جناح NACA

سلسلة NACA للأجنحة الهوائية عبارة عن مجموعة من أشكال الأجنحة الهوائية القياسية التي طورتها هذه الوكالة، والتي أصبحت تستخدم على نطاق واسع في تصميم أجنحة الطائرات.

طورت وكالة ناسا في البداية نظام الجناح المرقم والذي تم تحسينه لاحقًا بواسطة القوات الجوية الأمريكية في مركز لانجلي للأبحاث . وفقًا لموقع وكالة ناسا على الويب: ^[1]

خلال أواخر عشرينيات القرن العشرين وحتى ثلاثينياته، طورت NACA سلسلة من الأجنحة التي تم اختبارها بدقة وابتكرت تسمية رقمية لكل جناح - رقم مكون من أربعة أرقام يمثل الخصائص الهندسية الحرجة لقسم الجناح. بحلول عام 1929، طورت لانجلي هذا النظام إلى الحد الذي تم فيه استكمال نظام الترقيم بمقطع عرضي للجناح، وظهر الكتالوج الكامل لـ 78 جناحًا في التقرير السنوي لـ NACA لعام 1933. يمكن للمهندسين رؤية خصائص كل شكل جناح بسرعة، وكان المسمى الرقمي ("NACA 2415"، على سبيل المثال) يحدد خطوط الانحناء، والسمك الأقصى، وخصائص الأنف الخاصة. نقلت هذه الأشكال والأشكال النوع من المعلومات إلى المهندسين مما سمح لهم باختيار أجنحة محددة لخصائص الأداء المرغوبة لطائرة معينة.

تحدد أقسام الجناح المكونة من أربعة أرقام في NACA المظهر الجانبي من خلال: ^[2]

1. الرقم الأول الذي يصف الحد الأقصى للانحراف كنسبة مئوية من الوتر .
2. الرقم الثاني يصف مسافة الانحناء الأقصى من الحافة الأمامية للجناح بأجزاء من أعشار الوتر.
3. آخر رقمين يصفان الحد الأقصى لسمك الجناح كنسبة مئوية من الوتر. ^[3]

على سبيل المثال، يحتوي جناح NACA 2412 على انحناء أقصى بنسبة 2% يقع على بعد 40% (0.4 وتر) من الحافة الأمامية مع أقصى سمك 12% من الوتر.

إن الجناح NACA 0015 متماثل، حيث يشير الرقم 00 إلى عدم وجود انحناء فيه. ويشير الرقم 15 إلى أن الجناح يحتوي على نسبة سمك إلى طول الوتر تبلغ 15%: أي أن سمكه يساوي 15% من طوله.

صيغة شكل رقاقة NACA 00xx، مع استبدال "xx" بنسبة السُمك إلى الوتر، هي ^[4]

${\displaystyle y_{t}=5t\left[0.2969{\sqrt {x}}-0.1260x-0.3516x^{2}+0.2843x^{3}-0.1015x^{4}\right],}$^{[5] [6]}

أين:

x هو الموضع على طول الوتر من 0 إلى 1.00 (0 إلى 100%)،

${\displaystyle y_{t}}$هو نصف السمك عند قيمة معينة لـ x (خط الوسط إلى السطح)،

t هو الحد الأقصى للسمك كجزء من الوتر (لذا فإن t يعطي الرقمين الأخيرين في فئة NACA المكونة من 4 أرقام مقسومًا على 100).

في هذه المعادلة، عند x = 1 (الحافة الخلفية للجناح)، لا يكون السُمك صفرًا تمامًا. إذا كانت هناك حاجة إلى حافة خلفية بسُمك صفر، على سبيل المثال للعمل الحسابي، فيجب تعديل أحد المعاملات بحيث يكون مجموعها صفرًا. يؤدي تعديل المعامل الأخير (أي إلى −0.1036) إلى أصغر تغيير في الشكل العام للجناح. تقترب الحافة الأمامية من الأسطوانة بنصف قطر وتر موحد يبلغ

${\displaystyle r=1.1019t^{2}.}$^[7]

الآن إحداثيات سطح الجناح العلوي وسطح الجناح السفلي هي ${\displaystyle (x_{U},y_{U})}$${\displaystyle (x_{L},y_{L})}$

${\displaystyle x_{U}=x_{L}=x,\y_{U}=+y_{t},\y_{L}=-y_{t}.}$

تمتلك الأجنحة المتسلسلة المتماثلة المكونة من 4 أرقام بشكل افتراضي أقصى سمك بنسبة 30% من الوتر من الحافة الأمامية.

أبسط الرقائق غير المتماثلة هي رقائق NACA ذات الأربعة أرقام، والتي تستخدم نفس الصيغة المستخدمة لتوليد الرقائق المتماثلة 00xx، ولكن مع انحناء خط الانحراف المتوسط. الصيغة المستخدمة لحساب خط الانحراف المتوسط ​​هي ^[4]

${\displaystyle y_{c}={\begin{cases}{\dfrac {m}{p^{2}}}\left(2px-x^{2}\right),&0\leq x\leq p,\\{\dfrac {m}{(1-p)^{2}}}\left((1-2p)+2px-x^{2}\right),&p\leq x\leq 1,\end{cases}}}$

أين

م هو الحد الأقصى للانحناء (100 م هو الرقم الأول من الأرقام الأربعة)،

p هو موقع الحد الأقصى للانحناء (10 p هو الرقم الثاني في وصف NACA xxxx).

على سبيل المثال، يستخدم جناح NACA 2412 انحناء بنسبة 2% (الرقم الأول) و40% (الرقم الثاني) على طول وتر جناح متماثل 0012 له سمك 12% (الرقمان 3 و4) من الوتر.

بالنسبة لهذا الجناح المنحني، نظرًا لأن السُمك يجب أن يُطبق بشكل عمودي على خط الانحناء، فإن إحداثيات و ، لسطح الجناح العلوي والسفلي على التوالي، تصبح ^{[8] [9]}${\displaystyle (x_{U},y_{U})}$${\displaystyle (x_{L},y_{L})}$

${\displaystyle {\begin{aligned}x_{U}&=x-y_{t}\,\sin \theta ,&y_{U}&=y_{c}+y_{t}\,\cos \theta , \\x_{L}&=x+y_{t}\,\sin \theta ,&y_{L}&=y_{c}-y_{t}\,\cos \theta ,\end{محاذاة}}}$

أين

${\displaystyle \theta =\arctan {\frac {dy_{c}}{dx}},}$

${\displaystyle {\frac {dy_{c}}{dx}}={\begin{cases}{\dfrac {2m}{p^{2}}}\left(px\right),&0\leq x\leq p,\\{\dfrac {2m}{(1-p)^{2}}}\left(px\right),&p\leq x\leq 1.\end{cases}}}$

تصف سلسلة NACA المكونة من خمسة أرقام أشكالًا أكثر تعقيدًا للجناح. ^[10] تنسيقها هو LPSTT، حيث:

• L: رقم واحد يمثل معامل الرفع الأمثل النظري عند زاوية الهجوم المثالية C _LI = 0.15 L (هذا ليس هو نفسه معامل الرفع C _L )،
• P: رقم واحد لإحداثيات x لنقطة الانحناء الأقصى (الانحناء الأقصى عند x = 0.05 P)،
• S: رقم واحد يشير إلى ما إذا كان الانحناء بسيطًا (S = 0) أو منعكسًا (S = 1)،
• TT: الحد الأقصى للسمك كنسبة مئوية من الوتر، كما هو الحال في رمز الجناح NACA المكون من أربعة أرقام.

على سبيل المثال، يصف ملف تعريف NACA 23112 جناحًا هوائيًا بمعامل رفع تصميمي يبلغ 0.3 (0.15 × 2)، ونقطة الانحناء الأقصى تقع عند 15% من الوتر (5 × 3)، وانحناء منعكس (1)، وسمك أقصى يبلغ 12% من طول الوتر (12).

يتم تعريف خط الانحناء للحالة البسيطة (S = 0) في قسمين: ^[11]

${\displaystyle y_{c}={\begin{cases}{\dfrac {k_{1}}{6}}{\big (}x^{3}-3rx^{2}+r^{2}(3-r)x{\big )},&0<x<r,\dfrac {k_{1}r^{3}}{6}}(1-x),&r<x<1,\end{cases}}}$

حيث تم تطبيع الموقع الوترى والإحداثيات بواسطة الوتر. يتم اختيار الثابت بحيث يحدث الحد الأقصى للانحناء عند ؛ على سبيل المثال، لخط الانحناء 230، و . أخيرًا، يتم تحديد الثابت لإعطاء معامل الرفع المطلوب. بالنسبة لملف تعريف خط الانحناء 230 (أول 3 أرقام في السلسلة المكونة من 5 أرقام)، يتم استخدام. ${\displaystyle x}$${\displaystyle y}$${\displaystyle r}$${\displaystyle x=p}$${\displaystyle p=0.3/2=0.15}$${\displaystyle r=0.2025}$${\displaystyle k_{1}}$${\displaystyle k_{1}=15.957}$

توفر خطوط الانحناء المكونة من ثلاثة أرقام موقعًا أماميًا بعيدًا للحد الأقصى للانحناء.

يتم تعريف خط الانحناء على النحو التالي ^[11]

${\displaystyle y_{c}={\begin{cases}{\dfrac {k_{1}}{6}}{\big (}x^{3}-3rx^{2}+r^{2}(3-r)x{\big )},&0<x<r,\\{\dfrac {k_{1}r^{3}}{6}}(1-x),&r<x<1.\end{cases}}}$

مع تدرج خط الانحناء

${\displaystyle {\frac {dy_{c}}{dx}}={\begin{cases}{\dfrac {k_{1}}{6}}{\big (}3x^{2}-6rx+r^{2}(3-r){\big )},&0<x<r,\\-{\dfrac {k_{1}r^{3}}{6}},&r<x<1.\end{cases}}}$

يقدم الجدول التالي معاملات مختلفة لملف خط الانحناء لمعامل رفع التصميم النظري 0.3 - يجب قياس قيمة معامل الرفع المطلوب بشكل خطي لمعامل رفع تصميم مختلف: ^[12]${\displaystyle k_{1}}$

ملف تعريف خط الانحناء	${\displaystyle p}$	${\displaystyle r}$	${\displaystyle k_{1}}$
210	0.05	0.0580	361.40
220	0.10	0.126	51.640
230	0.15	0.2025	15.957
240	0.20	0.290	6.643
250	0.25	0.391	3.230

تجعل خطوط الانحناء مثل 231 انحناء الحافة الخلفية السلبية لملف سلسلة 230 موجبًا. وينتج عن هذا عزم انحناء نظري بقيمة 0.

من${\displaystyle {\frac {x}{c}}\leq r}$

${\displaystyle {\frac {y}{c}}={\frac {k_{1}}{6}}\left[\left({\frac {x}{c}}-r\right)^{3}-{\frac {k_{2}}{k_{1}}}(1-r)^{3}{\frac {x}{c}}-r^{3}{\frac {x}{c}}+r^{3}\right].}$

من${\displaystyle r<{\frac {x}{c}}\leq 1.0}$

${\displaystyle {\frac {y}{c}}={\frac {k_{1}}{6}}\left[{\frac {k_{2}}{k_{1}}}\left({\frac {x}{c}}-r\right)^{3}-{\frac {k_{2}}{k_{1}}}(1-r)^{3}{\frac {x}{c}}-r^{3}{\frac {x}{c}}+r^{3}\right].}$

يقدم الجدول التالي معاملات ملف تعريف خط الانحناء المختلفة لمعامل رفع التصميم النظري 0.3 - قيمة ، ويجب قياسها خطيًا لمعامل رفع تصميم مختلف مرغوب: ^[12]${\displaystyle r}$${\displaystyle k_{1}}$${\displaystyle k_{2}/k_{1}}$

ملف تعريف خط الانحناء	${\displaystyle p}$	${\displaystyle r}$	${\displaystyle k_{1}}$	${\displaystyle k_{2}/k_{1}}$
221	0.10	0.130	51.990	0.000764
231	0.15	0.217	15.793	0.00677
241	0.20	0.318	6.520	0.0303
251	0.25	0.441	3.191	0.1355

يمكن تعديل الأجنحة المتسلسلة المكونة من أربعة وخمسة أرقام باستخدام رمز مكون من رقمين مسبوقًا بواصلة في التسلسل التالي:

1. رقم واحد يصف استدارة الحافة الأمامية، حيث يكون 0 حادًا، و6 هو نفس الجناح الأصلي، والقيم الأكبر تشير إلى حافة أمامية أكثر استدارة.
2. رقم واحد يصف مسافة الحد الأقصى للسمك من الحافة الأمامية بأجزاء من أعشار الوتر.

على سبيل المثال، NACA 1234-05 عبارة عن جناح NACA 1234 ذو حافة أمامية حادة وسمك أقصى يبلغ 50% من الوتر (0.5 وتر) من الحافة الأمامية.

بالإضافة إلى ذلك، للحصول على وصف أكثر دقة للجناح، يمكن تقديم جميع الأرقام على شكل أرقام عشرية.

تم ابتكار نهج جديد لتصميم الجناح في ثلاثينيات القرن العشرين، حيث تم استنباط شكل الجناح رياضيًا من خصائص الرفع المطلوبة. قبل ذلك، تم إنشاء أشكال الجناح أولاً ثم قياس خصائصها في نفق الرياح . يتم وصف أجنحة السلسلة 1 بخمسة أرقام بالترتيب التالي:

1. الرقم "1" يشير إلى السلسلة.
2. رقم واحد يصف مسافة منطقة الضغط الأدنى بأجزاء من أعشار الوتر.
3. شرطة.
4. رقم واحد يصف معامل الرفع بالعشرات.
5. رقمان يصفان الحد الأقصى للسمك كنسبة مئوية من الوتر.

على سبيل المثال، يتمتع الجناح NACA 16-123 بضغط أدنى يبلغ 60% من الوتر الخلفي مع معامل رفع يبلغ 0.1 وسمك أقصى يبلغ 23% من الوتر.

تحسين على الأجنحة ذات السلسلة 1 مع التركيز على تعظيم التدفق الرقائقي . يتم وصف الجناح باستخدام ستة أرقام بالترتيب التالي:

1. الرقم "6" يشير إلى السلسلة.
2. رقم واحد يصف مسافة منطقة الضغط الأدنى بأجزاء من أعشار الوتر.
3. يعطي الرقم السفلي نطاق معامل الرفع بالعشرات أعلى وأسفل معامل الرفع التصميمي الذي توجد فيه تدرجات ضغط مواتية على كلا السطحين.
4. شرطة.
5. رقم واحد يصف معامل الرفع التصميمي بالعشرات.
6. رقمان يصفان الحد الأقصى للسمك كنسبة مئوية من الوتر.
7. "a=" متبوعًا برقم عشري يصف جزء الوتر الذي يتم الحفاظ على التدفق الرقائقي عليه. a=1 هو الإعداد الافتراضي إذا لم يتم إعطاء أي قيمة.

على سبيل المثال، يتمتع NACA 65 _4-415 بأدنى ضغط يوضع عند 50% من الوتر، وله أقصى سمك 15% من الوتر، ومعامل رفع تصميم 0.4، ويحافظ على التدفق الصفحي لمعاملات الرفع بين 0 و0.8.

تم تحقيق تقدم أكبر في تعظيم التدفق الصفائحي من خلال تحديد مناطق الضغط المنخفض على الأسطح العلوية والسفلية للجناح بشكل منفصل. يتم وصف الجناح بسبعة أرقام بالترتيب التالي:

1. الرقم "7" يشير إلى السلسلة.
2. رقم واحد يصف مسافة منطقة الضغط الأدنى على السطح العلوي بأجزاء من أعشار الوتر.
3. رقم واحد يصف مسافة منطقة الضغط الأدنى على السطح السفلي بأجزاء من أعشار الوتر.
4. حرف واحد يشير إلى ملف تعريف قياسي من سلسلة NACA السابقة.
5. رقم واحد يصف معامل الرفع بالعشرات.
6. رقمان يصفان الحد الأقصى للسمك كنسبة مئوية من الوتر.

على سبيل المثال، يحتوي NACA 712A315 على منطقة ضغط أدنى تبلغ 10% من الوتر الخلفي على السطح العلوي و20% من الوتر الخلفي على السطح السفلي، ويستخدم ملف تعريف "A" القياسي، وله معامل رفع يبلغ 0.3، وله أقصى سمك يبلغ 15% من الوتر.

تم تصميم الأجنحة فوق الحرجة لتحقيق أقصى قدر من التدفق الصفحي بشكل مستقل أعلى وأسفل الجناح. الترقيم مطابق للأجنحة من السلسلة 7 باستثناء أن التسلسل يبدأ بالرقم "8" لتحديد السلسلة.

• فوغت V-173
• غطاء NACA
• قناة ناسا

• قاعدة بيانات إحداثيات جناح الطائرة UIUC لإحداثيات ما يقرب من 1600 جناح طائرة
• يعمل برنامج John Dreese لتوليد إحداثيات الجناح NACA على أنظمة التشغيل Windows XP و7 و8.
• سلسلة NACA Airfoil
• ميزة موقع ناسا على الإنترنت حول أجنحة NACA
• تطبيق ويب تفاعلي لـ Airfoil
• التحليل العددي لجناح طائرة NACA 0012 عند زوايا هجوم مختلفة والحصول على معاملات الديناميكية الهوائية الخاصة به
• مولد جناح هوائي من سلسلة 16، 4 و5 أرقام من NACA