Как работает крыло самолета на взлете и посадке

Обновлено: 05.10.2024

Значит скорость на взлете и посадке надо уменьшать. Но до какого уровня? Ведь тогда уменьшится подъемная сила крыла. Удержится ли самолет в воздухе при этом? Ведь проблема в том, что крыло у самолета одно. Оно и для полета на высоте с большой скоростью и для взлета-посадки тоже. Но сделать крыло одинаково пригодное для таких разных режимов практически невозможно. В том-то и беда :-). Оно либо с тонким узким профилем для сверхскоростей в полете, но и тогда больших взлетно-посадочных, как у МИГ-25 , либо с толстым широким для средних и низких полетных и малых взлетно-посадочных, как у винтовых пассажирских лайнеров.

Механизация крыла на примере Боинг-737.

Противоречие… Как совместить несовместимое? Вот тут человеку и пригодилась его смекалка-хитрость :-). Выход был найден, вобщем-то, без особого труда. Это взлетно-посадочная механизация крыла.

Скорость полета связана с углом атаки. Практически любое крыло в процессе полета находится под углом к набегающему потоку. Это есть угол атаки. С его увеличением растет подъемная сила. Самолет может лететь с малой скоростью, но тогда для сохранения подъемной силы на должном уровне, он должен увеличивать угол атаки крыла (задирать нос). Однако увеличивать этот угол можно только до определенной величины. Это так называемый критический угол атаки . После него воздушный поток уже не может удержаться на верхней поверхности крыла, он с нее срывается, то есть происходит срыв потока или как говорят отрыв пограничного слоя.

Пограничный слой — это слой воздушного потока, непосредственно соприкасающийся с поверхностью крыла и формирующий аэродинамические силы. Пограничный слой перестает плавно обтекать поверхность, становится не ламинарным , а турбулентным . Резко меняется картина распределения давлений на поверхности крыла. Крыло при этом теряет свои несущие свойства и перестает создавать подъемную силу.

Таким образом получается, что для устойчивых и безопасных взлета и посадки с небольшими скоростями нужно чтобы крыло либо обладало высокими несущими свойствами при малой скорости полета, либо могло летать устойчиво на больших углах атаки. А лучше и то и другое вместе :-). Именно таким требованиям и удовлетворяет механизация крыла.

Точнее будет сказать взлетно-посадочная механизация , потому что на крыле ( во всем букете управляемых поверхностей) есть еще элементы механизации, которые используются не только для взлета или посадки (или же вообще для них не предназначены :-)). Однако обо всех о них по порядку.

К элементам механизации крыла, с помощью которых производится активное влияние на подъемную силу и затягивание срыва на взлетно-посадочных режимах, можно отнести щитки , закрылки , предкрылки .

Щитки – элементы механизации крыла наиболее часто применявшиеся ранее из-за простоты конструкции. Они могут быть простыми и выдвижными. Простые щитки – это управляемая поверхность, которая в убранном положении плотно прилегает к задней нижней поверхности крыла. При отклонении такого щитка между ним и верхней поверхностью крыла образуется зона некоторого разрежения. Поэтому верхний пограничный слой в эту зону как бы отсасывается. Это затягивает его отрыв на больших углах. При этом увеличивается скорость потока над крылом и, соответственно, падает давление.

Кроме того при отклонении щитка увеличивается кривизна профиля. Снизу происходит дополнительное торможение потока и, как следствие, увеличение давления. Поэтому общая подъемная сила растет. Все это позволяет самолету лететь с малой скоростью.

Существует еще выдвижной щиток. Он не только отклоняется вниз, но еще и выдвигается назад. Эффективность такого щитка выше, потому что зона повышенного давления под крылом увеличивается, и условия отсоса пограничного слоя сверху улучшаются.

При использовании щитков подъемная сила на посадочном режиме может вырасти до 60%.

В настоящее время щитки применяются реже и в основном на легких самолетах. Наибольшее применения сейчас получили закрылки.Это когда часть задней кромки крыла отклоняется или выдвигается вниз. Они могут быть простые (или поворотные )

Простой (поворотный) закрылок. Самолет Mu30 Schlacro.

Самолет Mu30 Schlacro.

и выдвижные (их еще называют закрылками Фаулера ), которые, в свою очередь, могут при выпуске образовывать профилированные щели. При этом количество щелей обычно бывает от одной до трех.

Виды закрылков и щитков.

Простой закрылок увеличивает подъемную силу за счет увеличения кривизны профиля. При этом увеличивается давление на нижней поверхности крыла. Выдвижной закрылок увеличивает еще и площадь крыла, что также повышает его несущие свойства.

Более эффективен в этом плане щелевой закрылок . Щель в нем выполнена сужающейся и воздух, проходя через нее, разгоняется. Далее он, взаимодействуя с пограничным слоем, разгоняет и его, препятствуя его отрыву и увеличивая подъемную силу. Таких щелей на закрылках современных самолетов бывает от одной до трех и общее увеличение подъемной силы при их применении достигает 90%.

Виды предкрылков и щитков.

Теперь самолет может лететь с небольшой скоростью, не рискуя упасть и уверенно чувствуя себя как на посадке, так и на взлете. Однако надо понимать, что выпущенные (особенно на большой угол) щитки и закрылки создают еще и немалое аэродинамическое сопротивление . Если на посадке это неплохо, самолет ведь все равно должен гасить скорость и снижаться, то на взлете тратить лишнюю мощность двигателя (которая обычно совсем не лишняя :-)) на преодоление этого сопротивления неразумно. Поэтому закрылки (щитки) обычно могут выпускаться (отклоняться) на разные углы. На взлете эти углы меньше, на посадке — больше.

Еще одна из проблем, возникающих при выпуске закрылков – это дополнительный продольный момент , стремящийся опустить нос самолету.

Это несколько затрудняет пилотирование. Чаще всего этот момент компенсируется дополнительным отклонением руля высоты (стабилизатора).

Обычный щелевой предкрылок в выпущенном состоянии.

Вы наверняка видели, как самолеты после отрыва от полосы не плавно поднимаются вверх, а делают это интенсивно, довольно резко задрав нос. Это как раз самолет с действующими предкрылками. Дело в том, что критический угол атаки αкр. увеличивается при их использовании на 10º-15º.

По конструкции и принципу действия предкрылки похожи на щелевые закрылки, только устанавливаются, естественно, на передней кромке крыла.

Образующаяся при их выдвижении сужающаяся щель разгоняет поток воздуха в нем и тот, в свою очередь, воздействует на пограничный слой, повышая его устойчивость и затягивая срыв на большие углы атаки.

Работа адаптивных предкрылков.

Чаще всего предкрылки отклоняются на фиксированные углы. Однако существуют так называемые адаптивные или автоматические предкрылки .

Существуют еще так называемые предкрылки (или щитки ) Крюгера . Они больше похожи именно на щитки и как бы раскрываются из нижней передней поверхности крыла вниз и вперед. Более понятно их конструкцию можно понять из рисунка. Это предкрылок Крюгера самолета Боинг-727 (под номером 1, под номером 2 – обычный предкрылок).

Предкрылки и закрылки обычно работают в комплексе. Однако для разных типов самолетов возможны специфичные режимы их раздельной работы. Например дозаправка в воздухе.

Предкрылки Крюгера и обычные предкрылки на крыле Боинга-727.

Механизация крыла Боинг-727 (модель).

Еще один вид механизации крыла, применяемый для предотвращения срыва потока при полетах на больших углах атаки – это отклоняемый носок передней кромки крыла. Он применяется на крыле с тонким профилем, где предкрылок выполнить было бы проблематично. В этом случае все крыло находится под большим углом атаки, а носок под маленьким, и он как бы разворачивает поток на крыло, позволяя ему обтекать его безопасно, без срыва. Примерно так :-)…

Вот пожалуй и все об элементах, относящихся к понятию взлетно-посадочная механизация крыла. Эти элементы позволяют самолету уверенно чувствовать себя на взлетно-посадочных режимах и при этом довольно внушительно (интересно) выглядят :-)…

Механизация Боинг-747. Трехщелевые закрылки Фаулера, предкрылки Крюгера (ближе к фюзеляжу), обычные предкрылки (дальше).

Однако нельзя не упомянуть еще о двух системах. Нам уже ясно, что возможность полета на больших углах атаки напрямую зависит от состояния пограничного слоя на крыле. Поэтому логично, что появились системы, непосредственно управляющие пограничным слоем. Это система отсоса пограничного слоя и система сдува пограничного слоя .

Системы управления пограничным слоем.

В авиации применение нашла в основном вторая система. В частности, например, она применялась на самолетах МИГ-21 и F-4 Fantom . Воздух, необходимый для работы системы берется из-за определенных ступеней ТРД самолета. На рисунке приведен пример системы сдува пограничного слоя. Здесь 1 – отверстия для выхода сдувающего воздуха, 2- сдувающий воздух, 3- набегающий поток.

Система сдува пограничного слоя.

Самолет F-4 Phantom.

Мощная механизация палубного истребителя (СУ-27К). Самый правый - флаперон.

Следующий элемент – интерцепторы . Это плоские элементы на верхней поверхности крыла, которые поднимаются (отклоняются) в поток. При этом происходит торможение этого потока, как следствие увеличение давления на верхней поверхности крыла и далее, понятно, уменьшение подъемной силы этого крыла. Интерцепторы еще иногда называют органами непосредственного управления подъемной силой .

Механизация крыла самолета А-320. Хорошо видны спойлеры и закрылки.

Эффект действия интерцепторов используется в процессе пилотирования и для торможения. В первом случае они работают (отклоняются) в паре с элеронами (теми, которые отклоняются вверх) и называются элерон-интерцепторы . Пример самолетов с такими органами управления – ТУ-154 , В-737 .

Боинг-737. Работает левый элерон-интерцептор для ликвидации правого крена.

Во втором случае синхронный выпуск интерцепторов позволяет изменить вертикальную скорость самолета без изменения угла тангажа (то есть не опуская его нос). В этом случае они работают как воздушные тормоза и называются спойлерами . Спойлеры обычно применяются еще и после посадки одновременно с ревесом тяги (если, конечно, таковой имеется :-)). Главная их задача в этом случае быстро уменьшить подъемную силу крыла и тем самым прижать колеса к бетонке, чтобы можно было эффективно тормозить тормозами колес. Аналогия с болидами Формулы 1 . Там ведь тоже стоят спойлеры для эффективного прижатия колес к полотну трассы. Кто у кого что заимствовал непонятно :-).

Выпущенные спойлеры (посадка).

Вот вкратце такова механизация крыла. Именно вкратце.На самом деле эта тема намного шире. Хотелось бы привести кое-какие формулы и графики. Кое о каких элементах рассказать подробнее, да и об экзотике упомянуть бы не мешало (она с авиацией всегда рядом :-)). Но сегодня я итак уже слишком много занимаю Ваше внимание. Думаю, что все еще впереди. Будут и формулы, будут и графики (без дремучих дебрей однако :-)), будет и экзотика. Авиация – очень широкое поле для дел, рассказов и мечтаний :-).

В заключении хочу предложить Вам посмотреть два ролика. Один показывает выпуск закрылков Фаулера на легком самолете. Второй, явно рекламный ролик австралийской компании Qantas :-), показывает работу механизации крыла во время посадки самолета Boeing 737-800 . Там хорошо виден поэтапный выпуск закрылков Фаулера, работа элеронов и элерон-интерцепторов в канале крена во время снижения и выпуск спойлеров после посадки.

До новых встреч :-).

This entry was posted in МИР АВИАЦИИ, САМОЛЕТ and tagged закрылок, предкрылок. Bookmark the permalink.

Вот тут человеку и пригодилась его смекалка-хитрость 🙂 . Выход был найден, в общем-то, без особого труда. Это взлетно-посадочная механизация крыла.

Механизация включает в себя закрылки, предкрылки, интерцепторы, спойлеры, флапероны, активные системы управления пограничным слоем и т. д. для наглядности приведем всем известный рисунок:

ЗАКРЫЛКИ

Закрылки – первая из придуманных разновидностей механизации крыла, они же и наиболее эффективны.

Закрылки всегда находятся на задней кромке крыла и всегда опускаются вниз, и, к тому же, могут выдвигаться назад. Они помогают нашему самолету улучшить несущую способность крыла при взлетах, посадках, наборах высоты и прочих маневрированиях. Рабочим языком выполняют роль паруса при взлете и парашюта при посадках ))

В зависимости от типа самолета, применяются разные схемы :

Як-40 на посадку с выпущенными закрылками :

ПРЕДКРЫЛКИ

Следующий элемент механизации крыла — предкрылки. Чтобы расширить возможность самолета летать на больших углах атаки (а значит и с меньшей скоростью) и были придуманы предкрылки.

Обычный щелевой предкрылок в выпущенном состоянии :

Ту-154 на рулении, с выпущенными предкрылками :

ЭЛЕРОНЫ

А теперь об оставшихся элементах крыла, указанных на рисунке в начале статьи.Элероны.

ИНТЕРЦЕПТОРЫ

Следующий элемент – интерцепторы. Это плоские элементы на верхней поверхности крыла, которые поднимаются (отклоняются) в поток. При этом происходит торможение этого потока, как следствие увеличение давления на верхней поверхности крыла и далее, понятно, уменьшение подъемной силы этого крыла. Интерцепторы еще иногда называют органами непосредственного управления подъемной силой.

В зависимости от предназначения и площади поверхности консоли, расположения её на крыле и т. д. интерцепторы делят на элерон-интерцепторы и спойлеры

Эффект действия интерцепторов используется в процессе пилотирования и для торможения. В первом случае они работают (отклоняются) в паре с элеронами (теми, которые отклоняются вверх) и называются элерон-интерцепторы. Пример самолетов с такими органами управления – ТУ-154, В-737.

Боинг-737. Работает левый элерон-интерцептор для ликвидации правого крена :

Во втором случае синхронный выпуск интерцепторов позволяет изменить вертикальную скорость самолета без изменения угла тангажа (то есть не опуская его нос). В этом случае они работают как воздушные тормоза и называются спойлерами. СПОЙЛЕРЫ обычно применяются еще и после посадки одновременно с ревесом тяги (если, конечно, таковой имеется 🙂 ). Главная их задача в этом случае быстро уменьшить подъемную силу крыла и тем самым прижать колеса к бетонке, чтобы можно было эффективно тормозить тормозами колес.

Выпущенные спойлеры (посадка) :

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

Механизация крыла является неотъемлемой частью крыльев современных самолетов. К ней относятся устройства, позволяющие изменять аэродинамические характеристики крыла на отдельных этапах полёта
Различают два вида механизации по выполняемым функциям:
-для улучшения взлетно-посадочных характеристик (закрылки и предкрылки);
-для управления в полете (спойлеры в режиме гасителей подъемной силы и в элеронном режиме).

Простой закрылок представляет собой отклоняющийся вниз до 45° участок хвостовой части крыла. Для повышения эффективности закрылка он делается щелевым. При отклонении выдвижного закрылка между его носком и крылом образуется профилированная щель. На современных самолетах используются двух- или трехщелевые закрылки.

Предкрылки представляют собой часть носка крыла у передней кромки, которая отклоняется вниз на угол до 25° и выдвигается вперед, образуя с крылом профилированную щель. Так же, как и закрылки, предкрылки уменьшают взлетно-посадочные скорости самолета, а самое главное – увеличивают критический угол атаки.

Схемы механизации задней части крыла: 1 – тормозной щиток; 2 – поворотный щиток; 3 – скользящий щиток; 4 – поворотный закрылок; 5 – щелевой поворотный закрылок; 6 – выдвижной поворотный закрылок; 7 – закрылок Фаулера; 8 – двухщелевой закрылок; 9 – двухщелевой закрылок в комбинации с интерцептором; 10 – трехщелевой закрылок

К средствам механизации относятся спойлеры (интерцепторы), используемые как тормозные щитки, воздушные тормоза, гасители подъемной силы, элементы управления по крену и т.д. При отклонении спойлеров вверх нарушается обтекание крыла, что приводит к уменьшению коэффициента подъемной силы. С помощью спойлеров можно изменять вертикальную скорость снижения, уменьшать длину пробега при посадке за счет более эффективного торможения колес шасси и повышать эффективность управления по крену.
Назначение и состав вспомогательного управления самолётом.

Схемы механизации передней части крыла : 1-поворотные носки, 2-носовой щиток, 3-щиток Крюгера, 4-предкрылок

Вспомогательное управление самолетом (или механизация крыла) предназначено для изменения аэродинамических характеристик самолёта на отдельных этапах полёта.

Работа всех элементов механизации крыла (закрылков, предкрылков и спойлеров) основана на управлении пограничным слоем на поверхности крыла и изменении кривизны профиля крыла.

Закрылки предназначены для улучшения взлетно-посадочных характеристик самолета (уменьшения Vвзл и Vпос и соответственно уменьшения потребной длины ВПП) за счет увеличения коэффициента подъемной силы из-за увеличения кривизны крыла при отклонении закрылков вниз и увеличения площади крыла при выдвижении закрылков назад.

Разновидностью механизации задней части крыла являются поворотные закрылки, щелевые закрылки (без выдвижения, выдвижные одно-, двух-, трёхщелевые), закрылки Фаулера, поворотные и скользящие (выдвижные) щитки
Элементы механизации передней части крыла обеспечивают ликвидацию срыва потока на крыле при больших углах атаки самолёта

Разновидностью механизации передней части крыла являются поворотные носки, предкрылки, носовые щитки, щитки Крюгера.
Спойлеры (интерцепторы) – это аэродинамические органы управления, выполненные в виде щитков, установленных на верхней плоскости крыла и поднимающихся вверх под углом к набегающему потоку, что приводит к уменьшению подъёмной силы крыла
С помощью спойлеров можно изменять вертикальную скорость снижения, уменьшать длину пробега при посадке за счет более эффективного торможения колес шасси и повышать эффективность управления по крену.

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:

простые закрылки (самый первый и самый простой вид закрылок)
щитовые закрылки
щелевые закрылки
закрылки Фаулера (наиболее эффективный и наиболее широко применяемый в гражданской авиации вид закрылок)

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.

Читайте также: