Форма крыла в плане

Внешние формы крыла

Аэродинамические, массовые и в определенной степени технологические характеристики крыла зависят от его внешних форм и геометрических параметров. Внешние формы крыла определяются формой в плане, формой поперечного сечения и формой в виде спереди.

По форме в плане крылья (рис.1) можно разделить на прямоугольные (1а), трапециевидные (1б), стреловидные (1в) и треугольные (1г). Геометрическими параметрами, характеризующими форму в плане, являются площадь S, размах l, корневая хорда b₀, концевая хорда b_к, угол стреловидности по линии четвертей хорд c. Кроме того, форма в плане определяется и относительными параметрами: удлинением λ = l ² / S и сужением η = b₀ / b_к.

Рис.1

Большое влияние на характеристики крыла оказывает удлинение и сужение.

С уменьшением удлинения при полете на дозвуковых скоростях возрастает сопротивление самолета за счет индуктивного сопротивления

где k – коэффициент, учитывающий влияние формы крыла в плане.

На тяжелых и высотных дозвуковых самолетах, полет которых происходит на больших значениях , с целью снижения применяют крылья большого удлинения: l = 8...12.

Доля индуктивного сопротивления в общем балансе сопротивления уменьшается с ростом скорости из-за уменьшения потребных .

На сверхзвуковых скоростях применяют крылья малых удлинений: l = 2...2,5.

Уменьшение удлинения уменьшает массу крыла. Масса конструкции снижается и с увеличением сужения.

Сужение оказывает влияние на величину максимального значения коэффициента подъемной силы

достигается при = 2...3.

Прямоугольные и трапециевидные крылья носят название прямых.

Прямоугольное крыло обеспечивает хорошую устойчивость и управляемость при полете на больших углах атаки. У прямоугольного крыла максимальное значение коэффициента подъемной силы получается на середине полуразмаха, и даже при наступлении срыва потока в этой зоне концы крыла еще работают в докритической области, благодаря чему обеспечивается поперечная устойчивость и сохраняется эффективность элеронов. Кроме того прямоугольное крыло проще в изготовлении.

Трапециевидные крылья нашли широкое применение на дозвуковых самолетах. Для обеспечения потребной центровки трапециевидные крылья могут иметь небольшой угол стреловидности (порядка 10°).

На самолетах, летающих с околозвуковыми и сверхзвуковыми скоростями, применяются стреловидные крылья. Скорость воздушного потока над поверхностью крыла, как известно, не равна скорости полета самолета V, а выше ее. При какой-то скорости полета местная скорость в некоторых точках над поверхностью крыла может достигнуть скорости звука а и превысить ее. В этих местах возникают скачки уплотнения, что вызывает так называемый волновой кризис, который сопровождается появлением волнового сопротивления, падением подъемной силы, изменением положения центра давления.

Число М = V / а, при котором на крыле появляется местная скорость, равная скорости звука, называется критическим числом Маха и обозначается М_*.

Придание крылу стреловидной формы в плане позволяет повысить М_*, т.е. оттянуть возникновение волнового кризиса до больших скоростей полета.

Однако применение стреловидного крыла создает и ряд дополнительных трудностей. Основные из этих трудностей следующие.

1. Нарушение поперечной и продольной устойчивости самолета и снижение эффективности элеронов при полете на больших углах атаки из-за срыва потока, который у стреловидного крыла возникает раньше в концевых сечениях. Для предотвращения этого срыва применяются аэродинамическая и геометрическая крутка, концевые предкрылки и отклоняемые носки. Этой же цели служит применение запилов на передней кромке крыла и установка на его верхней поверхности аэродинамических гребней (рис.2). Запилы и гребни препятствуют перетеканию пограничного слоя от средней части к концам крыла и тем самым затягивают срыв.

2. Снижение максимального коэффициента подъемной силы крыла.

3. Большой угол атаки, необходимый для достижения C_{ya max}.

4. Увеличение массы крыла.

а - установка аэродинамического гребня;

б – запил на передней кромке крыла. Рис.3

Рис.2

С целью уменьшения волнового сопротивления удлинение стреловидных крыльев берется обычно меньше удлинения прямых крыльев нескоростных самолетов. Кроме того, уменьшение удлинения благоприятно влияет на срывные характеристики стреловидного крыла при полете на больших углах атаки при малых скоростях. Уменьшение удлинения выгодно в весовом отношении.

Стремление получить хорошие аэродинамические характеристики как при максимальной сверхзвуковой скорости, так и при дозвуковой скорости привело к созданию крыльев изменяемой геометрии. Изменение геометрии происходит вследствие изменения угла стреловидности консолей крыла.

Установка крыла изменяемой геометрии будет оправдана тогда, когда вызванное этим утяжеление конструкции крыла, усложнение управления самолетом будут компенсированы улучшением его летных характеристик.

На самолетах, летающих с большими сверхзвуковыми скоростями, большое распространение нашли крылья треугольной формы в плане. Эти крылья имеют малое удлинение (l < 2,5).

Для самолетов больших сверхзвуковых скоростей могут быть применены стреловидные и прямые крылья малых удлинений.

Основные недостатки треугольных крыльев, как и всех крыльев малого удлинения, проявляются при полете на дозвуковых скоростях.

Форма поперечного сечения крыла (профиль)

Различают следующие формы крыльевых профилей (рис.3): выпукло-вогнутые (3 а), плосковыпуклые (3 б), двояковыпуклые несимметричные (3 в), двояковыпуклые симметричные (3 г), S-образные (3 д), ромбовидные (3 е) и клиновидные (3 ж).

Основными геометрическими параметрами профиля являются хорда b, максимальная толщина с _max, вогнутость (стрела прогиба средней линии) f _max, радиус закругления носка.

Профиль характеризуется и относительными параметрами: относительной толщиной c = c _max / b,

относительной вогнутостью f = f _max / b, местоположением максимальных значений толщины и вогнутости по хорде x_c = x_{c max} / b и x_f = x_{f max} / b.

Плосковыпуклый профиль имеет большое значение C_{ya max} и удобен в конструктивном отношении, но у него значительно меняется положение центра давления при изменении угла атаки.

Этот профиль иногда применяется на малоскоростных самолетах и планерах.

Двояковыпуклый несимметричный профиль имеет малое профильное сопротивление C_xap при сравнительно высоких значениях C_{ya max}. Положение центра давления меняется незначительно с изменением угла атаки. В настоящее время такой профиль очень широко применяется на всех типах самолетов.

Симметричные профили в сравнении с несимметричными имеют меньшие значения C_{ya max}. Они применяются для крыльев скоростных самолетов и, как правило, для оперения.

Ромбовидные и клиновидные профили применяются для крыльев самолетов, летающих с большими сверхзвуковыми и гиперзвуковыми скоростями.

Относительные размеры и форма профилей оказывают сильное влияние на аэродинамические, массовые, жесткостные и технологические характеристики крыльев.

Дата добавления: 2014-01-20