1.Классификация самолетов по назначению
Среди многочисленных признаков, по которым можно классифицировать самолеты, наиболее важным является назначение. Этот признак определяет летно-технические характеристики, размеры и компоновку самолета, состав оборудования на нем и пр. По этому признаку все самолеты можно разделить на гражданские. и военные. В каждой из этих групп самолеты можно классифицировать и по специальным задачам, которые они должны выполнять. Чем шире становится круг таких задач, тем, очевидно, необходимее большая специализация самолетов.
2.Классификация летательных аппаратов по аэродинамическим схемам
Аэродинамическую схему самолета характеризует количество и взаимное расположение его несущих поверхностей. Современные самолеты, представляющие собой монопланы, выполняются по одной из следующих трех схем: нормальной, или, как ее часто называют, классической, схемы «утка» и схемы «летающее крыло». Самолеты нормальной (классической) схемы Для этой схемы характерным является расположение горизонтального оперения за крылом (см. рис. 1.2). Подавляющее большинство самолетов мира — самолеты нормальной схемы. Эта схема хорошо .исследована и имеет следующие преимущества: — перед крылом нет никаких частей, которые могли бы его затенить при изменении положения самолета или возмущать набегающий воздушный поток, что нарушало бы плавность обтекания крыла и снижало бы его несущие способности; — размещение оперения сзади крыла позволяет укоротить носовую часть фюзеляжа, что улучшает о'бзор и дает возможность уменьшить площадь вертикального оперения (носовая часть фюзеляжа создает дестабилизирующий путевой момент). Наряду с преимуществами схеме свойственны следующие недо-статки: — горизонтальное оперение работает в условиях скошенного и заторможенного крылом воздушного потока, поэтому истинный угол атаки оперения может стать отрицательным, а скорость обтекающего его потока будет меньше, чем у крыла; — практически почти на всех режимах полета горизонтальное оперение создает отрицательную подъемную силу. В результате уменьшается подъемная сила всего самолета, причем потери в подъемной силе особенно велики на режимах взлета и посадки.
По аэродинамической схеме
Нормальная
«Бесхвостка»
«Утка»
«Летающее крыло»
Продольный триплан (с передним и хвостовым горизонтальным оперением)
Тандем (два крыла расположено друг за другом)
Конвертируемая (Ту-144)
По типу и количеству крыльев[
По количеству крыльев]
Моноплан
Биплан
Полутораплан (биплан, площадь нижнего крыла которого значительно меньше, чем верхнего, обычно в 1,5 - 2 раза [1]).
Триплан
Полиплан
По расположению крыла (для монопланов)
Низкоплан
Среднеплан
Высокоплан
Парасоль
Чайка
По внешнему набору крыла (для монопланов)
Свободнонесущий
Подкосный моноплан
Расчалочный моноплан
По внешнему набору крыла (для бипланов, трипланов и полипланов)
Свободнонесущий
Стоечный
Расчалочно-стоечный
Подкосный
Подкосно-стоечный
По форме крыла в плане
Прямоугольное (постоянной хорды)
Эллиптическое
Трапециевидное
Параболическое
Круглое
Треугольное
Треугольное с наплывом
Оживальное
Кольцевое
По типу стреловидности крыла
Прямое (угол стреловидности 0 град.)
Прямой стреловидности
Обратной стреловидности
Переменной стреловидности
Изменяемой в полете стреловидности
Особые типы крыльев
Арочное (Антонов «Изделие 181»)
По хвостовому оперению
Нормальное (1 киль и горизонтальное оперение, далее ГО)
ГО на фюзеляже
ГО на середине киля
Т-образное (ГО на конце киля)
Крестообразное
Двухкилевое
Разнесенное двухкилевое
П-образное
Двухбалочное
V-образное
Y-образное
Коробчатое
Многокилевое
По конструкции фюзеляжа[
Однофюзеляжный (нормальный)
Гондола (бесфюзеляжный)
Ферменный с гондолой
Двухбалочный с гондолой
Двухфюзеляжный
Лодка
Несущий фюзеляж
По типу и расположению опор шасси
По расположению опор шасси
Одноопорный (применяется на планерах и гидросамолётах)
Двухопорный (велосипедный)
Трехопорный
с хвостовой опорой
с носовой опорой
Четырёхопорный
Многоопорный
По типу опорных элементов[
Колёсный
Лыжный
Колёсно-лыжный
Чашечный
Гусеничный
Воздушная подушка
Гидросамолёты и Гидропланы:
Поплавковый
летающая подлодка
Поплавково-колёсный (амфибия)
3. Назначения крыла, требования к нему
Крыло является важнейшей частью любого самолета и в основном служит для создания подъемной силы, которая требуется для преодоления силы тяжести самолета на всех режимах полета и используется также для маневров. Кроме того, крыло обеспечивает поперечную, а на самолетах бесхвостовой схемы также продольную устойчивость и управляемость самолета. На крыльях двух или многомоторных самолетов могут быть расположены двигатели. К крылу часто крепятся стойки шасси. Внутренние его объемы используют для размещения топлива. На долю крыла может приходиться до 16% массы самолета и до 50% его сопротивления. Форма и конструкция крыла должна уловлетворять ряду общих и специфических требований. Основными из них являются: аэродинамические, конструктивные и весовые, технологические и эксплуатационные. Аэродинамические требования: возможно меньшее сопротивление крыла на основных режимах полета; возможность получения наибольшего коэффициента подъемной силы с применением механизации и без нее; наибольшая величина максимального аэродинамического качества; обеспечение необходимой устойчивости и управляемости. Конструктивные и весовые требования: достаточная прочность и жесткость конструкции крыла при минимальной его массе, отсутствие остаточных деформаций при нагрузках, не превышающих эксплуатационные; малое изменение аэродинамических характеристик при деформациях конструкции; удобная силовая увязка с другими агрегатами (фюзеляж, шасси, двигатели); возможно большая усталостная прочность конструкции; наличие в крыле свободных объемов и возможность их максимального использования для размещения топлива и агрегатов (шасси, двигатели и др.). Технологические требования: простота изготовления, минимальная трудоемкость изготовления конструкции. Эксплуатационные требования: удобство осмотра, обслуживания и монтажа всех необходимых узлов и деталей, удобство ремонта. Анализ требований, предъявляемых к крылу, показывает, что они в значительной мере противоречивы. Так, например, большинство требований противоречат требованию минимальной массы. Поэтому для каждого типа самолета необходимо находить оптимальные решения, которые наилучшим образом удовлетворяют предъявляемым требованиям. Внешняя форма крыла. Под внешней формой крыла подразумевают его вид в плане и спереди, а также форму его поперечного сечения (профиль). Для современных самолетов характерно применение крыльев различных внешних форм. Внешние формы крыла оказывают влияние не только на аэродинамические, весовые и жёсткостные характеристики крыла, но и на характеристики всего самолета в целом.
4. Классификация нагрузок, действующих на крыло в полете. Формулы расчетных аэродинамических и массовых нагрузок;
Крыло, обеспечивая создание практически всей подъемной силы, является высоконагруженной частью самолета. К основным нагрузкам крыла относятся аэродинамические и массовые силы. Аэродинамическая нагрузка возникает в результате взаимодействия крыла с воздушным потоком и является распределенной. Величина расчетной (разрушающей) аэродинамической нагрузки определяется по формуле Раэр = Yр = G × n × f, где G – сила тяжести самолета; n – коэффициент эксплуатационной перегрузки; f – коэффициент безопасности. Равнодействующие погонной аэродинамической нагрузки приложены по линии центров давления крыла (рис. 3.5).
Рис.
3.5. Нагрузки, действующие на крыло
Массовые нагрузки – это силы тяжести и инерции масс конструкции самого крыла, топлива, грузов и агрегатов, расположенных внутри или прикрепленных к нему снаружи. Инерционные силы возникают при появлении ускорений в криволинейных полетах, при полете в болтанку или при ударе о землю во время посадки. Погонные массовые нагрузки конструкции крыла распределяются по размаху так же, как и его масса. Равнодействующие погонных массовых сил приложены по линии центров тяжести крыла, которую можно считать проходящей через точки, лежащие на 42-45 % хорд от носка крыла.
5.
Конструктивно-силовые схемы крыльев и
их сравнительная оценка;
Кессонные и моноблочные крылья по своим качествам и конструктивным особенностям практически полностью идентичны. Поэтому часто встречается объединяющий их термин - кессонно-моноблочная силовая схема крыла. В данном разделе проводится сравнение кессонных и лонжеронных крыльев, причем все сказанное о крыльях кессонных полностью будет относиться и к моноблочным крыльям. Сравнение по массе конструкции. Основное отличие в массе лонжеронных и кессонных крыльев определяется разницей массы сжатых поясов лонжеронов и сжатых силовых панелей при одинаковой нагрузке. Теоретическая масса этих элементов зависит от величины их расчетных напряжений сжатия. У сжатых силовых панелей, как отмечено выше, эти напряжения всегда меньше. Однако, здесь следует учитывать, что в лонжеронном крыле к теоретической массе силовых поясов, определяемой нагрузкой, необходимо добавить массу обшивки и подкрепляющих ее стрингеров, которые хотя и не участвуют в работе на изгиб, но необходимы как чисто конструктивные элементы для образования внешней поверхности крыла и восприятия местной воздушной нагрузки. У кессонных крыльев такой конструктивной «неработающей» добавки не будет, т.к. силовая панель выполняет одновременно обе функции - и силовую, и конструктивную. Таким образом, сказать сразу какая силовая схема выгоднее по массе нельзя. Все будет определяться уровнем критических напряжений сжатой силовой панели кессонного крыла. Эти напряжения зависят от величины нагрузки, приходящейся на панель при изгибе, а нагрузка определяется размерами и массой самолета, его максимальной скоростью полета, сильно зависит от относительной толщины профиля. Практика проектирования показывает, что для скоростных, тяжелых самолетов выгоднее по массе кессонная схема, а для небольших и тихоходных самолетов - меньшую массу имеет лонжеронное крыло. Сравнение по жесткости. Более низкий уровень изгибных напряжений и более толстая обшивка кессонных крыльев дают меньшие деформации изгиба и кручения, т.е. эта схема обладает большей жесткостью, что особенно важно для получения требуемых характеристик аэроупругости. Кессонные крылья имеют более высокие критические скорости дивергенции крыла, реверса элеронов, флаттера. Сравнение по удобствам компоновки и эксплуатационной технологичности. В лонжеронных крыльях достаточно просто, без заметного увеличения массы конструкции можно делать любые вырезы для размещения в них различных грузов, оборудования, вооружения, шасси. В кессонных крыльях даже небольшие вырезы существенно нарушают его силовую работу и требуют значительного увеличения массы конструкции за счет дополнительных местных усилений. Поэтому иногда по компоновочным и эксплуатационным соображениям конструктору приходится отказываться от более выгодной кессонной схемы и переходить на лонжеронную. Живучесть кессонного крыла выше из-за распределения силового материала по большей поверхности. В таком крыле местные повреждения конструкции приводят к меньшей потере прочности, чем у лонжеронных крыльев, у которых повреждение одного пояса лонжерона может вывести из строя все крыло. Это свойство благоприятно влияет и на повышение ресурса самолета, делая его конструкцию менее чувствительной к усталостным повреждениям конструкции. Аэродинамические качества. Толстые панели кессонных крыльев обеспечивают высокое качество поверхности, меньшие деформации и искажения заданного контура крыла под нагрузкой. Это дает меньшее сопротивление и более стабильные аэродинамические качества кессонных крыльев по сравнению с лонжеронными.
6.Назначение, конструкция и работа основных силовых элементов крыла;
Независимо
от размеров, схемы и назначения самолета
его крыло всегда состоит из каркаса и
обшивки.
Силовой
каркас включает в себя продольный и
поперечный силовые наборы.
К
продольному набору гипотетического
крыла (рис. 4. 1)
Рис 4.1 Конструктивная схема двухлонжеронного крыла
относятся основной 8 и дополнительный 2 лонжероны, продольные стенки 3 и стрингеры 7. Лонжероном называется мощный продольный элемент (балка), воспринимающий изгибающий момент и поперечную силу. В составе замкнутого контура его стенка воспринимает и крутящий момент. Продольной стенкой будем называть элемент, проложенный вдоль всего размаха крыла или на отдельных его участках и воспринимающий поперечную силу. В некоторых случаях стенка может иметь относительно слабые пояса. Стенки обычно прокладываются в носовой и, чаще, хвостовой частях крыла. Соединяя верхнюю и нижнюю обшивку крыла, стенки совместно с обшивкой образуют в поперечном сечении крыла замкнутый контур, который может воспринимать крутящий момент. Продольные стенки, расположенные в хвостовой части 3, 4, обычно используют для крепления элеронов и механизации крыла. Стрингером называют продольный элемент, воспринимающий местные воздушные нагрузки и подкрепляющий обшивку. Совместно с прилегающей жесткой обшивкой, растяжением-сжатием, он может частично воспринимать и изгибающий момент. К поперечному набору крыла относятся нормальные (типовые) 9 и силовые 6 нервюры. Нормальные нервюры представляют собой тонкостенные балки со слабыми поясами. Они сохраняют заданную форму профиля крыла и передают местные воздушные нагрузки со стрингеров и обшивки на лонжероны и стенки. Силовые нервюры предназначены для восприятия сосредоточенных сил и моментов от элеронов, механизации крыла, других агрегатов, крепящихся к крылу, и передачи их на основные силовые элементы крыла. Силовые нервюры, выполняя функции и нормальных нервюр, загружают замкнутый контур обшивки крыла потоком касательных напряжений. Обшивка придает крылу заданную форму, непосредственно воспринимает воздушную нагрузку и передает ее на стрингеры и нервюры. Она может быть как жесткой, так и мягкой. Жесткая обшивка, в составе замкнутого контура, воспринимает действующий на крыло крутящий момент. Может участвовать в восприятии и изгибающего момента крыла.
7. Особенности конструкции стреловидных крыльев;
Стреловидное крыло
Стреловидное крыло получило широкое распространение благодаря различным модификациям и конструкторским решениям.
Достоинства
увеличение скорости, при которой наступает волновой кризис, и как следствие — меньшее сопротивление на трансзвуковых скоростях по сравнению с прямым крылом;
медленный рост подъёмной силы в зависимости от угла атаки, а следовательно лучшая устойчивость к турбулентности атмосферы.
Недостатки
пониженная несущая способность крыла, а также меньшая эффективность действия механизации;
увеличение поперечной статистической устойчивости по мере возрастания угла стреловидности крыла и угла атаки, что затрудняет получение надлежащего соотношения между путевой и поперечной устойчивостями самолёта 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 частях крыла, что приводит к ухудшению продольной и поперечной устойчивости и управляемости самолёта;
увеличение скоса потока за крылом, приводящее к снижению эффективности горизонтального оперения;
возрастание массы и уменьшение жёсткости крыла.
Для избавления от отрицательных моментов используется крутка крыла, механизация, переменный угол стреловидности вдоль размаха, обратное сужение крыла либо отрицательная стреловидность
Примеры применения: Су-7
8. Особенности конструкции треугольных крыльев;
Треугольное крыло
Треугольное (дельтавидное англ. delta-wing — получило наименование по начертанию греческой буквы дельта) крыло жёстче и легче как прямого, так и стреловидного и чаще всего используется при скоростях свыше M=2.
Преимущества
Имеет малое относительное удлинение
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.
Примеры применения: МиГ-21, HAL Tejas, Mirage 2000 (малой относительной толщины); Gloster Javelin, Avro Vulcan (большой относительной толщины), Avro Canada CF-105 Arrow, Saab 37 Viggen, сверхзвуковые пассажирские Lockheed L-2000, Boeing-2707-300
9.---
10. Механизация крыла. Классификация, конструкция, работа
1 — законцовка крыла
2 — концевой элерон
3 — корневой элерон
4 — обтекатели механизма привода закрылков
5 — предкрылок
6 — предкрылок
7 — корневой трехщелевой закрылок
8 — внешний трехщелевой закрылок
9 — интерцептор
10 — интерцептор/спойлер
Закрылки — отклоняемые поверхности, симметрично расположенные на задней кромке крыла. Закрылки в убранном состоянии являются продолжением поверхности крыла, тогда как в выпущенном состоянии могут отходить от него с образованием щелей. Используются для улучшения несущей способности крыла во время взлёта, набора высоты, снижения и посадки, а также при полёте на малых скоростях. Существует большое число типов конструкции закрылков:
Флапероны (зависающие элероны) — элероны, которые могут выполнять также функцию закрылков при их синфазном отклонении вниз. Широко применяются в сверхлёгких самолётах[3] и радиоуправляемых авиамоделях при полётах на малых скоростях, а также на взлёте и посадке. Иногда применяются на более тяжелых самолётах (например, Су-27). Основное достоинство флаперонов — это простота реализации на базе уже имеющихся элеронов и сервоприводов. Недостаток в том, что выпущенные флапероны малоэффективны как элероны.
Предкрылки — отклоняемые поверхности, установленные на передней кромке крыла. При отклонении образуют щель, аналогичную таковой у щелевых закрылков. Предкрылки, не образующие щели, называются отклоняемыми носками. Как правило, предкрылки автоматически отклоняются одновременно с закрылками, но могут и управляться независимо.
В целом, эффект предкрылков заключается в увеличении допустимого угла атаки, то есть срыв потока с верхней поверхности крыла происходит при бо́льшем угле атаки.
Помимо простых, существуют так называемые адаптивные предкрылки. Адаптивные предкрылки автоматически отклоняются для обеспечения оптимальных аэродинамических характеристик крыла в течение всего полёта. Также обеспечивается управляемость по крену при больших углах атаки с помощью асинхронного управления адаптивными предкрылками.
Интерцепторы (спойлеры) — отклоняемые или выпускаемые в поток поверхности на верхней поверхности крыла, которые увеличивают аэродинамическое сопротивление и уменьшают подъёмную силу. Поэтому интерцепторы также называют органами непосредственного управления подъёмной силой.
В зависимости от предназначения и площади поверхности консоли, расположения её на крыле и т. д. интерцепторы делят на: