Содержание

Конструкция крыла самолета: профиль, строение, размах

Из многочисленных средств передвижения именно самолет является самым быстрым, удобным и безопасным. Каждый современный человек видел авиалайнер, но не все понимают, как именно работает механизм. В этой статье мы подробно рассмотрим строение крыла самолета.

Конструкция авиалайнера состоит из следующих основных элементов:

  • крыла;
  • оперения хвостовой части;
  • устройства для взлета и посадки;
  • фюзеляжа;
  • двигателей.

Поскольку в рамках одной статьи невозможно детально рассмотреть каждый элемент конструкции, далее мы сфокусируем внимание исключительно на крыльях.

Подробнее о конструкции

Одним из основных «органов» воздушного транспорта являются крылья, без которых самолет даже не сможет оторваться от земли. Конструкция крыла самолета состоит из правой и левой консоли, основное предназначение данного узла – создать необходимую подъемную силу для авиалайнера.

Здесь расположена механизация для взлета и посадки, которая в несколько раз улучшает следующие характеристики:

  • разгон авиалайнера;
  • скорость разбега;
  • скорость взлета и посадки.

Также тут располагаются топливные баки, а на военных машинах предусмотрены место для перевозки военного снаряжения.

От чего зависят летные качества авиатранспорта?

Размах и форма крыла самолета влияют на летные качества. Размах крыла самолета определяется длиной между прямым крылом и концевой точкой данного элемента.

Профиль крыла самолета – это сечение по плоскости, которое замеряется перпендикулярно размаху. В зависимости от предназначения авиалайнера его профиль крыла может меняться, и именно этот момент является основным, ведь с его помощью формируется сам летательный аппарат. То есть профиль крыла самолета влияет на назначение авиатранспорта и скорость его передвижения. Например:

  • профиль с острой передней кромкой предназначается для скоростных авиалайнеров МИГ-25;
  • высотный самолет МИГ-31 обладает аналогичным профилем;
  • более толстый профиль с передней закругленной кромкой предназначается для авиатранспорта, предназначенного для транспортировки пассажиров.

Существует несколько вариантов профилей, однако их форма исполнения всегда одинаковая. Данный элемент представляется в виде капли различной толщины.

Создавая профиль для любого летательного аппарата, производители сперва проводят точные расчеты, основанные на аэродинамике. Подготовленный образец проверяется в специальной аэродинамической трубе, и если технические характеристики подойдут для полетных условий, профиль устанавливается на летательный аппарат. Разработкой аэродинамических профилей занимались ученые с начала развития авиации, процесс разработки не прекращается и в настоящее время.

Крыло самолета «Москито»

Принцип работы

При помощи крыла летательный аппарат удерживается в небе. Многие ошибочно считают, что авиатранспорт обладает двумя крыльями, на самом деле у него имеется всего один элемент, и две плоскости, которые расположены на правой и левой сторонах.

То, как работает крыло самолета, доступно объяснили журналисты телеканала «Россия 2». Рекомендуем ознакомиться с коротким и познавательным видео, на котором принцип работы крыла самолета изложен доступным языком.

Согласно закону Бернулли, чем выше поток частиц или жидкости, тем меньше будет наблюдаться внутреннее давление воздушного потока. Именно по этому закону создается профиль крыла, то есть поток частиц или жидкости, соприкасаясь с поверхностью профилей, равномерно распределятся по всем частям элемента.

В хвостовой зоне частицы также не должны соединяться, чтобы не образовался вакуум, поэтому верхняя часть элемента обладает большей кривизной. Именно такое строение позволяет создать меньшее давление на верхней части элемента, что и требуется для создания подъемной силы.

Сила подъема крыла может завесить и от «угловой атаки». Для ее замера используется длина хорды крыла и скорость встречного потока воздушных масс. Чем больше будет показатель «угловой атаки», тем будет больше сила подъема крыла. Поток воздушных масс может быть как ламинарным, так и турбулентным:

  1. Гладкий поток без вихрей называется ламинарным, с его помощью создается подъемная сила.
  2. При турбулентном потоке, который создается при помощи вихрей, равномерно распределить давление не получится, соответственно, и подъемную силу создать не удастся.

Чтобы воздушный транспорт имел нужный скоростной диапазон, мог осуществлять безопасную посадку и взлет, максимально разгонялся, существует специальный механизм управления крыла, в который входят следующие элементы:

  • закрылки и предкрылки;
  • интерцепторы;
  • щитки для посадки.

Закрылки устанавливаются в задней части, являются основными компонентами в механизме управления самолета. Они уменьшают скорость, предоставляют авиатранспорту необходимую силу для подъема в воздух. Предкрылки не допускают возникновения слишком большой «угловой атаки», элементы расположены в носовой части. Интерцепторы расположены вверху крыла, помогают снизить подъемную силу когда это необходимо.

Законцовка

Данная часть крыла самолета помогает увеличить размах крыла, в несколько раз снижает сопротивление, которое образуется воздушным потоком, а также увеличивает подъемную силу. Кроме этого, законцовка крыла самолета помогает увеличить длину, практически не изменив при этом его размах. При использовании законцовки расход топлива у самолетов сокращается в несколько раз, а у планеров увеличивается дальность пути. Чаще всего используются гребневые законцовки, который помогают экономнее использовать топливо, легче набирать высоту, уменьшить длину разбега перед взлетом.

Кроме этого, элемент крыла самолета гребневого типа в несколько раз уменьшает индукционное сопротивление. Сегодня они чаще всего применяются на Боингах-767, -777, -747-8, а в ближайшее время планируется установка на Боингах-787.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+

samoleting.ru

конструкция и назначение элементов, фото и характеристики

Крылья самолета — одни из важнейших его составляющих. Именно они обеспечивают подъемную аэродинамическую силу самолету. Элементов у крыла самолета есть несколько. У каждого из них — своя отдельная функция, которая позволяет крылу правильно работать. На заре авиации инженеры понимали его важность для самолета.

С развитием в области авиастроения появились разные варианты крыльев, которые применяются для различных моделей самолетов. Формы крыла и его размеры имеют важное значение для пассажирского лайнера или военного истребителя. О механизации крыла самолета, его конструкции и назначении и будет рассказано в этой статье.

Как они работают?

Подъемная сила крыла самолета создается за счет разницы давления. Оно изменяется за счет нахождения потоков воздуха.

Принцип действия объясняется и ударной моделью Ньютона. Частицы воздуха наталкиваются на нижнюю полуплоскость крыла, который расположен под углом к потоку, и отскакивают вниз, выталкивая крыло наверх.

Строение крыла самолета.

Сколько крыльев у самолета? В классической модели их два — по одному с каждого бока.

Существует такое понятие, как размах крыла самолета. Это расстояние от вершины левой части крыла до верха правой. Оно измеряется по прямой линии и не зависит от формы или его стреловидности.

Об их устройстве

Совокупность всех элементов, из которого состоит крыло, называется его механизацией. Сюда входят закрылки, предкрылки, флапероны, спойлеры и т.д.

Его разделяют на три основные части. Это правая и левая полуплоскости и центроплан. Полуплоскости по-другому называют консолями. Это устройство крыла самолета, а о строении подробнее ниже.

Крыло самолета.

Закрылки

Закрылки видели все, кто садится у иллюминатора, около крыльев. Немногие знают, что это закрылки.

Это отклоняемые поверхности. Их функция — повышение несущей способности крыльев при взлете, посадке, полете на небольшой скорости.

Когда они не выпущены, то являются продолжением крыла. Во время их выпуска они отходят от него, образуя небольшие щели.

При взлете или посадке самолета пилоты обязательно выполняют выпуск закрылок. Зачем это делается? Это нужно, чтобы снизить скорость и увеличить аэродинамическое сопротивление. Есть и третья причина — перебалансировка воздушного судна.

Закрылки крыла самолета образуют от одной до трех щелей при их выпуске.

Флапероны

Они могут осуществлять и работу закрылков. Их используют на сверхлегких самолетах и радиоуправляемых моделях. У них есть один существенный минус — они так эффективны, как элероны.

Предкрылки

Их устанавливают впереди крыла. Как и закрылки, это отклоняющиеся поверхности. При их выпуске также образуется щель. Обычно они управляются одновременно с первыми, но ими можно руководить и отдельно.

Существует два типа предкрылок — автоматические и адаптивные.

Интерцепторы

Их другое название — спойлеры. Это отклоняемые или выпускаемые на поток поверхности крыла. Их задача состоит в том, чтобы увеличить аэродинамическое сопротивление и снизить подъемную силу.

Это его основные части, которые обеспечивают его бесперебойную работу.

Виды крыльев

Фото крыла самолета вы можете увидеть выше. Они сильно различаются по своей конструкции и особенностям строения.

По форме различают прямые, стреловидные, с обратной стреловидностью, треугольные, трапециевидные и т.д.

Более всего популярны именно стреловидные крылья. У них много преимуществ. Тут и увеличение подъемной силы и скорости. Недостатки у него тоже есть, но все же они не так существенны за счет значительных плюсов.

Самолеты с обратной стреловидностью крыла — лучше управляемы на небольшой скорости, эффективны в том, что касается аэродинамических свойств. Из их минусов — для конструкции нужны специальные материалы, которые бы создавали достаточную жесткость крыла.

Похожие публикации

nasamoletah.ru

Сколько крыльев у самолета

Без крыльев, разумеется, ни один самолет не сможет подняться в небо. Но как вы думаете, сколько крыльев у самолета? Если ответ — «два», что ж, вы наблюдательны. Но технически, увы, не правы.

Пассажирские самолеты

изготавливаются на основе моноплана. В переводе с греческого слово «моноплан» переводится как «единственная плоскость», а это указывает на то, что в конструкции самолетов имеется всего одно крыло. При сборке конструкции крыло устанавливается по обеим сторонам фюзеляжа. Получается, две плоскости, которые расположены по левой и правой стороне самолета, и называются крылом. Поэтому правильнее было бы сказать, что любой пассажирский самолет имеет одно крыло.

Однако существуют и другие самолеты, так называемые бипланы. Такие транспортные средства оснащены двумя крыльями, в качестве примера можно привести всеми известный Ан-2, который в простонародье называют «кукурузником». Данная и подобные модели чаще всего используются для проведения различных сельскохозяйственных работ, например, орошения полей, и для транспортировки негабаритного груза.

Назначение крыла

В конструкции воздушных транспортных средств каждая деталь имеет важное значение, но самым значимым элементом является именно крыло. Можно привести несколько примеров:

  1. Если произойдет аварийная ситуация и откажет первый двигатель, опытный пилот сможет осуществлять перелет на втором.
  2. При отказе второго двигателя все равно имеется высокий шанс осуществить посадку.
  3. При сбое в работе шасси можно посадить авиатранспорт на так называемый живот, и при соблюдении мер безопасности даже избежать возгорания самолета.

А вот без крыла, основное предназначение которого — создать необходимую подъемную силу, ни один вид воздушного транспорта не сможет осуществлять перелет и даже подняться со взлетной полосы в небо.

Чтобы перелеты были безопасными, авиаконструкторы особое внимание уделяют изготовлению крыла. Но вот пассажирам, смотрящим в иллюминатор, часто кажется, что основной элемент самолета может просто сломаться, так как при движении очень заметно то, как он изгибается, причем в разные стороны. Разумеется, бояться на самом деле нечего, ведь крыло сконструировано так, чтобы оно легко выдерживало огромные нагрузки.

При изготовлении крыла авиаконструкторы все тщательно просчитывают, чтобы получить элемент, обладающий высокой подъемной силой, минимальным сопротивлением воздушному потоку, способным удерживать многотонный авиалайнер на огромной высоте.

До середины XX века форма крыла самолета была трапециевидной. Однако такое исполнение было заменено стреловидным, как только стали использоваться реактивные двигатели. Стреловидное крыло помогает развить самолету максимальную скорость, а при поворотах улучшает аэродинамику воздушного средства.

Двигатели авиалайнеров могут быть установлены как на крыле, так и под ним на специальном пилоне. В крыле размещаются шасси и другие необходимые агрегаты.

Крыло самолета

Из каких элементов состоит крыло самолета?

Конструкция включает следующие основные составляющие:

  1. Закрылки. Используются при взлете и заходе на посадку, когда скорость должна снизиться, но при этом подъемная сила не должна полностью исчезнуть, а шасси должны выдержать стремительное соприкосновение с поверхностью земли.
  2. Спойлеры также необходимы для уменьшения скорости. Действуют как «воздушный тормоз», который к тому же способен уменьшить подъемную силу самолета. Все компоненты активируются летчиками из кабины при помощи механической системой управления крыла.
  3. Руль-элерон, который схож по конструкции с корабельным штурвалом. Элероны помогают пилотам наклонять авиатранспорт в нужную сторону.
  4. Аэронавигационные огни, расположенные также на крыле самолета, помогают наблюдать за траекторией полета авиатранспорта как с земли, так и с борта другого самолета. Огни имеют разные цвета: красный на левой стороне, зеленый – на правой. Некоторые самолеты оснащены белыми огнями, которые отлично видны в ночное время суток.

Кроме вышеперечисленных элементов на крыле некоторых самолетов имеются законцовки, к примеру, на А-319. Они снижают индукционное сопротивление, что позволяет экономнее расходовать топливо. Кроме этого, законцовки помогают увеличить так называемое удлинение крыла, не меняя при этом размах крыла. А наличие законцовки на планере помогает увеличить дальность перелета.

Практически все характеристики воздушного транспортного средства напрямую зависят от исполнения крыла, то есть от его аэродинамических качеств и основных характеристик. Во внутренней части крыла имеются отсеки, в которых располагаются топливные баки, поэтому максимальный объем зависит от общей площади крыла. Чтобы предотвратить обледенение корпуса, которое часто наблюдается на приличной высоте, на кромке, расположенной впереди крыла, устанавливаются обогреватели, работающие от сети.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+

samoleting.ru

Крылья самолетов будущего? Их сделают другими – Будущее

Вместо нынешних шумных закрылков самолеты следующего поколения, возможно, будут снабжены крыльями с тихими адаптивными подвижными элементами, выяснил обозреватель BBC Future.

Сто с лишним лет назад братья Уилбур и Орвилл Райт подняли в небо конструкцию, ставшую не просто первым управляемым летательным аппаратом тяжелее воздуха, но и первым самолетом, в котором была реализована концепция перекашивания крыла.

Летчик в полете при помощи проволочных тросов изменял форму деревянной конструкции крыла, обтянутой материей, за счет чего обеспечивалась управляемость самолетом.

Но вскоре после этого другие пионеры авиации, в том числе известный американский авиаконструктор Гленн Кертис, предпочли другой путь.

Они стали использовать отклоняющиеся панели крыла в качестве элеронов (подвижных плоскостей на задней кромке крыла, помогающих самолету разворачиваться) – отчасти в попытке избежать проблем с братьями Райт, к тому времени запатентовавшими свое решение. Но также и потому, что постоянное отклонение деревянной рамы крыла в конечном счете могло привести к ее поломке.

С тех пор отклоняемые поверхности крыла используются по всему миру – этот принцип реализован в конструкции рулей направления и высоты, закрылков, элеронов и интерцепторов.

Отклоняемые поверхности изменяют профиль крыла или хвостового оперения, заставляя самолет двигаться в заданном пилотом направлении.

Оснастив крыло самолета Boeing 777X складными секциями, производитель рассчитывает добиться существенной экономии топлива

Но вскоре на смену многолетней конструкторской традиции может прийти новая концепция – специалисты в Европе и США исследуют возможность применения современных прочных, эластичных материалов и сервомоторов для создания меняющего профиль крыла по мотивам идеи Уилбура и Орвилла.

Актуальность исследований вызвана ужесточением требований к топливной эффективности самолетов перед лицом глобального потепления.

Авиастроители изыскивают возможности создания более экологически чистых летательных аппаратов с целью сократить объемы выбрасываемых в атмосферу парниковых газов.

Ожидается, что за счет применения крыльев изменяемого в полете профиля самолеты будут потреблять меньше горючего, говорит Пит-Кристоф Велкен, инженер-прочнист, работающий в бременском подразделении авиастроительной корпорации Airbus.

Кроме того, отмечает он, если удастся реализовать сопряжение нескольких органов управления разных типов – например, закрылков и элеронов – в единую конструкцию, уменьшится и вес самих самолетов.

Однако прежде чем крыло изменяемого профиля начнут применять на топливоэффективных самолетах будущего, регулярным гостем аэропортов по всему миру станет Boeing 777X.

У этого авиалайнера, который должен поступить в эксплуатацию в 2020 г., крыло будет изменять форму не в полете, а на земле.

Boeing 777X планируют оснастить крылом со складными внешними секциями, каждая длиной 3,5 м, поднимающимися вертикально для парковки и во время руления и раскладывающимися горизонтально непосредственно перед взлетом.

Выпущенные закрылки изменяют профиль крыла. Их недостатками являются увеличение лобового сопротивления, приводящее к повышенному расходу топлива, и высокий уровень шума

Boeing 777X будет напоминать палубные истребители, крыло которых складывается после посадки, чтобы разместить как можно больше самолетов в подпалубных ангарах авианосца. Однако данная технология ранее не применялась в гражданской авиации.

Идея Boeing заключается в том, чтобы оснастить двухдвигательный авиалайнер крылом сверхбольшого размаха (71,8 м).

Компьютерные симуляции показывают, что такое крыло обеспечит воздушному судну очень низкий расход топлива в крейсерском режиме полета.

А при складывании внешних секций крыла на земле его размах будет составлять всего 64,8 м, то есть будет равным размаху крыла нынешней версии Boeing 777.

Так что новый самолет безо всяких проблем впишется в нынешнюю ширину аэропортовых взлетных полос и рулежных дорожек.

Впрочем, оснащение крыла складными секциями представляет определенные технические трудности – необходимо обеспечить их надежную фиксацию в раскрытом положении в течение всего полета. Ведь если одна из двух секций не встала на замки, или ее заело в сложенном состоянии, это приведет к опасной потере аэродинамической устойчивости самолета.

Крылья многих палубных самолетов складываются для экономии места на авианосце

До начала эксплуатации 777X остается четыре года, и на текущем этапе Boeing не слишком словоохотлив относительно того, каким образом его конструкторы собираются добиться надежности работы крыла.

Однако представители компании рассказали известному американскому авиационному изданию Aviation Week о том, что соответствующие испытания уже проводятся – включая ресурсные испытания, призванные показать, насколько эффективно система фиксации замыкания складных секций будет функционировать в условиях ожидаемого износа, вызванного эксплуатационными нагрузками.

Кроме того, композитное крыло со складными секциями должно будет выдерживать такие же предельные нагрузки, как и крылья гражданских самолетов традиционной конструкции.

Впрочем, после того как прочностные испытания другой модели производителя, Boeing 787, продемонстрировали способность его композитного крыла в течение 20 секунд, не ломаясь, находиться в таком изогнутом положении, что его оконцовка поднимается выше верхушки вертикального стабилизатора, компания уверена в том, что сможет обеспечить необходимую прочность конструкции крыла 777X.

Адаптивный профиль

А в 2025-2030 гг. авиаконструкторы, возможно, внедрят и более масштабный принцип изменения профиля крыла.

Как гласит история, Уилбур Райт как-то вертел в руках картонную коробку из-под велосипедных камер в магазинчике, которым заправлял вместе с братом, и обратил внимание на то, что сгибание стенок коробки приводит к изменению их поверхности подобно изменению профиля голубиного крыла в полете.

Братья Райт реализовали этот принцип сначала в планере, собранном ими в 1902 г., а затем, годом позже, и в конструкции знаменитого моторного Flyer.

При помощи проволок-тросов они изменяли форму “коробки” крыла биплана, управляя его полетом в трех измерениях.

В наши же дни подобный принцип изменения профиля крыла исследуется в рамках двух проектов.

В ЕС недавно завершилась 4-летняя программа Smart Intelligent Aircraft Structures (Saristu), работы по которой возглавляла штаб-квартира Airbus во французской Тулузе.

Авиастроительные компании отходят от традиционного представления о внешнем виде самолетов; на рисунке – концепция летательного аппарата схемы “смешанное крыло”, разрабатывавшейся корпорацией Boeing

А в США авиастроительная компания Flexsys, расположенная в г. Энн-Арбор, штат Мичиган, участвует в более масштабном проекте совместно с НАСА и Исследовательской лабораторией ВВС США.

В программе Saristu стоимостью 51 млн евро, работу по которой координировал Велкен, был задействован ряд авиакосмических предприятий по всей Европе. В августе 2015 г. завершился первый этап продувок модели в аэродинамической трубе.

По словам Велкена, одна из основных задач программы – попытаться найти решение насущной проблемы авиастроения.

Сейчас самолеты конструируются таким образом, что их наибольшая топливная эффективность достигается при полете на больших высотах. Но с ростом интенсивности воздушного движения диспетчерам зачастую приходится отказывать экипажам в занятии наиболее удобных эшелонов.

Если инженерам удастся разработать управляющие поверхности, изменяющие кривизну профиля крыла в зависимости от режима полета, аэродинамика самолета изменится, что увеличит его топливную эффективность практически во всем диапазоне высот.

“Это заветная мечта авиаконструкторов”, – говорит Велкен.

Чтобы добиться необходимого эффекта, потребуется создать целый набор адаптивных элементов механизации крыла, включая переднюю и заднюю кромки, а также, возможно, внешние секции изменяемого профиля.

В рамках программы Saristu инженеры рассмотрели все эти варианты, а также проработали возможные методы обеспечения устойчивости конструкции крыла к попаданиям молний и защиты его от обледенения.

Однако главным объектом европейского и американского исследований были закрылки – удлиненные панели на задней кромке крыла, отклоняющиеся вниз для увеличения подъемной силы на низких скоростях при взлете и посадке.

“Закрылки традиционной формы громоздки, шумны и неспособны адаптироваться к постоянным незначительным изменениям в атмосферных и высотных условиях при перелетах на большую дальность”, – отмечает Род Хилл, один из директоров проекта Flexsys.

“В результате увеличивается лобовое сопротивление, возрастает расход топлива, и самолет менее эффективно выдерживает оптимальный режим при изменении профиля полета”.

Крыло изменяемой формы

По словам Велкена, чрезвычайно важно, чтобы испытания крыла изменяемой формы проводились на полномасштабных моделях.

Аэродинамические характеристики подобной конструкции, а также воздействующие на нее силы трения настолько сильно меняются при масштабировании, что тесты на уменьшенной модели не дадут те же результаты, что продувки макета в натуральную величину.

Именно поэтому команда Saristu разработала закрылок изменяемого профиля для гипотетического авиалайнера вместимостью 90 пассажиров – причем адаптивной у него является лишь задняя кромка шириной в 50 см.

Секцию закрылка длиной 4,9 м подвергли серии продувок в аэродинамической трубе московского Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ).

Профиль адаптивной задней кромки изменялся в зависимости от условий “полета” благодаря десяти электрическим приводам.

Результаты продувок оказались на удивление обнадеживающими: по словам Велкена, самолет, снабженный подобными закрылками, будет расходовать на 6,5% меньше топлива на рейсах стандартной протяженности по сравнению с современными воздушными судами.

А использование передних кромок и оконцовок крыла, изменяющих профиль в полете, сулит еще большую топливную эффективность.

Конструкторский гений братьев Райт снова востребован

У новой технологии имеются и другие потенциальные преимущества. Если вам когда-либо доводилось слышать заходящий на посадку самолет, завывающий подобно расстроенному музыкальному инструменту, знайте: этот звук издают вибрирующие выпущенные закрылки.

Основной плюс комбинированных адаптивных элементов механизации заключается в том, что покрывающий их прочный, эластичный полимер будет закрывать и щели между отклоняемыми поверхностями и основной конструкцией крыла.

Но найти материал для обшивки крыла, способной сохранять эластичность во всем диапазоне эксплуатационных температур – непростая задача.

“На крейсерском участке полета температура за бортом составляет -55°C, но на перроне, скажем, в аэропорту Абу-Даби она может достигать +80°C”, – говорит Велкен.

“Поэтому нам было очень важно подобрать правильный материал. Мы остановились на модифицированном варианте силиконового эластомера, изначально разработанного для космической отрасли”.

Участники американского проекта Flexsys также признают особую важность правильного выбора материала для внешнего покрытия крыла изменяемого профиля.

“Наш материал, отвечающий требованиям авиакосмических стандартов, может создавать свыше 4,9 метрической тонны подъемной силы и при этом сохранять гибкость”, – говорит Хилл.

“Он способен выдерживать диапазон температур от -54°C до +82°C, а также воздействие агрессивных химических сред; испытания подтвердили, что срок его службы в пять раз дольше, чем у материалов, используемых в конструкции нынешних коммерческих самолетов”.

Автоматизация управления механизацией крыла изменяемого профиля не должна представлять большой проблемы.

Самолеты Boeing 787 и Airbus A350, снабженные электронно-дистанционными системами управления, уже сейчас автоматически изменяют аэродинамический профиль крыла за счет постоянных коррекций изменений органов управления в ходе полета.

“Закрылки и интерцепторы движутся без вмешательства экипажа, автоматически оптимизируя расход топлива”, – говорит пилот Ричард де Креспни (написавший книгу “Рейс QF32” о том, как экипаж, возглавляемый им, успешно посадил лайнер Airbus A380 австралийской авиакомпании Qantas после того, как в результате взрыва одного из двигателей оказались перебиты 600 проводов дистанционного управления).

“Я вижу огромный потенциал в использовании крыльев изменяемой формы, – говорит Де Креспни. – Широкофюзеляжные авиалайнеры следующего поколения, которые поступят в эксплуатацию к 2050 г., должны быть примерно на 12,5% более топливоэффективными, чем самые экономичные самолеты сегодняшнего дня”.

Европейское агентство воздушного транспорта EASA уже запросило у Велкена и его коллег детальный анализ возможных отказов разрабатываемых ими элементов крыла изменяемой формы и связанных с этим опасностей.

Если управление адаптивными элементами будет утрачено на одном полукрыле, изменение профиля другого полукрыла приведет к асимметричной подъемной тяге.

“Это может привести к особенно серьезным проблемам в случае отказа одного из двигателей. Мы должны добиться того, чтобы оба полукрыла работали синхронно”, – говорит Велкен.

Хилл видит символизм в том, что идеи братьев Райт спустя столько лет снова становятся популярными.

“Открытие ими принципа изменения поверхности крыла опередило свое время. Их работа по изучению свойств конструкций из дерева и ткани помогло нам в развитии методов эффективного использования естественной гибкости современных материалов”.

То, что изобретения двух велосипедных механиков из Дейтона, штат Огайо, по-прежнему вдохновляют авиаконструкторов 100 с лишним лет спустя после первого полета, является свидетельством их гения.

И если самолетам с крыльями изменяемого профиля действительно суждено увидеть небо, это станет еще одним вкладом братьев Райт в развитие авиации.

Пол Маркс   Источник: Агентство BBC Future Русская служба

Похожее

i4future.ru

Крылья самолета — О самолётах и авиастроении

Из всех элементов самолёта крыло ответственно за самый серьёзный фактор полёта – подъёмную силу. Его конструкцию возможно без преувеличения назвать экзаменом зрелости, удачно пройденным инженерной мыслью человечества. Подобно фюзеляжу, крыло не имеет целой рамы, а складывается из лёгких армирующих элементов, на каковые смонтирована обшивка.

Но то большое упрочнение, которое способна выдерживать столь хрупкая на первый взгляд конструкция поражает – большая взлётная масса некоторых моделей современных аэробусов перешагнула предел в 500 000 кг!

О конструкции

Требуемые аэродинамические качества крылу придаёт его профиль. Структура обтекания крыла воздушными потоками такова, что между нижней и верхней его плоскостями создаётся сильный перепад давлений. В неотёсанном приближении, эта разность давлений определяет удельную величину подъёмной силы.

Будучи умноженным на неспециализированную площадь активной территории крыла, удельный показатель подъёмной силы определяет те большие значения нужной нагрузки, каковые мы сейчас замечаем в авиастроении.

Базу силовой схемы крыла составляют передний и задний продольные лонжероны, на каковые смонтированы поперечные нервюры. Обшивка крепится на торцевые грани нервюр, а вся конструкция фиксируется в единый монолитный блок посредством заклёпок.

За управление интенсивностью подъёмной силы, манёвренность и стабилизацию отвечают элементы механизации крыла, к каким относят закрылки, спойлеры, интерцепторы и многие другие специфичные элементы, необходимость которых распознало долгое развитие авиастроения. Вся эта механизация, вместе с управляющей гидравликой и электрокабелями, встроена в обрисованную выше каркасную конструкцию.

Часто полость крыла употребляется для размещения топливных баков, а немыслимый запас прочности разрешает применять конструкцию крыла для размещения двигателей.

Поиски истины

Любопытно, что сначала авиастроения существует отдельная ветвь его развития, исходящая из того, что самолёту ничего не считая крыла не требуется. Теоретический постулат этого направления несложен – подъёмную силу создаёт лишь крыло, следовательно, с целью достижения большой эффективности нужно убрать всё лишнее, покинув только самое нужное – крыло и двигатели.

Из-за низкой управляемости эта мысль пара раз терпела поражение. Но в авиации нет не сильный людей и, глядя на современные образцы Northrop B-2 Spirit либо новейший российский ПАК ДА, в очередной раз удивляемся прозорливости учёных, находившихся у истоков авиации.

Супер Крылья на русском | Мультики про самолеты

Увлекательные записи:
Похожие статьи, которые вам, наверника будут интересны:

stroimsamolet.ru

Крыло (самолёт) — это… Что такое Крыло (самолёт)?

A319-100

Крыло в авиационной технике — поверхность для создания подъёмной силы.

Части крыла самолета

В общем случае крыло самолета состоит из центропланной части, консолей(левой и правой) и механизации крыла.

Принцип действия

Крыло, обтекаемое потоком воздуха, создает в нём возмущения, приводящие к отклонению воздушной массы потока вниз. Согласно закону сохранения импульса, это приводит к возникновению подъемной силы, направленной в противоположную сторону, т.е вверх.[1]

Одним из популярных объяснений принципа действия крыла является ударная модель Ньютона: частицы воздуха, сталкиваясь с нижней поверхностью крыла, стоящего под углом к потоку, упруго отскакивают вниз («скос потока»), толкая крыло вверх. Данная модель учитывает закон сохранения импульса, но полностью игнорирует обтекание верхней поверхности крыла, вследствие чего она даёт заниженную величину подъёмной силы.

В другой популярной модели возникновение подъемной силы приписывается разности давлений на верхней и нижней сторонах профиля, возникающей согласно закону Бернулли. Обычно рассматривается крыло с плоско-выпуклым профилем: нижняя поверхность плоская, верхняя — выпуклая. Набегающий поток разделяется крылом на две части — верхнюю и нижнюю, — при этом верхняя часть вынуждена проходить более длинный путь, чем нижняя, вследствие выпуклости крыла. Исходя из условия о неразрывности потока, делается заключение, что скорость потока сверху крыла должна быть больше, чем снизу, что вызывает разность давлений и подъёмную силу. Однако, данная модель противоречит закону сохранения импульса, так как поток после крыла считается невозмущённым и неотклонённым. Кроме того, эта модель не объясняет возникновение подъёмной силы на двояко-выпуклых симметричных или на вогнуто-выпуклых профилях, когда потоки сверху и снизу проходят одинаковую длину.

Для устранения этих недостатков идеализации необходимо искусственно вводить циркуляцию скорости потока, что приводит к теореме Жуковского. Циркуляция скорости позволяет учесть скос потока и позволяет получать правильные результаты при расчётах.

Одной из главных проблем вышеприведённых объяснений является то, что они не учитывают вязкость воздуха, то есть перенос энергии и импульса между отдельными слоями потока (что и является причиной циркуляции). Так как этот перенос происходит со скоростью звука, то при расчёте дозвукового обтекания необходимо учитывать полное поле скоростей потока. Например, существенное влияние на крыло может оказать поверхность земли, «отражающая» возмущения потока, вызванные крылом и возвращающая часть импульса обратно — см. экранный эффект.

Также в приведённых объяснениях не раскрывается детальный механизм передачи энергии от крыла к потоку, то есть совершения работы самим крылом. Хотя верхняя часть воздушного потока действительно имеет повышенную скорость, геометрическая длина пути не имеет к этому отношения — это вызвано взаимодействием слоёв неподвижного и подвижного воздуха и верхней поверхности крыла. Поток воздуха, следующий вдоль верхней поверхности крыла, «прилипает» к ней и старается следовать вдоль этой поверхности даже после точки перегиба профиля — эффект Коанды. Благодаря поступательному движению крыло совершает работу по разгону этой части потока. Достигнув точки отрыва у задней кромки, воздух продолжает своё движение вниз по инерции вместе с массой, отклонённой нижней поверхностью крыла, что в сумме вызывает скос потока и возникновение реактивного импульса. Вертикальная часть этого импульса и вызывает подъёмную силу, уравновешивающую силу тяжести, горизонтальная же часть уравновешивается лобовым сопротивлением.

В реальности, обтекание крыла является очень сложным трехмерным нелинейным и зачастую нестационарным процессом. Подъемная сила крыла зависит от его площади, профиля, формы в плане, а также от угла атаки, скорости и плотности потока, числа Маха и от множества других факторов.

Различные формы крыла

Одной из самых важных проблем требующих решение при конструировании новых самолетов: выбор оптимальной формы крыла, его параметров — геометрических, аэродинамических, прочностных и т.д.

Прямое крыло

Основным достоинством крыла является его высокий коэффициент подъемной силы даже при малых углах атаки. Это позволяет существенно увеличить удельную нагрузку на крыло, а значит уменьшить габариты и массу, не опасаясь значительного увеличения скорости взлета и посадки. Данный тип крыла применяется в дозвуковых и околозвуковых самолетах с реактивными двигателями.

Недостатком, предопределяющим непригодность такого крыла при звуковых скоростях полета, является резкое увеличение коэффициента лобового сопротивления при превышении критичекого значения числа Маха.

Стреловидное крыло

Данный вид крыла получил широкое распространение благодаря различным модификациям и конструкторским решениям. Недостатки:

  • пониженая несущая способность крыла, а также меньшая эффективность действия механизации;
  • увеличение поперечной статистической устойчивости по мере возврастания угла струловидности крыла и угла атаки, что затрудняет получение надлежащего соотношения между путевой и попереченой устойчивостями самолета и вынуждает применять вертикальное оперение с большой площадью поверхности? а также придавать крылу или горизонтальному оперению отрицательный угол поперечного V;
  • отрыв потока воздуха в концевых астях крыла, что приводит к ухудшению продольной и поперечной устойчивости и управляемости самолета;
  • увеличение скоса потока за крылом, приводящее к снижению эффективности горизонтального оперения;
  • возрастание массы и уменьшение жесткости крыла.

Для исбавления от отрицательных моментов используется «крутка» крыла, механизация, переменный угол стреловидности вдоль размаха, обратное сужение крыла либо отрицательная стреловидность

Крыло с наплывом

Варииация стреловидного крыла. Маневренность ограничивается прежде всего статистической и динамической прочностью конструкционных материалов, а также аэродинамичностью характеристикам самолета. Действия крыла с наплывом можно описать как: спиральный поток вихрей, срабатывающихся с острой передней кромки большой стреловидности в околофюзеляжной части крыла. Вихревая пленка вызывает также образование обширных областей низкого давления и увеличивает энергию пограничного слоя воздуха, увеличивая тем самым коэффициент подъемнной силы.

Сверхкритическое крыло

интересный пример модификации стреловидного крыла. Используя упрощенные профили с изогнутой задней частью позволяет равномерно распределить давление вдоль хорды профиля и тем самым приводит к смещению центра давления назад, а также увеличивает критическое число Маха на 10-15%

Треугольное крыло

Треугольное крыло жестче и легче как прямого, так и стреловидного, чаще всего используется при скорости свыше M=2 Недостатки:

  • возникновение и развитие волнового кризиса
  • большие сопротивления и более резкое падение максимального аэродинамического качества при изменении угла атаки, что затрудняет достижение большего потолка и радиуса действия.

Основные элементы механизации консоли крыла

основные части механизации крыла

История исследования

Первые теоретические исследования и важные результаты были проведены на рубеже XIX—XX веков русскими учёными Н. Жуковским, С. Чаплыгиным и немецким М. Куттой.

Среди полученных ими результатов можно отметить:

См. также

Примечания

Ссылки

Wikimedia Foundation. 2010.

dic.academic.ru

Почему летает самолет или зачем нужны крылья

 

С древних времен, наблюдая за полетом птиц, человек сам хотел научиться летать. Желание летать подобно птице нашло отражение в древних мифах и легендах. Одной из таких легенд является легенда об Икаре, который сделал крылья, чтобы взлететь высоко в небо, ближе к лучезарному солнцу. И хотя полет Икара закончился трагически, птицы прекрасно летают, несмотря на то, что они существенно тяжелее воздуха. Через три тысячи лет после возникновения этой легенды, в самом начале ХХ века, был осуществлен первый в истории полет человека на самолете. Этот полет длился всего 59 секунд, а пролетел самолет всего 260 метром. Так сбылась давняя мечта человека о полете. Современные самолеты летают гораздо дальше и дольше. Давайте попробуем разобраться, почему летает самолет, обладающий огромной массой, почему он при этом может летать быстрее, выше и дальше любой птицы, почему планер без мотора может долгое время парить в воздухе.

Несмотря на то, что во время полета, в отличие от птиц, крылья у самолета жестко закреплены на корпусе, самолет летает именно благодаря им, а также двигателям, которые создают силу тяги и разгоняют самолет до необходимой скорости. Сечение крыла самолета очень похоже на сечение крыла птицы. И это не случайно, так как, конструируя самолет, люди, в первую очередь, ориентировались на полет птиц. Во время полета на крыло самолета действуют четыре силы: сила тяги, создаваемая двигателями, сила тяжести, направленная к Земле, сила лобового сопротивления воздуха, препятствующая движению самолета, и, наконец, подъемная сила, которая и обеспечивает набор высоты. Соотношение этих сил и определяет способность самолета летать. При полете с постоянной скоростью сумма этих сил должна быть равна 0: сила тяги компенсирует силу лобового сопротивления, а подъемная сила – силу тяжести. Это важно знать всем, кто увлекается авиамоделированием, чтобы изготовить надежную летающую модель самолета.

Очень важным параметром является угол атаки – угол между хордой крыла (линией, соединяющей переднюю и заднюю кромки крыла) и направлением воздушного потока, обтекающего крыло. Чем меньше угол атаки, тем меньше сила лобового сопротивления, но вместе с тем меньше и подъемная сила, обеспечивающая взлет и устойчивый полет. Поэтому увеличение угла атаки обеспечивает достаточную для взлета и полета подъемную силу. Из-за несимметричности формы крыла воздух над крылом движется быстрее, чем под ним и, согласно уравнению Бернулли, давление воздуха под крылом больше, чем над ним. Однако возникающая при этом подъемная сила недостаточна для взлета, а основной эффект достигается за счет уплотнения воздуха под крылом набегающим потоком, что существенным образом зависит от угла атаки крыла самолета. Меняя угол атаки, можно управлять полетом самолета, эту функцию выполняют закрылки – отклоняемые поверхности, симметрично расположенные на задней кромке крыла. Они используются для улучшения несущей способности крыла во время взлёта, набора высоты, снижения и посадки, а также при полёте на малых скоростях.

Великий русский механик, создатель науки аэродинамики Николай Егорович Жуковский, всесторонне исследовав динамику полета птиц, открыл закон, определяющий подъемную силу крыла. Эта сила определяется разностью давлений над крылом и под ним и рассчитывается по следующей формуле:

где  ‑ плотность воздуха,  ‑ скорость набегающего воздушного потока,  ‑ площадь крыльев самолета,  ‑ скорость циркуляции воздуха возле крыла. Зависимость подъемной силы от угла атаки можно получить, используя закон сохранения импульса:

Похожую формулу для расчета подъемной силы первого в истории человечества самолета использовали братья Райт:

где  ‑ коэффициент Смитона, полученный еще в XVIII веке. Эта формула получается из предыдущей при угле атаки, равном 450. Используя эту формулу, можно рассчитать минимальную скорость самолета, необходимую для его взлета:

где  ‑ ускорение свободного падения, m – масса самолета.

Давайте рассчитаем скорость взлета самолета Boing 747-300. Его масса примерно 3 105 кг, а площадь крыла 511 м2. Учитывая, что плотность воздуха 1,2 кг/м3, получим значение скорости примерно 70 м/с или около 250 км/ч. Именно с такой скоростью взлетают современные пассажирские самолеты.

По предложенному методу мы предлагаем вам рассчитать скорость, которую должна иметь модель самолета массой 5 кг и площадью крыла 0,04 м2, чтобы взлететь.

Автор: Матвеев К.В., методист ГМЦ ДО г. Москвы

life.mosmetod.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о