיל את העוצמה במנהרה מ -8,000 כוחות סוס ל -16,000 כוחות סוס. השדרוג, שהושלם באביב 1945, אפשר לחוקרים לייצר נתוני זרימה אמינים במנהרה למהירויות עד מאך 0.95. המנהרה הייתה גדולה מאוד יחסית לתקופה (גובה של 8 רגל ~ כ-2.5 מטרים) .
==== רקע ====
אחד החוקרים שעבד עם סטאק במנהרה היה מהנדס צעיר בשם ריצ'רד ט. ויטקומב. ויטקומב הוקסם ממטוסים בכלל ובאווירודינמיקה בפרט, מאז שהיה ילד צעיר, כשהוא בנה ובחן מספר רב של מודלים של טיסנים. הוא הועסק על ידי מרכז המחקר לאנגלי בשנת 1943, לאחר קבלת תואר הנדסה מן המכון הפולי טכני ווסטר (Worcester Polytechnic Institute). מנהלי לאנגלי רצו בתחילה שיעבוד במחלקת כלי הטיס, אך ויטקומב התעקש לעבוד באווירודינמיקה. הוא קיבל את העדפתו והוצב אצל סטאק במנהרת רוח הגדולה -8-foot high speed wind tunnel. עד יולי 1948 פיתח ויטקומב מוניטין של מהנדס שפונים אליו לרעיונות מקוריים. הוא הציע סדרה של ניסויים, במנהרה הגדולה, עבור מגוון רחב של קומבינציות שונות של מטוס עם כנפיים משוכות לאחור. הוא קיווה שהבדיקות יחשפו תצורה שתוביל לירידה משמעותית בגרר, במהירויות עבר קוליות.
סדרת הניסויים נערכה בין השנים 1949 ל־1950, אך ללא תוצאות משמעותיות. אף אחת מהקומבינציות של המודל עם כנפיים משוכות, לא הצליח להוריד בצורה משמעותית את הזינוק בגרר, ככל שמתקרבים למהירות הקול Mach=1.
חוקרים אחרים, עקב מגבלות הניסויים במנהרות רוח במהירויות עבר קוליות, החליטו לנקות בשתי גישות חדשות. הראשונה הייתה להצמיד את מודל הניסוי למטוס מאויש ומהיר שבמהלך טיסת הניסוי, יבצע צלילה מגובה רב כך שיגיע למהירויות העבר קוליות הרצויות, ובכך הזרימה על המודלים היו קוליים ואף על קוליים, אף על פי שהמטוס הנושא את מודל הניסוי היה עדיין תת-קולי. גישה שנייה הייתה שימוש ברקטות ניסוי המסוגלות להאיץ למהירויות גבוהות. השיטה הראשונה שהוזכרה כאן, סיפקה תוצאות בעלי דיוק יחסית נמוך. השיטה השנייה, על אף דיוקה הרב, הייתה יקרה מאוד. בנוסף, לא ניתן היה לקבל תמונות שלירינן (Schlieren) של גלי ההלם הנוצרים בכל דרך אחרת, פרט לביצוע הניסויים במנהרת רוח.▼
ניסיונות ראשונים למציאת הפתרון
לחוקרים הייתה חסרה הבנה עמוקה בכל הקשור לתנהגות הזרימה באזור העבר קולי. חוקרים אחרים, עקב מגבלות הניסויים במנהרות רוח במהירויות עבר קוליות, החליטו לנקות בשתי גישות חדשות.
===== חקירת בעיית עליית הגרר מחוץ למנהרת רוח =====
הגישה הראשונה הייתה להצמיד את מודל הניסוי למטוס מאויש ומהיר שבמהלך טיסת הניסוי, יבצע צלילה מגובה רב כך שיגיע למהירויות העבר קוליות הרצויות, ובכך הזרימה על המודלים היו קוליים ואף על קוליים, אף על פי שהמטוס הנושא את מודל הניסוי היה עדיין תת-קולי.
▲
לבסוף המהנדסים בלאנגלי, עם ויתקומב בכללם, עשו שדרוג למנהרה ויצרו "גרון מחורר" (Slotted Throat) עבור המנהרה הגדולה בשנת 1950, אשר מנע את "חניקת" צוואר המנהרה, אשר הגביל את מהירויות שהתקבלו בתא הניסוי ועתה ניתן היה להגיע למהירויות על קוליות. התוצאות, בייחוד אלו שנחשפו על ידי צילומי שלירן, הראו כי גלי ההלם שנוצרו כאשר זרימת האוויר התקרבה למהירות הקול היו גדולים מהצפוי בהרבה. ההפסדים בלחצים שנגרמו כתוצאה מהיווצרות אותם גלי הלם, הם שגרמו לעלייה חדה בגרר, במהירויות עבר קוליות.
=== פריצת דרך ראשונה ===
פריצת הדרך הגיעה מספר
ויתקומב התרשם מאוד מהאנלוגיה של ד"ר בוזמן. הוא הבין שגלי ההלם היו גדולים מהצפוי, כי צינורות הזרם לא הצטמצמו ולא שינו צורה, כלומר שכל גידול מקומי באזור או בגרר, ישפיע על התצורה כולה בכל הכיוונים, ועל מרחק גדול יותר. כלומר, לא ניתן להסתכל על הכנף ועל גוף המטוס באופן נפרד. היה צריך להסתכל על כל אזור חתך המטוס - כנף, גוף וזנב יחד, ולנסות לשמור על עקומת הגידול ודעיכה חלקה ומתונה ככל הניתן. בכך הגיע למעשה לחוק השטחים. מבחינה מעשית, משמעות חוק השטחים היא שצריך לפצות על הגידול הדרמטי בגודל שטח החתך, באזור שבו הכנף מתחברת לגוף המטוס. הפתרון היה להצר את ה"מותניים" בגוף המטוס באזור בו עובי הכנף מקסימלי, מעיין צורת "בקבוק קולה", על מנת שניתן יהיה להקטין בהדרגה את שטח החתך כשעובי הכנף נעשה קטן יותר. אם צמצום המטוס היה בלתי אפשרי, המטוס מאחורי או לפני האגף צריך להיות מורחב כדי להפוך את השינוי שטח החתך באזור מאף של המטוס ועד לזנבו לכמה שיותר מתון, ללא שינויים דרמטיים.
שורה 34 ⟵ 47:
== קישורים חיצוניים ==
*
*https://history.nasa.gov/SP-4219/Chapter5.htm - The Whitcomb Area Rule: NACA Aerodynamics Research and Innovation
* "NACA research memorandum, October 28, 1953 - "RECENT RESULTS PERTAINING TO THE APPLICATION OF THE AREA RULE
▲* NACA Report 1273-"A STUDY OF THE ZERO-LIFT DRAG-RISE CHARACTERISTICS OF WING-BODY COMBINATIONS NEAR THE SPEED OF SOUD".
* James R. Hansen, Engineer in Charge: A History of the Langley Aeronautical Laboratory, 1917-1958 (Washington, DC: NASA SP-4305, 1987), pp. 313-14.
* Richard T. Whitcomb, interview with Walter Bonney, March 27, 1973.
| |||