Работа щитка.
Щитки – элементы механизации крыла наиболее часто применявшиеся ранее из-за простоты конструкции. Они могут быть простыми и выдвижными. Простые щитки – это управляемая поверхность, которая в убранном положении плотно прилегает к задней нижней поверхности крыла. При отклонении такого щитка между ним и верхней поверхностью крыла образуется зона некоторого разрежения. Поэтому верхний пограничный слой в эту зону как бы отсасывается. Это затягивает его отрыв на больших углах. При этом увеличи-вается скорость потока над крылом и, соответственно, падает давление.
Кроме того при отклонении щитка увеличивается кривизна профиля. Снизу происходит дополнительное торможение потока и, как следствие, увеличение давления. Поэтому общая подъемная сила растет. Все это позволяет самолету лететь с малой скоростью.
Существует еще выдвижной щиток. Он не только отклоняется вниз, но еще и выдвигается назад. Эффективность такого щитка выше, потому что зона повышенного давления под крылом увеличивается, и условия отсоса пограничного слоя сверху улучшаются.
При использовании щитков подъемная сила на посадочном режиме может вырасти до 60%.
В настоящее время щитки применяются реже и в основном на легких самолетах. Наибольшее применения сейчас получили закрылки. Это когда часть задней кромки крыла отклоняется или выдвигается вниз. Они могут быть простые (или поворотные) и выдвижные (их еще называют закрылками Фаулера), которые, в свою очередь, могут при выпуске образовывать профилированные щели. При этом количество щелей обычно бывает от одной до трех.
Простой (поворотный) закрылок на самолете Mu-30 "Schlacro".
Самолет Mu-30 "Schlacro".
Виды закрылков и щитков.
Простой закрылок увеличивает подъемную силу за счет увеличения кривизны профиля. При этом увеличивается давление на нижней поверхности крыла. Выдвижной закрылок увеличивает еще и площадь крыла, что также повышает его несущие свойства.
Более эффективен в этом плане щелевой закрылок. Щель в нем выполнена сужающейся и воздух, проходя через нее, разгоняется. Далее он, взаимодействуя с пограничным слоем, разгоняет и его, препятствуя его отрыву и увеличивая подъемную силу. Таких щелей на закрылках современных самолетов бывает от одной до трех и общее увеличение подъемной силы при их применении достигает 90%.
Виды предкрылков и щитков.
Теперь самолет может лететь с небольшой скоростью, не рискуя упасть и уверенно чувствуя себя как на посадке, так и на взлете. Однако надо понимать, что выпущенные (особенно на большой угол) щитки и закрылки создают еще и немалое аэродинамическое сопротивление. Если на посадке это неплохо, самолет ведь все равно должен гасить скорость и снижаться, то на взлете тратить лишнюю мощность двигателя (которая обычно совсем не лишняя) на преодоление этого сопротивления неразумно. Поэтому закрылки (щитки) обычно могут выпускаться (отклоняться) на разные углы. На взлете эти углы меньше, на посадке — больше.
Еще одна из проблем, возникающих при выпуске закрылков – это дополнительный продольный момент, стремящийся опустить нос самолету. Это несколько затрудняет пилотирование. Чаще всего этот момент компенсируется дополнительным отклонением руля высоты (на стабилизаторе).
Следующий элемент механизации крыла — предкрылки. Чтобы расширить возможность самолета летать на больших углах атаки (а значит и с меньшей скоростью), то есть как говорят «затянуть срыв потока» и были придуманы предкрылки.
Обычный щелевой предкрылок в выпущенном состоянии.
Вы наверняка видели, как самолеты после отрыва от полосы не плавно поднимаются вверх, а делают это интенсивно, довольно резко задрав нос. Это как раз самолет с действую-щими предкрылками. Дело в том, что критический угол атаки αкр увеличивается при их использовании на 10º-15º.
Схема работы предкрылка в полете.
По конструкции и принципу действия предкрылки похожи на щелевые закрылки, только устанавливаются, естественно, на передней кромке крыла.
Образующаяся при их выдвижении сужающаяся щель разгоняет поток воздуха в нем и тот, в свою очередь, воздействует на пограничный слой, повышая его устойчивость и затягивая срыв на большие углы атаки.
Схема работы адаптивных предкрылков.
Чаще всего предкрылки отклоняются на фиксированные углы. Однако существуют так называемые адаптивные или автоматические предкрылки.
В обычном полете они прижаты к крылу встречным потоком, но на больших углах атаки, когда условия обтекания крыла приобретают специфический характер, такие пред-крылки как бы «отсасываются» и выдвигаются вперед на величину, соответствующую условиям обтекания. Такие действия происходят в течение всего полета.
Существуют еще так называемые предкрылки (или щитки ) Крюгера. Они больше похожи именно на щитки и как бы раскрываются из нижней передней поверхности крыла вниз и вперед. Более понятно их конструкцию можно понять из рисунка. Это предкрылок Крюгера самолета Боинг-727 (под номером 1, под номером 2 – обычный предкрылок).
Предкрылки и закрылки обычно работают в комплексе. Однако для разных типов самолетов возможны специфичные режимы их раздельной работы. Например, дозаправка топливных баков в воздухе.
Предкрылки Крюгера (1) и обычные (2) предкрылки на крыле Боинга-727.
Механизация крыла Боинг-727 (3D-модель).
Еще один вид механизации крыла, применяемый для предотвращения срыва потока при полетах на больших углах атаки – это отклоняемый носок передней кромки крыла. Он при-меняется на крыле с тонким профилем, где предкрылок выполнить было бы проблематично. В этом случае все крыло находится под большим углом атаки, а носок под маленьким, и он как бы разворачивает поток на крыло, позволяя ему обтекать его безопасно, без срыва. Примерно так …
Поворотный носок.
Все эти элементы, относятся к понятию взлетно-посадочная механизация крыла. Эти элементы позволяют самолету уверенно чувствовать себя на взлетно-посадочных режимах и при этом довольно внушительно (интересно) выглядят …
Механизация Боинг-747. Трехщелевые закрылки Фаулера, предкрылки Крюгера (ближе к фюзеляжу), обычные предкрылки (дальше).
Однако нельзя не упомянуть еще о двух системах. Нам уже ясно, что возможность полета на больших углах атаки напрямую зависит от состояния пограничного слоя на крыле. Поэтому логично, что появились системы, непосредственно управляющие пограничным слоем. Это система отсоса пограничного слоя и система сдува пограничного слоя.
Системы управления пограничным слоем.
В первой системе «вялые», заторможенные участки пограничного слоя засасываются внутрь крыла, при этом толщина оставшегося слоя уменьшается и увеличивается скорость всего потока, предотвращая его срыв. В системе сдува происходит, в общем-то, то же самое, только заторможенные участки сдуваются дальше по крылу, увеличивается скорость и энергетику пограничного слоя.
В авиации применение нашла в основном вторая система. В частности, например, она применялась на самолетах МИГ-21 и F-4 Fantom. Воздух, необходимый для работы системы берется из-за определенных ступеней ТРД самолета. На рисунке приведен пример системы сдува пограничного слоя. Здесь 1 – отверстия для выхода сдувающего воздуха, 2- сдувающий воздух, 3- набегающий поток.
Система сдува пограничного слоя.
Истребитель МИГ-21.
Самолет F-4 Phantom.
А теперь об оставшихся элементах крыла, указанных на первом рисунке. Элероны. Это органы поперечного управления самолетом, то есть управления по каналу крена. Работают они дифференциально. На одном крыле вверх, на втором вниз. Однако существует такое понятие, как флапероны, слегка «роднящее» элероны с закрылками. Это так называемые «зависающие элероны». Они могут отклоняться не только в противополож-ные стороны, но, если надо и в одну тоже. В этом случае они выполняют роль закрылков. Применяются они не часто, в основном на легких самолетах. Однако бывают и исключения. Например Су-27.
Мощная механизация палубного истребителя (СУ-27К). Самый правый - флаперон.
Следующий элемент – интерцепторы. Это плоские элементы на верхней поверхности крыла, которые поднимаются (отклоняются) в поток. При этом происходит торможение этого потока, как следствие увеличение давления на верхней поверхности крыла и далее, понятно, уменьшение подъемной силы этого крыла. Интерцепторы еще иногда называют органами непосредственного управления подъемной силой.
Механизация крыла самолета А-320. Хорошо видны спойлеры и закрылки.
Эффект действия интерцепторов используется в процессе пилотирования и для торможения. В первом случае они работают (отклоняются) в паре с элеронами (теми, которые отклоняются вверх) и называются элерон-интерцепторы. Пример самолетов с такими органами управления – ТУ-154, В-737.
Боинг-737. Работает левый элерон-интерцептор для ликвидации правого крена.
Во втором случае синхронный выпуск интерцепторов позволяет изменить вертикальную скорость самолета без изменения угла тангажа (то есть, не опуская его нос). В этом случае они работают как воздушные тормоза и называются спойлерами. Спойлеры обычно применяются еще и после посадки одновременно с ревесом тяги (если, конечно, таковой имеется). Главная их задача в этом случае быстро уменьшить подъемную силу крыла и тем самым прижать колеса к бетонке, чтобы можно было эффективно тормозить тормозами колес. Аналогия с болидами Формулы 1. Там ведь тоже стоят спойлеры для эффективного прижатия колес к полотну трассы.
