Конструкция крыла самолета: профиль, строение, размах

Предназначение механизации

Применяя такие крылья, удалось достичь сильного увеличения значения подъемной силы аппарата. Значительное увеличение этого показателя привело к тому, что сильно уменьшился пробег самолета при посадке по полосе, а также уменьшилась скорость, с которой он приземляется или взлетает. Назначение механизации крыла также в том, что она улучшила устойчивость и повысила управляемость такой большой авиамашины, как самолет. Это особенно стало заметно, когда летательный аппарат набирает высокий угол атаки. К тому же стоит сказать, что существенное снижение скорости посадки и взлета не только увеличило безопасность выполнения этих операций, но и позволило сократить затраты на строительство взлетных полос, так как появилась возможность их сокращения по длине.

Высота полета самолета

Многих интересует вопрос: какая высота полета авиалайнеров? Надо сказать, что и в этом случае конкретных данных нет. Высота может быть разной. Если же брать средние показатели, то пассажирские лайнеры летают на высоте 5—10 тыс. метров. Крупные пассажирские самолеты летают с большей высотой — 9—13 тыс. метров. Если самолет набирает высоту выше 12 тыс. метров, то он начинает проваливаться. Из-за того, что воздух разреженный, отсутствует нормальная сила подъема и имеется недостаток кислорода. Именно поэтому не стоит взлетать так высоко, поскольку есть угроза авиакатастрофы. Зачастую самолеты выше 9 тыс. метров не поднимаются. Примечательно, что и чересчур низкая высота негативно сказывается на полете. Например, ниже 5 тыс. метров нельзя летать, так как есть угроза недостатка кислорода, в результате чего снижается мощность двигателей.

Органы управления и сигнализации

Посадка самолета на воду

Комплекс бортового оборудования, командные и исполнительные устройства самолёта называют органами управления. Команды подаются из пилотной кабины, а выполняются элементами плоскости крыла, оперением хвоста. На разных типах самолётов используются различные типы систем управления: ручная, полуавтоматическая и полностью автоматизированная.

Органы управления, независимо от типа системы управления, разделяют следующим образом:

Основное управление, включающее в себя действия, отвечающие за регулировку лётных режимов, восстановление продольного баланса самолёта в заранее заданных параметров, они включают:

рычаги, непосредственно управляемые пилотом (штурвал, рули высоты, горизонта, командные панели);
коммуникации для соединения управляющих рычагов с элементами исполнительных механизмов;
непосредственные исполняющие устройства (элероны, стабилизаторы, сполерные системы, закрылки, предкрылки).

Дополнительное управление, используемое при взлётном или посадочном режимах.

При применении ручного или полуавтоматического управления воздушным судном пилота можно считать неотъемлемой частью системы. Только он может проводить сбор и анализ информации о положении самолёта, нагрузочных показателях, соответствии направления полёта с плановыми данными, принимать соответствующее обстановке решение.

Для получения объективной информации о лётной обстановке, состоянии узлов самолёта пилот использует группы приборов, назовем основные:

Пилотажные и используемые для навигационных целей. Определяют координаты, горизонтальное и вертикальное положение, скорость, линейные отклонения. Контролируют угол атаки по отношению к встречному потоку воздуха, работу гироскопических устройств и многие не менее значимые параметры полёта. На современных моделях самолётов объединены в единый пилотажно-навигационный комплекс;
Для контроля работы силового агрегата. Обеспечивают пилота информацией о температуре и давлении масла и авиационного топлива, расход рабочей смеси, количество оборотов коленчатых валов, вибрационный показатель (тахометры, датчики, термометры и подобное);
Для наблюдения за функционированием дополнительного оборудования и авиационных систем. Включают в себя комплекс измерительных приборов, элементы которого размещены практически во всех конструктивных частях самолёта (манометры, указателя расходования воздуха, перепада давления в герметических закрытых кабинах, положения закрылков, стабилизирующих устройств и тому подобное);
Для оценки состояния окружающей атмосферы. Основными измеряемыми параметрами являются температура наружного воздуха, состояние атмосферного давления, влажность, скоростные показатели перемещения воздушных масс. Используются специальные барометры и другие адаптированные измерительные приборы.

Классификация воздушных судов и особенности конструкции

Все без исключения воздушные суда можно разделить на две основные гражданские и военные. Самым основным их отличием является наличие салона, что обустроен намеренно с целью перевозки пассажиров. Сами же пассажирские самолеты разделяются по вместительности на магистральные ближние (расстояние перелета до 2000 км), средние (до 4000 км) и дальние (до 9000 км)

Если дальность перелета еще больше, то для этого используются лайнеры межконтинентального типа. К тому же, разнотипные летательные аппараты имеют разницу в весе. Так же авиалайнеры могут различаться в связи с определенным типом и, непосредственно, предназначением.

https://youtube.com/watch?v=jKgk_1aIeqM

Есть еще одна специфическая форма, что зовется «утка», благодаря своему расположению крыльев. Горизонтальное оперенье размещается перед крылом, что увеличивает подъемную силу. Недостатком такой конструкции можно назвать уменьшение зоны обзора нижней полусферы из-за присутствия перед самим крылом оперенья.

Вот мы и разобрались, из чего состоит самолет. Как Вы могли уже заметить, конструкция довольно непростая, и различные многочисленные детали должны работать слаженно, что бы самолет смог подняться в воздух и после ровного полета удачно приземлился. Конструкция часто бывает специфической, и может существенно разниться в зависимости от модели и назначения самолета.

Элероны и интерцепторы

Кроме тех элементов, что уже были описаны, есть еще те, которые можно отнести к второстепенным. Система механизации крыла включает в себя такие второстепенные детали, как элероны. Работа этих деталей осуществляется дифференциально. Чаще всего используется конструкция такая, что на одном крыле элероны направлены вверх, а на втором они направлены вниз. Кроме них есть еще и такие элементы, как флапероны. По своим характеристикам они схожи с закрылками, отклоняться эти детали могут не только в разные стороны, но и в одну и ту же.

Дополнительными элементами являются также интерцепторы. Эта деталь является плоской и располагается на поверхности крыла. Отклонение, или скорее подъем, интерцептора осуществляется прямо в поток. Из-за этого происходит увеличение торможения потока, в силу этого увеличивается давление на верхней поверхности. Это приводит к тому, что уменьшается подъемная сила именно данного крыла. Эти элементы крыла иногда еще называют органами для управления подъемной силой самолета.

Стоит сказать о том, что это довольно краткая характеристика всех элементов конструкции механизации крыла самолета. В действительности там используется намного больше разнообразных мелких деталей, элементов, которые позволяют пилотам полностью контролировать процесс посадки, взлета, самого полета и т. д.

Угол атаки

Угол атаки — один из самых важных параметров полета, он представляет собой угол наклона хорды к набегающему потоку. Подъемная сила будет больше, если увеличится угол атаки. Однако при этом возрастет лобовое сопротивление, но мощность двигателя специально рассчитана на то, чтобы его преодолевать.

Если данный угол достигает своего критического значения, потоки воздуха перестают огибать крыло плавно и начинают завихряться. Соответственно, уменьшается скорость потока и увеличивается давление на крыло, это приводит к тому, что подъемная сила резко падает. Данный эффект называют срывом потока.

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.

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.

Механизация крыла

Основные части механизации крыла

Основная статья: Механизация крыла

1 — законцовка крыла
2, 3 — корневые элероны
4 — обтекатели механизма привода закрылков
5, 6 — предкрылки
7 — корневой (или внутренний) трёхщелевой закрылок
8 — внешний трёхщелевой закрылок
9 — интерцептор
10 — интерцептор/спойлер

Складывающееся крыло

Сложенная правая консоль крыла Як-38

К конструкции со складывающимся крылом прибегают в том случае, когда хотят уменьшить габариты при стоянке воздушного судна. Наиболее часто такое применение встречается в палубной авиации (Су-33, Як-38, F-18, Bell V-22 Osprey), но и рассматривается иногда для пассажирских ВС (КР-860).

См. также:

Основной принцип

В теории нет ничего сложного в устройстве самолета, благодаря которому тот взлетает в воздух. Главный элемент лайнера – это его двигатели, которые обеспечивают большую тягу, позволяющую разогнать машину до огромных скоростей. Именно за счет большой скорости самолет и взлетает. Итак, два двигателя разгоняют машину на взлетно-посадочной полосе, из-за чего самолет набирает высокую скорость. Затем закрылки на крыльях опускаются вниз. Они воспринимают большую нагрузку встречного воздуха, из-за чего возникает большая подъемная сила, которая и отрывает лайнер от земли.

То есть, два двигателя разгоняют самолет, закрылки на крыльях позволяют изменить вектор тяги и направить лайнер вверх. Вот так в двух словах можно описать устройство самолета для чайников.

Обшивка крыла

В зависимости от типа конструкции обшивка оперения и крыла может быть толстой, состоящей из монолитной фрезерованной или прессованной панели, трехслойной или тонкой, подкрепленной специальным стрингерным набором. При этом в межобшивочном пространстве находится специальный заполнитель (соты из пенопласта, фольги или специальной гофры)

Важно, чтобы обшивка крыла сохраняла заданную форму и была жесткой. Образование складок на ней провоцирует аэродинамическое сопротивление. Верхняя обшивка крыла под действием изгибающего момента нагружена циклическими сжимающими усилиями, а нижняя, соответственно, растягивающими

По этой причине для верхних сжатых панелей, как правило, используются высокопрочные материалы, прекрасно продемонстрировавшие себя на сжатие. В свою очередь для нижней растянутой обшивки применяют материалы, характеризующиеся высокими усталостными характеристиками. Материал обшивки для сверхзвуковых самолетов выбирается с учетом нагревания в полете – обычные алюминиевые сплавы, теплостойкие алюминиевые сплавы, сталь или титан

Верхняя обшивка крыла под действием изгибающего момента нагружена циклическими сжимающими усилиями, а нижняя, соответственно, растягивающими. По этой причине для верхних сжатых панелей, как правило, используются высокопрочные материалы, прекрасно продемонстрировавшие себя на сжатие. В свою очередь для нижней растянутой обшивки применяют материалы, характеризующиеся высокими усталостными характеристиками. Материал обшивки для сверхзвуковых самолетов выбирается с учетом нагревания в полете – обычные алюминиевые сплавы, теплостойкие алюминиевые сплавы, сталь или титан.

Для повышения прочности и живучести обшивки по длине крыла самолета количество стыков, имеющих меньший ресурс по сравнению с главным полотном обшивки, стремятся максимально сократить. Вес обшивки крыла – 25-50% от всей массы.

Воздушные потоки при движении крыла

Выясним возникновение подъемной силы, действующей на крыло самолета. Будем считать, что крыло представляет собой несимметричное тело, которое обдувается горизонтальным потоком воздуха (рис. 1).

Рис. 1

Расположим крыло относительно потока так, чтобы плоскость, проведенная вдоль крыла через наиболее удаленные точки его профиля (точки a a a и b b b), образовывала с направлением потока угол α α α, который называют углом атаки. Величину a b ab ab называют хордой крыла. Поскольку в пограничном слое скорости частиц воздуха увеличиваются при удалении об поверхности крыла, то в этом слое движение воздуха будет вихревым. Над крылом будет происходить вращение вихрей по часовой стрелке, а под крылом – против часовой стрелки. Предположим, что под крылом самолета оторвалась какая-то масса воздуха, которую относит потоком в виде вихрей. Их момент импульса отличен от нуля. В системе крыло–воздух внутренние силы взаимодействия, то есть силы вязкого трения и силы давления, не могут изменить общий момент импульса. Если он к образованию вихрей равен нулю, то, по закону сохранения момента импульса, после образования вихрей момент импульса не должен измениться. Из этого следует, что одновременно с образованием вихрей должна возникнуть циркуляция воздуха вокруг крыла в направлении, противоположном направлению вращения вихрей. Момент импульса циркуляции воздуха равен по величине моменту импульса вихрей, но противоположен по направлению. При этом суммарный момент импульса всей системы равен нулю.

На рис. 2 изображен профиль крыла, расположенного в потоке воздуха. Линии течения этого потока изображены сплошными линиями, а циркуляционные потоки – штриховой линией.

Рис. 2

Итак, в результате действия сил вязкости при несимметричной обтекании воздухом крыла вокруг него возникает циркуляция воздуха. Ее называют присоединенным вихрем. Этот циркуляционный поток добавляется к потоку воздуха навстречу крылу, в результате чего скорость воздуха над крылом будет больше, чем под крылом. В циркуляционном потоке частицы газа находятся не во вращательном движении, а двигаются условно поступательно вдоль замкнутых траекторий.

Интерцепторы

Основная статья: Интерцептор

Выпуск левого элерон-интерцептора при парировании правого крена

Интерцепторы (спойлеры) — отклоняемые или выпускаемые в поток поверхности на верхней (нижней, см. МиГ-19) поверхности крыла, которые увеличивают аэродинамическое сопротивление и уменьшают подъёмную силу.[источник не указан 710 дней] Поэтому интерцепторы также называют органами непосредственного управления подъёмной силой.

В зависимости от предназначения и площади поверхности консоли, расположения её на крыле и так далее, интерцепторы делят на элерон-интерцепторы и спойлеры:

Элерон-интерцепторы — представляют собой дополнение к элеронам и используются в основном для управления по крену. Они отклоняются несимметрично. Например, на Ту-154 при отклонении левого элерона вверх на угол до 20°, элерон-интерцептор на этой же консоли автоматически отклоняется вверх на угол до 45°. В результате подъёмная сила на левой консоли крыла уменьшается, и самолёт кренится влево. У некоторых самолётов элерон-интерцепторы могут являться главным (либо резервным) органом управления по крену.

Выпущенные спойлеры

Спойлеры (многофункциональные интерцепторы) (от англ. to spoil — портить, мешать; spoiler — помеха) — гасители подъёмной силы. Симметричное задействование интерцепторов на обеих консолях крыла приводит к резкому уменьшению подъёмной силы и торможению самолёта. После выпуска самолёт балансируется на большем углу атаки, начинает тормозиться за счёт возросшего сопротивления и плавно снижаться. Возможно изменение вертикальной скорости без изменения угла тангажа. То есть при одновременном выпуске интерцепторы используются в качестве воздушных тормозов.

Интерцепторы также активно используются для гашения подъёмной силы после приземления или при и для увеличения сопротивления. Необходимо отметить, что они не столько гасят скорость непосредственно, сколько снижают подъёмную силу крыла, что приводит к увеличению нагрузки на колёса и улучшению сцепления колёс с поверхностью. Благодаря этому, после выпуска внутренних интерцепторов можно переходить к торможению с помощью колёс.