Геометрические параметры и конструктивно-силовые схемы крыльев

Цель работы: изучение основных внешних форм крыла (оперения), его геометрических параметров и конструктивно-силовых схем.

Приборы и оборудование: препарированные образцы конструкций крыльев (оперений), металлическая линейка, штангенциркуль, ЭКВМ.

Назначения и формы крыльев в плане

Крыло самолета предназначено для создания подъемной силы и обеспечение поперечной устойчивости и управляемости. Кроме того, крыло несет на себе органы управления, средства механизации; часто шасси, двигатели, вооружение. Внутренние объемы крыла используются для расположения различного оборудования, топлива.

Форма крыла в плане оказывает существенное влияние на аэродинамические, весовые и конструктивно-технологические характеристики всего самолета.

На современных самолетах применяются главным образом прямоугольные, трапециевидные, стреловидные и треугольные крылья (рис. 3.1).

Прямоугольное крыло (рис. 3.1, а) является наиболее простым по форме и конструкции, и удобным при изготовлении. Применяется на самолетах-бипланах и подкосных монопланах.

Срыв потока на больших углах атаки на прямоугольных крыльях возникает в средней части и поэтому такие крылья обладают высокой эффективностью элеронов.

Вместе с тем прямоугольное крыло худшими аэродинамическими характеристиками, имеет больший вес конструкции и не позволяет эффективно использовать внутренние объемы.

Прямые трапециевидные крылья (рис.4.1,б) имеют малый угол стреловидности (от 5⁰ до 15⁰), определяемый обычно по условиям обзора летчику, меньший вес конструкции, меньшее индивидуальное сопротивление; позволяют более полно использовать внутренние объемы.

К недостаткам таких крыльев следует отнести уменьшение эффективности элеронов на больших углах атаки, вследствие срыва потока, возникающего на концах крыла.

На околозвуковых и сверхзвуковых самолетах нашли применения стреловидные крылья (рис 3.1, в).

Особенности обтекания такого крыла позволяют значительно уменьшить лобовое сопротивление на больших скоростях полета.

Однако стреловидное крыло имеет меньшую подъемную силу, большой вес конструкции, сложнее в производстве.

Треугольные крылья (рис.3.1, г) обладают высокими аэродинамическими характеристиками на сверхзвуковых скоростях полета, меньшим весом конструкции, более эффективным использованием внутренних объемов.

Форма крыла в плане характеризуется следующими параметрами:

• площадью крыла S называют проекцию поверхности крыла на горизонтальную плоскость, включая подфюзеляжную часть;
• размахом крыла L называют расстояние по горизонтали между внешними концами крыла;
• относительным удлинением крыла λ называют отношение квадрата размаха крыла к его площади

• λ=L² \S

• для современных крыльев λ =2...9;
• Сужение крыла η называют отношение корневой хорды к концевой
• η=b_o \b_k.

• Оптимальное η для крыльев η=2…3,5.
• Углом стреловидности χ называют угол между линией, проходящей через ¼ хорды и перпендикуляром к плоскости симметрии самолета. Иногда угол стреловидности определяется по передней кромке. На стреловидных и треугольных крыльях χ =30⁰-70⁰.

Форма профиля

• Поперечное сечение крыла вертикальной плоскостью называется профилем.
• Геометрия профиля в значительной степени определяет аэродинамические характеристики крыла. Профиль крыла определяется следующими параметрами:
• Хорда профиля b (рис.4.1,д) – линия, соединяющая наиболее удаленные точки профиля.
• Линия, проведенная через середины ординат, называется средней линией профиля.
• Кривизна средней линии относительно хорды определяет кривизну профиля.
• Относительной кривизной f называют наибольшее расстояние между хордой и средней линией, отнесенной к хорде b:

• f = (f _max \b)*100%

• Относительной толщиной профиля называют отношение максимальной толщины c _max к хорде b:

• C= (c _max \ b)*100%

• Положение максимальной толщины и максимальной кривизны профиля определяются от носика хорды, и выражается в процентах хорды:
• X_c= (x_c\b)*100%
• X_f= (x_f\b)*100%

Для современных крыльев применяются тонкие профили с< 6%, средние с=6%-12% и толстые с>12%.

Из большого многообразия профилей наиболее часто применяются следующие виды профилей (рис. 3.1).

.

Рис. 3.1. Форма крыльев

Двояковыпуклый несимметричный профиль (f=0) (рис.3.1 д) применяется на крыльях дозвуковых самолетов, обладает малым профильным сопротивлением и сравнительно высоким значением С_у.

Двояковыпуклый симметричный профиль (рис 3.1 е) (f=0) применяется для крыльев околозвуковых самолетов, а также для горизонтального и вертикального оперений. Обладает минимальным лобовым сопротивлением и высоким значением С_у.

Линзообразный, ромбовидный, клиновидный профили (рис. 4.1. ж, з, и) применяются для крыльев сверхзвуковых самолетов. Имеют малое волновое сопротивление благодаря острой передней кромке и малой толщине.

Плосковыпуклый профиль (рис 3.1 к) обладает средними аэродинамическими характеристиками и прост в конструктивно- технологическом отношении.

S- образный профиль (рис 3.1 л) сохраняет положение центра давления на различных углах атаки.