Что относится к механизации крыла
Механизация крыла
Механиза́ция крыла́ — совокупность устройств на крыле летательного аппарата, предназначенных для регулирования его несущих свойств. Механизация включает в себя закрылки, предкрылки, интерцепторы, спойлеры, флапероны, активные системы управления пограничным слоем и т. д.
Содержание
Закрылки
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:
К примеру, на отечественном Ту-154М применяются двухщелевые закрылки, а на Ту-154Б — трёхщелевые. Наличие щели позволяет потоку перетекать из области повышенного давления (нижняя поверхность крыла) в область пониженного давления (верхняя поверхность крыла). Щели спрофилированы так, чтобы вытекающая из них струя была направлена по касательной к верхней поверхности, а сечение щели должно плавно сужаться для увеличения скорости потока. Пройдя через щель, струя с высокой энергией взаимодействует с «вялым» пограничным слоем и препятствует образованию завихрений и отрыву потока. Это мероприятие и позволяет «отодвинуть» срыв потока на верхней поверхности крыла на бо́льшие углы атаки и бо́льшие значения подъемной силы.
Флапероны
Флапероны, или «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.
Предкрылки
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
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:
Элерон-интерцепторы
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.
Спойлеры
Спойлеры (многофункциональные интерцепторы) — гасители подъемной силы.
Симметричное задействование интерцепторов на обеих консолях крыла приводит к резкому уменьшению подъёмной силы и торможению самолёта. После выпуска самолёт балансируется на большем угле 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 прерванном взлёте 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.
Что относится к механизации крыла
Взлет и посадка являются наиболее сложными и потенциально опасными режимами полета самолета. Это объясняется многими причинами, и в том числе тем, что проектно-конструкторские решения, обеспечивающие выполнение основных (крейсерских) режимов полета, находятся в явном противоречии с решениями, обеспечивающими потребные взлетно-посадочные характеристики.
При малых скоростях движения по земле существенно снижаются при наезде на неровности ВПП ударные нагрузки на шасси и, соответственно, на конструкцию самолета, уменьшается износ пневматиков колес.
Полет на малых высотах вблизи земли и необходимость совершения достаточно сложных маневры на воздушных этапах взлета и особенно посадки требует высокой эффективности аэродинамических органов управления (рулей), которая тем меньше, чем меньше скорость движения.
Скорость при отрыве или посадке определяется соотношением из уравнения Y = G, где m – масса самолета соответственно при отрыве или посадке.
Снизить взлетно-посадочные скорости можно за счет увеличения несущей способности крыла 
, использования взлетно-посадочной механизации .
С целью снижения лобового сопротивления самолета, уменьшения потребной тяговооруженности желательно было бы выбрать площадь крыла из условий полета с крейсерской скоростью на наивыгоднейшем угле атаки 
.
Однако посадка самолета с такой площадью крыла даже на допустимом угле атаки 
не дает возможность обеспечить приемлемую посадочную скорость (как и скорость отрыва при взлете).
Для повышения несущей способности крыла (самолета) на взлетно-посадочных режимах применяется взлетно-посадочная механизация крыла щитки, закрылки, предкрылки.
Механизация крыла самолета
Крыло самолета является одной из основных составляющих его частей. Именно благодаря ему самолет летает и совершает различные маневры в воздухе. Оно служит также для размещения в нем топливных баков и шасси. К крылу подвешиваются авиамоторы и боевое вооружение авиалайнеров. Однако основная задача этой части самолета – создание подъемной силы на всех этапах полета.
Виды крыльев самолета
Используемые в современной авиации виды крыльев самолета, бывают прямоугольными, трапециевидными, стреловидными и треугольными. Реже встречаются конструкции с переменной и обратной стреловидностью.
Прямоугольные крылья позволяют создавать наибольшую подъемную силу. Они более устойчивы и хорошо управляются. Их целесообразно использовать на скоростях меньше звука. Они обеспечивают лучшие параметры самолета при взлете и посадке, а также при выполнении маневров. Однако такие конструкции создают большое сопротивление при больших скоростях полета и они более тяжелые.
Трапециевидные крылья менее тяжелые, чем прямоугольные, но они более жесткие. Чем больше суживается такое крыло, тем оно легче и тем жестче оно должно быть. Трапециевидные крылья тоже с успехом используются на дозвуковых самолетах.
Стреловидные крылья применяются для полета на больших дозвуковых и сверхзвуковых скоростях. По сравнению с прямым крылом, у стреловидного меньше несущие способности при одинаковых скоростях полета. Это снижает устойчивость и управляемость самолетов. Чтобы компенсировать этот недостаток, на поверхностях стреловидных крыльев вдоль набегающего потока иногда устанавливают дополнительно небольшие вертикальные плоскости и делают пилообразые уступы на передних кромках. Любой летательный аппарат со стреловидным крылом становится более устойчивым и управляемым, по мере увеличения его скорости.
В то же время, повышенная поперечная устойчивость снижает маневренные возможности самолета при больших скоростях.
Треугольные крылья. При равных с другими крыльями (например, стреловидными) площади крыла и нагрузках, их конструкция легче и более жесткая. Меньший вес объясняется меньшим значением изгибающих и осевых сил при большем поперечном сечении крыла. Повышенная жесткость такого крыла обусловлена большими, по сравнению с другими крыльями, моментами инерции, что тоже объясняется большим поперечным сечением крыла.
Такие крылья имеют меньшее лобовое сопротивление при переходе к сверхзвуковой скорости. Поэтому они применяются преимущественно на сверхзвуковых самолетах.
Большее поперечное сечение треугольного крыла позволяет размещать в крыле вместительные внутренние объемы. Однако конструкция треугольного крыла, по своим аэродинамическим характеристикам, создает меньшую подъемную силу, а также ограничивает использование средств механизации крыла, что чрезвычайно важно на малых скоростях полета.
Механизация крыла самолета
Крыло самолета — сложная инженерная конструкция, состоящая из множества деталей. Для создания силы, способной поднять самолет в воздух, крылу придается аэродинамическая форма.
В разрезе классическое крыло напоминает вытянутую каплю с плоской нижней частью. Благодаря такой форме, набегающий во время полета аэроплана воздушный поток, сжимается в нижней поверхности крыла, а в верхней образуется разреженное пространство. Сформировавшиеся при этом силы начинают толкать крыло в сторону разреженного пространства, то есть вверх. Таким образом, создается подъемная сила.
Но эти условия полета формируются только при достаточной скорости. Поэтому все самолеты (кроме самолетов с вертикальным взлетом) сначала разгоняются. Им нужно набрать определенную скорость, чтобы оторваться от взлетной полосы и начать набор высоты. Это так называемая скорость отрыва. Она для каждого самолета своя, и даже для одного и того же самолета, но с разной взлетной массой, она тоже будет отличаться. И только после набора этой скорости, крыло начинает поддерживать самолет и не дает ему упасть.
На этапе разгона и набора высоты, для создания большей силы подъема, крыло должно иметь, как можно большую площадь.
Также большая площадь необходима для снижения и посадки аэроплана. Однако в прямолинейном полете, желательно чтобы площадь крыла была как можно меньше с целью создания наименьшего сопротивления. Все эти противоречивые требования «уживаются» в конструкции крыла при помощи специальных механических устройств.
Механизация крыла самолета подразделяется на механические устройства, расположенные на задней и передней кромках крыла.
Основное предназначение этих устройств – управление подъемной силой и сопротивлением самолета, преимущественно когда самолет взлетает или садится. Средства механизации крыла должны отвечать довольно жестким требованиям, и, в первую очередь, к ним относятся слаженность действия механизмов и безотказность их работы. Механизация крыла самолета конструкция и назначение отдельных его составляющих частей представлены ниже.
Механизмы задней кромки крыла
При взлете и посадке самолета, для увеличения площади крыла и изменения его аэродинамических характеристик, применяются щитки и закрылки.
Они представляют собой выдвижные или поворотные плоскости. Обыкновенные щитки просто отклоняются вниз при помощи поворотного механизма. Выдвижные щитки, вначале выдвигаются назад за плоскость крыла, а затем наклоняются вниз. Закрылки подразделяются на обыкновенные и щелевые.
Обыкновенные закрылки тоже просто отклоняются вниз. Обыкновенные щитки и закрылки при отклонениях не имеют зазора между крылом. Щелевые закрылки в рабочем положении образуют зазор между своим корпусом и крылом. За счет этого зазора, области низкого и высокого давления в верхней и нижней поверхности крыла сообщаются между собой. Это способствует равномерному обтеканию крыла воздухом, предотвращает срывы потока и падение подъемной силы.
Щелевые закрылки, так же как и крыло подвергаются скоростному напору воздуха и поэтому имеют аэродинамический профиль.
Они подразделяются на однощелевые и многощелевые. Однощелевые закрылки представляют собой простую однопрофильную конструкцию и просто отклоняются вниз, или выдвигаются назад из крыла, а затем отклоняются вниз.
Многощелевые закрылки имеют сложную многоступенчатую многопрофильную (до 3-х профилей) конструкцию с механизмом выдвижения из крыла. Каждый профиль многоступенчатой конструкции отклоняется на свой угол. При опускании закрылков и щитков изменяется аэродинамика крыла, а при их выдвижении увеличивается его площадь. Все эти действия способствуют увеличению подъемной силы крыла.
Механизмы передней кромки крыла
В качестве механизмов передней кромки крыла используются предкрылки и отклоняемые носки крыла.
Предкрылки наиболее сложные по конструкции устройства. Они представляют собой выдвижные механизмы аэродинамического профиля, установленные в передней части крыла. Их назначение улучшать летные возможности самолета на малых скоростях. При взлете их применение увеличивает угол набора высоты, что увеличивает крутизну взлета самолета и его быстрый выход на заданную высоту полета.
После выдвижения предкрылков вперед и вниз, образуется зазор, который, как и в случае с закрылками, открывает проход для набегающего потока воздуха с нижней кромки крыла к верхней его поверхности, что предотвращает срыв потока и повышает устойчивость полета самолета. Конструкция механизмов предкрылков обладает большой массой.
К основным недостаткам предкрылков следует отнести то, что в полете их деформация отличается от деформации основного крыла, что ухудшает аэродинамическое качество крыла в целом.
К разновидностям предкрылков относятся Щитки Крюгера, выполненные в виде отклоняющихся вперед и вниз плоскостей. Их применяют вместе с предкрылками на стреловидных крыльях. Они могут использоваться только до определенного угла подъема самолета. При его превышении происходит потеря управляемости.
Отклоняемые носки крыла. Применяются на самолетах с тонким крылом, где невозможно разместить механизмы предкрылков. Назначение их такое же, как и предыдущих механизмов – понизить вероятность потери управления при малых скоростях полета самолета и увеличить подъемную силу крыла.
К средствам механизации относятся также устройства, уменьшающие подъемную силу (тормозные щитки) и интерцепторы. Конструктивно они представляют собой профилированные плоскости. Располагаются в верхней части крыла перед закрылками. Если самолету нужно снизить скорость, они поднимаются вверх, и создают дополнительное сопротивление.
В убранном положении они спрятаны в крыло. Тормозные щитки отклоняются вверх синхронно, а интерцепторы используются в качестве органов управления креном самолета, поэтому они отклоняются только с той стороны крыла, в сторону которой направлен крен. Для повышения управляемости интерцепторы располагаются как можно дальше от оси самолета.
Резюме
Крыло самолета постоянно совершенствуется. Создаются новые материалы, более легкие, теплостойкие, с новыми прочностными характеристиками. Они в состоянии будут выдержать нагрузки недоступные «старым» материалам. Конструкторы при разработке этих тяжелых конструкций получили на вооружение компьютерную технику. Все это позволяет создавать совершенно новые модели авиационных крыльев, с новыми, недостижимыми ранее характеристиками. Оснащенные такими крыльями летательные аппараты будут способны летать еще выше и еще быстрее, станут намного маневренней современных машин. Так, развитие крыла будет способствовать развитию авиации в целом.
Механизация крыла самолета.
Привет, друзья!
Выпущенные закрылки (Фаулера) самолета ТУ-154.
Продолжаем разговор о самолетах :-).
Природа-матушка есть сущность прямолинейная. Это в том смысле, что живет она по своим законам и нас, людей, в рамках этих законов держит.
Однако, человек — существо амбициозное :-), да и смекалки-хитрости у него не занимать, и умудряется он из рамок этих не вылезая, сделать, однако, все по-своему и совместить казалось бы несовместимое. Ну, на то ему и разум дан (дай только бог, чтобы пользовался он этим разумом «разумно» :-)).
Человек всегда стремился летать быстрее. И это у него получалось :-). «Выше, быстрее — всегда!» Скорость — предмет устремлений и камень преткновения. На высоте быстро — это хорошо. Но на взлете и посадке иначе. Большая взлетная скорость не нужна. Пока ее самолет (особенно если это большой тяжелый лайнер) наберет, никакой полосы не хватит, плюс ограничения по прочности шасси. Посадочная скорость тем более не должна быть очень большой. Или шасси разрушится или экипаж с пилотированием не справится. Да и пробег после посадки будет немаленький, где набрать таких больших аэродромов :-).
Механизация крыла на примере Боинг-737.
Противоречие… Как совместить несовместимое? Вот тут человеку и пригодилась его смекалка-хитрость :-). Выход был найден, вобщем-то, без особого труда. Это взлетно-посадочная механизация крыла.
Таким образом получается, что для устойчивых и безопасных взлета и посадки с небольшими скоростями нужно чтобы крыло либо обладало высокими несущими свойствами при малой скорости полета, либо могло летать устойчиво на больших углах атаки. А лучше и то и другое вместе :-). Именно таким требованиям и удовлетворяет механизация крыла.
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 увеличивается 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 )
Простой (поворотный) закрылок. Самолет Mu30 Schlacro.
Самолет Mu30 Schlacro.
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.
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.
Виды предкрылков и щитков.
Это несколько затрудняет пилотирование. Чаще всего этот момент компенсируется дополнительным отклонением руля высоты (стабилизатора).
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 действующими предкрылками. Дело в том, что критический угол атаки αкр. увеличивается при их использовании на 10º-15º.
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.
Работа адаптивных предкрылков.
В обычном полете они прижаты к крылу встречным потоком, но на больших углах атаки, когда условия обтекания крыла приобретают специфический характер, такие предкрылки как бы «отсасываются» и выдвигаются вперед на величину, соответствующую условиям обтекания. Такие действия происходят в течение всего полета.
Предкрылки и закрылки обычно работают в комплексе. Однако для разных типов самолетов возможны специфичные режимы их раздельной работы. Например дозаправка в воздухе.
Предкрылки Крюгера и обычные предкрылки на крыле Боинга-727.
Механизация крыла Боинг-727 (модель).
Еще один вид механизации крыла, применяемый для предотвращения срыва потока при полетах на больших углах атаки – это отклоняемый носок передней кромки крыла. Он применяется 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 :-)…
Вот пожалуй и все об элементах, относящихся 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).
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, вобщем-то, то же самое, только заторможенные участки сдуваются дальше по крылу, увеличивается скорость и энергетику пограничного слоя.
Система сдува пограничного слоя.
Самолет F-4 Phantom.
Механизация крыла самолета А-320. Хорошо видны спойлеры и закрылки.
Боинг-737. Работает левый элерон-интерцептор для ликвидации правого крена.
Выпущенные спойлеры (посадка).
Вот вкратце такова механизация крыла. Именно вкратце.На самом деле эта тема намного шире. Хотелось бы привести кое-какие формулы и графики. Кое о каких элементах рассказать подробнее, да и об экзотике упомянуть бы не мешало (она с авиацией всегда рядом :-)). Но сегодня я итак уже слишком много занимаю Ваше внимание. Думаю, что все еще впереди. Будут и формулы, будут и графики (без дремучих дебрей однако :-)), будет и экзотика. Авиация – очень широкое поле для дел, рассказов и мечтаний :-).