Asa Delta - Delta wing

O Dassault Mirage III estava entre os tipos de asa delta de maior sucesso

Uma asa delta é uma asa em forma de triângulo. É nomeado por sua semelhança em forma com a letra grega maiúscula delta (Δ).

Embora muito estudado, ele não encontrou aplicações significativas até a Era do Jato , quando se mostrou adequado para voos subsônicos e supersônicos de alta velocidade. No outro extremo da escala de velocidade, a asa flexível Rogallo provou ser um projeto prático para a asa delta e outras aeronaves ultraleves . A forma da asa delta tem características aerodinâmicas únicas e vantagens estruturais. Muitas variações de design evoluíram ao longo dos anos, com e sem superfícies estabilizadoras adicionais.

Características gerais

Estrutura

O longo acorde de raiz da asa delta e a estrutura mínima externa tornam-no estruturalmente eficiente. Ela pode ser construída mais forte, mais rígida e ao mesmo tempo mais leve do que uma asa inclinada de capacidade de levantamento equivalente. Por causa disso, é fácil e relativamente barato de construir - um fator substancial no sucesso das aeronaves MiG-21 e Mirage.

Seu longo acorde de raiz também permite uma estrutura mais profunda para uma determinada seção de aerofólio, proporcionando mais volume interno para combustível e outro armazenamento sem um aumento significativo no arrasto. No entanto, em designs supersônicos, muitas vezes é aproveitada a oportunidade de usar um aerofólio mais fino, a fim de realmente reduzir o arrasto.

Aerodinâmica

Vôo de baixa velocidade

As asas delta puras exibem separação de fluxo em ângulos de ataque altos e arrasto alto em velocidades baixas.

Em baixas velocidades, uma asa delta requer um alto ângulo de ataque para manter a sustentação. Um delta delta cria um padrão de vórtice característico sobre a superfície superior que aumenta a sustentação. Alguns tipos com varredura intermediária receberam "bigodes" retráteis ou extensões de raiz de borda dianteira fixas (LERX) para encorajar a formação de vórtices.

Conforme o ângulo de ataque aumenta, a borda de ataque da asa gera um vórtice que energiza o fluxo na superfície superior da asa, atrasando a separação do fluxo e dando ao delta um ângulo de estol muito alto . Uma asa normal construída para uso em alta velocidade normalmente tem características indesejáveis ​​em baixas velocidades, mas neste regime o delta muda gradualmente para um modo de sustentação com base no vórtice que gera, um modo em que tem características de voo suaves e estáveis.

A elevação do vórtice tem o custo de um maior arrasto, portanto, motores mais potentes são necessários para manter o vôo em baixa velocidade ou alto ângulo de ataque.

Voo transônico e supersônico baixo

Convair fez vários deltas supersônicos. Este é um F-106 Delta Dart , um desenvolvimento de seu anterior Delta Dagger F-102

Com um ângulo grande o suficiente de varredura para trás, na faixa de velocidade transônica a supersônica baixa, a borda dianteira da asa permanece atrás do limite da onda de choque ou cone de choque criado pela raiz da borda dianteira.

Isso permite que o ar abaixo da borda de ataque flua para fora, para cima e ao redor dela e, em seguida, de volta para dentro, criando um padrão de fluxo lateral. A distribuição de sustentação e outras características aerodinâmicas são fortemente influenciadas por este fluxo lateral.

O ângulo de varredura para trás reduz a velocidade no ar normal para a borda de ataque da asa, permitindo assim que a aeronave voe em alta velocidade subsônica , transônica ou supersônica, enquanto as características de elevação subsônicas do fluxo de ar sobre a asa são mantidas.

Dentro desse regime de vôo, a inclinação da borda de ataque dentro do cone de choque aumenta a sustentação, mas não o arrasto. Essa inclinação cônica de ponta foi introduzida no Convair F-102A Delta Dagger de produção ao mesmo tempo em que o projeto do protótipo foi retrabalhado para incluir o controle de área . Ele também apareceu nos próximos dois deltas de Convair, o F-106 Delta Dart e o B-58 Hustler .

Ondulação supersônica de alta velocidade

Em altas velocidades supersônicas, o cone de choque da raiz da borda dianteira inclina mais para trás para ficar ao longo da superfície da asa atrás da borda dianteira. Já não é possível que ocorra o fluxo lateral e as características aerodinâmicas mudem consideravelmente. É neste regime de vôo que a técnica waverider, como a usada na North American XB-70 Valkyrie , se torna praticável. Aqui, um corpo de choque sob a asa cria uma onda de choque anexada e a alta pressão associada à onda fornece sustentação significativa sem aumentar o arrasto.

Variações de design

Aérospatiale-BAC Concorde exibe sua asa ogiva

Variantes do plano de asa delta oferecem melhorias para a configuração básica.

Canard delta  - Muitos caças modernos, como o JAS 39 Gripen , o Eurofighter Typhoon e o Dassault Rafale, usam uma combinação de canard foreplanes e uma asa delta.

Delta com cauda  - adiciona um plano de cauda convencional (com superfícies de cauda horizontais), para melhorar o manuseio. Comum em tipos soviéticos como o Mikoyan-Gurevich MiG-21 .

Delta recortado  - ponta cortada. Isso ajuda a manter a elevação do motor de popa e reduz a separação do fluxo na ponta da asa (estolagem) em ângulos de ataque elevados. A maioria dos deltas é cortada em pelo menos algum grau.

No delta composto , delta duplo ou flecha com manivela , a borda de ataque não é reta. Normalmente, a seção interna aumentou o retrocesso, criando um vórtice de alta elevação controlado sem a necessidade de um avião dianteiro. Os exemplos incluem o caça Saab Draken , o protótipo General Dynamics F-16XL e o estudo de Transporte Civil de Alta Velocidade . O ogee delta (oudelta ogival ) usado no avião anglo-francês Concorde Mach 2 é semelhante, mas com as duas seções e a ponta da asa cortada fundidas em uma curva ogiva suave .

""
Delta sem cauda
""
Delta de cauda
""
Delta recortado
""
Delta composto
""
Flecha de manivela
""
Ogival delta

Delta sem cauda

O Saab 35 Draken foi um projeto delta duplo sem cauda de sucesso

Como outras aeronaves sem cauda , a asa delta sem cauda não é adequada para grandes cargas de asa e requer uma grande área de asa para um determinado peso de aeronave. Os aerofólios mais eficientes são instáveis ​​no passo e o tipo sem cauda deve usar um design menos eficiente e, portanto, uma asa maior. As técnicas utilizadas incluem:

  • Usando um aerofólio menos eficiente que é inerentemente estável, como uma forma simétrica com curvatura zero ou mesmo curvatura reflexa perto da borda de fuga,
  • Usando a parte traseira da asa como um estabilizador horizontal com carga leve ou negativa:
    • Torcendo a borda de ataque externa para baixo para reduzir a incidência da ponta da asa, que está atrás do centro principal de sustentação. Isso também melhora as características de estol e pode beneficiar o cruzeiro supersônico de outras maneiras.
    • Movendo o centro de massa para a frente e ajustando o elevador para exercer uma força descendente de equilíbrio. No extremo, isso reduz a capacidade da nave de levantar o nariz para a decolagem e a aterrissagem.

As principais vantagens do delta sem cauda são a simplicidade estrutural e o peso leve, combinados com o baixo arrasto aerodinâmico. Essas propriedades ajudaram a tornar o Dassault Mirage III um dos caças supersônicos mais amplamente fabricados de todos os tempos.

Delta de cauda

Um estabilizador de cauda convencional permite que a asa principal seja otimizada para elevação e, portanto, seja menor e mais carregada. O desenvolvimento de aeronaves equipadas com esta configuração remonta ao final dos anos 1940.

Quando usado com uma cauda em T, como no Gloster Javelin , como outras asas, uma asa delta pode dar origem a um " estol profundo " no qual o alto ângulo de ataque no estol faz com que a esteira turbulenta da asa estolada envolva o cauda. Isso torna o elevador ineficaz e o avião não consegue se recuperar do estol. No caso do Javelin, um dispositivo de alerta de estol foi desenvolvido e implementado para o Javelin após a perda antecipada de uma aeronave nessas condições. A equipe de design de Gloster supostamente optou por usar uma configuração delta com cauda por necessidade, buscando alcançar uma capacidade de manobra efetiva em velocidades relativamente altas para a época, enquanto também exigia uma capacidade de controle adequada ao voar nas velocidades de pouso mais lentas desejadas.

Canard delta

O Eurofighter Typhoon tem uma configuração de asa delta canard.

Um delta de canard de içamento pode oferecer uma mudança menor no centro de içamento com o aumento do número de Mach em comparação com uma configuração de cauda convencional.

Um canard descarregado ou flutuando livremente pode permitir uma recuperação segura de um alto ângulo de ataque. Dependendo de seu projeto, uma superfície canard pode aumentar ou diminuir a estabilidade longitudinal da aeronave.

Um plano frontal delta canard cria seu próprio vórtice à direita. Se este vórtice interferir com o vórtice da asa delta principal, isso pode afetar adversamente o fluxo de ar sobre a asa e causar comportamento indesejado e até perigoso. Na configuração de acoplamento próximo, o vórtice canard acopla-se ao vórtice principal para aumentar seus benefícios e manter o fluxo de ar controlado por meio de uma ampla gama de velocidades e ângulos de ataque. Isso permite melhor manobrabilidade e menores velocidades de estol, mas a presença do avião dianteiro pode aumentar o arrasto em velocidades supersônicas e, portanto, reduzir a velocidade máxima da aeronave.

História

Pesquisa inicial

Aletas estabilizadoras triangulares para foguetes foram descritas já em 1529-1556 pelo engenheiro militar austríaco Conrad Haas e no século 17 pelo engenheiro militar polonês-lituano Kazimierz Siemienowicz . No entanto, uma verdadeira asa de levantamento em forma de delta não apareceu até 1867, quando foi patenteada por JW Butler e E. Edwards em um projeto para um avião propulsionado por foguete em forma de dardo e de baixa proporção. Esta inovação foi logo seguida por várias outras propostas, como uma versão biplano de Butler e Edwards e uma versão com propulsão a jato do russo Nicholas de Telescheff.

Em 1909, o pioneiro aeronáutico britânico JW Dunne patenteou sua aeronave estável sem cauda com forma de asa cônica. A patente incluía um delta bicônico de forma um pouco mais larga, com cada lado saliente para cima em direção à parte traseira de uma maneira característica da moderna asa de Rogallo . Durante o ano seguinte, UG Lee e WA Darrah patentearam um avião bicônico com asas delta na América, mas com uma asa explicitamente rígida. Ele também incorporou uma proposta para um sistema de controle de vôo e abrangeu vôo planado e motorizado. Deve-se observar que nenhum desses projetos iniciais foi conhecido por ter voado com sucesso, embora, em 1904, a asa delta de Lavezzani com asas triangulares esquerda e direita independentes tivesse deixado o solo, e os outros projetos de varredura sem cauda de Dunne baseados no mesmo princípio voariam.

A asa delta prática foi lançada pelo projetista aeronáutico alemão Alexander Lippisch nos anos que se seguiram à Primeira Guerra Mundial , usando uma asa em balanço grossa sem cauda. Seus primeiros projetos, para os quais ele cunhou o nome de "Delta", usavam um ângulo muito suave para que a asa parecesse quase reta e as pontas das asas tivessem que ser cortadas (veja abaixo). Sua primeira aeronave com asas em delta voou em 1931, seguida por quatro exemplos sucessivamente aprimorados. Nenhum desses protótipos foi fácil de manusear em baixa velocidade, enquanto nenhum teve uso generalizado.

Asa espessa subsônica

O bombardeiro Avro Vulcan tinha uma asa grossa

Durante os últimos anos da Segunda Guerra Mundial , Alexander Lippisch refinou suas idéias no delta de alta velocidade, aumentando substancialmente o retrocesso do bordo de ataque da asa. Uma aeronave experimental, o Lippisch DM-1 , foi construída em 1944 e pilotada como planador em testes de manuseio em baixa velocidade. Após o fim do conflito, o projeto DM-1 foi continuado em nome dos Estados Unidos , como resultado, o DM-1 foi enviado para Langley Field na Virgínia para exame pelo NACA (National Advisory Committee for Aeronautics, precursor da NASA de hoje ) Ele passou por alterações significativas nos Estados Unidos, normalmente para diminuir seu arrasto, resultando na substituição de seu grande estabilizador vertical por um equivalente menor e mais convencional, junto com um dossel de cabine normal retirado de um Lockheed P-80 Shooting Star . O Lippisch P.13a foi um estudo de projeto de acompanhamento para uma aeronave interceptora de alta velocidade, possivelmente até supersônica .

O trabalho do designer francês Nicolas Roland Payen é um tanto paralelo ao de Lippisch. Durante a década de 1930, ele desenvolveu uma configuração delta tandem com asa dianteira reta e asa delta traseira íngreme, mas a eclosão da Segunda Guerra Mundial interrompeu os testes de voo do Pa-22 , embora o trabalho continuasse por um tempo após o projeto atraiu a atenção alemã. Durante a era pós - guerra , Payen voou um jato delta experimental sem cauda, ​​o Pa.49 , em 1954, bem como a série Arbalète de configuração de empurrador sem cauda de 1965. Outros derivados baseados no trabalho de Payen foram propostos, mas finalmente não foram desenvolvidos.

Após a guerra, os britânicos desenvolveram uma série de aviões a jato subsônicos que reuniram dados coletados do trabalho de Lippisch. Uma dessas aeronaves, a aeronave de pesquisa Avro 707 , fez seu primeiro vôo em 1949. Aeronaves militares britânicas, como o Avro Vulcan (um bombardeiro estratégico ) e o Gloster Javelin (um caça para todos os climas) estavam entre as primeiras aeronaves equipadas com delta a entrar Produção. Considerando que o Vulcan era um design clássico sem cauda, ​​o Javelin incorporou uma cauda para melhorar o manuseio em baixa velocidade e a capacidade de manobra em alta velocidade, bem como para permitir um maior alcance do centro de gravidade . De acordo com o autor de aviação Tony Buttler, Gloster havia promovido sem sucesso um refinamento do Javelin que teria, entre outras mudanças, diminuído a espessura de sua asa a fim de atingir velocidades supersônicas de até Mach 1.6.

Asa supersônica fina

O caça MiG-21 tinha uma cauda convencional

O aerodinamicista americano Robert T. Jones, que trabalhou no NACA durante a Segunda Guerra Mundial, desenvolveu a teoria da asa delta delta para o vôo supersônico. Publicado pela primeira vez em janeiro de 1945, sua abordagem contrastava com a de Lippisch nas asas delta grossas. A asa fina forneceu uma base de sucesso para todos os deltas supersônicos práticos e foi amplamente adotada.

Durante o final dos anos 1940, o fabricante de aeronaves britânico Fairey Aviation se interessou pela asa delta, e suas propostas levaram ao Fairey Delta 1 experimental sendo produzido de acordo com a Especificação E.10 / 47 do Ministério do Ar . Uma aeronave experimental subsequente, o Fairey Delta 2 , provou ser capaz de obter velocidades superiores a qualquer outra aeronave convencional existente na época. Em 10 de março de 1956, o Fairey Delta 2 quebrou o recorde mundial de velocidade aérea , elevando-o para 1.132 mph (1.811 km / h) ou Mach 1,73. Essa conquista excedeu o recorde anterior de velocidade do ar registrado em 310 mph, ou 37 por cento; nunca antes o recorde havia sido alcançado por uma margem tão vasta.

Em sua forma original sem cauda, ​​o delta delta foi amplamente utilizado pela companhia de aviação americana Convair e pelo fabricante de aeronaves francês Dassault Aviation . O Convair F-102 Delta Dagger e o Douglas F4D Skyray foram dois dos primeiros caças operacionais a apresentar a asa delta sem cauda quando entraram em serviço em 1956. O interesse da Dassault na asa delta produziu a família de aeronaves de combate Dassault Mirage , especialmente os altamente o sucesso do Mirage III . Entre outros atributos, o Mirage III foi o primeiro avião de combate da Europa Ocidental a exceder Mach 2 em vôo horizontal.

A configuração delta com cauda foi adotada pelo TsAGI (Instituto Central Aerodinâmico e Hidrodinâmico, Moscou ), para melhorar o manuseio de alto ângulo de ataque , capacidade de manobra e intervalo do centro de gravidade sobre um plano delta puro. O Mikoyan-Gurevich MiG-21 ("Fishbed") tornou-se a aeronave de combate mais usada na década de 1970.

Canard acoplado

O Saab Viggen foi o pioneiro no canard de acoplamento próximo

Ao longo da década de 1960, o fabricante de aeronaves sueco Saab AB desenvolveu uma configuração delta canard de acoplamento próximo, colocando um avião delta dianteiro e acima da asa delta principal. Patenteada em 1963, essa configuração foi pilotada pela primeira vez na aeronave de combate Viggen da empresa em 1967. O acoplamento próximo modifica o fluxo de ar sobre a asa, mais significativamente quando voando em ângulos de ataque elevados. Em contraste com os elevadores montados na cauda clássicos, os canards aumentam a sustentação total, bem como estabilizam o fluxo de ar sobre a asa principal. Isso permite manobras mais extremas, melhora o manuseio em baixa velocidade e reduz a velocidade de decolagem e pouso. Durante a década de 1960, esta configuração foi considerada radical, mas a equipe de design da Saab julgou que era a abordagem ideal disponível para satisfazer as demandas de desempenho conflitantes para o Viggen, que incluem desempenho STOL favorável , velocidade supersônica, sensibilidade de baixa turbulência durante voos de baixo nível , e sustentação eficiente para o vôo subsônico.

Embora a configuração tenha sido pioneira no Viggen, desde então tornou-se comumente usada por vários caças supersônicos. Vários exemplos notáveis ​​incluem o Eurofighter Typhoon multinacional , o francês Dassault Rafale , o próprio Gripen da Saab (um sucessor do Viggen) e o IAI Kfir de Israel ; de acordo com os autores da aviação Bill Gunston e Peter Gilchrist, a principal razão para a popularidade do arranjo de acoplamento próximo tem sido os níveis excepcionais de agilidade aérea que ele é capaz de fornecer.

Transporte supersônico

Quando a aeronave de transporte supersônico (SST) foi desenvolvida, a asa delta ogival sem cauda foi escolhida para o Concorde Anglo-Francês e o Tupolev Tu-144 soviético , o Tupolev voando pela primeira vez em 1968. Enquanto o Concorde e o protótipo Tu-144 apresentavam um configuração delta ogival , os modelos de produção do Tu-144 diferiram mudando para uma asa delta dupla . As asas delta exigiam que esses aviões adotassem um ângulo de ataque mais alto em baixas velocidades do que as aeronaves convencionais; no caso do Concorde, a sustentação foi mantida permitindo a formação de grandes vórtices de baixa pressão sobre toda a superfície superior da asa. Sua velocidade típica de pouso era de 170 milhas por hora (274 km / h), consideravelmente mais alta do que os aviões subsônicos. Vários sucessores propostos, como o Zero Emission Hyper Sonic Transport ZEHST), supostamente adotaram uma configuração semelhante ao projeto básico do Concorde, portanto, a asa Delta permanece um provável candidato para futuros empreendimentos civis supersônicos.

Asa flexível Rogallo

Esta asa-delta é um delta de Rogallo relativamente amplo e levemente varrido

Durante e após a Segunda Guerra Mundial, Francis e Gertrude Rogallo desenvolveram a ideia de uma asa flexível que poderia ser desmontada para armazenamento. Francis viu uma aplicação na recuperação de naves espaciais e a NASA se interessou. Em 1961, Ryan pilotou o XV-8 , um "jipe voador" experimental ou "fleep". A asa flexível escolhida para isso foi um delta e em uso ondulou em um perfil de cone duplo que lhe deu estabilidade aerodinâmica. Embora testado, mas nunca usado para recuperação de espaçonaves, esse projeto logo se tornou popular para asas-delta e aeronaves ultraleves e ficou conhecido como asa Rogallo.

Veja também

Referências

Citações

Bibliografia

links externos