69196

Вимоги до крила та його конструкція

Лекция

Астрономия и авиация

Вимоги що пред’являться до крила численні і залежать від типу та призначення літака. Все їх здійснити на одному типі крила як правило не представляється можливим оскільки вони часто бувають суперечливими і конструктору доводиться знаходити компромісне рішення.

Украинкский

2014-10-01

3.63 MB

7 чел.

(Л13)    3.6. Вимоги до крила та його конструкція       [1], c. 71-80

Крило є однією з головних частин літака. При своєму поступальному русі в повітрі крило створює піднімальну силу, необхідну для польоту літака, а також забезпечує його поперечну стійкість і керованість.

Крило може бути використане для розміщення силової установки, паливних баків, шасі, обладнання. Від того, наскільки добре спроектовано крило, як в аеродинамічному відношенні (з погляду розмірів, форми і взаємного розташування його щодо інших частин літака), так і в масовому відношенні, залежатимуть льотні дані літака.

Вимоги, що пред’являться до крила, численні і залежать від типу та призначення літака. Все їх здійснити на одному типі крила, як правило, не представляється можливим, оскільки вони часто бувають суперечливими, і конструктору доводиться знаходити компромісне рішення.

Загальними, найбільш важливими вимогами для всіх крил є наступні:

1  крило повинне володіти мінімальним лобовим опором на режимі максимальної швидкості, максимальною піднімальною силою при посадці літака, а також максимальною аеродинамічною якістю під час польоту. Ці якості досягаються вибором найвигіднішого профілю і форми крила у плані, вдалою схемою компонування крила з іншими частинами літака, ретельною обробкою поверхні крила, відсутністю виступаючих деталей, що спотворюють його профіль;

2  міцність конструкції крила повинна відповідати вимогам норм міцності, що діють. Крило повинне володіти при мінімальній масі достатньою міцністю і жорсткістю на вигин і кручення, щоб забезпечити повну безпеку польоту. Це здійснюється правильним вибором схеми силової конструкції, точним теоретичним розрахунком і ретельною практичною перевіркою на міцність, вибором відповідних матеріалів і передовою технологією виробництва;

3 – крило має бути дешевим у виробництві і ремонті, простим у виготовленні і зручним в експлуатації, для чого повинно мати достатнє число оглядових люків для внутрішнього огляду як самій конструкції крила, так і агрегатів, розташованих в нім;

4  крило повинне забезпечувати поперечну стійкість і керованість на всіх режимах і швидкостях польоту;

5  при використанні наявних засобів механізації крила воно повинне володіти максимальним коефіцієнтом піднімальної сили.

Конструктивно крило складається з силового каркасу і обшивки. Каркас крила є сукупністю повздовжнього і поперечного силових наборів (рис. 3.16).

Рис. 3.16. Схема конструкції крила.

Повздовжній силовий набір складається з лонжеронів 1 і стрингерів 2. Лонжерон – балка або ферма, яка розташована по всій довжині крила, і призначена для роботи на вигин. Стрингер – повздовжній стрижень, якій сприймає осьові навантаження і підкріплює обшивку 4. Відстань між стрингерами крила зазвичай складає 150400 мм.

Поперечний силовий набір складається з комплекту нервюр 3, розташованих поперек крила. Нервюра – поперечний елемент крила, призначений для надання крилу форми і жорсткості в поперечному перетині. Нервюри є також опорами стрингерів, збільшуючи їх стійкість.

Нервюри діляться на нормальні та підсилені. Більшість нервюр в крилі нормальні. Вони передають повітряне навантаження зі стрингерів і обшивки на лонжерони. Нервюри, на яких зосереджуються великі навантаження, наприклад від шасі, силових установок, робляться підсиленими.

Конструкція силових нервюр визначається величиною і характером навантаження, що діє. По конструкції нервюри можуть бути балочні, фермові і змішані. Балочна нервюра складається зі стінки з вирізами, нижньої і верхньої полиць (або відбортовки) і підсилюючих стійок. Фермова нервюра має верхню і нижню полиці, сполучені стійками і розкосами за допомогою клепки або зварювання.


Конструкція крила

Vampire


Обшивка крила є зовнішньою оболонкою каркаса і служить для надання крилу обтічної форми, а також для передачі аеродинамічних навантажень на каркас крила. У моноблочних крилах обшивка спільно з повздовжнім набором крила бере участь в опорі деформації вигину. Обшивка може бути м'яка (полотняна) або жорстка (фанерна, металева). М'яка обшивка встановлюється на крилах літаків, що мають швидкість не вище 300 км/год, з питомим навантаженням на крилі, що не перевищує 1000 Н/м2. На швидкісних літаках обшивка крила жорстка, виготовляється з листів гладкого дюралюмінію або титану. Жорстка обшивка бере участь в роботі крила, сприймаючи вигинаючий момент і кручення.

Всі конструкції крил можна розділити на два класи – з непрацюючою обшивкою і з працюючою обшивкою.

Конструкція крила з непрацюючою обшивкою є каркасом з лонжеронів, нервюр і стрічок розчалок, обтягнутим полотняною обшивкою. Таке крило має невелику масу, просте у виготовленні, дешеве, легко ремонтується. Але воно не витримує великого питомого навантаження і недовговічне, особливо при зберіганні літака просто неба.

Крила з жорсткою працюючою обшивкою можна розділити на дві групи:

1лонжероні, які мають потужні лонжерони і стрингери і порівняно слабку обшивку;

2 моноблокові, у яких повздовжній і поперечний силові набори і обшивка працюють як одне ціле.


Ан – 2

МіГ - 23


Окремим випадком моноблокових крил є кесонне крило. Силова схема його складається з декількох лонжеронів, силових панелей і набору нервюр. Силова панель складається з порівняно товстої обшивки і потужного стрингерного набору. Носова і хвостова частини крила не беруть участі в роботі, і їх іноді по технологічних і експлуатаційних міркуваннях роблять відокремленими. Обшивка моноблокових крил товща, ніж у лонжеронних.

Позитивна сторона моноблокових крил – їх висока живучість і жорсткість. Недоліком таких крил є трудність забезпечення необхідної міцності в місцях вирізів обшивки.

Розміщення нервюр може бути двояким:

1 – по потоку, в цьому випадку нервюри (не змішувати з профілем крила) утворюють з лонжеронами кут, не рівний 90 °;

2 – перпендикулярним до повздовжньої лінії крила, тоді між площиною нервюр і напрямом потоку утворюється деякий кут.

Крила малої відносної товщини надзвукових літаків часто виготовляються з монолітних панелей.

Су – 30


3.7. Елементи механізації крила літака      [1], c. 80-86

Механізація крила є комплексом пристроїв, за допомогою яких може бути збільшена як піднімальна сила так і сила лобового опору, що дає можливість розширити діапазон швидкостей літака при зльоті і посадке. До таких пристроїв відносяться: передкрилки, посадкові щитки, закрилки, висувні закрилки (підкрилки), повітряні гальма-інтерцептори. Застосування механізації крила диктується необхідністю отримати малу швидкість на посадке, а цього можна досягти збільшенням піднімальної сили.

З формули посадкової швидкості  видно, що зменшити Vпос можна як за рахунок збільшення максимального коефіцієнта піднімальної сили  Сумах, так і за рахунок збільшення площі крила S.

При розробці елементів механізації крила необхідно враховувати наступні вимоги:

1 - робота кожного з елементів механізації крила має бути безвідмовною і ефективною на тих режимах польоту літака, при яких використовується даний вид механізму;

2 - елементи механізації крила не повинні погіршувати його аеродинамічні характеристики;

3 - конструкція елементів механізації крила має бути простою за побудовою і технологією виготовлення, міцною і мати мінімальну масу.

3.7.1. Передкрилки

Передкрилок є елементом механізації крила, за допомогою якого точка зриву потоку на великих кутах атаки відсовується до задньої кромки крила, і таким чином збільшується значення αкр (рис. 3.17).

Передкрилок є довгим вузьким крильцем, виділеним з основного профілю і розташованим попереду ребра атаки крила так, що між ним і крилом утворюється щілина, через яку може проходити повітря. Передкрилок може встановлюватися або по всій довжині крила, або на кінцевих частинах його напроти елеронів (кінцевий передкрилок).

Рис. 3.17. Вплив передкрилка на піднімальну силу і критичний кут атаки крила:

1 - без передкрилка;  2 - з передкрилком;  3 - з кінцевим передкрилком.

Робота передкрилка заснована на використанні перепаду тисків під і над крилом. Повітря з-під крила проходить у щілину і з'єднується з потоком, що йде над крилом, збільшуючи його швидкість. Струмінь повітря, що виходить із щілини з великою швидкістю, притискає повітряний потік до поверхні крила і межовий шар відривається вже на великих кутах атаки. Цим забезпечується плавність обтікання крила без зриву потоку до значних кутів атаки, і отже, збільшується піднімальна сила.


Ан – 124 (передкрилок)

МіГ – 29 (носок, що автоматично висувається)

Су – 37 (носок, що автоматично висувається)


Передкрилки для зменшення посадкової швидкості застосовуються рідко, оскільки великий посадковий кут створює необхідність застосування високого шасі, а його конструкція збільшує масу літака. Тому часто застосовують кінцеві передкрилки, які не збільшують піднімальну силу, але затримують зрив потоку на кінцях крила. Посадкову швидкість такі передкрилки зменшують незначно, але покращують поперечну стійкість літака на великих кутах атаки.

Відомо три типи передкрилків:

1 - керовані пілотом;  2 - кінематичне пов'язані з елеронами (кінцеві);  3 - автоматичні.

Керовані пілотом передкрилки мають той недолік, що при приведенні їх в роботу пілот повинен відволікати свою увагу від керування літаком.

Другий тип передкрилку (кінцевий) кінематичне пов'язаний з управлінням елеронами. Якщо елерон піднятий або знаходиться в нейтральному положенні, то передкрилок притиснутий до крила. При опусканні елерона передкрилок висувається вперед, утворюючи щілину між собою і крилом.

Великого розповсюдження набув автоматичний передкрилок. Такий передкрилок на малих кутах атаки притиснутий до крила рівнодіючою аеродинамічних сил передкрилка, яка направлена назад. На великих кутах атаки рівнодіюча направлена вперед, і при цьому вона висуває передкрилок, створюючи необхідну щілину. Висунення передкрилка вперед відбувається при досягненні цілком певного кута атаки літака.

Передкрилок:

а) - внутрішній передкрилок;   б) - схема з'єднання секцій середнього і зовнішнього передкрилків;  1 - силова нервюра;  2 - типові нервюри;  3 - зовнішня обшивка;  4 - рейка;   5 - кронштейн кріплення підйомника;   6 - внутрішня обшивка;   7 - стрингер;   8 - роликовий замок;   9 - профілі;   10 - болт;   11 - кронштейни секцій передкрилка.


3.7.2. Посадкові щитки, інтерцептори, спойлери

Посадкові щитки є жорсткими панелями, які складають частину нижньої поверхні крила і встановлені в його хвостовій частині вздовж розмаху. Існують два основні типи посадкових щитків: простій і висувний (рис. 3.18).

Рис. 3.18. Схема кріплення посадкових щитків: 1 - простій посадковий щиток;

2 - висувний посадковий щиток (з рухомою віссю).

Простий щиток по передній кромці має нерухому вісь обертання і, відхиляючись вниз, обертається навколо цієї осі. Висувний щиток має рухому вісь і, відхиляючись вниз, обертається навколо осі і разом з нею пересувається до задньої кромки крила. Цей щиток ефективніший у порівнянні з простим щитком. Він дає більший приріст піднімальної сили, оскільки при його відхиленні викривлюється профіль і збільшується площа крила.

У прибраному положенні посадкові щитки щільно прилягають до крила і не спотворюють його профіль, а при їх відхиленні профіль крила викривлюється, внаслідок чого збільшується коефіцієнт піднімальної сили Су, але зменшується критичний кут атаки. Проте між відхиленим щитком і крилом виникає розріджена зона (рис. 3.18), яка проводить відсмоктування межового шару. Тому точка зриву потоку відсовується назад і критичний кут атаки зменшується загалом незначно.

Щитки можуть розміщуватися і на верхній поверхні крила. В цьому випадку вони називаються інтерцепторами, спойлерами або пластинчастими елеронами. В польоті в неробочому положенні щитки знаходяться на одному рівні з верхнім обводом крила. Відхиляючись вгору, вони істотно і практично миттєво змінюють аеродинамічні сили (зменшують піднімальну силу Y і збільшують силу лобового опору X).

При відхиленні інтерцептора разом з елероном вгору зменшується піднімальна сила напівкрила, на якому вони розміщені. Це приводить до створення додаткового обертаючого моменту, що діє навколо поздовжньої осі ОХ і що дозволяє змінювати кут крену літака. Одночасне відхилення інтерцепторів вгору використовується для збільшення вертикальної швидкості зниження при посадке. Після приземлення літака інтерцептори застосовуються при гальмуванні під час пробігу літака по зльотно-посадкової смузі (повітряні гальма). Інцертептори не тільки збільшують лобовий опір, але і зменшують піднімальну силу крила, дозволяючи енергійніше використовувати гальма коліс шасі.

F – 111 (інтерцептори)

3.7.3. Закрилки

Закрилок є рухомою хвостовою частиною профілю крила, яка на відміну від елерона може відхилятися тільки вниз. Він служить для збільшення піднімальної сили крила при зльоті і посадке літака завдяки збільшенню площі крила  S  (за рахунок збільшення його хорди) і коефіцієнта піднімальної сили Сумах (за рахунок зміни профілю крила). Випуск закрилків на зльоті і посадке призводить до значного зниження злітної і посадкової швидкостей. На ЛА застосовуються прості, щілинні і висувні закрилки.

Простий (поворотний) закрилок (рис. 3.19) має дугоподібний носок з віссю обертання в центрі дуги. Такий закрилок в неробочому положенні щільно притиснутий до крила і вписаний в основний профіль крила, а в робочому - відхилений вниз. При відхиленні поворотного закрилка збільшення Сумах  досягається головним чином за рахунок збільшення кривизни профілю крила і складає в середньому 5070 %, а критичний кут атаки зменшується на  25 °.

Рис. 3.19. Простий закрилок.

Щілинний закрилок (рис. 3.20) створює між собою і крилом профільовану щілину, через яку при відхиленні закрилка повітря спрямовується з області підвищеного тиску під нижньою частиною крила в область зниженого тиску над верхньою частиною крила. Направлений потік повітря здуває межовий шар з верхнього боку закрилка і відсмоктує його з верхньої частини крила. За наявності щілини між носком закрилків і крилом ефективність дії закрилків збільшується, оскільки Су  зростає не тільки за рахунок збільшення кривизни профілю, але і за рахунок керування межовим шаром (щілинний ефект).

Рис. 3.20. Щілинний закрилок.

Переміщення висувного закрилка проводиться за допомогою спеціального пристрою, розташованого в задній частині крила. Електродвигун через систему валів (трансмісію) приводить в дію гвинтовий механізм, пов'язаний з кареткою, яка переміщується по монорельсах, що мають відповідну кривизну. Закрилок, сполучений з кареткою, пересувається по монорельсах, висуваючись і відхиляючись на відповідний кут.

Максимальний кут відхилення закрилків у більшості пасажирських літаків при зльоті складає  1520 °, а при посадке  40–60 °. Хорда закрилка складає  30–40 %  хорди крила.

Для ще більшого збільшення значень коефіцієнта  Сумах  застосовують висувні двощілинні і трищілинні закрилки. Висувні закрилки збільшують несучу здатність крила за рахунок збільшення кривизни профілю, управління межовим шаром (щілинний ефект) і збільшення площі крила. Трищілинний висувний закрилок має крило літака Ту-154 (рис. 3.21), а двощілинний висувний закрилок має крило літака Ан-148.

 

Рис. 3.21. Трищілинний висувний закрилок:

а) трищілинний закрилок з передкрилком 1 та інтрцептором 2;   3 – дефлектор;     4 – закрилок;   5 – хвостик закрилка; 6 – хвостова частина крила;  б) схема роботи інтерцептора і трищілинного закрилка.

При відхиленні трищілинного висувного закрилка збільшується кривизна профілю і площа крила (рис. 3.21, а). При цьому між хвостовою частиною крила  6  і дефлектором  3, між дефлектором  3  і закрилком  4, між закрилком  4  і хвостиком закрилка  5  створюються профільовані щілини, через які проходять струмені повітря з нижньої частини крила на верхню (рис. 3.21, б), здуваючи межовий шар з верхньої поверхні закрилка. Збільшення кривизни профілю крила і його площі, а так само здування межового шару з верхньої поверхні крила приводять до істотного зростання Су. На рис. 3.21, б показана схема роботи інтерцептора 2, при відхиленні якого з'являється негативна піднімальна сила Y, яка прискорює зниження літака.

Чим більшу частку розмаху крила займають закрилки, тим ефективніше буде їх робота.

Дані приросту коефіцієнта піднімальної сили  ∆Су  при  використанні деяких елементів механізації крила наступні:

Звичайні щитки............... 0,9–1,0 при δщ  = 55°.

Висувні щитки................ 1,0–1,2 при δщ  = 50°.

Закрилки ........................ 0,85–1,0 при δз  = 50°.

Висувні закрилки............ 1,5–1,7 при δз  = 30°.

Відхилення носка крила… 0,4–0,5 при δнк  = 20°.

Таким чином, механізація крила обов'язкова для кожного сучасного літака. Вибір системи пристроїв механізації повинен проводитися з урахуванням вимог, що пред'являються до конкретного типу літака.


Ан-148 (двощілинний висувний закрилок на зльоті)

Ту-154 (трищілинний висувний закрилок на посадке)


Загальний вид закрилка відокремленої частини крила літака ТУ-154:

1 - дефлектор;   2 - середня частина;   3 - обтічник гвинта підйомника;

4 - обтічники механізмів закрилка;   5 – хвостик.

Схема крила літака ТУ-154:

1 - носова частина (носок) центроплану;   2 - внутрішній передкрилок;   3 - кесон центроплану;   4 - середній передкрилок;    5 - кесон ОЧК;   6 - зовнішній передкрилок;
7 - кінцевий обтічник;   8 - елерон;   9 - аеродинамічна перегородка;   10 - елерон-інтерцептор;   11 - хвостова частина ОЧК;   12 - зовнішній закрилок;   13 - середній інтерцептор;   14 - внутрішній інтерцептор;   15 - внутрішній закрилок;   16 - хвостова частина центроплану.


Центроплан крила літака ТУ-154:

1 - передній лонжерон;   2 - нервюри;   3 - знімнний носок (перший);   4 – знімнний носок (другий);   5 - середній лонжерон;
6 - внутрішній передкрилок;   7 - стрингери;   8 - знімна панель;   9 - профілі роз'єму;   10 - внутрішній закрилок;   11 - внутрішній інтерцептор;   12 - хвостова частина;   13 - нервюра № 3;   14 - профіль;   15 - задній лонжерон;   16 - балка механізму закрилка;
17 - стикова стійка;   18 - нервюра № 14;   19 - вузли кріплення центроплану до фюзеляжу.


Система управління закрилками літака ТУ-154:

1 - рульовий привід РП-60-1;  2, 6, 18 - редуктори;  3 - вал трансмісії;  4 - опора;
5 - підйомник внутрішнього закрилка;  7 - підйомник зовнішнього закрилка;  8 – карданний вузол;   9 - механізм кінцевих вимикачів МКВ-41А;   10 - датчик ДС-10;   11, 14 - дефлектори;   12, 15 - середні частини закрилка;   13, 16 - хвостики закрилка;
17 - механізм кінцевих вимикачів  МКВ-42А;   19 - герметичний вивід.


Ан – 225 (закрилки при зниженні перед посадкою)

Ан – 225 (закрилки на зльоті)


Ан – 124 (закрилки)

Ан – 72 (закрилки при зниженні перед посадкою)

Іл – 76 (закрилки и передкрилки на посадке)

F/A – 18 (закрилки и передкрилки на посадке)


Торнадо (закрилки и передкрилки на зльоті)

МіГ – 29 (закрилки и передкрилки)

PAGE 10


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

75762. Взаимодействие человека и техносферы 12.42 KB
  Взаимодействие человека и техносферы Человек и окружающая его среда гармонично взаимодействуют и развиваются лишь в условиях когда потоки энергии вещества и информации находятся в пределах благоприятно воспринимаемых человеком и природной средой. Любое превышение привычных уровней потоков сопровождается негативными воздействиями как на человека так и природную среду. и действиями человека. комфортное оптимальное когда потоки соответствуют оптимальным условиям взаимодействия: создают оптимальные условия деятельности и отдыха;...
75763. Понятие опасных и вредных производственных факторов 42.64 KB
  Понятие опасных и вредных производственных факторов По степени и характеру действия на организм все факторы условно делят на вредные и опасные. К вредным относятся такие факторы которые становятся в определенных условиях причиной заболеваний или снижения работоспособности. Опасными называют такие факторы которые приводят в определенных условиях к травматическим повреждениям или внезапным и резким нарушениям здоровья. И опасные и вредные факторы могут быть естественного или природного и антропогенного характера т.
75764. Теоретические основы и практические функции БЖД 21.59 KB
  Иначе говоря традиционно в данном научном направлении рассматривается преимущественно лишь локальная система жизнедеятельности как образующая своего рода фундамент безопасности для системы более высокого уровня так называемой глобальной системы жизнедеятельности. Соответственно можно выделить пространство локальной безопасности жизнедеятельности которое составляет часть более общего пространства глобальной безопасности жизнедеятельности. Кроме того говоря о локальной безопасности жизнедеятельности следует учитывать что в последнее время...
75765. Индивидуальный и социальный риск 15.64 KB
  Индивидуальный и социальный риск Наиболее распространенной оценкой опасности является риск. Риск частота реализации опасностей. Риск расценивается или как опасное условие при котором выполняется деятельность или же как действие совершаемое в условиях неопределенности. Различают индивидуальный и социальный риск.
75766. Основные задачи БЖД 12.77 KB
  Основные задачи БЖД Безопасность жизнедеятельности представляет собой область научных знаний охватывающих теорию и практику защиты человека от опасных и вредных факторов во всех сферах человеческой деятельности сохранение безопасности и здоровья в среде обитания. Эта дисциплина решает следующие основные задачи: идентификация распознавание и количественная оценка негативных воздействий среды обитания; защита от опасностей или предупреждение воздействия тех или иных негативных факторов на человека; ликвидация отрицательных последствий...
75767. Опасность – центральное понятие БЖД 14.38 KB
  Опасность – центральное понятие БЖД Опасность центральное понятие в науке БЖД под которым подразумеваются любые явления процессы объекты свойства предметов способные в определенных условиях причинить ущерб здоровью и жизни человека. Опасность хранят все системы имеющие энергию химически или биологически активные компоненты а так же свойства несоответствующие условиям жизнедеятельности человека. Потенциальный означает опасность возможная скрытая отложенная на потом. Признаками определяющими опасность являются: ...
75768. Номенклатура опасностей. Идентификация опасностей 16.99 KB
  Номенклатура опасностей. Идентификация опасностей. В процессе идентификации выявляются номенклатура опасностей. Главное в идентификации заключается в установлении возможных причин проявления опасностей.
75769. ДИАГНОСТИКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОСВОЕНИЯ МЛАДШИМИ ШКОЛЬНИКАМИ СОДЕРЖАТЕЛЬНОЙ ЛИНИИ «ЧЕЛОВЕК-ОБЩЕСТВО» 179 KB
  Система диагностики результатов освоения младшими школьниками образовательной области Окружающий мир. Оценивание как основой метод диагностики результатов освоения содержательных линий. Оценивание метапредметных результатов освоения содержательных линий образования.
75770. Методы теории вероятностей в анализе безопасности и надежности летательных аппаратов 1.04 MB
  Теория вероятностей возникла в середине 17 в. То, что случайные явления представляют собой не исключение, а правило в реальном мире, было замечено еще в древности. Об этом словами Лукреция Кара прекрасно говорит Альфред Реньи.