Для чего нужны предкрылки на самолете

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

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

Принцип действия. Предкрылки. Предкрылок представляет собой небольшое крылышко, расположенное в носовой части крыла и вписанное в нерабочем положении в его обводы (рис

МЕХАНИЗАЦИЯ НОСОВОЙ ЧАСТИ КРЫЛА

Лекция 22

Предкрылки. Предкрылок представляет собой небольшое крылышко, расположенное в носовой части крыла и вписанное в нерабочем положении в его обводы (рис. 7.20).

Рис. 7.20. Схема предкрылка

При отклонении предкрылка между ним и крылом образуется профилированная щель. Воздух, проходящий через эту щель, сдувает пограничный слой с верхней поверхности крыла, затягивая срыв потока на большие углы атаки,
при этом увеличиваются критический угол атаки aкр и максимальное значение коэф­фициента подъемной силы . Кривая для крыла с предкрылком показана на рис. 7.21. Хорда предкрылка обычно составляет b_пр= (0,12. 0,15)b, а угол отклонения – d_пр = 35. 45°.

Рис. 7.21. График кривой для крыла с предкрылком:
1 – предкрылок не отклонен; 2 – предкрылок отклонен

Несмотря на то, что предкрылки имеют малую массу и дают большой прирост они все же не получили распространения в качестве единственного средства посадочной механизации крыла. Объясняется это тем, что получается на очень больших углах атаки, для обеспечения которых на посадке самолет должен был бы иметь очень высокое шасси. Большая же высота шасси затрудняет его уборку и приводит к увеличению массы.

Более широкое распространение предкрылки получили как средство, улучшающее поперечную устойчивость и управляемость самолета, а у самолета со стреловидным крылом – и продольную устойчивость при полете на больших углах атаки. В этом случае предкрылки устанавливаются на концах крыльев против элеронов. Отклонение таких концевых предкрылков на больших углах атаки затягивает срыв потока с концевых частей крыла, что обеспечивает эффективность элеронов и улучшает поперечную управляемость. При отсутствии предкрылка при полете на больших, близких к критическому, углах атаки отклонение элерона вниз привело бы к срыву потока на части крыла, где расположен элерон, и вместо требуемого увеличения подъемной силы получилось бы ее падение.

Как средство, уменьшающее посадочную скорость, предкрылки применяются в комбинации с теми типами механизации хвостовой части крыла, которые при отклонении уменьшают критический угол атаки. Чаще всего встречаются комбинация предкрылка с закрылком. При такой комбинации критический угол атаки получается обычно не меньше, а даже несколько больше критического угла немеханизированного крыла, но он оказывается приемлемым с точки зрения высоты шасси. При такой механизации обеспечивается получение более высоких значений .

Различают автоматические и управляемые предкрылки.

Автоматические предкрылки применяются как средство, улучшающее устойчивость и управляемость самолета при полете на больших углах атаки. Они располагаются на концевых участках крыла против элеронов. Отклонение такого предкрылка происходит автоматически на больших углах атаки под действием аэродинамических сил.

Рис. 7.22. Аэродинамические силы, действующие на предкрылок при различных углах атаки

Механизм навески автоматического предкрылка должен обеспечить его выдвижение, начиная с определенного угла атаки. Для этого мгновенный центр вращения механизма должен располагаться так, чтобы результирующая аэродинамических сил предкрылка начиная с этого угла атаки (угол a4 на рис. 7.22) создавала относительно мгновенного центра момент, вызывающий отклонение предкрылка.

Управляемые предкрылки выдвигаются при помощи специальных механизмов управления одновременно с отклонением закрылков.

Носовые щитки (щитки Крюгера). Носовой щиток (рис. 7.23) располагается в корневых сечениях крыла. В неотклоненном положении он образует нижнюю поверхность крыла у носка.

Рис. 7.23. Схема носового щитка

Отклонение носового щитка приводит к увеличению кривизны профиля и площади крыла в сечениях, занятых носовым щитком, благодаря чему происходит увеличение . Кривая для крыла с носовым щитком показана на рис. 7.24. Хорда носового щитка обычно составляет величину bн.щ.= (0,15. 0,2)b. Носовой щиток нашел применение на стреловидных крыльях. Применяется он обычно в комбинации с предкрылком: в корневых сечениях крыла устанавливается носовой щиток, на остальной части крыла – предкрылок. Объясняется это тем, что предкрылок обеспечивает более высокое значение aкр, чем носовой щиток. Поэтому у стреловидного крыла, у которого aкр концевых сечений меньше aкр корневых сечений, постановка в концевых сечениях предкрылка, а в корневых носового щитка обеспечивает примерно одинаковые значения aкр по всему размаху.

Рис. 7.24. График кривой для крыла с носовым щитком:
1 – щиток не отклонен; 2 – щиток отклонен

Отклоняемый носок. Отклоняемый носок представляет собой подвижную переднюю часть крыла (рис. 7.25) и применяется на крыльях малой относительной толщины, имеющих острую кромку. Острый носок приводит к раннему срыву потока.

Рис. 7.25. Схема отклоняемого носка

Наибольший эффект отклоняемый носок дает тогда, когда при увеличении угла атаки крыла он остается установленным примерно по потоку. Следовательно, угол отклонения носка должен быть связан с углом атаки крыла зависимостью dн » – a. Отклонение носка увеличивает эффективную кривизну профиля и затягивает срыв потока на большие углы атаки, что ведет к увеличению . Кривая для крыла с отклоняемым носком показана на рис. 7.26. Следовательно, отклонение носка, как и отклонение предкрылка, приводит к росту вследствие увеличения aкр. Отличие между ними состоит в том, что действие отклоненного предкрылка проявляется лишь на больших углах атаки, в то время как действие отклоненного носка проявляется на всех углах атаки, при этом в зависимости от того, как влияет изменение кривизны на величину коэффициента подъемной силы, кривая 2 смещается либо вправо, либо влево от кривой 1. Наиболее эффективен отклоняемый носок, расположенный на концах крыла и занимающий не менее половины его размаха, хорда которого составляет 10. 15 % хорды крыла.

Рис. 7.26. График кривой для крыла
с отклоняемым носком: 1 – носок не отклонен; 2 – носок отклонен

Отклоняемый носок, увеличивающий aкр, применяется обычно в комбинации с закрылком, уменьшающим aкр. Такая комбинация позволяет получить достаточно высокие значения при приемлемых значениях посадочного угла атаки.

Конструкция механизации носовой части крыла

Предкрылок. Поперечное сечение предкрылка показано на рис. 7.27. Продольный набор его состоит из одного или двух лонжеронов швеллерного или Z-образного сечений. Поперечный набор состоит из серии штампованных из листа нервюр. К каркасу крепятся наружный и внутренний листы обшивки.
У небольших по размерам предкрылков продольного набора может и не быть.

Рис. 7.27. Поперечное сечение предкрылка

Управляемый предкрылок состоит, как правило, из нескольких секций. Каждая секция навешивается на узлах, расположенных в двух сечениях. Узел навески может быть выполнен или в виде монорельса, закрепленного на предкрылке и перемещающегося по направляющим роликам, установленным на крыле (рис. 7.28), или в виде кулисного механизма (рис. 7.29).

Рис. 7.28. Схема навески предкрылка на монорельсах

Рис. 7.29. Навеска предкрылка на кулисном механизме

Механизмы навески автоматических предкрылков выполняются по схемам, обеспечивающим возможно меньшее трение.

Рис. 7.30. Схема навески предкрылка на четырехзвенном механизме

На рис. 7.30 показан четырехзвенный механизм навески предкрылка. Конструктивно такой механизм прост, размещение его даже внутри тонкого крыла не вызывает затруднений. Навеска осуществляется в двух сечениях.

Рис. 7.31. Схема навески предкрылка на качалках

С силовой точки зрения предкрылок представляет собой балку на двух опорах, нагруженную, распределенными силами. Проектировочный расчет предкрылка аналогичен расчету других средств механизации.

Носовые щитки. Принципиальная конструктивная схема носового щитка аналогична схеме простого щитка. Большой по размаху носовой щиток состоит из нескольких секций. Секция щитка может навешиваться на шомполе. Тогда конструкция его состоит из лонжерона и диафрагм, закрытых с нижней стороны обшивкой. Управление осуществляется двумя приводами, узлы крепления которых устанавливаются на лонжероне щитка. Навеска носового щитка может осуществляться и на двух кронштейнах вильчатого типа, в сечении которых устанавливаются и приводы управления. У такого щитка каркас закрывается обшивкой с обеих сторон. Проектировочный расчет носового щитка проводится так же как и проектировочный расчет простого щитка.

Отклоняемые носки. Поперечное сечение отклоняемого носка показано на рис. 7.32.

Рис. 7.32. Поперечное сечение отклоняемого носка

Продольный набор отклоняемого носка состоит из лонжерона и нескольких стрингеров, поперечный набор из штампованных из листа нервюр. Каркас закрывается обшивкой. Отклоняемый носок состоит из нескольких секций. Навеска каждой секции может осуществляться либо на шомполе, либо на двух узлах вильчатого типа. Отклонение носка осуществляется двумя приводами. Если носок навешен на двух узлах, то приводы целесообразно разместить в сечении этих узлов, так как в этом случае усилие от них будет передаваться на кронштейн крыла
и не будет нагружать сам носок. В проектировочном расчете принимают, что изгибающий момент и перерезывающая сила воспринимаются лонжероном, поэтому его ось является
и осью жесткости, относительно которой и подсчитывается крутящий момент. Крутящий момент воспринимается замкнутым контуром, образованным обшивкой и стенкой лонжерона.

Вопросы:

1. Принцип действия носовой части крыла.

2. Схема отклоняемого носка

3. Аэродинамические силы, действующие на предкрылок при различных углах атаки

4. Схема навески предкрылка на монорельсах

5. Навеска предкрылка на кулисном механизме

Источник