104

М инистерство образования и науки Украины

Национальный авиационный университет

Аэрокосмический институт

Кафедра конструкции летательных аппаратов

ЛЕКЦИЯ № 6 (3)

по дисциплине "Конструкция и прочность летательных аппаратов"

6. Назначение крыла и требования к нему

Составитель проф. Радченко А.И.

Киев 2009

6. Назначение крыла и требования к нему

6.1. Назначение крыла.

Крыло — несущая поверхность самолета, которая служит для создания аэродинамической подъемной силы, необходи­мой для обеспечения полета и маневров самолета на всех режимах, пред­усмотренных ТТТ. Крыло принимает участие в обеспечении поперечной устойчивости и управляемости самолета и может быть использовано для крепления шасси, двигателей и размещения топлива и т. п.

Крыло (рис. 6.1) представляет собой тонкостенную подкрепленную оболочку и состоит из каркаса и обшивки 6. Каркас состоит из лонжеронов 1, стенок и стрингеров 2 (продольный набор) и нервюр 9 (поперечный набор).

Рис. 6.1. Крыло современного пассажирского самолета

На крыле расположены средства механизации (предкрылки 7 и закрылки 3) для улучше­ния взлетно-посадочных характеристик (ВПХ) самолета, элероны 5 и интерцепторы 4 — для управления самолетом относительно продольной оси, пилоны 8 — для крепления двигателей.

Крыло является важнейшей частью конструкции самолета.

На долю крыла приходится значительная часть массы и полного лобового сопротивления самолета. Обычно для дозвуковых самоле­тов масса крыла

m_кр = (0,07 ... 0,16)m₀ = (0,35 . . . 0,45)m_кон,

где т_о — взлетная масса самолета; т_кон — масса конструкции са­молета.

На режимах полета, близких к полетам с максимальной скоростью V_max отношение коэффи­циента лобового сопротивления крыла к коэффициенту лобового сопротивления самолета с_хкр/с_х = 0,3...0,5.

6.1.1. Требования к крылу.

Кроме общих для всего самолета требований к крылу предъявляются следующие требования:

- возможно большее значение аэродинамического качества К;

- большое приращение коэффициента подъем­ной силы за счет механизации крыла Δс_ymах;

- возможно меньшее изменение характеристик устойчивости и управляемости самолета и его аэродинами­ческих характеристик при переходе к сверхзвуковой скорости полета;

- возможно большие объемы для размещения различных грузов.

Рассмотрим важнейшие технические требования, предъявляемые к крылу, и пути их реализации.

Аэродинамические требования. Внешние формы и геометричес­кие размеры крыла должны обеспечить получение летных свойств, соответствующих назначению самолета. При этом необходимо учитывать взаимодействие крыла с другими частями самолета.

Рассмотрим основные аэродинамические требования.

1. Малое сопротивление крыла на основных режимах полета, которое характеризуется произведением c_xaS, достигается:

- подбором профилей крыла с малым коэффициентом волнового сопротивления с_xа;

- выбором рациональной формы крыла в плане;

- ограничением площади крыла S;

- улучшением состояния внешней поверхности крыла (уменьшение шероховатости обшивки, недопу­щение применения стыков внахлестку, выступания заклепочных го­ловок и других неровностей). Эти мероприятия уменьшают коэффициент сопротивление крыла с_ха).

2. Высокое значение критического числа Маха - М_крит для околозвуковых самолетов и по возможности минимальное изменение с_ха и с_уа по М при переходе к сверхзвуковым скоростям полета обеспечивается специальными скоростными профилями малой относительной толщины, стреловидными крыльями в плане и крыльями малого удлинения.

3. Достаточно большое значение произведения c_{ya max}S достигается:

- постановкой профилей большим значением коэффициента подъемной силы с_{уа тах};

- подбором размеров и формы крыла, которые обеспечивают нужные взлетно-посадочные характеристики.

Произведение c_yamaxS характеризует способность крыла создавать необходимую подъемную силу для полета на малых скоростях и возможность увеличения её за счет механизации крыла.

4. Высокое максимальное качество самолета K_mах = (c_ya/c_xa)_mах.Это необходимо для увеличения дальности и потолка полета, достигается:

- использованием профилей с большими значениями K_тах;

- крыльев больших удлинений;

- обеспечением хорошего состояния внешней поверхности крыла;

- специальной компоновкой внешних форм самолета (крыла и фюзеляжа).

5. Обеспечение устойчивости и управляемости на всех допустимых для самолета летных режимах.

Компоновочные требования определяются возможностью размещения на крыле грузов и агрегатов, а также средств механизации. При этом допустимо лишь незначительнее увеличение сопротивления крыла надстройками или ухудшение состояния его поверхности из-за наличия створок. На скоростных самолетах это условие иногда вынуждает отказываться от установки двигателей в крыле и от крепления к крылу опор шасси. При сопряжении крыла с другими частями самолета не должно нарушаться структура их силовых схем.

Требования к прочности и жесткости крыла. Для обеспечения безопасности полета самолета на всех допустимых режимах эксплуатации крыло должно обладать при возможно меньшей массе конструкции достаточными прочностью, жесткостью, долговечностью, и живучестью.

Необходимо обеспечить жесткость конструкции крыла, достаточную для того, чтобы критические скорости, при которых возникают недопустимые явления аэроупругости, превышали предусмотренные в эксплуатации скорости полета.

Эксплуатационные требования. При создании крыла необходимо обеспечивать выполнение всех общих требований к эксплуатационной технологичности конструкции.

Технологические требования определяют производственную, ремонтную технологичность конструкции крыла.

Крылья представляют собой клепаные тонкостенные конструкции из листов, профилей и монолитных панелей. Поэтому необходимо обеспечить малую трудоемкость и простоту их изготовления и ремонта, точное выполнение внешних очертаний крыла, возможность применения сравнительно недорогих, недефицитных материалов и полуфабрикатов и др.

Технические требования, предъявляемые к крылу, в значительной степени взаимно противоречивы.

При конструировании необходимо учитывать тип, назначение самолета и условия его эксплуатации, подчиняя выбор параметров и конструктивных форм крыла условиям наилучшего удовлетво­рения важнейших требований, предъявляемых к данному типу самолета.