Asa elíptica - Elliptical wing

O Supermarine Spitfire usa uma asa elíptica modificada.

Uma asa elíptica é uma forma plana de asa cujas bordas de ataque e de fuga se aproximam cada uma de dois segmentos de uma elipse . Não deve ser confundido com asas anulares , que podem ter formato elíptico.

Relativamente poucas aeronaves adotaram a asa elíptica, um número ainda menor das quais atingiu a produção em massa ; a maioria das aeronaves que usavam esse recurso foi introduzida durante as décadas de 1930 e 1940. Talvez a aeronave mais famosa a apresentar uma asa elíptica seja o Supermarine Spitfire , uma aeronave de caça britânica da Segunda Guerra Mundial . Outra aplicação importante foi o Heinkel He 70 "Blitz", um avião de correio rápido alemão e bombardeiro de reconhecimento ; as primeiras versões do bombardeiro He 111 também usavam essa configuração de asa antes que um projeto mais simples fosse adotado por razões econômicas.

Propriedades

Teoricamente, a maneira mais eficiente de criar sustentação é gerá-la em uma distribuição elíptica ao longo da asa. Não há superioridade inerente às formas elípticas puras, e asas com outras formas planas podem ser otimizadas para fornecer distribuições de sustentação elípticas em sentido transversal.

A forma de asa elíptica básica também tem desvantagens:

  • A distribuição de sustentação quase uniforme de uma asa elíptica de seção de aerofólio constante pode fazer com que toda a envergadura da asa estole simultaneamente, podendo causar perda de controle com pouco aviso. Para melhorar as características de estol e avisar o piloto, os projetistas usam um aerofólio não uniforme. Por exemplo, a asa do Supermarine Spitfire foi afinada em direção às pontas e torcida para dar vazão , reduzindo a carga nas pontas para que a asa interna parasse primeiro. Tais compromissos partem da distribuição teórica de sustentação elíptica, aumentando o arrasto induzido. Uma distribuição de sustentação elíptica não pode ser alcançada por uma asa não torcida com uma forma plana elíptica porque há um termo logarítmico na distribuição de sustentação que se torna importante próximo às pontas das asas.
  • As formas elípticas das asas são mais difíceis de fabricar. Nele, o bordo de ataque ou o bordo de fuga ou ambos são curvos, e as costelas mudam de forma não uniforme ao longo da envergadura. Na prática, a maioria das asas elípticas são aproximações, por exemplo, várias seções das bordas dianteira e traseira do Spitfire são arcos de círculos.

A asa semi-elíptica

Para que uma asa tenha uma distribuição de área elíptica, não é necessário que as bordas de ataque e de fuga sejam curvas. Se uma delas for reta, como na forma plana semielíptica, a asa ainda pode ter uma distribuição de área elíptica. Vários aviões deste tipo foram produzidos; um dos mais bem-sucedidos é o americano Seversky P-35 .

Durante a era do pós - guerra , o perfil semi-elíptico da asa foi extensivamente estudado por suas propriedades de efeito solo ; foi postulado que seria adequado para veículos de efeito solo (que operam próximos à água, no efeito solo, para evitar o maior arrasto induzido que ocorre fora do efeito solo). O baixo nível de arrasto induzido produzido por uma asa semi-elíptica seria benéfico para esses veículos.

História

O aerodinamicista teórico britânico Frederick Lanchester foi talvez a primeira pessoa a escrever em detalhes sobre a asa elíptica, tendo feito isso durante 1907. Apesar dessa vantagem inicial, a asa elíptica foi inicialmente vista mais como um conceito teórico do que para aplicação prática. em parte devido às necessidades primordiais de compromisso entre as propriedades aerodinâmicas de uma aeronave e seus outros aspectos de design. Levaria algum tempo antes que o uso prático da forma de plano fosse feito.

Desenho de três vistas de Heinkel He 70

A primeira aeronave a usar a asa elíptica foi o Bäumer Sausewind , uma aeronave esportiva leve alemã que realizou seu vôo inaugural em 26 de maio de 1925. Seus projetistas, os irmãos Günther, se juntariam posteriormente ao fabricante alemão de aeronaves Heinkel e aplicariam seus projetos, incluindo o asa elíptica, para diversos projetos realizados pela empresa. Durante o início dos anos 1930, Heinkel desenvolveu um avião de correio rápido e bombardeiro de reconhecimento , o Heinkel He 70 "Blitz", que apresentava a asa elíptica. Provou ter um excelente desempenho para a época, estabelecendo oito recordes mundiais individuais relativos à velocidade ao longo da distância, tendo atingido a velocidade máxima de 377 km / h (222 mph).

Pouco tempo depois, Heinkel desenvolveu o bombardeiro He 111 , que fez seu primeiro vôo em 24 de fevereiro de 1935. Em comparação com o He 70 anterior, era uma aeronave maior que inicialmente se mascarou como um avião civil, apesar de ter sido desenvolvido desde a concepção para fornecer a nascente Luftwaffe com um bombardeiro médio rápido ; este engano foi devido às restrições colocadas na Alemanha após a Primeira Guerra Mundial que proibiu o desenvolvimento ou implantação de aviões bombardeiros. Apesar do tipo ter sido produzido em grande número antes e durante a Segunda Guerra Mundial , apenas os primeiros modelos de produção do He 111 foram equipados com uma asa elíptica. A principal razão para deixar cair a asa elíptica do He 111 em favor de uma com bordas de ataque e ataque retas foi econômica, o último projeto poderia ser fabricado com maior eficiência.

Talvez a empresa de aeronaves mais comumente associada à asa elíptica seja o fabricante britânico Supermarine . Durante o início da década de 1920, o projetista-chefe da empresa, Reginald Mitchell , desenvolveu o Supermarine S.4 , um hidroavião de corrida com asas elípticas britânicas ; conduziu seu primeiro vôo durante 1924. Enquanto os sucessores diretos do S.4 apresentavam uma asa projetada por um projetista diferente, Mitchell permaneceu um defensor da forma de planta. Em 1934, Mitchell e sua equipe de projeto estavam empenhados em projetar um novo avião de combate para a Força Aérea Real . Eles decidiram usar uma forma de asa semi-elíptica para resolver dois requisitos conflitantes; a asa precisava ser fina para permitir um número de Mach crítico alto, mas tinha que ser espessa o suficiente para abrigar o chassi retrátil, o armamento e a munição. Uma forma plana elíptica é a forma aerodinâmica mais eficiente para uma asa não torcida, levando à menor quantidade de arrasto induzido . A forma plana semielíptica foi inclinada de modo que o centro de pressão, que ocorre perto da posição de um quarto da corda em todas as velocidades, exceto nas velocidades mais altas, ficasse próximo à longarina principal, evitando que as asas se torcessem. O Spitfire realizou seu voo inaugural em 5 de março de 1936.

A asa elíptica foi decidida muito cedo. Aerodinamicamente era o melhor para o nosso propósito porque o arrasto induzido causado na produção de sustentação, era menor quando esta forma era usada: a elipse era ... teoricamente uma perfeição ... Para reduzir o arrasto, queríamos a menor espessura possível para a corda , consistente com a força necessária. Mas perto da raiz, a asa tinha que ser espessa o suficiente para acomodar as estruturas retraídas e os canhões ... Mitchell era um homem extremamente prático ... A elipse era simplesmente a forma que nos permitia a asa mais fina possível com espaço dentro para carregar o estrutura necessária e as coisas que queríamos empinar. E parecia bom.

Beverly Shenstone

Mitchell às vezes foi acusado de copiar a forma de asa do He 70 de Heinkel. As comunicações entre Ernest Heinkel e Michell durante os anos 1930 estabelecem a consciência de Mitchell sobre o He 70 e seu desempenho. No entanto, Beverley Shenstone , o aerodinamicista da equipe de Mitchell, observou que: "Nossa asa era muito mais fina e tinha uma seção bem diferente da do Heinkel. Em qualquer caso, seria simplesmente pedir para ter problemas para copiar uma forma de asa de uma aeronave projetada para um propósito totalmente diferente. "

Quase todos os Republic P-47 Thunderbolts , uma aeronave de caça americana , foram equipados com asas elípticas; apenas os últimos modelos de produção são diferentes, em vez de apresentar pontas de asas quadradas, semelhantes às variantes do Spitfire de baixa altitude. O Aichi D3A , um bombardeiro de mergulho japonês operado pela Marinha Imperial Japonesa , também usava uma asa elíptica que possuía semelhanças consideráveis ​​com a do He 70. O caça Mitsubishi A5M também utilizava um desenho de asa elíptica. Vários outros tipos tinham formas planas que diferiam relativamente pouco das elípticas. A aeronave de caça Hawker Tempest II , que mais tarde se desenvolveu na Hawker Fury e Hawker Sea Fury , também utilizou uma forma de asa quase elíptica, embora quadrada nas pontas.

Desde 2009, a empresa aviões britânicos Swift aviões têm sido alegadamente desenvolvimento de um modelo de dois lugares Very Light Aircraft , avião do Luz-esporte e CS-23 aeronaves categoria, o Aircraft Swift Swift , que possui asas elípticas.

Referências

Citações

  1. ^ Clancy 1975, seções 5.17, 5.25 e 8.14.
  2. ^ "Spitfire" ", Ícones de avião nº 14, Kelsey, 2013, p. 33.
  3. ^ Smith, J. "O desenvolvimento do Spitfire e do Seafire." Journal of the Royal Aeronautical Society , 1947, p. 343.
  4. ^ Jordan, PF "On Lifting Wings with Parabolic Tips." ZAMM, 54, 1974. pp. 463-477.
  5. ^ Knauff, Thomas (24 de outubro de 2012). O Manual de vôo do planador . BookBaby. ISBN   978-1-62488-139-8 .
  6. ^ Mamada, Hiroshi; Ando, ​​Shigenori (maio de 1974). "Arrasto mínimo induzido da asa de efeito solo semi-elíptico" . Journal of Aircraft . 11 (5): 257–258. doi : 10.2514 / 3.59236 .
  7. ^ a b c d Garrison, Peter (fevereiro de 2019). "A asa de avião perfeita" . Revista Air & Space.
  8. ^ a b Mackay 2003, p. 7
  9. ^ Donald 1999 , p. 494.
  10. ^ Mackay 2003, p. 9
  11. ^ Regnat 2004 pág. 31
  12. ^ a b Ethel 1997, p. 12
  13. ^ Price 2002, pp. 17-18.
  14. ^ Price 1977, pp. 33-34.
  15. ^ Francillon 1979, pp. 272–273.
  16. ^ Green e Swanborough 1982, p. 28
  17. ^ Thomas e Shores 1988, p. 105
  18. ^ Mason 1967, p. 3 -
  19. ^ Jackson, Paul (2011). Jane's All the World Aircraft 2011-12 . Coulsdon, Surrey: IHS Jane's. p. 596. ISBN   978-0-7106-2955-5 .

Bibliografia

  • Clancy, LJ Aerodynamics. Pitman Publishing Limited, Londres. 1975. ISBN   0-273-01120-0 .
  • Donald, David, ed. (1999). The Encyclopedia of Civil Aircraft (ilustrado, ed. Revisado). Londres: Aurum. ISBN   1-85410-642-2 .
  • Ethell, Jeffrey L. e Steve Pace. Spitfire . St. Paul, Minnesota: Motorbooks International, 1997. ISBN   0-7603-0300-2 .
  • Francillon, René J. Aeronaves Japonesas da Guerra do Pacífico . Londres: Putnam & Company Ltd., 1970 (2ª edição 1979). ISBN   0-370-30251-6 .
  • Glancey, Jonathan. Spitfire: The Illustrated Biography . London: Atlantic Books, 2006. ISBN   978-1-84354-528-6 .
  • Green, William; Swanborough, Gordon (agosto-novembro de 1982). "O Precursor Zero ... A5M da Mitsubishi". Entusiasta do ar . No. 19. pp. 26–43.
  • Mason, Francis K. The Hawker Tempest I – IV (Aeronave no Perfil Número 197). Leatherhead, Surrey, Reino Unido: Profile Publications Ltd., 1967.
  • McCormick, Barnes W. Aerodynamics, Aeronautics, and Flight Mechanics. John Wiley & Sons, New York, 1979. ISBN   0-471-03032-5 . pp. 135–139.
  • Milne-Thomson, LM Theoretical Aerodynamics , 4ª Ed., Dover Publications Inc, New York, 1966/1973. ISBN   0-486-61980-X . pp. 208–209.
  • Price, Alfred. The Spitfire Story: segunda edição revisada . Enderby, Leicester, UK: Siverdale Books, 2002. ISBN   978-1-84425-819-2 .
  • Regnat, Karl-Heinz (2004), Black Cross Volume 4: Heinkel He 111 , Hersham, Surrey, UK: Midland Publishers, ISBN   978-1-85780-184-2
  • Thomas, Chris e Christopher Shores. The Typhoon and Tempest Story . London: Arms and Armor Press, 1988. ISBN   978-0-85368-878-5 .

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