Билет №33. 1. Назначение, требования к крыльям ЛА, формы крыла в плане

1. Назначение, требования к крыльям ЛА, формы крыла в плане

2. Шасси велосипедного типа, преимущества и недостатки

3. Воздушно- тепловые противообледенительные системы самолета, назначение и принцип работы

· 1. Назначение крыла и требования к нему

Крыло является важнейшей частью любого самолета и в основном служит для создания подъемной силы, которая требуется для преодоления силы тяжести самолета на всех режимах полета и используется также для маневров.
Кроме того, крыло обеспечивает поперечную, а на самолетах бесхвостовой схемы также продольную устойчивость и управляемость самолета. На крыльях двух или многомоторных самолетов могут быть расположены двигатели. К крылу часто крепятся стойки шасси. Внутренние его объемы используют для размещения топлива. На долю крыла может приходиться до 16% массы самолета и до 50% его сопротивления.
Форма и конструкция крыла должна уловлетворять ряду общих и специфических требований. Основными из них являются: аэродинамические, конструктивные и весовые, технологические и эксплуатационные.
Аэродинамические требования: возможно меньшее сопротивление крыла на основных режимах полета; возможность получения наибольшего коэффициента подъемной силы с применением механизации и без нее; наибольшая величина максимального аэродинамического качества; обеспечение необходимой устойчивости и управляемости.
Конструктивные и весовые требования: достаточная прочность и жесткость конструкции крыла при минимальной его массе, отсутствие остаточных деформаций при нагрузках, не превышающих эксплуатационные; малое изменение аэродинамических характеристик при деформациях конструкции; удобная силовая увязка с другими агрегатами (фюзеляж, шасси, двигатели); возможно большая усталостная прочность конструкции; наличие в крыле свободных объемов и возможность их максимального использования для размещения топлива и агрегатов (шасси, двигатели и др.).
Технологические требования: простота изготовления, минимальная трудоемкость изготовления конструкции.
Эксплуатационные требования: удобство осмотра, обслуживания и монтажа всех необходимых узлов и деталей, удобство ремонта.
Анализ требований, предъявляемых к крылу, показывает, что они в значительной мере противоречивы. Так, например, большинство требований противоречат требованию минимальной массы. Поэтому для каждого типа самолета необходимо находить оптимальные решения, которые наилучшим образом удовлетворяют предъявляемым требованиям.
Внешняя форма крыла.
Под внешней формой крыла подразумевают его вид в плане и спереди, а также форму его поперечного сечения (профиль). Для современных самолетов характерно применение крыльев различных внешних форм.
Внешние формы крыла оказывают влияние не только на аэродинамические, весовые и жёсткостные характеристики крыла, но и на характеристики всего самолета в целом.

Форма крыла в плане

Форма крыла в плане в основном влияет на воздушное сопротивление крыла при малых скоростях полёта. Для планера, в отличие от самолёта, полёт на малой скорости (на больших углах атаки) - один из основных режимов полёта. В термическом восходящем потоке планер набирает высоту, двигаясь по восходящей спирали на малой скорости (соответственно, с большим углом атаки). Большое сопротивления крыла в таком режиме запросто превратит спираль в нисходящую, что, разумеется, совершенно ни к чему.

• Крыло эллиптической формы в плане обладает минимально возможным сопротивлением на больших углах атаки при прочих равных условиях. К сожалению, крыло такой формы на планерах не применяется из-за сложности конструкции, низкой технологичности и плохих срывных характеристик. Однако сопротивление на больших углах атаки крыльев другой формы в плане всегда оценивается по отношению к эллиптическому крылу.
• Крыло прямоугольной формы в плане имеет самое высокое сопротивление на больших углах атаки. Однако такое крыло, как правило, имеет простую конструкцию, технологично и имеет очень неплохие срывные характеристики. Поэтому в настоящее время прямоугольное крыло в планерах применяется, но чрезвычайно редко (планер самостоятельной постройки Monerai).
• Крыло трапецеидальной формы в плане по величине воздушного сопротивления приближается к эллиптическому. Широко применялось в конструкциях серийных планеров до 70 - 80 годов прошлого века. Технологичность ниже, чем прямоугольного крыла. Получение приемлемых срывных характеристик также требует некоторых конструкторских ухищрений. Однако крыло трапецеидальной формы и правильной конструкции обеспечивает минимальную массу крыла планера при прочих равных условиях.
• Крыло комбинированной формы в плане. Использование в конструкции крыла планера композитных материалов и стремление конструкторов выжать из крыла максимально возможные характеристики привели к появлению крыльев комбинированной формы в плане. Как правило, форма такого крыла в плане образуется несколькими трапециями, при этом задняя кромка крыла прямая. Эффективное проектирование такого крыла предполагает проведение многочисленных продувок, выигрыш в характеристиках составляет несколько процентов по сравнению с трапецеидальным крылом. На мой взгляд, применение такого крыла для планера самостоятельной постройки не имеет смысла

· 2. Основные схемы расположения колёсного шасси

· Велосипедного типа. Две главные опоры расположены в фюзеляже, впереди и позади центра тяжести аппарата. Две боковые поддерживающие опоры крепятся по бокам (обычно на законцовках крыла). Применяется для удаления гондол для шасси и двигателей на крыле, то есть создания «аэродинамически чистого» крыла (см. М-4 и Мясищев 3М, Boeing B-47 Stratojet, Boeing B-52 Stratofortress, Як-25, Lockheed U-2, -27, -28). Следствием такого расположения является усложнённая техника посадки самолёта и затруднение модернизации бомба отсеков, а также использования внешней подвески вооружения.

Преимущества велосипедного шасси состоят в следующем.

1. Малая высота шасси для самолетов-высокопланов.

2. Отсутствие на крыле гондол для уборки шасси.

3. Опоры не попа,цают в струю горячих газов двигателей на самолетах вертикального взлета н посадки.

4. Выравнивание нагрузок между колесами задней и передней опор в схеме с большим углом 7, что приводит к снижению давления на покрытие аэродрома.

Велосипедное шасси имеет следующие недостатки:

1. Необходимость выделетш значительного объема в средней части фюзеляжа для. уборки задаей опоры, что вызьшает большие затруднения в компоновке транспортных самолетов и самолетов с двигателем, расположенным в средней части фюзеляжа самолета.

2. Утяжеление фюзеляжа из-за больших нагрузок от опор и из-за напи-чия больших вырезов)uih уборки шасси.

3. Поперечная неустойчивость при движении по земле и связанные с этим трудности при посадке с боковым ветром.

А схема с большим углом 7 имеет еще и следующие недостатки:

4. Трудности рулежки по земле из-за большой нагрузки на переднюю опору и необходимость в связи с -этим установки мощного и тяжелого механизма поворота колес.

5. Установка дополнительного механизма, обеспечивающего либо укорочение задней опоры, либо удлинение передней, что утяжеляет конструкцию и уменьшает надежность.

6. Высокая точность посадки, обеспечивающая одновременное приземление на обе опоры.

· 3. В воздушно-тепловых ПОС рабочим телом является воздух, отбираемый от компрессоров двигателей (рис. 1).

В электротепловых ПОС носителем энергии является электрический ток (рис. 2). Защищаемые от обледенения поверхности (например, предкрылки) разбивают на отдельные секции, к которым в целях экономии энергии электрический ток подводится не постоянно, а циклически с помощью специального программного механизма.

Конструкция ПОС лопастей воздушных винтов предусматривает обогрев лопасти на участке 50-75% его длины. Защита от обледенения концов лопастей вследствие нагрева их от трения о воздух и больших центробежных сил, срывающих образующийся лед, не требуется.

Значительными преимуществами по сравнению с рассмотренными выше обладает электроимпульсная система. Она требует значительно меньших затрат энергии, конструктивно проще и легче. Лед удаляется под воздействием упругих волнообразных колебаний в обшивке, возбуждаемых специальными индукторами, к которым периодически подаются электрические импульсы.

Работу воздушно-тепловых противообледенительных устройств проверяют после запуска двигателей при работе их на малом газе.