69156

Устройства, улучшающие взлетно-посадочные характеристики самолета

Лекция

Астрономия и авиация

Устройства улучшающие взлетно посадочные характеристики самолета повысить несущие свойства крыла cyS можно обычными средствами механизации или энергетическими которые обеспечивают увеличение подъемной силы за счет силовой установки. Средства механизации повышают несущие свойства крыла.

Русский

2014-09-30

354 KB

23 чел.

PAGE  217

Министерство образования и науки Украины

Национальный авиационный университет

Аэрокосмический институт

Кафедра конструкции летательных аппаратов

 

ЛЕКЦИЯ № 16 (3)

по дисциплине "Конструкция и прочность летательных аппаратов"

16. Устройства, улучшающие взлетно-  
             посадочные характеристики самолета

Составитель проф. Радченко А.И.

 

Киев  2009

16. Устройства, улучшающие взлетно-  
             посадочные характеристики самолета

повысить несущие свойства крыла cyS можно обычными средствами механизации или энергетическими, которые обеспечивают увеличение подъемной силы за счет силовой установки.

Средства механизации повышают несущие свойства крыла. В результате этого улучшаются взлетно-посадочные характеристики — уменьшают взлетную и посадочную скорости, укорачивают длину разбега и пробега. На некоторых самолетах эти же средства механизации используются для улучшения маневренных характеристик.

     Рис. 16.1. Устройства, улучшающие взлетно-посадочные характеристики
                       самолета

а- простой щиток; б – выдвижной щиток; в – предкрылок и щиток; в - простой закрылок;
г -  выдвижной трехщелевой  закрылок и отклоняющийся носок крыла; д – система управления пограничным слоем путем сдува пограничного слоя; е - система с внешним обдувом многощелевого закрылка

К обычным средствам механизации относятся щитки, закрылки, предкрылки и отклоняемые носки, к энергетическим — системы управления пограничным слоем (УПС) системы с внешним обдувом закрылков и пр.

16.1. Виды механизации крыла  

16.1.1.  Щитки.   

Наиболее   простой   вид   механизации — простые щитки (рис. 16.1, а). Они представляют собой отклоняемые вниз части нижней поверхности крыла, расположенные у его задней кромки. Увеличение подъемной силы происходит из-за изменения кривизны профиля и отсоса пограничного слоя с верхней поверхности крыла в зону разрежения за щитком.

Прирост Δсу профиля зависит от размеров щитка и угла его отклонения. Простой щиток с хордой bщ = 0,25b,   где b — хорда крыла, и углом отклонения щ = 50…60°    позволяет   получить   приращение   коэффициента подъемной силы Δсу = 0,8…0,9.

Эффективнее, хотя и несколько сложнее, выдвижные щитки
(рис. 16.1,
б). Увеличение несущей способности крыла в этом случае достигается еще и за счет некоторого увеличения площади крыла.  Выдвижные щитки позволяют получить Δсу = 1,0…1,2.

16.1.2. Закрылок

Закрылок — это профилированная хвостовая часть крыла, отклоняемая   вниз.   Различают  закрылки   простые   (рис.   16.1, в) и выдвижные
одно-, двух-  и  трехщелевые (рис. 16.1, г).

Наиболее эффективны выдвижные многощелевые закрылки. Повышение несущих свойств крыла в этом случае достигается за счет увеличения кривизны профиля, площади крыла и ускорения потока, обтекающего верхнюю поверхность крыла (эффект щели). Однощелевой выдвижной закрылок с хордой bз = 0,3b и углом отклонения 3 = 40…50° позволяет получить  
Δсу = 1,4…1,6; выдвижной трехщелевой закрылок — Δсу = 2,0…3,0.

20.1.3. Предкрылок

Предкрылок — профилированный носок крыла, выдвигающийся вперед (рис. 16.1, в) на больших углах атаки.

В рабочем положении предкрылок создает профилированную щель. Благодаря эффекту щели ускоряется поток, обтекающий верхнюю поверхность крыла, и затягивается срыв потока до больших углов атаки. Можно получить значительное увеличение сутах при одновременном увеличении критического угла атаки αкр. Однако, для реализации заданных значений супос на посадке
требуется высокое шасси, что усложняет и утяжеляет конструкцию. Поскольку предкрылки всегда применяют совместно с закрылками, отклонение которых приводит к некоторому снижению
αкр, фактически достигаются приемлемые значения супос.

 Обычно хорда предкрылка составляет около 15% хорды крыла, прирост коэффициента подъемной силы за счет предкрылки Δсу = 0,7…0,8.

Предкрылки, установленные на концах крыла, затягивают срыв потока и увеличивают αкр.

Предкрылки могут отклоняться автоматически в зависимости от числа М полета и угла атаки или принудительно по желанию летчика.

16.1.4.  Отклоняющийся   носок крыла  

Отклоняющийся   носок крыла  (рис.  16.1,  г) применяется для затягивания срыва потока на больших углах атаки у самолетов с тонкой передней кромкой крыла. В рабочем   положении носок отклоняется вниз, что приводит к увеличению кривизны профиля, затягиванию срыва потока с верхней поверхности крыла и повышению сутах.

Эффективность средств механизации можно оценивать по относительной величине приращения Δсуmах коэффициента подъемной силы суmах крыла:

где sмех — площадь крыла, обслуживаемая механизацией;
         
 — стреловидность  крыла.

16.1.5. Системы управления пограничным слоем

Системы управления пограничным слоем (УПС) позволяют улучшить обтекание крыла за счет сдува или отсоса пограничного слоя и благодаря этому получить приращение подъемной силы.

Конструктивно отсос пограничного слоя реализовать сложнее, поэтому обычно применяют выдув газа (рис. 16.1, д). Газ выдувается через продольную щель в канале, проложенном в хвостовой части крыла (рис. 16.2).

Приращение коэффициента подъемной силы зависит от расхода газа и может достигать Δсу = 2,5…3,0. При больших расходах газа (реактивный закрылок) можно получить Δсу = 8…9.

                                          

Рис. 16.2. УПС путем выдува газа

Необходимый для работы системы газ отбирается от компрессора маршевого двигателя или от специальных газогенераторов.

16.1.6.   Системы с внешним обдувом закрылков

В системах с внешним обдувом закрылков многощелевой закрылок обдувается струей газов от реактивного или турбовинтового двигателя
(рис. 16.1,
е). Закрылок обеспечивает расширение струи вдоль размаха крыла и отклонение ее вниз. при этом, образующаяся струйная поверхность за крылом, улучшает его обтекание и создает реактивную тягу, направленную вверх.

Система позволяет получить Δсу > 6. На пути реализации такой системы стоит ряд технических трудностей, обусловленных конструктивной сложностью и высокой ее нагруженностью. Вес системы может составить до 50% веса конструкции крыла, в то время как вес обычных многощелевых закрылков не превышает 20…30% веса крыла. Усложняется и утяжеляется при этом также конструкция крыла — сравнительно небольшой по размерам кессон крыла должен обеспечить необходимую прочность и жесткость при воздействии на конструкцию больших нагрузок от закрылка и двигателя.

К другим средствам, улучшающим обтекание и благодаря этому способствующим повышению несущих свойств  крыла, относятся аэродинамическая и геометрическая крутки крыла,   разделители  потока — аэродинамические  гребни,  устанавливаемые  на крыле,   наплывы, турбулизаторы и пр.

Аэродинамическая крутка (постановка на концах крыла более
несущих профилей), а также геометрическая крутка (уменьшение углов установки концевых профилей) позволяют отодвинуть наступление срыва на концах крыла на 2…3°.

Аэродинамические гребни, устанавливаемые на стреловидных крыльях, препятствуют перетеканию потока вдоль размаха к концам крыла и тем самым предотвращают появление преждевременного срыва с его концов. Такой же эффект создает местный наплыв ("клюв") на передней кромке крыла. Внутренние торцы наплывов создают вихревую "перегородку", которая задерживает наращивание пограничного слоя вдоль размаха и появление раннего концевого срыва.

Иногда наступление срыва удается отодвинуть посредством турбулизаторов, которые устанавливаются вблизи передней кромки. Турбулизаторы выполняют в виде штырей, двутавровых профилей, приклепываемых к обшивке вдоль размаха. Наплывы и турбулизаторы применяют иногда и на стабилизаторах.

Перечисленные конструктивные меры, основное назначение которых улучшить обтекание крыла и предотвратить появление раннего концевого срыва, имеют большое значение с  точки   зрения безопасности полетов. Это в первую очередь относится к самолетам со стреловидным крылом, концевой срыв на котором приводит к появлению кабрирующего момента, выходу на еще большие углы атаки и последующему нарушению обтекания всего крыла. Еще большие неприятности могут возникнуть при несимметричном срыве, при котором возникает большой момент относительно продольной оси самолета.

16.2. Нагружение и особенности конструкции
          средств механизации

16.2.1. Нагружение.

В неотклоненном положении щитки, закрылки и предкрылки нагружаются как часть крыла. В выпущенном положении величина воздушной нагрузки на них устанавливается по нормам прочности в зависимости от угла отклонения и размеров хорды агрегата.

Сила, приходящаяся на закрылок (щиток), определяется по формуле

,   (16.1)

где  сп — коэффициент нормальной силы, определяемый из продувок или по нормам прочности;

Sзакрплощадь закрылка;

q — скоростной напор, определяемый по максимальной скорости полета, при которой разрешается выпуск закрылков, или по скорости
V = (1,2…1,3) vmin у земли.  

Если нет продувок, то нагрузку Рэзакр по размаху  распределяют пропорционально хордам. При этом погонная нагрузка

qзакр = cnbзакрq.   (16.2)

По хорде воздушная нагрузка распределяется по закону трапеции,
координата центра тяжести, площади которой совпадает с координатой
центра давления   закрылка

хд = хд/bзакр = 0,4…45.

В прикидочных расчетах можно принимать:

 сп = 4 - для простых закрылков;

 сп = 4,5…6 - для многощелевых закрылков

 сп = 5…7 - для закрылков со сдувом пограничного слоя.

Для систем с внешним обдувом максимальные нагрузки действуют в сечениях закрылка, расположенных вблизи оси двигателя. Здесь для закрылка, расположенного непосредственно у крыла, коэффициент сп может достигать 10…12, а для среднего и наружного — 30 и более в зависимости от параметров закрылка и характеристик двигателя. В последнем случае при расчете прочности нужно учитывать и нагрев закрылка от струи двигателя, температура в которой может достигать нескольких сот градусов.

Погонная нагрузка на предкрылок

qпp = cyкрbпрq,    (16.3)

где сукр — коэффициент подъемной силы крыла на расчетном режиме;

 bпр — хорда предкрылка в текущем сечении.

Погонную нагрузку на дефлекторы многощелевых закрылков находят на основании продувок моделей.

Реакции в узлах навески элементов механизации определяют обычными методами, как и для элерона.

Рассмотрим особенности в определении реакций выдвижного закрылка. В выпущенном положении (рис. 16.3) закрылок нагружается силой Р3 от воздушной нагрузки, усилием Т от цилиндра-подъемника и реакциями, приложенными в мгновенном центре вращения закрылка. Записав условия равновесия сил, действующих на закрылок, или построив треугольник сил (рис. 16.3), можно найти суммарную реакцию Rz всех узлов закрылка.

Рис. 16.3. определение реакций выдвижного закрылка

Имея rσ, можно определить реакции Ri каждого из узлов, а по ним простым разложением — реакции на опорных роликах каретки R1 и R2.

Для закрылка на двух опорах Ri приближенно находят, распределяя rσ между опорами по правилу рычага.

Если силы Т и Р3 лежат в разных плоскостях, то к найденным реакциям Ri нужно добавить с учетом знака реакцию

ΔR = ТТ lт /lоп,

где lт — расстояние от линии действия силы Т до плоскости,
проходящей через силу
Р3, нормальную к оси закрылка;

 lоп - расстояние между опорами.

Реакции r1 и r2 при этом определяют разложением равнодействующей сил Ri и ΔRi.

16.2.2. Конструкция элементов механизации.

Конструктивно щиток выполняют в виде панели — обшивки, подкрепленной лонжероном-балкой обычно закрытого П - образного сечения и системой балочек-нервюр тоже П - образного или Z- образного сечения. Иногда ставят и внутреннюю обшивку. К крылу щиток крепится обычно с помощью шомпола, который является осью вращения для щитка.

Закрылок по конструкции подобен элерону. Продольный набор его
состоит из одного, реже двух лонжеронов и нескольких стрингеров,
поперечный — из нервюр. Если конструкция сотовая, нормальных нервюр может не быть.

Выдвижной закрылок имеет каретки, на каждой из которых смонтировано по два или три ролика (см. рис. 16.3). При движении закрылка ролики катятся по направляющим, которые неподвижно закреплены на хвостиках нервюр крыла. Иногда, наоборот, ролики закрепляются неподвижно, а
направляющие движутся совместно с закрылком.

Направляющие выполняют в виде швеллеров (фиксирующих
закрылок), изогнутых по дуге окружности. От кривизны направляющих зависит положение выпущенного закрылка.  Несмотря  на то, что выдвижные
закрылки сложнее обычных и имеют больший вес, из-за высокой
эффективности их широко применяют на самолетах различного назначения.

Предкрылок (рис. 16.4) состоит из обшивки, продольных ребер
жесткости и нервюр.

Рис. 16.4. предкрылок (а) и отклоняющийся носок (б) крыла

Лонжеронов и стрингеров обычно нет. Часто предкрылок выполняют в виде монолитной конструкции, жесткость на изгиб и кручение которой обеспечивается соответствующей формой сечения и необходимой толщиной
обшивки.

Отклоняющийся носок по конструкции подобен предкрылку. Однако в отличие от последнего, который выдвигается по направляющим, носок
отклоняется относительно шарниров, неподвижно закрепленных на нижнем поясе переднего лонжерона или стенки (см. рис. 16.4,
б).

Отсутствие щели при отклонении носка обеспечивается за счет упруго-скользящего соединения законцовки верхней кромки носка и козырька — продольного элемента жесткости на крыле.

В последние годы находят применение конструкции агрегатов
механизации из композиционных материалов. Внедрение таких материалов позволяет снизить вес конструкции.

Работа закрылка под нагрузкой и расчет его прочности подобны работе и расчету элерона.

16.3. Устройства, изменяющие сопротивление
                 самолета

Такие устройства нужны для улучшения маневренных характеристик самолета — торможения в полете, для снижения аэродинамического качества и увеличения крутизны траектории в процессе захода на посадку, для создания дополнительного сопротивления на пробеге.

Для дополнительного торможения на пробеге используются тормозные парашюты, реверсоры тяги, спойлеры, а также воздушные тормоза -
тормозные щитки. Однако основное назначение воздушных тормозов — это торможение в полете.

Устанавливают их на крыле, оперении, но чаще - на фюзеляже. На
самолете обычно устанавливают 2…4 щитка общей площадью
Sтщ = (0,1…0,15)s. Максимальная эксплуатационная сила на тормозной
щиток

Рэщ= схщbщqтах sin,

где  схщ = 0,8…1,2;

— угол между плоскостью щитка и направлением потока.

Конструктивно фюзеляжные щитки выполняют из толстой обшивки, подкрепленной продольными и поперечными балками, и внутренней
обшивки.

Узлы навески и узел, к которому подходит шток цилиндра-подъемника
щитка, монтируют на балках.

ВОПРОСЫ

  1.  Какие функции выполняют средства механизации крыла?
  2.  Какие существуют средства механизации крыла?
  3.  Какова конструкция и работа щитка?
  4.  Какова конструкция и работа закрылка?
  5.  Какова конструкция и работа предкрылка?
  6.  Какова конструкция и работа отклоняющегося   носка крыла?  
  7.  Какова конструкция и работа системы управления пограничным слоем?
  8.  Какова конструкция и работа аэродинамических гребней?
  9.  Какова конструкция и работа предкрылка и отклоняющегося носка
    крыла?
  10.  Опишите нагружение и особенности конструкции средств
    механизации  крыла.
  11.  Опишите устройства, изменяющие сопротивление самолета.
              


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

30658. Каковы главные причины «лежания» Ильи Ильича Обломова? (По роману И.А.Гончарова «Обломов») 13.12 KB
  Именно такая жизнь для Обломова является идеальной поэтому герой не принимает петербургскую жизнь для него она холодна и лишена души. Ничегонеделание Обломова это своеобразный протест и отрицательное отношение к жизни и интересам современных герою людей.Штольц пытается вывести Обломова из апатичного состояния знакомит его с Ольгой Ильинской.
30659. Роль пейзажа в произведениях отечественной литературы 13.54 KB
  Так например в повести Бедная Лиза Карамзина живописные картины природы на первый взгляд можно счесть случайными эпизодами которые являются всего лишь красивым фоном для основного действия. Таким образом здесь описание природы служит для выражения авторской позиции. Здесь картина природы раскрывает не только душевное состояние Лизы но и предвещает трагичный финал данной истории. Его характер отражается в принадлежащих ему описаниях природы Фаталист Тамань Княжна Мери.
30660. Сны героев. Их художественная функция в произведениях отечественной литературы 12.95 KB
  Так сон Татьяны в Евгении Онегине заключает в себе идею о близости героини к народу. Татьяна исключительно романтическая натура что и доказывает её сон. Во многом сон носит символический характер таким образом автор переплетает народные представления о сне образ ручья медведя леса и т. Иной характер носит сон Обломова Гончаров Обломов в котором герой видит свою родную деревню и свое детство.
30661. Русский характер в очерке Н. Лескова “Леди Макбет Мценского уезда” 14.73 KB
  Леди Макбет Мценского уезда история трагической любви и преступлений Катерины Измайловой. В картинах любви гармонию нарушает вдруг вторгшийся разлад: возлюбленный то думает о деньгах. Героиня обезумела от любви и готова сделать все что угодно чтобы только Сергей был доволен. Признаваясь что не любил Катерины Львовны никогда Сергей пытается отнять то единственное что составляло жизнь Измайловой прошлое ее любви.
30662. Русский характер в очерке Н. Лескова Леди Макбет Мценского уезда 15.62 KB
  Леди Макбет Мценского уезда история трагической любви и преступлений Катерины Измайловой. Да и чувство Катерины Львовны не может быть свободным от инстинктоз собственнического мира и не попадать под действие его законов. И вместе с тем слепая страсть Катерины неизмеримо больше значительнее чем корысть Сергея. Признаваясь что не любил Катерины Львовны никогда Сергей пытается отнять то единственное что составляло жизнь Измайловой прошлое ее любви.
30663. Сатира М.Е. Салтыкова-Щедрина. Художественная функция «эзопова языка» в произведениях писателя 15.47 KB
  Салтыкова-Щедрина по праву считается История одного города которую он начал писать в 1868 году а закончил в 1870 году. Жанр Истории одного города определить довольно трудно: автор написал его в форме летописи но изображённые здесь события кажутся абсолютно нереальными образы фантастичными а происходящее походит на какой то кошмарный бредовый сон.Главный герой Истории одного города народ обобщенный образ которого раскрывается из главы в главу все шире. Но и сами носители верховной власти города Глупова играют очень важную роль в...
30664. Своеобразие сатиры В.В. Маяковского в стихотворениях «О дряни», «Прозаседавшиеся» 13.67 KB
  Маяковского в стихотворениях О дряни Прозаседавшиеся В дореволюционный период творчества поэта основной целью его сатиры было беспощадно обличение существующего строя.Первая группа сатирических произведений поэта разоблачает и высмеивает мещанство О дряни Еще раз о дряни Ханжа Маруся отравилась и др.В сатирическом фельетоне а именно так исследователи определили жанр этого произведения О дряни Маяковский обличает мещанство.
30665. Своеобразие стиля Чехова-прозаика (на примере рассказов «Человек в футляре», «Крыжовник», «О любви») 14.02 KB
  Чехов стремится в своих рассказах проследить динамику человеческой души в разных ее проявлениях и во всей ее глубине. Но ведь обыденность и творит личность и Чехов стремится обратить внимание читателя на отдельные дни и часы маленького обывательского существования осмыслить их и помочь человеку жить осознанно. А в рассказе О любви устами главного героя Чехов скажет: Я понял что когда любишь то в своих рассуждениях об этой любви нужно исходить от высшего от более важного чем счастье или несчастье грех или добродетель или не...
30666. В чем смысл финала рассказа А.П.Чехова «Ионыч» 13.61 KB
  Чехов обращается к проблеме духовной деградации человека. К 3536 годам он уже превращается в Ионыча ожирел потерял совесть и стал похож не на человека а на языческого божка. В конце рассказа мы уже не видим прежнего молодого человека который мог бы прийти ночью на свидание на кладбище. Он променял живые мысли на сытое самодовольное существование он не смог сберечь в себе человека.