Крыло самолёта

Как они работают?

Подъемная сила крыла самолета создается за счет разницы давления. Оно изменяется за счет нахождения потоков воздуха.

Принцип действия объясняется и ударной моделью Ньютона. Частицы воздуха наталкиваются на нижнюю полуплоскость крыла, который расположен под углом к потоку, и отскакивают вниз, выталкивая крыло наверх.

Строение крыла самолета.

Сколько крыльев у самолета? В классической модели их два — по одному с каждого бока.

Существует такое понятие, как размах крыла самолета. Это расстояние от вершины левой части крыла до верха правой. Оно измеряется по прямой линии и не зависит от формы или его стреловидности.

Интерцепторы

Основная статья: Интерцептор

Выпуск левого элерон-интерцептора при парировании правого крена

Интерцепторы (спойлеры) — отклоняемые или выпускаемые в поток поверхности на верхней (нижней, см. МиГ-19) поверхности крыла, которые увеличивают аэродинамическое сопротивление и уменьшают подъёмную силу.[источник не указан 1351 день] Поэтому интерцепторы также называют органами непосредственного управления подъёмной силой.

В зависимости от предназначения и площади поверхности консоли, расположения её на крыле и так далее, интерцепторы делят на элерон-интерцепторы и спойлеры:

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 самолётов элерон-интерцепторы могут являться главным (либо резервным) органом управления по крену.

Выпущенные спойлеры

Спойлеры (многофункциональные интерцепторы) (от англ. to spoil — портить, мешать; spoiler — помеха) — гасители подъёмной силы. Симметричное задействование интерцепторов на обеих консолях крыла приводит к резкому уменьшению подъёмной силы и торможению самолёта. После выпуска самолёт балансируется на большем углу атаки, начинает тормозиться за счёт возросшего сопротивления и плавно снижаться. Возможно изменение вертикальной скорости без изменения угла тангажа. То есть при одновременном выпуске интерцепторы используются в качестве воздушных тормозов.

Интерцепторы также активно используются для гашения подъёмной 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 колёса и улучшению сцепления колёс с поверхностью. Благодаря этому, после выпуска внутренних интерцепторов можно переходить к торможению с помощью колёс.

Геометрические характеристики крыла

Геометрические характеристики — перечень параметров, понятий и терминов используемых для проектирования крыла и определения наименований его элементов:

Размах крыла (L) — расстояние между двумя плоскостями, параллельными базовой плоскости самолёта и касающимися концов крыла.

Хорда несущей поверхности крыла — отрезок прямой взятый в одном из сечений крыла плоскостью, параллельной базовой плоскости самолёта, и ограниченный передней и задней точками профиля.

Местная хорда крыла (b(z)) — отрезок прямой на профиле крыла, соединяющий переднюю и заднюю точки контура профиля в заданном сечении по размаху крыла.

Длина местной хорды крыла (b(z)) — длина отрезка линии проходящей через заднюю и переднюю точки аэродинамического профиля в местном сечении по размаху крыла.

Центральная хорда крыла (b) — местная хорда крыла в базовой плоскости самолёта, получаемая продолжением линии передней и задней кромок крыла до пересечения с этой плоскостью.

Длина центральной хорды крыла (b) — длина отрезка между точками пересечения передней и задней кромок крыла базовой плоскостью самолёта.

Бортовая хорда крыла (b_б) — хорда по линии разъёма крыла и фюзеляжа в сечении крыла, параллельном базовой плоскости самолёта.

Концевая хорда крыла (b_к) — хорда в концевом сечении крыла, параллельном базовой плоскости самолёта.

Базовая плоскость крыла — плоскость содержащая центральную хорду крыла и перпендикулярная базовой плоскости самолёта.

Площадь крыла (S) — площадь проекции крыла на базовую плоскость крыла, включая подфюзеляжную часть крыла и наплывы крыла.

Контрольное сечение крыла — условное сечение крыла плоскостью, параллельной базовой плоскости крыла (z = const).

Кривизна крыла — переменное отклонение средней линии аэродинамических профилей от их хорд; характеризуется относительной вогнутостью профиля (отношением максимального отклонения средней линии от хорды к длине хорды).

Срединная поверхность крыла — образуемая совокупностью всех средних линий профилей крыла по размаху; обычно задаётся некоторыми законами изменения вогнутости профиля и крутки крыла по размаху; при постоянной величине крутки крыла и нулевой кривизне профилей из которых составлено крыло, срединная поверхность представляет собой плоскость.

Удлинение крыла (λ) — относительный геометрический параметр, определяемый как отношение: λ = L²/S;

Сужение крыла (η) — относительный геометрический параметр крыла, определяемый как отношение: η = b/b_к;

Геометрическая крутка крыла — поворачивание хорд крыла по его размаху на некоторые углы (по закону φ_кр = f(z)), которые отсчитываются от плоскости, за которую обычно принимают базовую плоскость крыла (при условии если угол заклинения крыла по бортовой хорде равен нулю). Применяется для улучшения аэродинамических характеристик, устойчивости и управляемости на крейсерском режиме полёта и при выходе на большие углы атаки.

Местный угол геометрической крутки крыла (φкр(z)) — угол между местной хордой крыла и его базовой плоскостью, причём угол φ_кр(z) считается положительным, когда передняя точка местной хорды выше задней очки той же хорды крыла.

История и развитие

Винглет на крыле Boeing 737-800

На пассажирских самолётах аэродинамические законцовки были впервые применены на Boeing 747-400 выпуска 1985 года. C 2009 года данная конструкция применяется на крыльях среднемагистральных самолётов Airbus A-320.

В начале 1990-х гг. Луи Гратцер, главный специалист по аэродинамике компании Aviation Partners, придумал и запатентовал «blended winglet» — сопряжённое крылышко, которое плавно загибается вверх по дуге большого радиуса и имеет большое относительное удлинение. Первое же применение крылышек новой конструкции для модернизации делового самолёта Gulfstream II в 1991 г. позволило сократить расход топлива на 7 %. Столь масштабная экономия за счёт модернизации оказалась беспрецедентной в истории авиации, если не считать переделки всего самолёта или ремоторизации.

Винглеты являются обязательным требованием аэропорта Лондон-Сити к воздушным судам, поэтому когда в 2016 году ирландская авиакомпания CityJet первая в Европе закупила российские самолёты Superjet SSJ-100, она потребовала от компании «Гражданские самолеты Сухого» модернизировать эту новую модель и сделать горизонтальные винглеты, доработав программное обеспечение и систему управления.

Механизация крыла

Основные части механизации крыла

Основная статья: Механизация крыла

• 1 — законцовка крыла
• 2, 3 —корневые и концевые элероны
• 4 — обтекатели механизма привода закрылков
• 5, 6 — предкрылки
• 7 — корневой (или внутренний) трёхщелевой закрылок
• 8 — внешний трёхщелевой закрылок
• 9 — интерцептор
• 10 — интерцептор/спойлер

Складывающееся крыло

Сложенная правая консоль крыла Як-38

К конструкции со складывающимся крылом прибегают в том случае, когда хотят уменьшить габариты при стоянке воздушного судна. Наиболее часто такое применение встречается в палубной авиации (Су-33, Як-38, F-18, Bell V-22 Osprey), но и рассматривается иногда для пассажирских ВС (КР-860, Boeing 777X).

См. также: Палубная авиация

Принцип действия

Сравнение индуктивных вихрей на крыле с традиционной законцовкой и с аэродинамической

Подъёмная сила крыла образуется из-за разности давлений под крылом и над крылом. Из-за разности давлений часть воздуха перетекает через край крыла из области высокого давления снизу в область пониженного давления сверху, образуя при этом концевой вихрь. На образование вихря тратится энергия движения, что приводит к появлению силы индуктивного сопротивления. Концевой вихрь также приводит к перераспределению подъёмной силы по размаху крыла, уменьшая его эффективную площадь и удлинение, и снижая аэродинамическое качество. Установка аэродинамических законцовок помогает добиться оптимальной формы распределения подъёмной силы.

Недостатками использования законцовок крыла являются существенное увеличение влияния на самолет ветра при взлете и посадке, а также более жёсткая болтанка при полёте в турбулентной атмосфере.

Конкуренты

В настоящее время большая часть самолётов, которые вы встретите практически в любом аэропорту, — это самолёты семейств Boeing 737 и Airbus A320. «Боинг» вообще вне конкуренции по популярности; в 2018 году был выпущен десятитысячный самолёт, а к настоящему времени общее количество произведённых этой компанией машин приближается к одиннадцати тысячам. Европейские конкуренты наступают на пятки — к началу февраля 2020 года «Эйрбас» выпустили 9273 штуки.

Ладно бы их было не отличить в пределах одного семейства: ну назвали вы его случайно А320, а он на самом деле А319, подумаешь, чуть-чуть в количестве иллюминаторов запутались. Нет, дело гораздо хуже.

Отличить «Боинг» от «Эйрбас», если вы не профессионал, очень сложно. В большинстве случаев люди узнают, на чём они летят, только из билетов — или из карты безопасности в кармашке сиденья перед ними.

Хотите произвести впечатление на девушку, знакомых или детей, сходу отличая один самолёт от другого? Тогда читайте внимательно — мы раскроем все тайны.

Гребневые законцовки

Гребневые законцовки представляют собой горизонтальные кончики крыльев, имеющие больший угол стреловидности, нежели основная часть крыла. Основное назначение таких законцовок — повышение топливной экономичности, улучшенные характеристики при наборе высоты, уменьшение длины разбега при взлёте. Гребневые законцовки позволяют уменьшить индуктивное сопротивление крыла. Испытания данных законцовок в НАСА и Боинге показали, что топливная экономичность с такими законцовками составила 5,5 % против 3,5-4,5 %, которые обеспечивали обычные вертикальные законцовки. Гребневые законцовки уже используются на Boeing 767, Boeing 777, Boeing 787 и Boeing 747-8 а также планируются к установке на самолётах Airbus A350.

Законцовки на крыльях

Вы когда-нибудь обращали внимание, что современные самолеты имеют на крыльях острые законцовки, загибающиеся кверху? Эти законцовки называются “винглеты”. Когда самолет находится в полете, то давление над его крылом ниже давления под ним

Когда самолет находится в полете, то давление над его крылом ниже давления под ним.

Из-за разницы давлений часть воздуха перетекает через край крыла из зоны с высоким давлением в зону с низким. Это приводит к созданию вихрей, снижающих аэродинамические свойства крыла и уменьшая его эффективную площадь. Возникает так называемое индуктивное сопротивление. Винглеты как раз помогают ослабить силу вихрей и добиться оптимальной формы распределения подъемной силы.

Винглеты служат для увеличения размаха крыла и улучшают его аэродинамические характеристики.

Использование этих законцовок помогает снизить расход топлива и сократить выброс в атмосферу диоксида углерода.

Избежать возникновения индуктивного сопротивления можно и путем увеличения размаха крыльев, но это возможно не во всех случаях. Воздушные суда Boeing 737 и 757 часто используются в маленьких аэропортах, где лайнеру с длинными крыльями может не хватить места.

“Миф об отходах с самолета. Глупые слухи, которым по-прежнему верят люди”.

Кольца вертикального взлета

Среди немецких проектов времен Второй мировой многие были совершенно удивительны по своей смелости и нестандартности. Так, истребитель-перехватчик вертикального взлета и посадки «Жаворонок» (Lerche) конструкции Эрнста Хейнкеля (1944) имел замкнутое девятигранное крыло и два независимых мотора Daimler-Benz 605D, каждый из которых вращал свой пропеллер. Оба пропеллера располагались внутри крыла. Для того времени самолет был необычен тем, что подразумевал вертикальный взлет и посадку.

Сложно сказать, что бы вышло у Хейнкеля, если бы «Жаворонок» был воплощен в металле. В 1945 году Хейнкель разрабатывал еще и LercheII, времени на первый не хватало, и проект сгинул в безвестности. Впрочем, у всех желающих есть возможность полетать на «Жаворонке» — в компьютерной игре «Ил-2 Штурмовик: забытые сражения. 1946».

А вот французы в 1959 году нашли возможность воплотить свой кольцекрылый шедевр в металле. Удивительный реактивный самолет SNECMA C-450 Coleoptere даже взлетел. Правда, приземлился он довольно жестко, едва не похоронив под собой пилота. Собственно, компания SNECMA разработала беспилотный летательный аппарат с кольцеобразным крылом еще раньше, в 1954 году. Он получил лирическое название Atar Volant C-400 P-1 («Летающая звезда») и совершил более 200 успешных испытательных полетов. Как и немецкий «Жаворонок», это был самолет вертикального взлета и посадки. Следующим шагом стало создание пилотируемого аппарата, которым и стал C-450. Восьмиметровый истребитель был успешно запущен, но при переходе от вертикального полета к горизонтальному продемонстрировал полную неспособность держать высоту и камнем ухнул вниз. Пилот катапультировался, а дорогостоящий проект был тотчас же закрыт.

Французский самолет SNECMA C-450 (1959) умел летать только вертикально. При попытке пилота перейти к горизонтальному полету опытная конструкция камнем рухнула вниз. Проект самолета с замкнутым контуром крыла был тотчас закрыт.

SNECMA C-450 (1959) Умел летать только вертикально. При попытке пилота перейти к горизонтальному полету опытная конструкция камнем рухнула вниз. Проект самолета с замкнутым контуром крыла был тотчас закрыт

Последней попыткой создать кольцеплан вертикального взлета был американский проект Convair Model 49 (1967). Фирма Convair сегодня хорошо известна проектом самолета-подлодки и рядом других безумных конструкций. Model49 был гибридом самолета и вертолета. Его кольцевидное крыло скрывало под собой арсенал, которым мог бы гордиться целый артиллерийский полк. Пулеметы, гранатометы, пушки и ракетометы — «49-й» мог в одиночку дать бой полноценной армии. Если бы был изготовлен. Сумасшедший проект был благоразумно отклонен правительством США.

Гребневые законцовки

Гребневые законцовки представляют собой горизонтальные кончики крыльев, имеющие больший угол стреловидности, нежели основная часть крыла. Основное назначение таких законцовок — повышение топливной экономичности, улучшенные характеристики при наборе высоты, уменьшение длины разбега при взлёте. Гребневые законцовки позволяют уменьшить индуктивное сопротивление крыла. Испытания данных законцовок в НАСА и Боинге показали, что топливная экономичность с такими законцовками составила 5,5 % против 3,5-4,5 %, которые обеспечивали обычные вертикальные законцовки. Гребневые законцовки уже используются на Boeing 767, Boeing 777, Boeing 787, Boeing 747-8 и Airbus A350.

От Блерио до Живодана

17 декабря 1903 года человек впервые поднялся в воздух на самолете с двигателем. Человека звали Орвилл Райт, а самолет назывался Wright Flyer I.

Несмотря на заметный успех братьев Райт, многочисленные изобретатели придумывали различные конфигурации крыльев, по их понятиям более эффективные, нежели обыденные райтовские плоскости. Одним из пионеров авиации стал французский изобретатель Луи Блерио, построивший свой первый аппарат «Орнитоптер» еще в 1900 году. Правда, первым по‑настоящему летающим аэропланом Блерио стала лишь 11-я по счету модель, построенная в 1909 году. Нас же интересует вовсе не она, а самолет «Блерио III», сконструированный в 1906-м и ни разу не поднявшийся в воздух. Это был первый в истории авиастроения самолет с замкнутым контуром крыла.

ЗАКОНЦОВКИ КРЫЛА

Законцовки крыла служат для увеличения эффективного размаха крыла, снижая лобовое сопротивление, создаваемое срывающимся с конца стреловидного крыла вихрем и, как следствие, увеличивая подъёмную силу на конце крыла. Также законцовки позволяют увеличить удлинение крыла, почти не изменяя при этом его размах.

Применение законцовок крыла позволяет улучшить топливную экономичность у самолётов, либо дальность полёта у планёров. В настоящее время одни и те же типы самолётов могут иметь разные варианты законцовок.

Вот вкратце такова механизация крыла. Именно вкратце.На самом деле эта тема намного шире.

Если хотите блеснуть эрудицией в узком кругу, знайте! у большинства современных самолетов — ОДНО крыло! А слева и справа это полуКрылья! ))

Но сегодня я итак уже слишком много занимаю Ваше внимание. Думаю, что все еще впереди

Конец 1990-х: второе дыхание

В 1998 году Анатолий Гущин, Анри Наскидянц и еще ряд летчиков уговорили Нарушевича продолжить работу над самолетом. Самолетом заинтересовалась некая частная фирма, деньги нашлись, полузабытое крыло было восстановлено, и команда приступила к сборке фюзеляжа. Все делали с нуля. Разве что стойки шасси взяли от вертолета Ми-1, а приборную панель — от АН-2. Конструировали машину под потенциального потребителя: места для одного или двух пилотов и трех пассажиров полукругом. Вместо пассажиров можно было разместить емкости для хранения удобрений и распылительного оборудования…

Важной особенностью самолета Нарушевича было то, что овальное крыло не крепилось непосредственно к фюзеляжу. Он располагался внутри крыла на стойках и подвесах

Таким образом, подъемная сила создавалась по всей поверхности крыла.

К 2004 году были проведены первые полевые испытания полученной машины. Она совершила несколько подлетов при штиле и боковом ветре. Изобретатели обнаружили, что аппарат обладает весьма необычными аэродинамическими свойствами. Во‑первых, самолет с овальным крылом (будем называть его дальше СОК) совершенно не реагировал на порывы бокового ветра вплоть до 13 м/с. Во‑вторых, для разбега ему хватало 150 м (у АН-2 — 180 м, у остальных самолетов того же класса порой еще больше). Но главным оказалось практическое соотношение полезной нагрузки и общей снаряженной массы самолета — 0,45! К такому коэффициенту никто пока и близко не подходил. Самолет смело можно было показывать будущим инвесторам.

Сегодня странный «овалоплан» Луи Блерио кажется абсурдом: слишком много ошибок допустил французский конструктор при его постройке. Но Блерио действовал наугад: в 1906 году никто еще не знал, какая конфигурация крыла окажется выигрышной.

Шасси, закрылки и экономика

21 сентября 2001 года самолет Ил-86, принадлежавший одной из российских авиакомпаний, произвел посадку в аэропорту Дубаи (ОАЭ), не выпустив шасси. Дело закончилось пожаром в двух двигателях и списанием лайнера — к счастью, никто не пострадал. Не было и речи о технической неисправности, просто шасси… забыли выпустить.

С все как прежде Современные лайнеры по сравнению с воздушными судами прошлых поколений буквально набиты электроникой. В них реализована система электродистанционного управления fly-by-wire (буквально «лети по проводу). Это означает, что рули и механизацию приводят в движение исполнительные устройства, получающие команды в виде цифровых сигналов. Даже если самолет летит не в автоматическом режиме, движения штурвала не передаются рулям непосредственно, а записываются в виде цифрового кода и отправляются в компьютер, который мгновенно переработает данные и отдаст команду исполнительному устройству. Для того, чтобы повысить надежность автоматических систем в самолете установлено два идентичных компьютерных устройства (FMC, Flight Management Computer), которые постоянно обмениваются информацией, проверяя друг друга. В FMC вводится полетное задание с указанием координат точек, через которые будет пролегать траектория полета. По этой траектории электроника может вести самолет без участия человека. Зато рули и механизация (закрылки, предкрылки, интерцепторы) современных лайнеров мало чем отличаются от этих же устройств в моделях, выпущенных десятилетия назад. 1. Закрылки. 2. Интерцепторы (спойлеры). 3. Предкрылки. 4. Элероны. 5. Руль направления. 6. Стабилизаторы. 7. Руль высоты.

К подоплеке этого авиапроисшествия имеет отношение экономика. Подход к аэродрому и заход на посадку связаны с постепенным уменьшением скорости воздушного судна. Поскольку величина подъемной силы крыла находится в прямой зависимости и от скорости, и от площади крыла, для поддержания подъемной силы, достаточной для удержания машины от сваливания в штопор, требуется площадь крыла увеличить. С этой целью используются элементы механизации — закрылки и предкрылки. Закрылки и предкрылки выполняют ту же роль, что и перья, которые веером распускают птицы, перед тем как опуститься на землю. При достижении скорости начала выпуска механизации КВС дает команду на выпуск закрылков и практически одновременно — на увеличение режима работы двигателей для предотвращения критической потери скорости из-за роста лобового сопротивления. Чем на больший угол отклонены закрылки/предкрылки, тем больший режим необходим двигателям. Поэтому чем ближе к полосе происходит окончательный выпуск механизации (закрылки/предкрылки и шасси), тем меньше будет сожжено топлива.

Технологии
Когда 3 мало, а 6 — уже много: почему у автомобиля 4 колеса

На отечественных воздушных судах старых типов была принята такая последовательность выпуска механизации. Сначала (за 20−25 км до полосы) выпускалось шасси. Затем за 18−20 км — закрылки на 280. И уже на посадочной прямой закрылки выдвигались полностью, в посадочное положение. Однако в наши дни принята иная методика. В целях экономии летчики стремятся пролететь максимальное расстояние «на чистом крыле», а затем, перед глиссадой, погасить скорость промежуточным выпуском закрылков, потом выпустить шасси, довести угол закрылков до посадочного положения и совершить посадку.

Схема захода На рисунке очень упрощенно показана схема захода на посадку и взлета в районе аэропорта. На самом деле схемы могут заметно отличаться от аэропорта к аэропорту, так как составляются с учетом рельефа местности, наличия вблизи высотных строений и запретных для полета зон. Иногда для одного и того же аэропорта действуют несколько схем в зависимости от метеоусловий. Так, например, в московском «Внуково» при заходе на полосу (ВВП 24) обычно используется т.н. короткая схема, траектория которой пролегает за пределами МКАД. Но в плохую погоду самолеты заходят по длинной схеме, и лайнеры пролетают над Юго-Западом Москвы.

Экипаж злополучного Ил-86 тоже воспользовался новой методикой и выпустил закрылки до шасси. Ничего не знавшая о новых веяниях в пилотировании автоматика Ил-86 тут же включила речевую и световую сигнализацию, которая требовала от экипажа выпустить шасси. Чтобы сигнализация не нервировала пилотов, ее просто отключили, как выключают спросонья надоевший будильник. Теперь напомнить экипажу, что шасси все-таки надо выпустить, было некому. Сегодня, правда, уже появились экземпляры самолетов Ту-154 и Ил-86 с доработанной сигнализацией, которые летают по методике захода на посадку с поздним выпуском механизации.

Технические особенности

Что такое СОК сегодня? Это, безусловно, самолет. Но по своим качествам в воздухе он заметно отличается от обычных машин с плоскими или закругленными крыльями. Для обычного плоского крыла характерно индуктивное сопротивление: воздух из зоны повышенного давления под крылом стремится перетекать в зону разрежения на верхней поверхности через законцовки крыла. При этом за самолетом образуются концевые вихри, на формирование которых также расходуется энергия, которая и составляет величину индуктивного сопротивления.

Для овального крыла проблема индуктивного сопротивления не актуальна, поскольку у него отсутствуют законцовки. Кроме того, набегающий поток воздуха, проходя сквозь замкнутый контур, направляется вниз, создавая дополнительную подъемную силу. Этот эффект проявляется тем сильнее, чем больше угол атаки крыла. А угол атаки у подобной конструкции может быть беспрецедентно большим.

Срыв потока происходит, когда воздушная струя при увеличении угла атаки перестает плавно обтекать верхнюю поверхность крыла и отрывается от нее с образованием вихрей. При этом подъемная сила на крыле тут же пропадает и аппарат теряет контроль. Овальное крыло допускает угол атаки крыла до 50°, в то время как его ближайшие конкуренты достигают максимум 20−22°. Воздух, находящийся внутри замкнутого крыла, затрудняет срыв потока с верхней поверхности нижней части крыла. А при выходе потока из замкнутого контура он за счет эжекции (процесса смешения двух сред, когда одна среда увлекает за собой другую) «подсасывает» воздух, проходящий по верхней поверхности верхней части крыла. Эти данные получены не эмпирическим путем — овальное крыло «проливали» в гидроканале.