Тема 6. Механизация крыла.

Механизация крыла - это система устройств (закрылки, предкрылки, интерцепторы, спойлеры, тормозные щитки) предназначенные для управления подъёмной силой У и лобовым сопротивлением X самолёта, улучшая взлётно-посадочные характеристики (ВПХ).

Рост скоростей полёта самолёта, которым сопровождается развитие авиации, влечёт за собой рост взлётно-посадочных скоростей, что усложняет технику пилотирования и требует увеличения длины взлетно-посадочной полосы (ВПП).

Основным способом улучшения ВПХ является оснащение крыла мощной механизацией.

Задача механизации крыла:

- при взлёте - создание наибольшей подъёмной силы У без значительного увеличения лобового сопротивления X;

- при посадке - наибольшей подъёмной силы У и наибольшего лобового сопротивления X;

- улучшение маневренных характеристик и активного парирования перегрузок, возникающих во время полёта.

Минимальная скорость полёта соответствует полёту на околокритических углах атаки при С_у ≈ С_{у max}

Зависимость Су= f( α) для различных видов механизации.

1. Крыло без механизации.

2. Крыло с предкрылком.

3. Крыло с щелевым закрылком.

4. Крыло с щелевым закрылком и предкрылком.

К основным видам механизации крыла относится :

- закрылки;

- предкрылки;

- интерцепторы;

- щитки.

Требования к механизации крыла:

- максимальное ↑С_у^α при отклонении средств механизации в посадочное положение при посадочных углах атаки α самолёта;

- минимальное ↑С_х^α в убранном положении средств механизации;

максимальное качество К при разбеге самолёта и возможное ↑С_у^α при отклонении средств механизации во взлётное положение;

- возможно меньшее изменение смещения центра давления (ЦД) крыла при отклонении

ВПМ ( взлётно - посадочной механизации);

- синхронность действий ВПМ на обеих консолях крыла;

- простота конструкции и надёжность работы.

Факторы увеличивающие несущую способность крыла и тем самым улучшающие ВПХ самолёта достигаются:

-увеличением эффективной кривизны профиля крыла при отклонении

средств механизации;

- увеличением площади крыла;

-управлением пограничным слоем для безотрывного обтекания

верхней поверхности крыла и затягивания срыва на бОльшие углы атаки за счёт скорости пограничного слоя: - эффектом щелей;

- отсосом пограничного слоя.

Улучшение взлетно-посадочных характеристик самолета и, прежде всего, снижение его посадочной скорости и скорости отрыва на взлете обеспечивается применением средств механизации крыла. К этим средствам относятся устройства, позволяющие изменять несущую способность и сопротивление крыла. Они могут устанавливаться по передней кромке крыла - предкрылок, отклоняемый носок, по задней кромке - щитки, закрылки (одно-, двух-, трехщелевые) и на верхней поверхности крыла - тормозные щитки и гасители подъемной силы. Закрылки, щитки, предкрылки перед посадкой отклоняются (и выдвигаются) на максимальные углы, обеспечивая прирост несущей способности крыла (С_yаS) за счет увеличения кривизны профиля, некоторого увеличения площади крыла и за счет щелевого эффекта. Рост несущей способности крыла уменьшает посадочную скорость самолета. На взлете эта механизация отклоняется на меньшие углы, обеспечивая некоторое увеличение несущей способности при незначительном росте сопротивления, в результате чего сокращается длина разбега самолета. Тормозные щитки и гасители подъемной силы обычно отклоняются на пробеге, обеспечивая резкое падение подъемной силы крыла, что позволяет более интенсивно использовать тормоза колес и сокращать длину пробега. На величину посадочной скорости и скорости отрыва они не влияют. Тормозные щитки и гасители подъемной силы также могут использоваться в полете для уменьшения аэродинамического качества и увеличения угла планирования при снижении.

На рисунке цифрами обозначены:
1 - предкрылки, 2 - закрылки, 3 - гасители подъемной силы- интерцепторы, спойлеры , 4 - тормозной щиток, 5- элерон.

Щитки представляют собой отклоняемые вниз поверхности, расположенные в нижней части крыла. В неотклонённом положении щитки вписываются в контур профиля крыла. Угол отклонения до 60°.

Отклоняемый выдвижной

Рис. 3.6. Схема крепления щитка.

При отклонении щитка искривляется профиль крыла, происходит отсос воздуха в область пониженного давления за щитком и увеличивает разряжение на верхней поверхности крыла. Одновременно под крылом давление повышается вследствие его затормаживания щитком. В результате ↑С_у и ↑С_х.

Щитки дают возможность увеличить угол планирования, сократить посадочную дистанцию и длину пробега.

Закрылок - это профилированная подвижная хвостовая часть крыла, выдвигающаяся назад - вниз.

Типы закрылков: - однощелевые;

- двухщелевые;

- трёхщелевые раздвижные.

Рис.3. 7. Двухщелевой закрылок

Хорда закрылков составляет 30 - 40 % хорды крыла.

Повышение коэффициента С_у у крыла происходит вследствии:

- увеличения вогнутости крыла;

- увеличения площади крыла;

- организации безсрывного обтекания крыла.

Так как закрылок отклоняется вниз, то увеличивается вогнутость, одновременно выдвигается назад и увеличивается хорда, а значит, площадь крыла S_KP.

Применение щелевых закрылков создаёт между крылом и закрылком профилированную щель, через которую воздух устремляется из области повышенного давления под крылом в область пониженного давления над крылом. При этом сдувается пограничный слой с верхней стороны закрылка и отсасывание его.

Элементы конструкции закрылка:

- лонжероны, нервюры, стрингеры, обшивка;

- каретки и рельсы;

- винтовые подъёмники, которые служат для перемещения закрылков.

В трёхщелевом закрылке: - дефлектор;

- силовая центральная часть;

- хвостик.

Предкрылки - это профилированный подвижный элемент крыла, расположенный в носовой части крыла по всему размаху, либо на концевых его частях против элеронов (концевой предкрылок).

Предкрылок имеет: эл. обогрев -Ту-154; воздушно-тепловой - Ил-76. Состоит из секций.

Предкрылок обеспечивает возможность реализации прироста С_у^α, даваемого средствами механизации, повышает эффективность элеронов на больших углах атаки α и повышает поперечную устойчивость самолёта (при стреловидных крыльях).

Тип: - отклоняемые носки;

- выдвижные с образованием щели между крылом и предкрылком.

Конструкция: - лонжерон, нервюры, обшивка, рельсы, каретки, винтовые преобразователи.

Рис. 3.8. Предкрылок.

Предкрылки могут управлятся пилотом или автоматически. Предкрылки выдвигаются вперёд и вниз и при этом:

- увеличивается площадь крыла S_kp и кривизна профиля;

- образуется щель и выходящая струя из щели с большой скоростью

прижимает воздушный поток к верхней поверхности крыла Использование предкрылков увеличивает на 40-50% С_{у max} за счёт увеличения критического угла атаки (α_кр.)

Интерцепторы это подвижные части крыла в виде профилированных щитков (пластин), расположенные на верхней поверхности крыла перед закрылками и служащие для управления подъёмной силой.

Интерцепторы (спойлеры), с точки зрения а/д, это гасители подъёмной силы, тормозные щитки, отклоняющиеся вверх симметрично на обеих консолях крыла, вызывая срыв потока, за счёт этого уменьшается подъёмная сила и увеличивается лобовое сопротивление, а в убранном положении утоплены в крыло. В элеронном режиме вверх отклоняется только тот, где отклонился элерон вверх, при этом создаётся крен самолёта , т.е. увеличивается эффективность элеронов.

Рис. 3.9. Интерцептор. Конструкция: Секции из панелей стыкованные кронштейнами. Имеют лонжерон, нервюры, узлы навески.

Интерцепторы применяются в полёте и на земле. В полёте для изменения эшелона полёта, т. ↓H и ↓V. На земле для ↑Х (лобового сопротивления) и как следствие ↓L пробега после приземления.

В настоящее время разработаны энергетические средства механизации крыла, в которых используется сжатый воздух, подаваемый от компрессоров двигателей или специальных вентиляторов.

Улучшение а/д характеристик крыла достигается:

- управлением пограничным слоем за счет отсоса или сдува с верхней поверхности крыла, предкрылков и закрылков через специальные отверстия, щели, пористые поверхности;

- применением струйно-реактивного закрылка – профилированной щели вдоль задней кромки крыла, через которую назад и вниз выбрасывается струя воздуха.

Она эжектирует окружающий воздух, увеличивает скорость обтекания крыла, создает дополнительную силу за счет вертикальной составляющей реактивной тяги воздушной струи.

На современных самолётах , как правило , применяется комплексная механизация крыла, т.е. сочетание различных видов механизация крыла, т.е. сочетание различных видов механизации.

Рис. 3 .10. механизация крыла.

Элероны это подвижные части крыла, расположенные у задней кромки крыла на его концах и отклоняемые одновременно в противоположные стороны (один элерон вверх, а другой - вниз) для создания крена самолёта.

Предназначены элероны для управления самолётом относительно его продольной оси ОХ. Управление производится штурвалом пилота.

Требования к элеронам: обеспечение эффективности управления по крену на всех режимах полёта. Это достигается:

- исключением заклинивания элеронов при изгибе крыла в полёте;

- весовой балансировкой элеронов;

- уменьшением шарнирных моментов (за счёт а/д компенсации); уменьшением дополнительного сопротивления в отклонённом и убранном положениях;

- уменьшением момента рыскания при отклонении элеронов;

- применение элерон-интерцепторов;

- применение дифференциально отклоняемых половин стабилизатора. Конструкция элеронов : форма аналогичная крылу и состоит из каркаса и обшивки.

Каркас: лонжерон, стрингера, нервюры, диафрагмы и обшивка.