Być może główną jednostką samolotu jest skrzydło. To skrzydło tworzy siłę nośną, która utrzymuje wielotonowy samolot w powietrzu, zapobiegając jego upadkowi. To nie przypadek, że projektanci wyrażają przekonanie, że ten, kto jest właścicielem skrzydła, steruje również samolotem. Dążenie do poprawy właściwości aerodynamicznych samolotów zmusza konstruktorów do ciągłego ulepszania skrzydła, pracy nad jego kształtem, wagą i profilem.
Skrzydło w profilu
Profil skrzydła samolotu to geometryczna część skrzydła biegnąca równolegle do osi samolotu. Lub prościej - widok skrzydła z boku. Przez długie lata rozwoju przemysłu lotniczego różne laboratoria i instytuty stale rozwijały i testowały skrzydła o różnych konfiguracjach. Wzrosły prędkości, zmieniła się masa samolotów, zmieniły się zadania - a wszystko to wymagało nowych profili skrzydeł.
Typy profili
Dzisiaj istnieją różne profile skrzydeł,inny cel. Ten sam typ może mieć wiele wariantów i być używany w różnych samolotach. Ale ogólnie, istniejące główne typy profili można zilustrować na poniższym obrazku.
- Symetryczna.
- Asymetryczny.
- Płasko-wypukły.
- Obuwypukły.
- W kształcie litery S.
- Laminowane.
- Soczewkowe.
- W kształcie diamentu.
- Kształt klina.
W niektórych samolotach wzdłuż skrzydła używany jest zmienny profil, ale zwykle jego kształt pozostaje niezmieniony.
Geometria
Zewnętrznie profil skrzydła przypomina robaka lub coś w tym stylu. Będąc złożoną figurą geometryczną, ma swój własny zestaw cech.
Rysunek przedstawia główne cechy geometryczne profilu skrzydła samolotu. Odległość (b) nazywana jest cięciwą skrzydeł i jest odległością między skrajnymi punktami z przodu iz tyłu. Grubość względną określa stosunek maksymalnej grubości profilu (Cmax) do jego cięciwy i wyraża się w procentach. Współrzędna maksymalnej grubości jest stosunkiem odległości od palca do miejsca maksymalnej grubości (Xc) do cięciwy (b) i jest również wyrażona w procentach. Linia środkowa jest krzywą warunkową w równej odległości od górnego i dolnego panelu skrzydła, a strzałka ugięcia (fmax) jest maksymalną odległością od cięciwy linii środkowej. Inny wskaźnik - krzywizna względna - oblicza się dzieląc (fmax) przez cięciwę (b). Tradycyjnie wszystkie te wartości wyrażone są w procentach. Oprócz tych już wymienionych jest promień noska profilu, współrzędne największej wklęsłości i wiele innych. Każdy profil ma swój własny kod i z reguły główne cechy geometryczne są obecne w tym kodzie.
Na przykład profil B6358 ma grubość profilu 6%, pozycję strzałki wklęsłości 35% i krzywiznę względną 8%. System notacji niestety nie jest zunifikowany, a różni programiści używają szyfrów na swój sposób.
Aerodynamika
Fantazyjne, na pierwszy rzut oka rysunki sekcji skrzydeł są tworzone nie z miłości do wysokiej sztuki, ale wyłącznie z celów pragmatycznych - aby zapewnić wysoką aerodynamikę profili skrzydeł. Te najważniejsze cechy obejmują współczynnik nośności Su i współczynnik oporu Cx dla każdego konkretnego profilu. Same współczynniki nie mają stałej wartości i zależą od kąta natarcia, prędkości i kilku innych cech. Po testach w tunelu aerodynamicznym dla każdego profilu skrzydła samolotu można sporządzić tzw. biegun. Odzwierciedla związek między Cx i Su pod pewnym kątem natarcia. Powstały specjalne podręczniki zawierające szczegółowe informacje o każdym profilu aerodynamicznym skrzydła i zilustrowane odpowiednimi wykresami i diagramami. Te katalogi są dostępne bezpłatnie.
Wybór profilu
Różnorodność samolotów, rodzaje ich napęduinstalacje i ich przeznaczenie wymagają starannego podejścia do doboru profilu skrzydła samolotu. Podczas projektowania nowego statku powietrznego zwykle rozważa się kilka alternatyw. Im większa względna grubość skrzydła, tym większy opór. Jednak przy cienkich skrzydłach o dużej długości trudno jest zapewnić odpowiednią wytrzymałość konstrukcyjną.
Oddzielne pytanie dotyczy maszyn naddźwiękowych, które wymagają specjalnego podejścia. Jest całkiem naturalne, że profil skrzydła samolotu An-2 („kukurydza”) będzie się różnił od profilu myśliwca i liniowca pasażerskiego. Profile symetryczne i w kształcie litery S zapewniają mniejszą siłę nośną, ale są bardziej stabilne, cienkie skrzydło z lekkim pochyleniem jest odpowiednie dla szybkich samochodów sportowych i myśliwców, a grube skrzydło z dużym pochyleniem, używane w dużych samolotach pasażerskich, może nazywać się skrzydłem o najwyższej sile nośnej. Samoloty naddźwiękowe są wyposażone w skrzydła o profilu soczewkowym, natomiast w samolotach naddźwiękowych stosuje się profile w kształcie rombu i klina. Należy pamiętać, że tworząc najlepszy profil, możesz stracić wszystkie jego zalety tylko z powodu złej obróbki powierzchni paneli skrzydłowych lub złej konstrukcji samolotu.
Charakterystyczna metoda obliczania
W ostatnim czasie obliczenia charakterystyk skrzydła o określonym profilu są przeprowadzane przy użyciu komputerów, które są w stanie przeprowadzić wieloczynnikowe modelowanie zachowania skrzydła w różnych warunkach. Ale najbardziej wiarygodnym sposobem są naturalne testy przeprowadzane naspecjalne stojaki. Poszczególni pracownicy „starej szkoły” mogą nadal robić to ręcznie. Metoda brzmi po prostu groźnie: „pełne obliczenie skrzydła za pomocą równań całkowo-różniczkowych w odniesieniu do nieznanej cyrkulacji”. Istotą metody jest przedstawienie cyrkulacji powietrza wokół skrzydła w postaci szeregów trygonometrycznych i poszukiwanie współczynników tych szeregów, które spełniają warunki brzegowe. Ta praca jest bardzo pracochłonna i nadal daje jedynie przybliżoną charakterystykę profilu skrzydła samolotu.
Struktura skrzydła samolotu
Pięknie narysowany i szczegółowo obliczony profil musi powstać w rzeczywistości. Skrzydło oprócz pełnienia swojej głównej funkcji – tworzenia windy, musi wykonywać szereg zadań związanych z rozmieszczeniem zbiorników paliwa, różnych mechanizmów, rurociągów, wiązek elektrycznych, czujników i wielu innych, co czyni je niezwykle złożonym obiektem technicznym. Mówiąc najprościej, skrzydło samolotu składa się z zestawu żeber, które zapewniają pożądany profil skrzydła, rozmieszczonych w poprzek skrzydła, oraz drzewc rozmieszczonych wzdłuż. Od góry i od dołu konstrukcja ta zamknięta jest poszyciem z paneli aluminiowych z zestawem podłużnic. Żebra wzdłuż zewnętrznych konturów w pełni odpowiadają profilowi skrzydła samolotu. Pracochłonność produkcji skrzydła sięga 40% całkowitej pracochłonności produkcji całego samolotu.
