Механизация крыла самолета

Крыло самолета — одна из его главных частей, благодаря которой он может летать и выполнять различные маневры в воздухе. Кроме того, оно используется для размещения топливных баков и шасси, а также для подвешивания авиамоторов и боевого вооружения авиалайнеров. Однако главная функция крыла заключается в создании подъемной силы на всех этапах полета.

Механизация крыла Боинг-727

Виды крыльев самолета

Современная авиация использует различные виды крыльев для самолетов, включая прямоугольные, трапециевидные, стреловидные и треугольные. Конструкции с переменной и обратной стреловидностью встречаются реже.

Крылья, имеющие форму прямоугольника, обеспечивают наибольшую подъемную силу и имеют высокую устойчивость и управляемость. Они наиболее эффективны при скоростях, ниже скорости звука, и обеспечивают лучшие характеристики самолета при взлете, посадке и маневрировании. Однако, такие крылья оказывают большое сопротивление при высоких скоростях, и их конструкция более тяжелая.

Менее тяжелые, чем прямоугольные, но более жесткие, крылья с трапециевидной формой легче при сужении, но требуют большей жесткости. Они также успешно применяются на дозвуковых самолетах.

Стреловидные крылья используются для полета на высоких скоростях, в том числе сверхзвуковых. Однако, по сравнению с прямыми крыльями, у стреловидных крыльев меньше несущей способности при одинаковых скоростях полета, что может снизить устойчивость и управляемость самолета. Чтобы исправить эту проблему, на поверхности стреловидных крыльев могут быть установлены дополнительные вертикальные плоскости и пилообразные уступы на передних кромках. Это позволяет сделать летательный аппарат со стреловидным крылом более устойчивым и управляемым при увеличении скорости.

Повышенная поперечная устойчивость уменьшает маневренность самолета на высоких скоростях.

Крылья в форме треугольника легче и жестче, чем другие крылья (например, стреловидные), при одинаковой площади крыльев и нагрузках. Меньший вес обусловлен меньшим значением изгибающих и осевых сил при большем поперечном сечении крыла. Большие моменты инерции таких крыльев обеспечивают повышенную жесткость, что также обусловлено большим поперечным сечением крыла.

Меньший уровень сопротивления крыльев при переходе на сверхзвуковую скорость делает их наиболее подходящими для использования на сверхзвуковых самолетах.

Треугольное крыло с большим поперечным сечением имеет просторные внутренние объемы, но его аэродинамические характеристики создают меньшую подъемную силу и ограничивают использование механизации на малых скоростях полета.

Механизация крыла самолета

Конструкция крыла самолета включает в себя множество компонентов и является сложной инженерной разработкой. Для обеспечения подъемной силы, необходимой для взлета, крыло имеет аэродинамическую форму.

Классическое крыло имеет форму вытянутой капли с плоской нижней частью. Во время полета аэроплана воздушный поток сжимается в нижней поверхности крыла, а в верхней образуется разреженное пространство. Это создает силы, толкающие крыло вверх, в сторону разреженного пространства, и образующие подъемную силу.

Читайте также: Зона турбулентности в самолете: что это такое

Условия полета создаются при достаточной скорости. Самолеты разгоняются для набора нужной скорости, чтобы оторваться от взлетной полосы и начать набор высоты. Для каждого самолета есть своя скорость отрыва, которая может отличаться в зависимости от взлетной массы. После набора этой скорости крыло поддерживает самолет и не дает ему падать.

Во время разгона и подъема, чтобы обеспечить максимальную силу подъема, крыло должно иметь максимальную возможную площадь.

Для снижения и посадки самолета необходима большая площадь. Однако при прямолинейном полете желательно, чтобы площадь крыла была как можно меньше, чтобы создать наименьшее сопротивление воздуха. В конструкции крыла используются специальные механические устройства, чтобы сочетать эти противоречивые требования.

Механизация крыла самолета включает механические устройства на передней и задней кромках.

Главная цель этих устройств — управлять подъемной силой и сопротивлением самолета, особенно при взлете или посадке. Механизмы для автоматизации крыла должны соответствовать жестким требованиям, прежде всего в отношении согласованности работы механизмов и надежности их функционирования. Ниже представлены конструкция и назначение отдельных составляющих частей механизации крыла самолета.

Механизация крыла на примере Боинг-737

Механизмы задней кромки крыла

Во время взлета и посадки самолета используются щитки и закрылки, чтобы увеличить площадь крыла и изменить его аэродинамические свойства.

Они представляют собой выдвижные или поворотные плоскости. Обыкновенные щитки просто отклоняются вниз при помощи поворотного механизма. Выдвижные щитки, вначале выдвигаются назад за плоскость крыла, а затем наклоняются вниз. Закрылки подразделяются на обыкновенные и щелевые.

Закрылки могут быть обыкновенными и щелевыми. Обыкновенные закрылки отклоняются вниз без зазора между крылом. Щелевые закрылки в рабочем положении создают зазор между корпусом и крылом. Это позволяет областям с низким и высоким давлением на верхней и нижней поверхности крыла обмениваться воздухом, что способствует равномерному обтеканию и предотвращает срывы потока и потерю подъемной силы.

Выпущенные закрылки (Фаулера) самолета ТУ-154

Закрылки и крылья подвергаются давлению воздуха и имеют аэродинамический профиль.

Они подразделяются на однощелевые и многощелевые. Однощелевые закрылки представляют собой простую однопрофильную конструкцию и просто отклоняются вниз, или выдвигаются назад из крыла, а затем отклоняются вниз.

Многощелевые закрылки состоят из многоступенчатой конструкции с не более чем тремя профилями и механизмом, который выдвигается из крыла. Каждый профиль имеет свой угол отклонения. Когда закрылки и щитки опущены, изменяется аэродинамика крыла, а при их выдвижении увеличивается площадь крыла. Все эти действия увеличивают подъемную силу крыла.

Простой (поворотный) закрылок

Механизмы передней кромки крыла

Для передней кромки крыла применяются предкрылки и отклоняемые носки.

Предкрылки — сложные устройства с выдвижными механизмами аэродинамического профиля, установленные в передней части крыла. Они позволяют улучшить летные характеристики самолета при малых скоростях. Их применение при взлете увеличивает угол набора высоты, что ускоряет выход самолета на заданную высоту полета.

Обычный щелевой предкрылок в выпущенном состоянии

После выдвижения предкрылков вперед и вниз образуется зазор. Он открывает проход для набегающего потока воздуха с нижней кромки крыла к верхней его поверхности, что предотвращает срыв потока и повышает устойчивость полета. Однако конструкция механизмов предкрылков имеет большую массу.

Основным недостатком предкрылков является отличие их деформации в полете от деформации основного крыла, что ухудшает аэродинамические свойства крыла в целом.

Щитки Крюгера — разновидность предкрылков, имеющих вид отклоняющихся вниз и вперед плоскостей. Они используются вместе с предкрылками на стреловидных крыльях, но могут быть использованы только до определенного угла подъема самолета, поскольку при его превышении происходит потеря управляемости.

Крылья оснащают отклоняемыми носками для самолетов с тонким крылом, где невозможно разместить предкрылковые механизмы. Их цель — уменьшить вероятность потери управления при низкой скорости полета и увеличить подъемную силу крыла.

В механизацию также входят устройства, которые уменьшают подъемную силу (тормозные щитки) и интерцепторы. Они состоят из профилированных плоскостей, расположенных в верхней части крыла перед закрылками. При необходимости снижения скорости самолета они поднимаются вверх и создают дополнительное сопротивление.

Они спрятаны в крыло в убранном положении. Тормозные щитки отклоняются синхронно вверх, а интерцепторы используются для управления креном самолета, отклоняясь только с той стороны крыла, куда направлен крен. Интерцепторы расположены наиболее далеко от оси самолета для улучшения управляемости.

Усовершенствование Боинг-747 включает использование трехщелевых закрылков Фаулера, предкрылок Крюгера (ближе к корпусу) и обычных предкрылок (дальше).

Закрылки самолета. Основные виды.

Первоначально закрылки были разработаны как первый вид механизации крыла и оказались наиболее эффективными. Их широко использовали еще до Второй Мировой войны, а впоследствии и после этого периода их конструкция была усовершенствована, а также были изобретены новые виды закрылок. Основными характеристиками, указывающими на то, что это закрылок, являются его расположение и манипуляции с ним. Закрылки всегда устанавливаются на задней кромке крыла и могут опускаться вниз и выдвигаться назад. Когда закрылка опускается, кривизна крыла увеличивается, а при ее выдвижении увеличивается площадь. Подъемная сила крыла прямо пропорциональна его площади и коэффициенту подъемной силы, так что если обе величины увеличиваются, закрылок выполняет свою функцию наиболее эффективно. Закрылки делятся на разные типы в зависимости от их устройства и манипуляций.

• простые закрылки (самый первый и самый простой вид закрылок)
• щитовые закрылки
• щелевые закрылки
• закрылки Фаулера (наиболее эффективный и наиболее широко применяемый в гражданской авиации вид закрылок)

Каким образом функционируют все вышеперечисленные закрылки показано на схеме. Простой закрылок, как видно из схемы, просто отклоняемая вниз задняя кромка крыла. Таким образом, кривизна крыла увеличивается, однако область низкого давления над крылом уменьшается, потому простые закрылки менее эффективны, чем щитовые, верхняя кромка которых не отклоняется и область низкого давления не теряет в размерах.

Щелевой клапан назван так из-за щели, которая образуется при его отклонении. Эта щель позволяет воздушному потоку пройти в область с низким давлением и направлена таким образом, чтобы предотвратить срыв потока и придать ему дополнительную энергию.

Замок на крыльях Фоулера перемещается назад и вниз, увеличивая площадь и кривизну крыла. Обычно он создает одну, две или три щели при перемещении. Это позволяет ему работать наиболее эффективно и увеличивать подъемную силу до 100%.

Предкрылки. Основные функции.

Предкрылки — это поверхности, расположенные на передней кромке крыла и способные отклоняться вперед и вниз, аналогично закрылкам Фаулера. Они увеличивают кривизну и площадь крыла, образуя щель для прохода воздушного потока к верхней кромке и увеличивая подъемную силу. Если предкрылки только отклоняются вниз и не создают щели, то они называются отклоняемыми носками, которые также увеличивают кривизну крыла.