5. Механізація крила
На сучасних літаках з метою отримання високих льотно-тактичних характеристик, в
частковості для досягнення великих швидкостей польоту, значно зменшені і площа крила і його подовження. А це негативно позначається на аеродинамічній якості літака і особливо на злітно-посадочних характеристиках.
Для утримання літака в повітрі в прямолінійному польоті з постійною швидкістю необхідно щоб підйомна сила дорівнювала вазі літака - Y = G. Але оскільки
то і
З формули виходить, що для утримання літака в повітрі на найменшій швидкості (при посадці, наприклад) треба, щоб коефіцієнт підйомної сили Сy був найбільшим. Проте Сy можна збільшувати шляхом збільшення кута атаки тільки до αкрит. Збільшення кута атаки більше за критичне призводить до зриву потоку на верхній поверхні крила і до різкого зменшення Сy, що неприпустимо.
Отже, для забезпечення рівності підйомної сили і ваги літака необхідно збільшити
швидкість польоту υ.
Внаслідок вказаних причин посадочні швидкості сучасних літаків досить великі. Це
сильно ускладнює зліт і посадку і збільшує довжину пробігу літака.
З метою поліпшення злітно-посадочних характеристик і забезпечення безпеки на злеті і особливо посадці необхідно посадочну швидкість по можливості зменшити. Для цього треба, щоб Сy був можливо більше. Проте профілі крила, що мають велике Сумакс, володіють, як правило великими значеннями лобового опору Схмин, оскільки у них великі відносні товщина і кривизна. А збільшення Сх.мін, перешкоджає збільшенню максимальної швидкості польоту. Виготовити профіль крила, що задовольняє одночасно двом вимогам : отриманню великих максимальних швидкостей і малих посадочних - практично неможливо.
Тому при проектуванні профілів крила літака прагнуть в першу чергу забезпечити
максимальну швидкість, а для зменшення посадочної швидкості застосовують на крилах спеціальні пристрої, що називаються механізацією крила.
Застосовуючи механізоване крило, значно збільшують величину Сумакс, що дає
можливість зменшити посадочну швидкість і довжину пробігу літака після посадки, зменшити швидкість літака у момент відриву і скоротити довжину розгону при зльоті. Застосування механізації покращує стійкість і керованість літака на великих кутах атаки. Крім того, зменшення швидкості при відриві на злеті і при посадці збільшує безпеку їх виконання і скорочує витрати на будівництво злітно-посадочних смуг.
Отже, механізація крила служить для поліпшення злітно-посадочних характеристик літака шляхом збільшення максимального значення коефіцієнта підйомної сили крила Cумакс.
Суть механізації крила полягає в тому, що за допомогою спеціальних пристосувань
збільшується кривизна профілю (в деяких випадках і площа крила), внаслідок чого змінюється картина обтікання. В результаті виходить збільшення максимального значення коефіцієнта підйомним сили.
Ці пристосування, як правило, виконуються керованими у польоті: при польоті на малих кутах атаки (при великих швидкостях польоту) вони не використовуються, а застосовуються лише на злеті, на посадці, коли збільшення кута атаки не забезпечує отримання потрібної величини підйомної сили.
Існують наступні види механізації крила : щитки, закрилки, передкрилки,
носки, що відхиляються, управління приграничним шаром, реактивні закрилки.
Щиток є поверхнею, що відхиляється, яка в прибраному положенні примикає до нижньої, задньої поверхні крила. Щиток є одним з найпростіших і найбільш
поширених засобів підвищення Сумакс.
Збільшення Сумакс при відхиленні щитка пояснюється зміною форми профілю крила, яке можна умовно звести до збільшення ефективного кута атаки і угнутості (кривизни) профілю.
При відхиленні щитка утворюється вихрова зона підсосу між крилом і щитком.
Знижений тиск в цій зоні поширюється частково на верхню поверхню профілю у задньої
кромки і викликає відсмоктування пограничного шару з поверхні, що лежить вище за течією. За рахунок щитка, що відсисає дії, запобігає зрив потоку на великих кутах атаки, швидкість потоку над крилом зростає, а тиск зменшується. Крім того, відхилення щитка підвищує тиск під крилом за рахунок збільшення ефективної кривизни профілю f еф і ефективного кута атаки αеф.
Закрилок. Закрилок є частиною задньої кромки крила, що відхиляється, або поверхню, що висувається (з одночасним відхиленням вниз) назад з-під крила. По конструкції закрилки діляться на прості (нещілинні), однощілинні і багатощілинні.
Мал. 3.12 Закрилок
Передкрилок є невеликим крильцем, що знаходиться попереду крила (Мал. 3.13).
Передкрилки бувають фіксовані і автоматичні.
Фіксовані передкрилки на спеціальних стойках постійно закріплені на деякому
видаленні від носка профілю крила. Автоматичні передкрилки при польоті на малих кутах атаки щільно притиснуті до крила повітряним потоком. При польоті на великих кутах атаки відбувається зміна картини розподіли тиску за профілем, внаслідок чого передкрилок як би відсисається. Відбувається автоматичне висунення передкрилка.
При висуненому передкрилку між крилом і передкрилком утворюється щілина, що звужується.
Мал. 3.13 Передкрилок
Збільшуються швидкість повітря, що проходить через цю щілину, і його кінетична енергія. Щілина між передкрилком і крилом спрофільована таким чином, що повітряний потік, виходячи з щілини, з великою швидкістю спрямовується уздовж верхньої поверхні крила. Внаслідок цього швидкість приграничного шару збільшується, він стає стійкішим на великих кутах атаки і відрив його відсовується на великі кути атаки. Критичний кут атаки профілю при цьому значно збільшується (на 10°- 15°), а Cумакс збільшується в середньому на 50
Зазвичай передкрилки встановлюються не по усьому розмаху, а тільки на його кінцях. Це пояснюється тим, що, окрім збільшення коефіцієнта підйомної сили, збільшується ефективність елеронів, а це покращує поперечну стійкість і керованість. Установка передкрилка по усьому розмаху значно збільшила б критичний кут атаки крила в цілому, і для його реалізації на посадці припало б стійки основних ніг шасі робити дуже високими.
Носок, що відхиляється, (Мал. 3.14) застосовується на крилах з тонким профілем і гострою передньою кромкою для відвертання зриву потоку за передньою кромкою на великих кутах атаки.
Мал. 3.14 Носок, що відхиляється
Змінюючи кут нахилу рухливої шкарпетки, можна для будь-якого кута атаки підібрати таке положення, коли обтікання профілю буде безвідривним. Це дозволить поліпшити аеродинамічні характеристики тонких крил на великих кутах атаки. Аеродинамічна якість при цьому може зростати.
Викривлення профілю відхиленням шкарпетки підвищує Сумакс крила без істотної зміни критичного кута атаки.
Управління пограничним шаром (Мал. 3.15) є одним з найбільш ефективних видів
механізації крила і зводиться до того, що пограничний шар або відсисається всередину крила, або здувається з його верхньої поверхні.
Мал. 3.15 Управління пограничним шаром
Для відсмоктування пограничного шару або для його здування застосовують спеціальні вентилятори або використовують компресори літакових газотурбінних двигунів.
Відсмоктування загальмованих часток з пограничного шару всередину крила зменшує товщину шару збільшує його швидкість поблизу поверхні крила і сприяє безвідривному обтіканню верхньою поверхні крила на великих кутах атаки.
Здування пограничного шару збільшує швидкість руху часток повітря в пограничному шарі тим самим запобігає зрив потоку.
Управління пограничним шаром дає добрі результати у поєднанні з щитками або закрилками.
Реактивний закрилок (Мал. 3.16) представляє струмінь газів, витікаючий з великою швидкістю під деяким кутом вниз із спеціальної щілини, розташованої поблизу задньої кромки крила.
Мал. 3.16 Реактивний закрилок
При цьому струмінь газу впливає на потік, оточуючий крило, подібно до відхиленого закрилка, внаслідок чого перед реактивним закрилком (під крилом) тиск підвищується, а позаду нього знижується, викликаючи збільшення швидкості руху потоку над крилом. Крім того утворюється реактивна сила Р, що створюється струменем, що витікає.
Ефективність дії реактивного закрилка залежить від кута атаки крила, кута виходу струменя θ і величини сили тяги Р. Їх використовують для тонких, стріловидних крил малого подовження Реактивний закрилок дозволяє збільшити коефіцієнт підйомної сили Cумакс в 5-10 разів.