Что такое механизация крыла самолета

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 :-).

Источник

Как летает самолет

Самолет может подняться в воздух, в том случае, если подъемная сила, возникающая при обтекании крыла воздухом превысит силу тяжести.

Для того, чтобы поднять самолет в воздух и получить требуемую подъемную силу, необходимо обеспечить обтекание крыла потоком воздуха, значит самолету для полета необходима скорость.

Самолет разбегается по взлетной полосе и, когда величина подъемной силы будет выше силы тяжести отрывается от земли. Попробуем разобраться, как возникает подъемная сила?

Аэродинамическая сила

При обтекании потокам воздуха пластины, расположенной параллельно линиям тока из-за разности давлений и сил трения, возникает аэродинамическая сила. В данном случае обтекание пластины потоком воздуха симметричное.

Несимметричным оно станет в том случае, если пластину наклонить, возникающая аэродинамическая сила будет направлена под углом к потоку. Угол наклона пластины называют углом атаки.

Разложим аэродинамическую силу на две составляющие:

При увеличении аэродинамической силы будут возрастать как вертикальная, так и горизонтальная составляющая.

Подъемная сила позволяет поднять самолет, а сила лобового сопротивления действует против направления его движения, то есть тормозит его.

Возникновение подъемной силы на крыле самолета

Наиболее благоприятным будет вариант, при котором, при малой силе сопротивления подъемная сила будет большой. Это позволит снизить потребную мощность двигателей, и расход топлива. Для этого создаются крылья несимметричного профиля.

Подъемная сила возникает при несимметричном обтекании профиля крыла потоком воздуха.

Струйки потока обтекают крыло сверху и снизу по разному.

При обтекании верхней выпуклой поверхности крыла из-за инертности струйки воздуха сжимаются, и в соответствии с уравнением неразрывности, скорость движения частиц воздуха.

В результате разницы давлений под крылом и над крылом возникает подъемная сила. Когда подъемная сила будет больше силы тяжести самолет взлетает.

Механизация крыла

Увеличение подъемной силы связано и с увеличением силы лобового сопротивления. Чем выше скорость самолета, тем сильнее сила лобового сопротивления будет тормозить его. Поэтому для полета на больших скоростях необходимо крыло, не вызывающее значительное лобовое сопротивление, подъемная сила у такого него также будет невелика, но когда самолет набрал высоту большая подъемная сила и не нужна.

Для полета на малых скоростях необходимо такое крыло, которое обеспечит максимальную подъемную силу, сила лобового сопротивления такого крыла выше, но на малых скоростях это не так критично.

Получается, что для того, чтобы взлетать на малой скорости, а проводить полет на большой скорости, самолету нужны крылья с разным профилем, или, как минимум, крыло с разными характеристиками. Получить необходимые характеристики на разных этапах полета помогают элементы механизации крыла:

Закрылок

Отклоняемый элемент механизации, расположенный на задней кромке крыла называют закрылком.

Выпуск закрылков позволяет значительно увеличить подъемную силу,при этом возрастает и сила лобового сопротивления.

Закрылки позволяют самолету взлететь на меньшей скорости, и совершать полет на малых скоростях.

Для набора скорости в полете сопротивление необходимо уменьшить, поэтому сначала угол наклона закрылков уменьшается, а затем они и вовсе убираются. В убранном закрылок составляет часть профиля крыла.

В режиме посадки, возрастающее сопротивление при выпуске закрылков позволяет снизить скорость самолета, а возросшая подъемная сила обеспечивает устойчивый полет при снижении скорости.

Предкрылок

Элемент механизации крыла, расположенный на его передней кромке, предназначенный для управления пограничным слоем называют предкрылком. Различают фиксированные предкрылки, жестко связанные с крылом и автоматические предкрылки, которые могут быть прижаты к крылу или выдвинуты в зависимости от угла атаки.

Щиток

Наклон щитка позволяет увеличить подъемную силу. Возрастающее сопротивление позволяет снизить пробег при посадке самолета.

Элементы управления

Вертикальное оперение позволяет обеспечить балансировку, устойчивость и управляемость самолета.

Оперение самолета составляют из неподвижные и подвижные элементы:

Действие рулей основано на изменении аэродинамической силы, при изменении угла наклона по отношению к направлению движения потока воздуха. При изменении угла наклона возникает аэродинамической силы, которая, благодаря плечу относительно центра тяжести самолета, создает вращающий момент.

Руль высоты

При перемещении руля высоты в противоположном направлении, нос самолета опускается вниз, угол тангажа становится отрицательным, самолет пикирует.

Руль направления

При изменении положения руля направления, за счет возникающей аэродинамической силы, появляется момент, поворачивающий самолет относительно нормальной оси. С помощью руля направления можно изменяется угол рысканья самолета.

Руль направления чаще всего используется для корректировки курса самолета при разбеге или пробеге при посадке.

Элероны

Вид криволинейного полета, служащий для изменения направления называют виражом. Для осуществления виража самолет необходимо изменить угол крена, сделать это позволяют элероны.

Элемент управления самолета, расположенный на задней кромке крыла называют элероном.

При крене самолета, из-за изменения режима обтекания крыла, создается центростремительная сила и самолет начинает двигаться по кривой, но демпфирующий момент вертикального оперения противодействует развороту. Для выполнения виража необходимо не только накренить самолет, но и отклонить руль направления в сторону виража, увечить тягу двигателя.

Источник

Ветеран трудяга «76-ой» часть 8(Механизация крыла)

Механизация крыла является неотъемлемой частью крыльев современных самолетов. К ней относятся устройства, позволяющие изменять аэродинамические характеристики крыла на отдельных этапах полёта
Различают два вида механизации по выполняемым функциям:
-для улучшения взлетно-посадочных характеристик (закрылки и предкрылки);
-для управления в полете (спойлеры в режиме гасителей подъемной силы и в элеронном режиме).

Простой закрылок представляет собой отклоняющийся вниз до 45° участок хвостовой части крыла. Для повышения эффективности закрылка он делается щелевым. При отклонении выдвижного закрылка между его носком и крылом образуется профилированная щель. На современных самолетах используются двух- или трехщелевые закрылки.

Предкрылки представляют собой часть носка крыла у передней кромки, которая отклоняется вниз на угол до 25° и выдвигается вперед, образуя с крылом профилированную щель. Так же, как и закрылки, предкрылки уменьшают взлетно-посадочные скорости самолета, а самое главное – увеличивают критический угол атаки.

К средствам механизации относятся спойлеры (интерцепторы), используемые как тормозные щитки, воздушные тормоза, гасители подъемной силы, элементы управления по крену и т.д. При отклонении спойлеров вверх нарушается обтекание крыла, что приводит к уменьшению коэффициента подъемной силы. С помощью спойлеров можно изменять вертикальную скорость снижения, уменьшать длину пробега при посадке за счет более эффективного торможения колес шасси и повышать эффективность управления по крену.
Назначение и состав вспомогательного управления самолётом.

Вспомогательное управление самолетом (или механизация крыла) предназначено для изменения аэродинамических характеристик самолёта на отдельных этапах полёта.

Работа всех элементов механизации крыла (закрылков, предкрылков и спойлеров) основана на управлении пограничным слоем на поверхности крыла и изменении кривизны профиля крыла.

Закрылки предназначены для улучшения взлетно-посадочных характеристик самолета (уменьшения Vвзл и Vпос и соответственно уменьшения потребной длины ВПП) за счет увеличения коэффициента подъемной силы из-за увеличения кривизны крыла при отклонении закрылков вниз и увеличения площади крыла при выдвижении закрылков назад.

Разновидностью механизации задней части крыла являются поворотные закрылки, щелевые закрылки (без выдвижения, выдвижные одно-, двух-, трёхщелевые), закрылки Фаулера, поворотные и скользящие (выдвижные) щитки
Элементы механизации передней части крыла обеспечивают ликвидацию срыва потока на крыле при больших углах атаки самолёта

Разновидностью механизации передней части крыла являются поворотные носки, предкрылки, носовые щитки, щитки Крюгера.
Спойлеры (интерцепторы) – это аэродинамические органы управления, выполненные в виде щитков, установленных на верхней плоскости крыла и поднимающихся вверх под углом к набегающему потоку, что приводит к уменьшению подъёмной силы крыла
С помощью спойлеров можно изменять вертикальную скорость снижения, уменьшать длину пробега при посадке за счет более эффективного торможения колес шасси и повышать эффективность управления по крену.

Источник

Механизация крыла самолета. Описание. Фото. Видео.

Механизация крыла – перечень устройств, которые устанавливаются на крыло самолета для изменения его характеристик на протяжении разных стадий полета. Основное предназначение крыла самолета – создание подъемной силы. Этот процесс зависит от нескольких параметров – скорости движения самолета, плотности воздуха, площади крыла и его коэффициента подъемной силы.

Механизация крыла непосредственно влияет на площадь крыла и на его коэффициент подъемной силы, а также косвенно на его скорость. Коэффициент подъемной силы зависит от кривизны крыла и его толщины. Соответственно можно сделать вывод, что механизация крыла кроме площади крыла еще и увеличивает его кривизну и толщину профиля.

На самом деле не совсем так, ведь увеличение толщины профиля связано с большими технологическими сложностями, не столь эффективно и больше ведет к увеличению лобового сопротивления, потому этот пункт необходимо отбросить, соответственно механизация крыла увеличивает его площадь и кривизну. Делается это с помощью подвижных частей (плоскостей), расположенных в определенных точках крыла. По месторасположению и функциям, механизация крыла делится на закрылки, предкрылки и спойлеры (интерсепторы).

Закрылки самолета. Основные виды.

Закрылки – первая из придуманных разновидностей механизации крыла, они же и наиболее эффективны. Они широко применялись еще до Второй Мировой войны, а на ее протяжении и после их конструкция была доработана и, также, были изобретены новые виды закрылок. Основными характеристиками, которые указывают на то, что это закрылок действительно является им – его расположение и манипуляции, которые с ним происходят. Закрылки всегда находятся на задней кромке крыла и всегда опускаются вниз, и, к тому же, могут выдвигаться назад. При опускании закрылка увеличивается кривизна крыла, при его выдвижении – площадь. А раз подъемная сила крыла прямо пропорциональна его площади и коэффициенту подъемной силы, то если обе величины увеличиваются, закрылок выполняет свою функцию наиболее эффективно. По своему устройству и манипуляциям закрылки делятся на:

Каким образом функционируют все вышеперечисленные закрылки показано на схеме. Простой закрылок, как видно из схемы, просто отклоняемая вниз задняя кромка крыла. Таким образом, кривизна крыла увеличивается, однако область низкого давления над крылом уменьшается, потому простые закрылки менее эффективны, чем щитовые, верхняя кромка которых не отклоняется и область низкого давления не теряет в размерах.

Щелевой закрылок получил свое название по причине образуемой им щели после отклонения. Эта щель позволяет проходить воздушной струе к области низкого давления и направлена она таким образом, чтобы предотвращать срыв потока (процесс, во время которого величина подъемной силы резко падает), придавая ему дополнительную энергию.

Закрылок Фоулера выдвигается назад и вниз, чем увеличивает и площадь и кривизну крыла. Как правило, он сконструирован таким образом, чтобы при его выдвижении еще и создавалась щель, или две, или даже три. Соответственно он выполняет свою функцию наиболее эффективно и может давать прирост в подъемной силе до 100%.

Предкрылки. Основные функции.

Предкрылки – отклоняемые поверхности на передней кромке крыла. По своему строению и функциям они схожи с закрылками Фаулера – отклоняются вперед и вниз, увеличивая кривизну и немного площадь, образуют щель, для прохода воздушного потока к верхней кромке крыла, чем способствуют увеличению подъемной силы. Предкрылки, просто отклоняемые вниз, которые не создают щели называются отклоняемыми носками и только увеличивают кривизну крыла.

Спойлеры и их задачи.

Спойлеры. Перед рассмотрением спойлеров, следует заметить, что при создании дополнительной подъемной силы всеми вышеперечисленными устройствами создается дополнительное лобовое сопротивление, что ведет к понижению скорости. Но это происходит как следствие повышения подъемной силы, в то время как задача спойлеров – конкретно значительное повышение лобового сопротивления и прижимание самолета к земле после касания. Соответственно это единственное устройство механизации крыла, которое находится на верхней его поверхности и отклоняется вверх, чем и создается прижимная сила.

А зачем же нужно увеличивать подъемную силу? Вообще требуется не столько увеличение подъемной силы, сколько уменьшение скорости самолета, по крайней мере в гражданской авиации. А поскольку эти две величины непосредственно связаны, потому и происходит одно за счет другого.

Уменьшение скорости необходимо при взлете и посадке для обеспечения большей безопасности и уменьшения длины взлетной полосы. Кроме того, боевым самолетам довольно часто при выполнении того или иного маневра необходимо очень быстро увеличить либо уменьшить подъемную силу, для чего и служит механизация крыла.

Источник