Основні складові крила літака – це лонжерони, стрінгери, нервюри, елерони, закрилки, передкрилки, інтерцептори, гальмівні щитки та елементи обшивки. У цьому огляді ми розглянемо призначення всіх цих деталей, визначимо їх роль процесі польоту повітряного судна. Літальний апарат піднімається вгору за рахунок роботи потужних двигунів, що обертають пропелери, які при своєму русі викидають велику масу повітря, забезпечуючи цим можливість поступального польоту багатотонного апарату. Щоб ви могли оцінити всю потужність пропелера, достатньо сказати, що цей пристрій здатний підняти 250-тонний АН-225 на висоту 12 км. Проте льотні характеристики лайнерів забезпечуються як потужними силовими установками. Літак злітає за рахунок крил, що мають форму усічених витягнутих крапель. Потік повітря, що обтікає машину зверху, виявляється розрідженим, а нижній, навпаки, стискається. В результаті утворюється підйомна сила, що виштовхує апарат нагору. Стрілоподібні конструкції розміщуються на фюзеляжі. Залежно від того, де саме вони змонтовані, всі авіалайнери поділяються на три групи: високоплани, середньоплани та низькоплани. На підсумкову інженерну схему літального апарату впливають численні фактори: висота кіля, кут стикування відносно поздовжньої осі, варіанти розміщення двигунів та ін. Будь-які відхилення від взаємно оптимального рішення під час проектування призведуть до того, що агрегат не підніметься у небо. Крильові частини є досить складні в технічному плані пристрої, які працездатність забезпечується безліччю деталей. При розробці нових моделей військових та цивільних літальних апаратів особлива увага приділяється саме створенню площин, які відповідають за утворення підйомної сили. Призначені для керування рухом по осі. З їх допомогою пілот може повертати багатотонну машину вліво та вправо. Зменшують висоту шляхом мінімального порушення аеродинаміки. Знижують швидкість лайнера, наприклад під час плавного приземлення. Ще одна група деталей, що входять до конструкції крил літака: пристрої зроблені для уповільнення швидкості апарату, вони дозволяють піти на зниження і приземлитися до місця посадки. Поліпшують параметри здатності, що несе. Беруть участь у процесах, пов'язаних із злетом, а також із можливістю літати на надзвичайно низьких оборотах двигунів. У цьому випадку йдеться не про окремий пристрій, а про термін, що відображає функціонал інтерцепторів (спойлерів), змонтованих як на космічних, так і повітряних суднах. Його суть полягає в описі процесу автоматичного повороту вздовж поздовжньої осі машини. Пілот контролює цей маневр самостійно лише за потреби – у стандартному режимі вона реалізується за рахунок цифрового керування. Основна проблема, що виникає в інженерів, що конструюють літальні апарати, — це розробка проекту консолей, які відповідають за створення належної підйомної сили. На процес вибору оптимальних геометричних, аеродинамічних та міцнісних параметрів модулів впливає безліч факторів, які потребують грамотного аналізу. Перший, найбільш простий і максимально поширений тип крила. Відрізняється численними перевагами, що дозволяє якісно знизити тиск на конструкцію з паралельним зменшенням габаритів та ваги машини. Активно використовується при проектуванні навколозвукових агрегатів, укомплектованих класичними реактивними установками. Варіація, що отримала неймовірну популярність завдяки численним конструкторським модифікаціям. Втім, у моделі є й свої характерні недоліки — знижена здатність, що несе, мала жорсткість, неоптимальна маса та ін. Площа, довжина і висота деталей крил літаків виконані за таким варіантом, зростає набагато сильніше, порівняно, наприклад, з консолями прямого типу. Апарат, що характеризується властивістю негативної стрілоподібності - наявністю значного переднього скосу.Завдяки всім переліченим параметрам стає найкращим вибором для виробництва винищувачів. Оцінити всі можливості позитивних та негативних навантажень, крутих віражів і фігур вищого пілотажу, паралельно отримавши докладну лекцію про влаштування чехословацького Л-29 можна прямо в Москві – звертайтесь до компанії «Полетоманія». Тут ви можете придбати подарунковий сертифікат на політ на літальному апараті. Крила, що отримали назву завдяки грецькій букві дельта, відрізняються підвищеними характеристиками щодо жорсткості. Вони мають мале відносне подовження, завдяки чому долають хвильові руйнівні процеси. При збільшенні кута атаки починає з'являтися велике опір і різко падають аеродинамічні якості. Встановлюються вони переважно на військові літальні апарати. Цей вид має важливу експлуатаційну перевагу: деталі важать істотно менше в порівнянні з блоками прямокутного типу. Крім того, вироби виготовляються за стандартними технологічними регламентами, що здешевлює їх виробництво. Хороші трансзвукові характеристики, малий вигин, міцність на кручення, достатня жорсткість - рішення гарне, і тому ним активно користуються багато сучасних конструкторів. З питаннями про те, навіщо потрібні вінглети (закінчення крил літака) і як з'являється підйомна сила конструкції, ми розібралися — залишилося ознайомитися з передостаннім популярним видом будівлі бічного модуля. Він виконується у формі еліпса, і за рахунок цього апарат отримує найкращі аеродинамічні якості.Великий опір сторін, відсутність впливу на ефективність елеронів, добрі показники відносної товщини визначають переваги цього проекту. На жаль, оснастити цими еліптичними агрегатами кожне літальне судно не можна. Справа в тому, що для їхнього виробництва доводиться задіяти великий обсяг сил і коштів. У зв'язку з цим така конструкція перестає вважатися рентабельною. Останній тип крил, що не користується особливою популярністю. Розроблений американським інженером Уїллардом Кастером на початку минулого сторіччя. Незважаючи на те, що автор винаходу створив кілька демонстраційних проектів, його ідеї в промисловому авіабудуванні не прижилися. Сьогодні жодна авіаційна корпорація не випускає повітряні машини з консолями у вигляді арок, принаймні у великих масштабах. Всі агрегати такого різновиду є зразками, що показуються виключно на виставках. Чим потужніший літальний апарат, тим складніше підняти його в повітря. Однак у таких лайнерів, які оснащені відповідними поверхнями, з'являються покращені характеристики. Ці судна мають стійкість до зриву в штопор, а також маневрують зі значними кутами та великим негативним та позитивним навантаженням. Крім того, ефект звалювання розвивається поступово, зі збереженням плавного обтікання повітряного потоку на значній частині консолі. Тонкокрилі агрегати, навпаки, втрачають підйомну силу практично миттєво, не залишаючи часу для грамотного реагування на можливу аварійну ситуацію. Усі існуючі у світі лайнери поділяються на три великі групи, залежно від особливостей конструктивного виконання: фермові, лонжеронні та кесонні. Кожне рішення має свої переваги і недоліки, активно використовуючись у різних галузях сучасного авіабудування. Вибір з-поміж них інженери роблять за показаннями, відштовхуючись від переліку необхідних машині характеристик. Втім, галузь на місці не стоїть — згадана класифікація поступово занепадає, адже експерти регулярно відкривають нові рішення і вигадують більш продуктивні силові схеми пристрою бічних консолей. Лідерами в такій нелегкій справі стають переважно європейські та американські корпорації – Boeing та Airbus. На ринку літальних апаратів військового типу традиційно панують Росія та США. Крило літака складається з просторової ферми, яка приймає на себе навантаження і передає їх в область нервюр. В даний час фахівцями практично не застосовується, насамперед через появу на ринку блоків кесонного вигляду. Побачити повітряні судна, укомплектовані таким пристроєм, можна переважно в музеях та історичних фільмах. Основою конструкції стають стрижні - профілі, зібрані з профнастилів звичайного металопрокату. Як основні інструменти для з'єднання деталей використовуються спеціалізовані заклепки. Наявність таких стрижнів значно ускладнює процес правильного застосування та розподілу вільного місця усередині борту. Види структур та форми такого типу крила літаків зустрічаються частіше. Апарат побудований на лонжеронах, що сприймають згинальний момент.Крім того, всередині системи є поздовжні стінки, панелі обшивки яких фіксуються стрінгерними наборами. Цілісний блок передає навантаження на шпангоути фюзеляжу через прості моментні вузли. Представлена конструктивно-силова схема має численні переваги, особливо в порівнянні зі застарілими ферменними аналогами. Вона активно застосовується багатьма інженерами, які займаються розробкою авіабортів у промислових масштабах. У рамках цієї структури за розподіл тиску відповідають як інтегровані лонжерони, так і деталі обшивки. У напружених точках вони разом зі стінами сприймають згинальний момент. В результаті апарат стає моноблочним, а його характеристики міцності посилюються за рахунок стрингеров і авіаційної гофри. Конструктор отримує машину, що надійно захищена від будь-яких деформацій — як на стиск, так і на розтяг. Консолі стикуються з центропланом контурним стиком. У результаті передача силових факторів проводиться по всій ширині основної бічної панелі, а агрегат набуває додаткової стійкості. Кесонним варіантом конструктори користуються нарівні з лонжеронною, роблячи вибір між ними залежно від призначення повітряного судна. Згадані деталі звуться вінглетів — невеликих технологічних загинів, присутніх у кожного другого сучасного пасажирського лайнера. Їхнє основне експлуатаційне завдання полягає в тому, щоб перешкоджати процесу перетікання повітряних мас.Крім того, вони захищають машину від завихрень, що сприяє економії палива, збільшення граничної дальності польоту та зниження рівня шуму, що видається під час активації того чи іншого польотного режиму. Втім, роль законців може грати і конструктивно-силова схема, що пропонує подовжити бічні консолі. Однак використовувати її в активному форматі не можна — за нормами ICAO довжина блоку не може перевищувати 36 метрів. Інакше у фірм-перевізників виникли б проблеми, пов'язані з необхідністю будівництва модернізованих злітних смуг та іншої інфраструктури аеропортів. Обробка крилових елементів апарату відбувається регулярно перед запуском двигунів. Деталі пасажирських лайнерів покриваються протизледенювальною сумішшю. Високотехнологічний реагент, що подається прямо з цистерни розпилювачем, не тільки видаляє бурульки, що намерзли протягом минулого рейсу, а й захищає машину від їх появи. Лід та сніг погіршують аеродинамічні характеристики. Вони збільшують масу повітряного судна, змінюють його форму, роблять шорстким і обмежують механізацію рухомих вузлів. Крім того, тверді уламки, що розлітаються на всі боки, здатні пошкодити обшивку конструкції, привівши до аварії. Для запобігання перерахованим проблемам застосовується реагент — розчин гліколю у воді з різними добавками. У статті ми розібрали, для якої мети у літаків загнуті кінці крил, який елемент має поверхню, що відхиляється, надали фото з назвами крилових деталей і позначили, з чого вони зроблені і в чому складаються їх особливості.Докладніше дізнатися про особливості сучасного авіабудування і навіть політати на справжньому винищувачі можна в Москві, звернувшись до компанії «Полетоманія». В асортименті бренду представлено безліч подарункових сертифікатів, що відкривають доступ до неймовірної повітряної подорожі на чехословацькому Л-29, з перевантаженнями і фігурами вищого пілотажу.
Попов, М.М. Ст. Про аеродинамічні закінчення крила літака / М.М. Ст. Попов. - Текст: безпосередній // Молодий учений. - 2021. - № 32 (374). - С. 9-10. - URL: https://moluch.ru/archive/374/83505/ (дата звернення: 21.11.2024).
У статті розглянуто застосування аеродинамічних закінчень крила літака, механіка їх роботи, а також історія їх появи та різні види.
Ключові слова:
аеродинамічні закінчування, вінглети, шарклети, індуктивний опір, економія палива.
Сучасна авіаіндустрія створює дедалі ефективніші літаки з погляду експлуатації. Авіакомпанії хочуть, щоб їхні лайнери якнайбільше літали, були дешевшими в обслуговуванні та споживали менше палива. Останнє дуже важливе, адже оплата гасу — це близько 30 % від усіх витрат авіакомпанії, а якийсь час тому і близько половини. Тому для виробників цивільної авіатехніки проблема економії палива є найважливішою. Вирішують її переважно за допомогою досконалої аеродинаміки планера та ефективніших двигунів. Але кожен наступний крок зі збільшення паливної ефективності дається з ще більшою працею. Провідні виробники турбовентиляторних двигунів вважають, що зможуть у найближчі два-три десятиліття підвищити ККД своїх розробок із нинішніх 40 до 60%.І всі передумови для цього є: кожне нове покоління турбовентиляторних двигунів у середньому споживає палива на 10–12 % менше, ніж попереднє. А в авіаконструкторів все набагато складніше. Досконалість аеродинамічного компонування сучасних пасажирських лайнерів досягла межі, і якщо якесь нововведення щодо аеродинаміки дозволить заощадити від кількох десятків до пари відсотків палива, то це вважається величезним успіхом. Провідні авіабудівні компанії світу ведуть у цьому напрямі постійну роботу. Спеціальні закінчування крила – це ще один із способів підвищити паливну ефективність. Аеродинамічний опір включає три складові: опір тиску, опір тертя та індуктивний опір, для зменшення якого і застосовують спеціальні закінчування. Опір тиску залежить від форми обтіканого тіла, а опір тертя залежить від шорсткості тіла, що обтікається. При обтіканні крила тиск повітря над верхньою і нижньою поверхнею різне: внизу більше, вгорі менше — саме цього і створюється підйомна сила. У кореневій та середній частинах крила повітря перетікає від передньої кромки до задньої, а біля законцювання повітряний потік, який прагне перейти із зони високого тиску в зону низького перетікає з-під нижньої поверхні на верхню через законцівки, при цьому потік закручується і утворює вихрові джгути, енергію на освіту яких називають індуктивним опором [1]. Існує всього три відомі способи боротьби з індуктивним опором, і всі вони використовуються тією чи іншою мірою. Перший - використання спеціальних аеродинамічних закінчень, який оптимізує перетікання потоку повітря через них.Другий спосіб - застосування негативної крутки на кінцях консолі крила. Третій – збільшення подовження крила. Аеродинамічні законцювання крила на сучасних літаках з'явилися у 80-х роках, хоча роботи з цієї теми велися ще за часів фашистської Німеччини і навіть раніше. Перші патенти на влаштування законцівок крила, що зменшує вихреутворення, були зареєстровані ще на початку 20-го століття. За часів паливної кризи, яка вибухнула у 70-х роках, авіабудівники серйозно перейнялися проблемою скорочення споживання палива. У цей час і згадали зниження індуктивного опору за допомогою аеродинамічних закінчень крила. З початку 80-х років вони почали з'являтися на серійних пасажирських літаках та бізнес-джетах. У 1985 році Airbus A310 став першим лайнером, який отримав спеціальні закінчення. Їх ще називають «крильця Віткомба», названі на честь дослідника NASA Річарда Віткомба, який і вигадав таку форму. Потім ці крильця з'явилися на інших літаках: на середньомагістральному A320 та двопалубному A380. Використовували такий тип закінчувань і літаком Ан-158. Однак ці крильця були не дуже ефективними — економія палива не більше 1–1,5 %. Наприкінці 80-х з'явився вид законцівок, за яким закріпилася назва вінглети, утворена від англійського слова winglet, що в перекладі російською означає крильце. Вінглети встановлювали на Boeing 747-400, радянських Іл-96 і Ту-204, європейських Airbus A340 і A330, є навіть на найсучасніших вузькофюзеляжних Bombardier C-series. Такі законцювання крила забезпечують паливну економію трохи більше 3 % [2]. Незабаром з'явилися ще ефективніші законцювання цього типу. Американська компанія Aviation Partners Inc.на початку 90-х розробила та запатентувала нові вінглети, які відрізнялися плавним вигином та переходом від крила. Спочатку ними оснащували деякі бізнес-джети Gulfstream та Falcon. У процесі випробування виявилося, що вінглети такої конструкції дають паливну економію для бізнес-джету близько 5-7%, і це було значним успіхом. Компанія Boeing під враженням таких результатів почала оснащувати ними більшість вузькофезюляжних лайнерів Boeing 737NG, які з'явилися наприкінці 90-х. Економія палива становила близько 3–4 %. Потім вінглети такої ж форми з'явилися як опція ще для двох лайнерів Boeing - вузькофюзеляжного 757 і широкофюзеляжного 767. Airbus почав оснащувати сімейство A320 фактично аналогічними вінглетами з плавним переходом, тільки вигадав свою власну назву - шарклети [3]. Вони доступні як опція для A320, випущених після 2012 року, а на новій лінійці A320neo шарклети встановлюються штатно. Економія склала ті самі 3–4 %, що й у Boeing 737. Крім вертикальних закінчень крила, бувають і горизонтальні. Вперше вони з'явилися на широкофюзеляжних лайнерах Boeing. Ці закінчення отримали назву Raked wingtips, які у нас прийнято називати гребеневими. Вперше у 1999 році вони з'явилися на Boeing 767-400 Extended Range, потім на пізніх модифікаціях Boeing 777 збільшеної дальності. Новий Boeing 747-8 також отримав гребеневі закінчування замість звичайних вінглетів, які встановлювали на попередні версії 747-400. Найефективніша аеродинамічна закінчування з'явилася на Boeing 787 Dreamliner. Ось тільки на цьому не стали зупинятися і вперше в історії пасажирської авіації законцювання крила завдовжки 3,5 метра стануть складними. Гребеневі закінчування мають кілька переваг над вінглетами.По-перше, гребневі закінчування ще більш ефективні щодо економії палива, ніж вінглети з плавним переходом — у середньому ще на 1,5 %. По-друге, з ними плавніший політ у зоні турбулентності, на відміну від вертикальних вінглетів. По-третє, вони створюють додаткову підйомну силу, що позитивно впливає на злітно-посадочні режими. Але гребневі законцювання не можуть встановлені на такі масові літаки, як Airbus A320 і Boeing 737. За правилами ICAO розмах крила магістрального вузькофюзеляжного літака не повинен перевищувати 36 метрів. Тому на цих літаках встановлюють вертикальні закінчування, а щоби обійтися без них, потрібно повністю перепроектувати крило, що недоцільно. Звідси і з'являються гібридні законцювання, на зразок тих, що встановлені на новій версії Boeing 737 MAX. А на нових літаках, де крило спроектовано заново та проходить під ліміти ICAO, намагаються використати гребневі закінчування. Гребневі закінчування з'явилися і на крило російського Sukhoi Superjet 100. Схожі закінчення з'явилися і на новій версії Airbus A330neo. А ось Airbus A350 розробили закінчування з плавним вигином - гібрид вінглетів і гребеневих закінчень. Основні терміни
(генеруються автоматично)Кабіна: індуктивний опір, ICAO, крило, літак, економія палива, нижня поверхня, плавний вигин, плавний перехід, паливна економія, ефективність палива. З численних засобів пересування саме літак є найшвидшим, зручнішим та безпечнішим. Кожна сучасна людина бачила авіалайнер, але не всі розуміють, як саме працює механізм. У цій статті докладно розглянемо будову крила літака. Конструкція авіалайнера складається з таких основних елементів: Оскільки в рамках однієї статті неможливо детально розглянути кожен елемент конструкції, то ми сфокусуємо увагу виключно на крилах. Одним із основних «органів» повітряного транспорту є крила, без яких літак навіть не зможе відірватися від землі. Конструкція крила літака складається з правої та лівої консолі, основне призначення даного вузла – створити необхідну підйомну силу для авіалайнера. Тут розташована механізація для зльоту та посадки, яка в кілька разів покращує такі характеристики: Також тут розташовуються паливні баки, але в військових машинах передбачено місце перевезення військового спорядження. Розмах та форма крила літака впливають на льотні якості. Розмах крила літака визначається довжиною між прямим крилом та кінцевою точкою даного елемента. Профіль крила літака – це перетин по площині, який вимірюється перпендикулярно до розмаху.Залежно від призначення авіалайнера його профіль крила може змінюватись, і саме цей момент є основним, адже за його допомогою формується сам літальний апарат. Тобто профіль крила літака впливає на призначення авіатранспорту та швидкість його пересування. Наприклад: Існує кілька варіантів профілів, проте їхня форма виконання завжди однакова. Цей елемент представляється як краплі різної товщини. Створюючи профіль для будь-якого літального апарату, виробники спершу проводять точні розрахунки, що базуються на аеродинаміці. Підготовлений зразок перевіряється у спеціальній аеродинамічній трубі, і якщо технічні характеристики підійдуть для польотних умов, профіль встановлюється на літальний апарат. Розробкою аеродинамічних профілів займалися вчені початку розвитку авіації, процес розробки не припиняється й у час. За допомогою крила літальний апарат утримується у небі. Багато помилково вважають, що авіатранспорт має два крила., насправді у нього є всього один елемент, та дві площини, які розташовані на правій та лівій сторонах. Те, як працює крило літака, пояснили журналісти телеканалу «Росія 2». Рекомендуємо ознайомитися з коротким та пізнавальним відео, на якому принцип роботи крила літака викладено доступною мовою. Згідно закону Бернуллі, Чим вище потік частинок або рідини, тим менше спостерігатиметься внутрішній тиск повітряного потоку. Саме за цим законом створюється профіль крила, тобто потік частинок або рідини, що стикаються з поверхнею профілів, рівномірно розподіляються по всіх частинах елемента. У хвостовій зоні частинки також не повинні з'єднуватися, щоб не утворився вакуум, тому верхня частина елемента має більшу кривизну. Саме така будова дозволяє створити менший тиск на верхній частині елемента, що й потрібне для створення підйомної сили. Сила підйому крила може завісити і від кутової атаки. Для її виміру використовується довжина хорди крила та швидкість зустрічного потоку повітряних мас. Чим більшим буде показник «кутової атаки», тим більше сила підйому крила. Потік повітряних мас може бути як ламінарним, так і турбулентним: Щоб повітряний транспорт мав потрібний швидкісний діапазон, міг здійснювати безпечну посадку та зліт, максимально розганявся, існує спеціальний механізм керування крила, до якого входять такі елементи: Закрилки встановлюються в задній частині, є основними компонентами механізму управління літака. Вони зменшують швидкість, надають авіатранспорту необхідну силу для підйому повітря. Передкрилки не допускають виникнення занадто великої кутової атаки, елементи розташовані в носовій частині.Інтерцептори розташовані вгорі крила, допомагають знизити підйомну силу, коли це необхідно. Дана частина крила літака допомагає збільшити розмах крила, у кілька разів знижує опір, який утворюється повітряним потоком, а також підвищує підйомну силу. Крім цього, закінчування крила літака допомагає збільшити довжину, практично не змінивши при цьому його розмах. При використанні закінчення витрата палива у літаків скорочується в кілька разів, а у планерів збільшується дальність колії. Найчастіше використовуються гребневі закінчування, які допомагають економніше використовувати паливо, легше набирати висоту, зменшити довжину розбігу перед зльотом. Крім цього, елемент крила літака гребеневого типу в кілька разів зменшує індукційний опір. Сьогодні вони найчастіше застосовуються на Боїнгах-767, -777, -747-8, а найближчим часом планується встановлення на Боїнгах-787.Для чого літаку потрібні крила: рухомі частини, елементи та конструкція
Як утворюється підйомна сила
Розташування
З чого роблять крила для літаків і як вони виглядають зсередини: основні компоненти
Елерони
Спойлери
Закрилки
Флаперони
Спойлерони
Як працює крило і для чого його керовано загинають, змінюючи розмах
Пряме
Стрілоподібне
Зворотно-стрілоподібне
Трикутне
Трапецієподібне
Еліптичне
Арочне
Чому у літака кінці (кінчики) крил загнуті вгору: товщина аеродинамічних конструкцій
Як влаштовано крило пасажирського корпусу, чим воно кріпиться і що знаходиться усередині: силові схеми
Фермінне
Лонжеронне
Кесонне
Для чого потрібні законцювання крила літака і як називається рухомі частини (кінці) конструкцій
Чим обробляють крила літака
Підіб'ємо підсумки
Про аеродинамічні закінчення крила літака
Будова крила літака
Детальніше про конструкцію
Від чого залежить льотні якості авіатранспорту?
Принцип роботи
Закінчування