테일리스 항공기

Tailless aircraft
DH108 스왈로우

꼬리 없는 항공기는 주 날개 외에 다른 수평 공기역학적 표면을 가지고 있지 않다.동체, 수직 테일 핀(수직 스태빌라이저) 및/또는 수직 방향타가 있을 수 있습니다.

테일리스 구성의 이론적인 장점은 Horten H와 같이 기생 항력이 낮다는 것입니다.Northrop B-2 Spirit 폭격기와 같은 IV 급상승 글라이더와 좋은 스텔스 특성.단점은 트림에 민감할 수 있다는 것입니다.

테일리스 항공기는 개척기 시절부터 비행해 왔다. 최초의 안정적인 비행기는 1910년 테일리스 Dunne D.5였다.가장 성공적인 무꼬리 구성은 특히 전투기를 위한 무꼬리 델타였지만, 가장 친숙한 무꼬리 델타 항공기는 콩코드 여객기이다.

NASA는 카나드 앞면은 있지만 수직 지느러미는 없는 새로운 X-36 연구용 항공기에 '꼬리 없는' 기술을 사용했다.

항공기 구성

꼬리 없는 항공기는 주 날개 외에 다른 수평 표면이 없다.피치 및 롤의 공기역학적 제어 및 안정화 기능은 메인 윙에 통합되어 있습니다.테일리스 타입은 기존의 수직 테일 핀(수직 스태빌라이저)과 [1][2][3]방향타가 있을 수 있습니다.

플라잉 윙

주요 기사:플라잉 윙

비행날개는 날개 전체에 또는 부분적으로 위치한 조종사, 엔진 등을 가진 독특한 동체가 없는 미닫이 디자인이다.

공기 역학

드래그

기존 고정익 항공기는 주익과 분리된 수평 스태빌라이저 표면을 가지고 있다.이러한 추가 표면은 특히 고속에서 더욱 강력한 엔진을 필요로 하는 추가적인 항력을 유발합니다.다른 방법(아래 참조)을 통해 종방향(피치) 안정성과 제어를 달성할 수 있는 경우 스태빌라이저를 탈거하고 항력을 줄일 수 있습니다.

종방향 안정성

꼬리 없는 비행기는 별도의 수평 안정기를 가지고 있지 않다.이 때문에 일반 날개의 공기역학적 중심은 항공기 무게 중심보다 앞에 놓이게 되어 피치가 불안정하게 됩니다.공기역학적 중심을 뒤로 이동시키고 항공기를 안정시키기 위해 다른 방법을 사용해야 합니다.디자이너가 이를 달성하는 데는 두 가지 주요 방법이 있는데, 첫 번째 방법은 선구적인 비행사 J. W. 던이 개발한 것입니다.

날개의 앞쪽 가장자리를 스윕 날개 또는 델타 날개 중 하나로 뒤로 쓸고 바깥쪽 날개 부분의 입사 각도를 줄이면 바깥쪽 날개가 기존의 테일플레인 스태빌라이저와 같은 역할을 할 수 있습니다.이 작업이 외부 섹션의 스팬을 따라 점진적으로 수행되는 경우 팁 워시아웃이라고 합니다.던은 날개 윗면에 원추형 곡률을 주어 이를 달성했습니다.수평 비행 시 항공기는 팁이 상승에 기여하지 않도록 다듬어야 하며, 작은 하강 추력을 제공해야 할 수도 있습니다.이로 인해 날개의 전반적인 효율이 감소하지만, 많은 설계(특히 고속의 경우)에서 이는 기존의 스태빌라이저에 비해 항력, 중량 및 비용이 감소하는 것보다 더 중요합니다.긴 날개 간격은 또한 기동성을 떨어뜨리고, 이러한 이유로 던의 디자인은 영국 육군에 의해 거부되었다.

대안으로 저공 또는 늘 피칭 모멘트 에어포일을 사용하는 것이 있습니다. 예를 들어, Horten 시리즈 범선 및 전투기에서 볼 수 있습니다.이 시스템은 리어 또는 전체 윙에 반사 또는 후진 캠버가 있는 특이한 윙 에어로포일 섹션을 사용합니다.리플렉스 캠버의 경우 날개의 평평한 면이 위에 있고 강하게 구부러진 면이 아래에 있기 때문에 프론트 섹션은 높은 공격각을 나타내지만 뒷부분은 더 수평이며 상승하지 않으므로 테일플레인 또는 스윕된 윙의 워싱 팁과 같은 역할을 합니다.리플렉스 캠버는 대형 엘리베이터를 기존 에어포일에 장착하고 눈에 띄게 위쪽으로 트리밍하여 시뮬레이션할 수 있습니다. 무게 중심도 평상시 위치보다 앞으로 이동해야 합니다.베르누이 효과로 인해 반사 캠버는 작은 다운스트러스트를 발생시키는 경향이 있기 때문에 날개의 공격 각도를 증가시켜 보상한다.그러면 끌림이 추가로 생성됩니다.이 방법은 윙 평면 형태를 스위프백이나 워시아웃보다 더 폭넓게 선택할 수 있으며, 디자인에는 직선 또는 원형(Arup) 날개가 포함되어 있습니다.그러나 높은 공격 각도에 내재된 항력은 일반적으로 설계를 비효율적으로 만드는 것으로 간주되며, 포벨 및 마스케 항공기 시리즈와 같은 일부 생산 유형만이 이를 사용했다.

보다 간단한 접근법은 비행기의 주 중량을 날개 아래 상당한 거리에 위치시킴으로써 불안정성을 극복함으로써 중력이 항공기를 수평 자세로 유지하는 경향이 있고 따라서 패러글라이더와 같이 공기역학적 불안정성을 상쇄하는 것이다.그러나 실제로는 이것이 자체적으로 안정성을 제공하기에 충분하지 않은 경우가 드물며, 일반적으로 설명된 공기역학 기법에 의해 강화됩니다.전형적인 예로 Dunne과 같은 스위프백, 워시아웃, 원뿔형 표면을 사용하는 Rogallo 윙 행 글라이더가 있습니다.

인위적으로 안정성을 제공할 수도 있습니다.안정성과 기동성 사이에는 균형이 있다.높은 수준의 기동성은 낮은 수준의 안정성을 요구한다.일부 최신 첨단 전투기는 음정이 공기역학적으로 불안정하며 안정성을 제공하기 위해 플라이 바이 와이어 컴퓨터 제어에 의존합니다.Northrop Grumman B-2 Spirit 비행날개가 그 예입니다.

피치 컨트롤

많은 초기 설계에서는 스태빌라이저의 손실을 보상하기 위한 효과적인 피치 제어를 제공하지 못했습니다.일부 예는 안정적이지만 엔진 출력을 통해서만 높이를 제어할 수 있습니다.다른 사람들은 조심스럽게 다루지 않으면 급격히, 그리고 걷잡을 수 없이 아래로 던질 수 있습니다.이러한 점으로 인해 꼬리가 없는 디자인은 불안정하다는 평판을 얻었습니다.제트 시대에 테일리스 델타 구성이 나중에 성공할 때까지 이러한 평판은 부적절하다고 널리 받아들여졌습니다.

일반적으로 채택되는 솔루션은 날개 후행 가장자리에 대형 엘리베이터 및/또는 승강기 표면을 제공하는 것입니다.날개가 심하게 쓸리지 않는 한 공기역학 중심으로부터의 거리가 작고 모멘트가 적기 때문에 큰 제어력을 생성해야 한다.따라서, 미행이 없는 타입은 피칭 기동 중에 기존의 타입보다 더 높은 드래그를 경험할 수 있다.고도로 스위프된 델타 윙에서는 후행 가장자리와 공기역학적 중심 사이의 거리가 더 넓기 때문에 표면을 확대할 필요가 없습니다.다쏘 미라주 미라주 델타 시리즈와 그 파생 기종은 가장 널리 사용되는 전투기에 속했다.그러나 Mirage에서조차 이착륙 시 발생하는 높은 공격 각도의 피치 제어는 문제가 될 수 있으며, 일부 후속 파생 모델은 카나드 표면을 추가했습니다.

요 안정성

기존 항공기는 요가 불안정하고 직선을 유지하기 위해 꼬리 지느러미가 필요합니다.보조기(Aileron)가 움직이면 방향 전환 시 역방향 요(Yaw)가 생성되며, 방향 전환 시 방향타도 이를 보상해야 합니다.스윕 윙은 직선 비행에서는 안정적이지만 회전 중에는 여전히 역요를 경험합니다.한 가지 해결책은 바깥쪽 부분이 아래쪽으로 기울어지도록 날개를 충분히 비틀어 음의 양력을 주는 것입니다.이렇게 하면 보조기들의 역방향 요(Yaw) 작용이 역전되어 비행기가 회전을 할 수 있게 되고 수직 방향타 또는 디퍼렌셜 드래그 스포일러가 필요하지 않습니다.

또한 종 모양의 리프트 분포는 주어진 무게에 대한 유도 항력을 최소화하는 것으로 나타났다(특정 [4]스팬에 대해 최소화하는 타원 분포와 비교).

역사

'날개의 역사'를 참조하십시오.

J. W. 던

1917년 미군의 버지스 던 복엽기.
주요 기사: J. W. Dunne

1905년과 1913년 사이에, 영국 육군 장교와 항공사 J. W. 던은 본질적으로 안정적이고 구멍이 뚫리지 않도록 의도된 일련의 꼬리 없는 항공기를 개발했다.비행 중인 갈매기에 대한 그의 연구에서 영감을 얻어, 갈매기들은 윗면이 원추형인 쓸린 날개로 특징지어졌습니다.원뿔은 날개가 팁 쪽으로 점차적으로 바깥쪽으로 비틀어지도록 배치되어 선외기 부분에서 음의 발생률, 즉 음의 양력을 발생시켜 피치와 요의 전반적인 안정성을 확보했다.각 날개 끝의 후미 가장자리에 있는 단일 제어 표면은 결합된 보조기와 엘리베이터의 역할을 합니다.던은 관련된 공기역학적 원리에 대한 고도의 질적 이해, 심지어 날개 끝의 음의 상승이 가파른 하향각 사면체, 향상된 방향 [5]안정성과 결합되는 것을 이해했습니다.

원래 단엽기로 생각되었지만, 군용 던의 초기 디자인은 복엽기로 요구되었고, 일반적으로 후부 푸셔 프로펠러와 각 날개 끝 쌍 사이에 고정된 엔드플레이트 핀이 있는 비행기 사이의 동체 나셀을 특징으로 했다.

그의 군대 작업이 끝난 후, 1910년에 오빌 라이트와 그리피스 브루어가 D.5 복엽기를 안정적인 비행으로 목격했고, 그는 그 [6]취지의 공식 보고서를 왕립 항공 협회에 제출했다.따라서 그것은 비행에서 자연적 안정성을 달성한 최초의 항공기가 되었고, 최초의 실용적인 꼬리 없는 항공기가 되었다.나중에 나온 D.8은 미국에서 W. Starling Burgess에 의해 라이선스 제작되었고 상업적으로 Burgess-Dunne로 판매되었습니다.

그는 또한 단발기로 돌아왔다.1911년의 D.6은 푸셔형 하이윙 단발비행기로 날개 끝부분까지 사면체 또는 처진 것이 특징이다.이제 제어 표면은 방향타 역할도 합니다.

안정성에 대한 던의 많은 아이디어는 여전히 유효하며, 그는 존 K와 같은 후대의 디자이너들에게 영향을 준 것으로 알려져 있다. 노스롭(노스럽 그루먼 B-2 스피릿 스텔스 폭격기의 아버지).

전후 및 제2차 세계 대전

G.T.R. 힐 앤 프테로닥틸스

제1차 세계대전 이후, 조종사 제프리 T. R. 힐은 안정적이고 흠잡을 데 없는 디자인을 추구했다.던은 처음에 약간의 도움을 주었고 힐은 1920년대부터 프테로닥틸 시리즈의 꼬리 없는 항공기를 생산했다.힐은 또한 본질적으로 안정적인 에어로포일의 이론을 개발하기 시작했고 그의 디자인에 그것을 포함시켰다.

리피쉬델타스

독일 이론가들은 안정적인 에어로포일의 이론을 더욱 발전시켰다.디자이너 Alexander Lipisch는 1931년에 그의 첫 번째 꼬리 없는 디자인인 Delta I을 생산했다.그는 계속해서 더 정교한 디자인을 만들었고, 2차 세계대전이 끝날 무렵 그의 작업을 계속하기 위해 미국으로 끌려갔다.

메시슈미트 Me 163 Komet

제2차 세계 대전 동안, 리피쉬는 독일 디자이너 윌리 메세르슈미트를 위해 생산되기 시작한 최초의 꼬리 없는 항공기인 Me 163 Komet에서 일했다.그것은 최전방에 배치된 유일한 로켓 동력 요격기였으며, 전쟁 기간 동안 운용에 가장 빨리 도달한 항공기였다.

노스롭

미국의 Lipish와 병행하여, Jack Northrop은 꼬리가 없는 디자인에 대한 자신만의 아이디어를 개발하고 있었습니다.N-1M은 1941년에 비행했고, 일련의 미행이 없는 종류들이 뒤따랐는데, 그 중 몇몇은 진짜 날개가 되었다.

전후

드 하빌랜드 DH 108 스왈로우

1940년대에 영국의 항공기 디자이너 존 카버 메도우 프로스트는 드 하빌랜드 뱀파이어 제트 전투기의 앞쪽 동체를 사용하여 만들어진 드 하빌랜드 DH.108 스왈로우라고 불리는 미행이 없는 제트 동력 연구 항공기를 개발했다.이들 중 하나는 아마도 음속의 장벽을 깬 최초의 항공기들 중 하나였을 것이다. - 그것은 얕은 잠수 중에 그렇게 했고, 몇몇 [citation needed]목격자들에 의해 소닉 붐이 들렸다.세 건물 모두 치명적인 충돌로 유실되었다.

노스럽 X-4 밴텀

DH.108과 유사하게, 트윈 제트 구동 1948-빈티지 Northrop X-4는 제2차 세계대전 이후 미국에서 고속 트랜조닉 비행과 그 이상의 비행의 도전을 탐구하는 연구 프로그램에서 비행하기 위해 개발된 일련의 X-플레인 실험 항공기 중 하나였다.DH.108과 유사한 공기역학적 문제가 있었지만, 1950-1953년 총 80회의 연구 비행을 통해 제작된 X-4 사례 모두 심각한 사고 없이 비행 테스트 프로그램에서 살아남았고, 최고 속도는 640mph(1035km/h)에 불과했다.

다쏘 미라주

프랑스의 미라주 시리즈 초음속 제트 전투기는 미행이 없는 델타 구성의 한 예이며, 모든 서부 제트기 중에서 가장 널리 생산된 항공기 중 하나가 되었다.이와는 대조적으로, 소련의 널리 생산된 델타 날개 전투기 미코얀-구레비치 MiG-21은 꼬리 안정장치를 가지고 있다.

컨베어 F2Y 시다트

1950년대에 Convair F2Y Sea Dart 시제품은 음속을 초과한 유일한 수상비행기가 되었다.Convair는 몇 가지 다른 성공적인 무꼬리 델타 타입을 개발했습니다.

초음속 여객기

영-프랑스 콩코드 초음속 수송기와 소련 수송기인 투폴레프 Tu-144는 꼬리 없는 초음속 제트 여객기로 오가발 델타 날개를 가지고 있었다.이 비행기의 우아함과 아름다움은 종종 [7]언급되었다.

록히드 SR-71 블랙버드

미국의 록히드 SR-71 블랙버드 전략 정찰기는 마하 3 이상의 속도를 내는 가장 빠른 제트 동력 항공기이다.

NASA PRANDTL-D

NASA 예비연구 공기역학 설계(PRANDTL-D) 날개는 NASA 암스트롱 비행 연구 센터의 알 바우어스에 의해 개발되었다.Bowers는 Ludwig Frandtl의 작품과 Dunne처럼 새의 비행을 보면서 영감을 받았습니다.던 디자인과 마찬가지로 날개 끝을 음각으로 설정하고 동일한 양의 롤요 [8][9][10]커플링을 만들기에 충분한 날개 트위스트를 가지고 있습니다.Bowers는 리프팅 특성에 대한 정량적 분석을 개발하여 항공기 무게에 대한 유도 항력을 최소화하는 종 모양의 리프트 분포를 보다 일반적으로 발견하게 되었다.그는 이 분포를 "Prandtl-D" 시리즈 [4]디자인에 적용했습니다.2017년 말까지 그는 세 개의 연구 모델을 [11][12]날렸다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

인라인 따옴표

  1. ^ Torenbeek, E.; 첨단 항공기 설계: 아음속 민간 비행기의 개념 설계, 분석 및 최적화, Wiley (2013), 섹션 6.2.3. 평면도 분류, 범주 B 평면 단발비행기: "B4 – 테일리스 항공기: 수평 안정 장치가 없지만 수직 꼬리가 있습니다.
  2. ^ Kroes, Rardon & Nolan; Aircraft Basic Science, 제8판, McGraw-Hill (2013년) 페이지 101: "비행날개는 미행이 없는 항공기로... 약간의 추가가 있을 수 있다...예를 들면...수직 안정기..."
  3. ^ 니켈, K. 및 월파르트, W.; 이론 및 실천에 관한 테일리스 항공기, 버터하이넴(1994년).
  4. ^ a b Bowers, Albion; Murillo, Oscar (March 2016). "On Wings of the Minimum Induced Drag: Spanload Implications for Aircraft and Birds" (PDF). {{cite journal}}:Cite 저널 요구 사항 journal=(도움말)
  5. ^ J. W. Dunne; "던 항공기의 이론", 항공 저널, 1913년 4월, 페이지 83-102.1913년 8월 16일부터 1913년 9월 13일까지 비행에서 연재되었다.
  6. ^ "자동 안정 장치", 1911년 2월 18일 비행, 133-134페이지.[1]
  7. ^ 트럽쇼, B.; 콩코드: 내막이야, 술집영국 서튼(2000), ISBN 978-0-7509-2393-4.
  8. ^ 드래그를 낮추기 위한 예비 연구 공기역학 설계(PRANDTL): 개요, Nasa Armstrong Flight Research Center, 2015
  9. ^ 나사 암스트롱 비행연구센터, 새로운 날개 설계 방법을 검증하는 날개 모양의 실험 비행기, 2016년
  10. ^ Bowers, Al (2017-07-26). "Omega Tau, 256 – Flight Research at NASA Armstrong, Part 1: Subscale" (Interview). Interviewed by Markus Völter. Omega Tau. (표준)
  11. ^ 2015년 나사 암스트롱 비행 연구 센터, Subscale Glider 첫 비행
  12. ^ NASA 암스트롱 팩트 시트: NASA 암스트롱 비행 연구 센터, Prandtl-D 항공기, 2016년

일반 참고 자료

외부 링크