Что такое закрылки у самолета и для чего они нужны
Закрылки
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 полётe на малых скоростях.
Принцип работы закрылков заключается в том, что при их выпуске увеличивается кривизна профиля и (в некоторых случаях) площадь поверхности крыла, следовательно, увеличивается и подъёмная сила. Кроме того, выпуск закрылков способствует увеличению аэродинамического сопротивления. При выпуске закрылков обычно возникает необходимость перебалансировки самолёта из-за возникновения дополнительного продольного момента, что усложняет управление самолётом. Закрылки, образующие при выпуске профилированные щели, называют щелевыми. Закрылки могут состоять из нескольких секций, образуя несколько щелей (как правило, от одной до трех). К примеру, на отечественном Ту-154М применяются двухщелевые закрылки, а на Ту-154Б — трёхщелевые. Щели способствуют перетеканию воздушного потока с нижней поверхности на верхнюю, одновременно разгоняя его. Это помогает затянуть срыв потока с закрылков и, таким образом, увеличить возможный угол их отклонения и допустимый угол атаки.
Флапероны
Флапероны, или «зависающие элероны» — элероны, которые могут выполнять также функцию закрылков при их синфазном отклонении вниз. Широко применяются в сверхлёгких самолётах [1] и радиоуправляемых авиамоделях при полётах на малых скоростях, а также на взлёте и посадке. Иногда применяется на более тяжелых самолётах (например, Су-27). Основное достоинство флаперонов — это простота реализации на базе уже имеющихся элеронов и сервоприводов.
Предкрылки
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 полета. 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 и(или) нижней поверхности крыла, которые увеличивают аэродинамическое сопротивление и уменьшают(увеличивают) подъёмную силу. Поэтому интерцепторы также называют органами непосредственного управления подъёмной силой. Не следует путать интерцепторы с воздушными тормозами.
В зависимости от площади поверхности консоли, расположения её на крыле и т. д. интерцепторы делят на:
Внешние 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.
У некоторых самолетов, например, МиГ-23, интерцепторы (наряду с дифференциально отклоняемым стабилизатором) являются главным органом управления по крену.
Спойлеры
Спойлеры (интерцепторы) — гасители подъемной силы.
Симметричное задействование интерцепторов на обоих консолях крыла приводит к резкому уменьшению подъемной силы и торможению самолёта. После выпуска самолёт балансируется на бо’льшем угле атаки, начинает тормозиться за счет возросшего сопротивления и плавно снижаться. Возможно изменение вертикальной скорости без изменения угла тангажа.
Интерцепторы также активно используются для гашения подъемной 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 колеса и улучшению сцепления колёс с поверхностью. Благодаря этому, после выпуска внутренних интерцепторов можно переходить к торможению с помощью колёс.
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.
Закрылок
Из Википедии — свободной энциклопедии
Закры́лок — профилированная отклоняемая поверхность, симметрично расположенная на задней кромке крыла, элемент механизации 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 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.
Выпуск и уборка закрылков могут производиться автоматически или по команде из кабины лётчика с помощью гидро-, пневмо- и электроприводов. Первые самолёты с механизацией задней кромки крыла были построены в 1920-х годах. В СССР закрылки впервые были установлены на самолётах Р-5, Р-6. Более широко закрылки стали применяться в 1930-х годах, когда получила распространение схема свободнонесущего моноплана.
На нескольких типах отечественных самолётов с гидроприводом закрылков применяется унифицированная система СПЗ (в различных вариантах), с двухканальным гидромотором (рулевым приводом типа РП-60).
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.
Закрылки самолета
Механизация крыла каждого самолета состоит из целого набора движимых элементов, которые позволяют осуществлять регулировку и контроль полета аппарата. Полный набор элементов крыла состоит из закрылок, интерцепторов, предкрылок, спойлеров и флаперонов.
Закрылки – это профильные отклоняемые поверхности, которые расположены симметрично к задней кромке каждого крыла. При убранном состоянии они выступают в качестве продолжения крыла. В выпущенном состоянии они отходят от основной части крыла с образованием щели.
Они значительно улучшают несущие характеристики крыла при отрыве от взлетной полосы, а также при наборе высоты лайнера и его посадке. Обеспечивают отличный подъем и ведение машины на достаточно малых скоростях полета. За всю историю авиастроения было разработано и воплощено в реальность много моделей и модификаций данной детали.
Закрылки являются неотъемлемой составляющей крыла. При их выпуске значительно увеличивается кривизна профиля крыла. Соответственно, возрастают несущие способности крыльев самолета. Данная способность позволяет перемещаться летательным аппаратам на небольших скоростях без сваливания. Работа закрылок позволяет существенно снизить скорость посадки и взлета без опасности для самолета.
За счет выпуска закрылок увеличиваются показатели аэродинамического сопротивления. Это очень удобно при посадке, поскольку они делают большее лобовое сопротивление, которое позволяет снизить скорость полета. При взлете такое сопротивление немного неуместно и отнимает часть тяги двигателей. Соответственно, при посадке закрылки выпускают полностью, а при взлете на небольшой угол, чтобы облегчить работу силовой установки.
Из-за дополнительного продольного момента полета возникает перебалансировка. Это, конечно же, усложняет работу пилотов по управлению и удержанию нормального положения летательного аппарата. В современной авиации большинство самолетов оснащены щелевым типом закрылок, которые могут состоять из нескольких секций, соответственно, они образуют несколько щелей. Наличие щелей между секциями закрылок способствует перетеканию воздуха с высоким давлением на верхней части крыла в область низкого давления под крылом.
Строение закрылок обеспечивает поток струи воздуха по касательной относительно верхней части поверхности. Сечение щели имеет сужение к краям, это позволяет увеличить скорость прохождения потока. Пройдя щели закрылок, струя с высокими показателями энергии взаимодействует со слоем воздуха под крылом, при этом исключается возникновение завихрений. Работа закрылок может осуществляться по команде пилота или в автоматическом режиме. Уборка и выдвижение элементов происходят за счет электро-, пневмо- или гидроприводов. Первый самолет в нашей стране, на котором были установлены закрылки, изготовили еще в 20-х годах прошлого века, это был аппарат типа Р-5. Более массово данные элементы крыла начали использовать с 30-х годов, а именно с появлением машин с корпусом моноплана.
Основные типы закрылков
Поворотный или простой закрылок. Наиболее элементарный по своей конструкции, он позволяет увеличить силу подъема аппарата за счет изменения кривизны крыльевого профиля. Данная конструкция позволяет увеличить давление воздуха снизу крыла. Конечно же, данный тип значительно уступает по эффективности щитовому.
Щитовой тип закрылок. Они могут быть выдвижными или простыми. Что касается простых закрылок, то они представлены управляемой поверхностью, которая находится в убранном положении, при этом они плотно прилегают к нижней части крыла. Отклоняясь, они создают сверху крыла зону разреженного давления. Соответственно, верхний пограничный слой перетекает вниз. Снизу увеличиваются показатели давления, что и создает дополнительную подъемную силу. Все это способствует отрыву и набору высоты на значительно меньших скоростях. Говоря о выдвижных щитовых закрылках, стоит отметить, что, кроме отклонения, они имеют возможность выдвигаться назад. Это в свою очередь повышает их эффективность. Данная конструкция позволяет повысить силу подъема на 60%. Их используют и в настоящее время на легких самолетах.
Щелевой тип закрылок. Они получили свое название за счет образования щели при их отклонении. Через нее проходит поток воздуха, который направлен с большой силой в зону низкого давления, образованную под крылом самолета. При этом направление потока отлично продумано и не допускает срыв потока. Образованная закрылком щель имеет сужение к краю, что позволяет проходящему потоку получить максимальную энергию. На современных самолетах устанавливаются щелевые закрылки, состоящие из нескольких секций, которые могут образовывать от одной и до трех щелей. Используя такие закрылки, самолет получает подъемную силу до 90%.
Закрылок Флауреа имеет выдвижную конструкцию. Отличием является возможность выдвижения не только назад, но и вниз. Это значительно увеличивает общую кривизну профиля крыла аппарата. Эго выдвижение способно создавать до трех щелей. Прирост подъемной силы доходит до 100%.
Закрылок Юнкерса. Изготовлен по типу щелевых закрылок, только верхняя их часть выполняет функцию элерона. Это позволяет лучше осуществлять управление креном самолета. Внутренние две части конструкции выполняют работу закрылок. Такая конструкция была использована в штурмовом самолете типа Ju 87.
Закрылок конструкции Юнгмана. Данная конструкции была впервые установлена на палубном истребителе британского производства типа Firefly. За счет увеличения площади крыла и подъемной силы их планировали использовать на всех этапах полета.
Закрылок Гоуджа. Основной задачей конструкции было снижение скорости при заходе на посадку. Кроме изменения кривизны, они также увеличивали площадь самого крыла. Такая схема позволила сократить скорость отрыва при взлете. Изобретателем этой схемы является английский конструктор А. Гоудж, который упорно работал над схемами аэродинамики. Ими был оснащен в 1936 году самолет Short Stirling.
Закрылок сдувного типа. Данная конструкция имела систему качественного управления верхним пограничным слоем. Сдув позволял значительно улучшить характеристики аппарата при посадке. Такая конструкция позволяла качественно обеспечить общее обтекание крыльев. Известно, что пограничный слой возникает за счет возникновения вязкого трения потока воздуха о поверхности самолета, при этом скорость потока возле обшивки равна нулю. Именно за счет системы воздействия на этот слой можно не допустить срыв потока.
Закрылок реактивного типа. Он обеспечивает мощный поток воздуха в плоскости крыла, который вытекает с нижней поверхности. Это изменяет обтекаемость и повышает подъемную силу аппарата. При увеличении силы подъема требуется более мощный поток воздуха. Стоит отметить, что эффективность такой конструкции значительно снижается при уменьшении общего удлинения крыла. Возле земли такие закрылки не оправдывают расчеты конструкторов. В силу этого они не имеют широкого применения в авиастроении.
Стационарный закрылок Герни представлен перпендикулярной плоскостью, которая установлена в конце крыльев.
Закрылок Коандэ имеет постоянную кривизну поверхности. Он рассчитан на так называемый эффект Коандэ – когда струя прилипает к поверхности крыла, на которую действует выдув.
Конструкторы всего мира и на сегодняшний день плодотворно работают над повышением аэродинамических свойств летательных аппаратов.