СТЫКОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ КРЫЛЬЕВ
Поперечные силы по обшивке передаются на узлы через нервюру, расположенную в сечении по разъему. Для передачи усилий с панелей обшивки и стрингеров кессонных (и моноблочных) крыльев в месте разъема применяют стыковку по контуру панелей распределенными элементами — контурные соединения. Такая стыковка передает как осевые, так и поперечные силы панелей.
Стыковые узлы
По конструкции стыковые узлы бывают вильчатые (с вертикальной или горизонтальной осью стыкового болта), фитинги, ниппельные и накладные Гребенчатые узлы с количеством ушков три и более являются разновидностью вильчатых. Кроме того, возможно непосредственное соединение поясов лонжеронов «на ус». Вследствие больших нагрузок, передаваемых стыковыми узлами, они обычно выполняются из высокопрочных сталей (легированных) и термически обрабатываются до предела прочности сгв=140—180 кГ/мм2 (1400-1800 Мн/м2). Вильчатые узлы крепятся к поясу лонжерона болтами (реже — заклепками) Стыковой болт работает на срез и смятие. В стыковых узлах типа фитингов болты, передающие растягивающую осевую силу S, действующую в поясе лонжерона, работают не на срез, как в вильчатом узле, а на разрыв Сжимающая осевая сила (на фиг 36,3 — верхние силы S) передается непосредственно соприкосновением торцов фитингов Поперечная же сила Q, так же как и в вильчатых узлах, вызывает срез и смятие этих болтов. В накладных узлах и при стыковке «на ус» осевое усилие передается срезом и смятием болтов, соединяющих пояса с накладками и пояса между собой. Поперечная сила передается стойкой, соединяющей стенки лонжеронов. НИЖНЯЯ панель с помощью фитингов, сбединенных со стрингерами и обшивкой. Болты контурного стыка нагружаются осевым усилием от изгиба и сдвигающим усилием от кручения крыла. Поперечная сила передается узлами лонжеронов или продольных стенок. Узлы стыковки тонких крыльев с малой строительной высотой целесообразно выполнять со сквозными вертикально расположенными стыковыми болтами. Для очень тонких крыльев (с малой строительной высотой лонжерона) применяется узел с горизонтальной базой. В этом случае можно значительно увеличить базу узла и тем самым уменьшить силу, действующую на стыковые болты.
Контурные соединения
Контурные соединения могут осуществляться с помощью стыковых угольников, монолитных стыковых профилей (так называемых стыковых гребенок), имеющих пазы или отверстия под болты. Для равномерной передачи сжимающих сил у разъема опорные поверхности фитингов, особенно в верхней панели, приторцовываются. Большое количество фитингов и стыковых болтов, а также высокая точность обработки торцовых поверхностей значительно усложняют изготовление их и эксплуатацию. На нижней панели болты ставятся чаще или большего диаметра, так как в нормальном полете они более нагружены.

КОНСТРУКЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КРЫЛА

Лонжероны и продольные стенки
Основным назначением лонжеронов является воспринятие изгибающего момента и поперечной силы, действующих на крыло при изгибе. При этом пояса лонжеронов нагружаются осевыми силами, а его стенки или ферма — поперечными силами от изгиба и кручения крыла. Для обеспечения минимального веса лонжерона, при заданной высоте его, расстояние между центрами тяжести поясов лонжерона должно быть максимальным, т. е. площади поясов необходимо сосредоточить возможно дальше от нейтральной оси сечения. С этой точки зрения из двух форм поперечного сечения одинаковых по площади поясов лонжерона, следует предпочесть пояс а, так как в этом случае строительная высота сечения лонжерона будет больше.При большей высоте получаем меньшие осевые усилия, а это потребует меньшее количество материала для поясов лонжерона, в результате чего конструкция будет легче. По конструкции элементов лонжероны разделяются на балочные, ферменные и смешанной конструкции, когда одна часть лонжерона имеет стенку, а другая — решетку.
Балочные лонжероны. Лонжероны современных самолетов делают преимущественно балочной конструкции. Они состоят из верхнего и нижнего поясов, жестко связанных одной или двумя стенками. Для повышения устойчивости стенок ставятся стойки или диафрагмы. Пояса лонжеронов выполняются из прессованных и катаных профилей из дуралюмина, легированных сталей, а иногда из магниевых и титановых сплавов. Стенки лонжеронов выполняются из дуралюмина толщиной 0,8-5 мм (иногда из стали). Стойки используются также для соединения нервюр с лонжероном. Формы сечений поясов лонжеронов, имеют большое разнообразие; все же представляется возможным выделить наиболее характерные сечения. Для уменьшения веса лонжеронов пояса делают переменного по длине сечения. С этой точки зрения рациональным является сечение, которое за счет устранения полосы и одного из уголков постепенно может быть ослаблено к концу крыла. Переменное по длине сечение профилей обеспечивается с помощью механической обработки. Такие профили существенно упрощают конструкцию лонжерона, а при наличии «усиков» для крепления обшивки устраняется ослабление пояса отверстиями под заклепки. Двутавровое монолитное сечение применяется при наличии малой строительной высоты лонжерона. Выравнивающая накладка 6 обеспечивает форму профиля крыла в данном сечении. Лонжероны тонких крыльев часто выполняются монолитными, т. е. пояса, стенка и стыковые узлы представляют собой одно целое.
Ферменные лонжероны. При большой высоте крыла иногда применяют ферменные лонжероны, состоящие из поясов, стоек и раскосов, образующих плоскую ферму. Толщина стенки лонжерона определяется из условия отсутствия потери устойчивости от касательных напряжений. Несмотря на то, что стенка может эффективно работать, возникающая при этом догрузка поясов и стоек утяжеляют конструкцию лонжерона. Наиболее выгодными оказываются стенки с отношением порядка 80—100, не теряющие устойчивости при эксплуатационных нагрузках. Стойки выполняются уголкового, угло-бульбового, таврового и швеллерного сечений из прессованных и катанных дуралюминовых профилей, а также из гнутых из листа профилей и склепываются как со стенкой, так и с поясами лонжерона.
Стыковые узлы — фитинги выполнены совместно с поясами лонжеронов. Корневые стыковые узлы крепят лонжерон к центроплану, концевые служат для крепления лонжерона отъемной части крыла. Ферменные металлические лонжероны выполняются из стальных труб, соединенных сваркой, или толстостенных прессованных дуралюминовых профилей, соединенных между собой заклепками или болтами. Сечения элементов фермы (поясов, стоек, раскосов) не отличаются от приведенных выше типовых сечений поясов, стоек балочных лонжеронов. Для сжатых стержней необходимо предусмотреть достаточную жесткость, предотвращающую потерю устойчивости. Продольные стенки выполняются балочной конструкции. Напомним, что продольные стенки не передают изгибающего момента и стыкуются шарнирным узлом. Пояса стенок значительно облегчены, и площадь поперечного сечения такого пояса мало отличается от площади сечения стрингера.
Стрингеры
Стрингеры являются простейшими конструктивно-силовыми элементами продольного набора крыла. Вес набора стрингеров в зависимости от типа конструкции крыльев составляет 5-20% веса крыла.
Стрингеры крыльев имеют назначение:
1) увеличивать устойчивость обшивки для повышения критических, нормальных и касательных напряжений во время работы при изгибе и кручении крыла;
2) воспринимать совместно с обшивкой нормальные усилия при изгибе крыла;
3) передавать поперечную нагрузку с обшивки на нервюры; при этом стрингеры работают на изгиб.
Стрингеры поддерживают обшивку при ее работе на сдвиг и на сжатие; обшивка же в свою очередь поддерживает стрингеры при работе на сжатие. Конструктор должен стремиться, чтобы обшивка и стрингеры при совместной работе имели высокие критические напряжения общей и местной потери устойчивости. Этим требованием определяется рациональная форма сечения стрингера и расстояния между ними. В качестве стрингеров применяются профили разнообразных форм сечений. При одинаковой толщине стенки и одинаковых габаритах катаные или гнутые из листов стрингеры профилей типов 1, 2, 5, 6, 7, 8 скорее потеряют устойчивость, чем стрингеры профилей 3 и 4, образующих совместно с обшивкой замкнутый контур. Подкрепленная профилями типа 3 и 4 обшивка лучше участвует в работе. Однако такие профили неудобны при производстве, так как требуют для приклепывания обшивки двойного количества заклепок. Кроме того, при стрингерах этого типа труднее избежать искажения поверхности обшивки крыла при клепке из-за наличия двухрядного шва. Прессованные профили типов 9, 11, 12, 13 и 14 допускают без потери устойчивости большие напряжения сжатия, чем катаные из листов профили подобных же сечений. Поэтому в современных кессонных конструкциях крыльев предпочитают применять прессованные стрингеры. Местная устойчивость обеспечивается применением толстых стенок профиля и утолщениями (бульбами) на кромках его. Для соединения вдоль размаха хвостовика нервюр, а также верхней и нижней обшивок применяют продольный элемент, называемый задним стрингером.
Нервюры
Нервюры представляют собой балки или фермы, имеющие форму профиля крыла и расположенные вдоль хорды крыла. Нервюры сохраняют форму профиля, воспринимают и распределяют усилия между обшивкой и продольными элементами, служат опорами для стрингеров, а также являются элементами местного усиления конструкции крыла, воспринимающими сосредоточенные нагрузки от шасси, силовых установок, вооружения и пр. Нервюры с точки зрения строительной механики можно рассматривать как балки или фермы, нагруженные аэродинамической нагрузкой и сосредоточенными силами от агрегатов, присоединенных к нервюре. Рассмотрим работу нервюры, нагруженной аэродинамической нагрузкой. При этом, нервюра оперта на стенки лонжеронов (продольных стенок) и обшивку, на которых возникают реакции. Полагаем, что носок и хвостик нервюры не участвуют в ее работе. Воздушная нагрузка в виде распределенных сил приходит на нервюру от стрингеров и непосредственно от обшивки, через заклепки крепления обшивки к нервюре. Заменим распределенные силы равнодействующей Рц, которая сдвигает нервюру в направлении ее действия и стремится повернуть ее относительно некоторой точки О. Перенесем далее силу Рн в точку О и добавим крутящий момент Мкр, равный произведению силы Рп на плечо переноса. Сдвигу нервюры силой Рп противодействуют стенки, на которых возникнут реакции Rt и Яг. Повороту нервюры от Мкр противодействуют верхняя и нижняя обшивки и стенки, в которых возникнут реакции в виде погонных касательных сил. Суммарные реакции в стенках будут обусловлены сдвигом и поворотом нервюры. В результате нервюра будет нагружаться изгибом в ее плоскости и сдвигом. Так же как и лонжероны, нервюры имеют полки, воспринимающие изгиб в виде осевых сил (сжатие, растяжение), и стенку или ферменную решетку, воспринимающую поперечную силу. Нервюры в прямых и треугольных крыльях ставятся по потоку, а в стреловидных, преимущественно, ставятся перпендикулярно линии четвертей хорд крыла. Рассмотрим классификацию нервюр. В соответствии с назначением нервюры подразделяются на нормальные — участвующие лишь в общей работе крыла, и усиленные— участвующие в общей работе крыла и, кроме того, воспринимающие местные сосредоточенные нагрузки. Особо могут быть выделены панельные, или бесстеночные, нервюры, представляющие собой ободки и профили, расположенные вдоль хорды. По конструкции нервюры подразделяются на балочные, ферменные и ферменно-балочные, сочетающие элементы ферменных и балочных нервюр. По наличию разъемов нервюры могут быть неразъемными и разъемными. Разъемные нервюры обычно делятся на три части: носовую, среднюю и хвостовую. Кроме того, нервюры могут иметь разъем по хорде. Неразъемные нервюры применяются сравнительно редко, так как в этом случае уменьшается высота лонжеронов и, следовательно, увеличивается их вес. Расстояние между нервюрами крыльев лежит в широких пределах (150—400 мм и более) и зависит от толщины обшивки, шага и мощности стрингеров, удельной нагрузки на крыло. В носовой части крыла ставят дополнительные носки нервюр, так как на носок крыла действуют большие воздушные нагрузки. Вес набора нервюр составляет в зависимости от конструкции 10—14% от веса крыла. Ферменные нервюры применяются редко и преимущественно в крыльях с большой строительной высотой профиля. Конструкция их аналогична конструкции ферменных лонжеронов. Иногда встречаются ферменные конструкции нервюр, полученные из листового материала при помощи штамповки, при этом для повышения жесткости раскосов и стоек их края отбортовывают. Балочные нервюры часто выполняют штампованные из листов. Стенки нервюр при сравнительно малой толщине (0,8~-1,5 мм) имеют большой запас прочности, и поэтому для уменьшения веса в нервюрах делают вырезы, которые можно использовать для проводки управления элеронами, механизацией и пр. Для повышения устойчивости стенок края отверстий отбортовывают, ставят стойки, а иногда в стенках делают рифтовку. Отогнутые края стенок образуют полки нервюр, к которым крепится обшивка. Для упрощения производства нервюр в современных конструкциях применено соединение с помощью компенсаторов. В этом случае полка нервюры соединяется с обшивкой не непосредственно, а через специальный элемент — компенсатор. Панель обшивки со стрингерами и приклепанными к ним компенсаторами устанавливается в сборочном приспособлении, контур которого соответствует внешним теоретическим обводам крыла. Затем производится соединение компенсаторов с нервюрами.
Обшивка
Каркас крыла покрывают обшивкой в виде дуралюминовых листов толщиной 0,8-8 мм. Основное назначение обшивки — воспринятие воздушных нагрузок, образование и сохранение внешней поверхности крыла и участие в общей работе конструкции крыла. Во всех случаях обшивка должна иметь возможно более гладкую поверхность, так как поверхность обшивки оказывает значительное влияние на аэродинамические характеристики крыла. В свободнонесущих крыльях обшивка обычно работает на нормальные усилия — при изгибе крыла и на касательные — от действия крутящего момента. Вес обшивки в современных крыльях составляет в зависимости от конструкции 20—60% от веса крыла. Обшивка не должна терять устойчивость от сжатия и сдвига при эксплуатационных нагрузках. Толщина обшивки вдоль по размаху и по хорде меняется. Стыковка обшивки выполняется одно- и двухрядным заклепочным швом на элементах каркаса и бывает следующих типов: внахлестку со снятой кромкой, внахлестку, в стык и внахлестку с подсечкой. Соединение внахлестку дает большее сопротивление и применяется редко. Шаг заклепок должен обеспечивать устойчивость сжатой обшивки между заклепками. При скоростях полета более 2М дуралюмин в качестве материала обшивки становится непригоден вследствие понижения механических свойств его от аэродинамического нагрева. Для таких скоростей целесообразно применение обшивки из титановых сплавов, а также многослойной обшивки из стали.
Противообледенительные устройства
Обледенение возникает при полете самолета через холодные слои атмосферы, насыщенные влагой. Переохлажденные частицы воды, соприкасаясь с холодной поверхностью частей самолета, оседают на них в виде льда. Наиболее интенсивно обледеневают передние кромки крыла и оперения при температурах от 0 до —8° С (273-265° К) во время полета в густой облачности или в полосе дождя, выпадающего из верхнего более теплого слоя воздуха в нижний более Отложение льда происходит быстро и распространяется по хорде на значительную глубину. Толщина льда на передних кромках может достигнуть 5—8 см. Термический способ наиболее широко применяется в настоящее время и заключается в том, что к передней кромке крыла или оперения подводится тепло для подогрева обшивки. Подогрев может быть осуществлен горячим воздухом или электрическим током. На отложение льда на передней кромке крыла в значительной степени влияет на нормальное обтекание крыла воздухом, нарушает устойчивость самолета и может привести к аварии. Известны три способа защиты против обледенения: термический, химический и механический. Электрический ток по особым шинам подводится к слою токопроводящей обмазки, изолированной от обшивки стеклотканью. При пропускании тока обмазка нагревается, что предотвращает обледенение. Химический способ борьбы с обледенением заключается в том, что подвергающуюся обледенению поверхность покрывают слоем специальной жидкости-—«антифриза», замерзающей только при низких температурах. Для того чтобы жидкость не могла быть смыта дождем и не сдувалась потоком воздуха, на передней кромке крыла укрепляют накладку из пористого материала (например, кожи), пропитанную жидкостью. Механический способ борьбы с обледенением состоит в том, что образовавшийся лед откалывается и сбрасывается с крыла. Устройство, представляет собой резиновые протекторы, смонтированные на передних кромках крыла и оперения. Внутри протекторов имеются продольные камеры, в которые поочередно поступает сжатый воздух, вздувающий камеры и ломающий лед.

ФЛАТТЕР КРЫЛА

Определения
Флаттером называются самовозбуждающиеся колебания в полете крыла или оперения с быстронарастающей амплитудой. При некоторых условиях полета самолета крыло под действием одноразового внешнего возмущения (например, порыва ветра) приходит в колебательное движение. Отклонения крыла от его начального положения в течение короткого промежутка времени (1—5 сек) нарастают столь резко, что конструкция ' разрушается. При этом источником колебаний являются возмущающие силы; созданные самим крылом. Флаттер проявляется в виде сильной тряски проводки управления и всего самолета и резких возрастающих колебаний крыльев, или оперения. Явления эти столь опасны, что предусмотрение мер, устраняющих явление флаттера, является одной из важнейших задач при конструировании самолета. Напомним некоторые определения, связанные с. колебаниям. Выведем балку из состояния равновесия и предоставим ее самой себе. Балка будет совершать колебания относительно положения равновесия со все уменьшающимися отклонениями — затухающие колебания. Количество колебаний балки за единицу времени (в секунду) называется частотой собственных колебаний- Величина наибольшего отклонения от положения равновесия называется амплитудой. Причиной уменьшения амплитуд, т. е. затухания колебаний, являются: силы трения в заделке, трение частиц материала и силы сопротивления воздуха, называемые демпфирующими силами. Если в крайних положениях балки прикладывать к ней силу, направленную по движению балки, то эта сила будет стремиться увеличить амплитуду колебаний балки, сделать колебания нарастающими. Такая сила называется возмущающей Условием нарастания колебаний является превышение энергии (работы), возмущающих сил над работой демпфирующих сил. Частота изменения возмущающей силы называется частотой вынужденных колебаний системы. Имеется два вида флаттера крыла: изгибно-крутильный и изгибно-элеронный.
Изгибно-крутильный флаттер
Пусть крыло, находящееся в потоке, получило начальное отклонение (прогиб) вниз и затем было предоставлено самому себе. Элерон при этом жестко закреплен. Под действием сил упругости сечение крыла будет перемещаться из нижнего положения в начальное. Скорость и вертикального перемещения крыла будет при этом нарастать от нуля до максимума в начальном положении. Далее, благодаря накопленной кинетической энергии сечение будет передвигаться вверх со все уменьшающейся скоростью вплоть до остановки, после чего силы упругости заставят сечение переместиться вниз и т. д.. При ускоренном движении будут иметь место инерционные силы движущихся масс крыла, направленные против ускорения и приложенные в центре тяжести сечения. При движении сечения от положения 0 до положения 2 инерционная сила будет направлена вниз (ускорение направлено вверх) и вызовет закручивание крыла относительно центра жесткости, увеличивающее угол атаки сечения. Центр тяжести как бы отстает в своем движении от центра жесткости. При движении от положения 2 до 4 ускорение и инерционная сила меняют знак, сечение «раскручивается», угол атаки уменьшается и в положении 4 приходит к начальному. Центр тяжести как бы стремится догнать центр жесткости. Таким образом, изгибные колебания сопровождаются крутильными. Связь между положением крыла и величиной угла закручивания довольно сложна, так как величина упругих и инерционных сил меняется. Но очевидно, что во всех промежуточных положениях ,сечения имеем увеличение угла атаки, сравнительно с исходным, и, следовательно, наличие дополнительной аэродинамической силы, направленной вверх — в сторону движения крыла. Сила является возмущающей, величина ее не постоянна. Теперь рассмотрим обратное движение сечения крыла. В итоге рассмотрения колебаний крыла приходим к заключению, что на всем протяжении колебаний на сечение крыла действуют возмущающие силы. При описанных выше явлениях, кроме возмущающей силы, имеют место также демпфирующие силы, к которым относятся силы трения в соединениях и внутренние силы трения в материале, а также аэродинамические силы при изгибных колебаниях. При движении сечения крыла, например, вниз, к поступательной скорости добавляется вертикальная скорость, что вызывает увеличение угла атаки и дополнительную подъемную силу, направленную против взмаха, т. е. препятствующую колебаниям. скорости. Если работа возмущающих сил больше работы демпфирующих сил, то энергия системы возрастает, что вызывает «раскачивание» системы, т. е. изгибно-крутильный флаттер. Таким образом, влияние возмущающей силы более значительно на больших скоростях, чем влияние демпфирующих сил. В такой же зависимости от скорости полета находится и работа этих сил.
Изгибно-элеронный флаттер
Рассмотрим изгибные колебания крыла с очень большой жесткостью на кручение, т. е. практически не закручивающегося. Предположим при этом, что, при наличии люфтов в проводке управления и нежесткости проводки, элерон может отклоняться и что центр тяжести сечения элерона находится за осью вращения. Появится дополнительная подъемная сила, направленная вверх. В положениях 2—4 направление инерционной силы изменится, элерон будет возвращаться к исходному положению, сила будет уменьшаться. Таким образом, во всех положениях движения крыла вверх имеет место дополнительная 0к,няя сила направленная вверх и являющаяся возмущающей. Такая же картина наблюдается при движении сечения крыла вниз. Кроме рассмотренной возмущающей силы, имеют место как и ранее, демпфирующие силы: трения АР, и аэродинамическая изгибно-элеронный флаттер. Скорость, при которой наступает это явление, называется критической скоростью изгибно-элеронного флаттера.
Меры предотвращения флаттера
Для устранения изгибно-крутильного флаттера проводятся следующие мероприятия.
1) Увеличение жесткости крыла на кручение путем утолщения обшивки и стенок лонжеронов. Это уменьшает закручивание сечения крыла, являющееся источником возмущающих сил.
2) Перемещение вперед линии центра тяжести сечений крыла. Перемещение центра тяжести сечения вперед уменьшает момент инерционной силы вследствие уменьшения плеча этой силы и уменьшает закручивание крыла. Перемещение центра тяжести достигается путем увеличения толщины обшивки носка и рационального размещения агрегатов в крыле и на крыле. Важнейшим мероприятием для предотвращения изгибно-элеронного флаттера является весовая компенсация элерона — совмещение центра тяжести элерона с осью его вращения — и перекомпенсация— расположение центра тяжести элерона перед осью вращения. Весовая компенсация (перекомпенсация) осуществляется путем расположения в носке элерона специальных грузов — балансиров. Однако установка грузов увеличивает вес конструкции крыла. Увеличение может быть достигнуто с помощью установки демпферов, которые при отклонениях элеронов создают дополнительные демпфирующие силы. Происходит это следующим образом: при отклонениях элерона связанный с ним поршень перемещается в цилиндре, заполненном вязкой жидкостью (например, смесью спирта и глицерина). Поршень имеет небольшие отверстия, и перетекающая через них при отклонении элерона жидкость создает сопротивление движению элерона. При медленном отклонении элерона сила сопротивления жидкости невелика, при больших же скоростях отклонения сила сопротивления жидкости резко увеличивается, так как эта сила пропорциональна квадрату скорости движения жидкости.

МЕХАНИЗАЦИЯ КРЫЛА

Механизация крыла служит для увеличения его подъемной силы, а в ряде случаев и для увеличения сопротивления. Некоторые типы механизации улучшают поперечную устойчивость и управляемость на больших углах атаки. На возможность получения крыла с повышенной подъемной силой впервые указал академик С. А. Чаплыгин еще в 1910 г. Он предложил сделать в крыле несколько щелей, разрезающих его вдоль по размаху. На больших углах атаки через щели проходят струи воздуха, которые сдувают пограничный слой на верхней поверхности крыла. Первые самолеты с механизированными крыльями были построены в конце 20-х и начале 30-х годов. С 1935—1937 гг. механизированные крылья стали устанавливать почти на всех самолетах. Используется механизация крыла главным образом при посадке и взлете самолета. Уменьшение площади крыла позволяет уменьшить и другие размеры самолета и таким образом снизить общее лобовое сопротивление самолета, что приводит к увеличению максимальной скорости» Кроме того, применение механизации повышает су на углах атаки, меньших критического, соответствующих режимам разбега и взлета. Это позволяет сократить длину разбега при взлете и длину пробега после посадки. Применение механизации при посадке позволяет также вследствие увеличения лобового сопротивления уменьшить пробег самолета после посадки. Свойства некоторых видов механизации крыльев давать одновременно с ростом Су и резкое увеличение сопротивления крыла, т. е. понижение качества самолета, используются для увеличения угла планирования. Кроме того, механизация может «тормозить» самолет в полете для увеличения его маневренности (например, уменьшения радиуса виража истребителей) или ограничения скорости. Механизация должка отвечать также общим требованиям упрощения самолетной конструкции, повышения надежности ее действия и достижения малого веса.
Типы механизации. Классификация
Имеются два основных типа механизации.
1. Механизация, увеличивающая подъемную силу.
2. Механизация, увеличивающая только лобовое сопротивление.
При первом типе механизации увеличение подъемной силы обеспечивается:
а) изменением кривизны профиля;
б) управлением пограничным слоем (УПС);
в) комбинированными средствами: управлением пограничным слоем с одновременным изменением кривизны профиля; изменением кривизны и увеличением площади крыла; изменением кривизны профиля, увеличением площади крыла и УПС.
Изменение кривизны профиля достигается путем отклонения вниз всей хвостовой части крыла или только ее нижней поверхности. В первом случае применяется закрылок, во втором —щиток. Вследствие увеличения кривизны возрастает подъемная сила в сила сопротивления крыла, критический угол атаки несколько уменьшается. На взлете закрылки и щитки отклоняются обычно на 15-20°, при посадке — на 40-50°. Отсасывание пограничного слоя как самостоятельный тип механизации применяется редко ввиду конструктивной сложности. Комбинированные типы механизации представляют собой объединение в одном агрегате упомянутых выше типов. Закрылок обеспечивает изменение кривизны профиля, увеличение площади крыла, а также «щелевой эффект», т. е. смещение точки отрыва пограничного слоя к задней кромке. Выдвижные закрылки в настоящее время получили наибольшее распространение. В целях дальнейшего повышения эффективности выдвижных закрылков стали устанавливать на них дефлекторы (предкрылки). Такой вид механизации получил название двухщелевых выдвижных закрылков. На современных сверхзвуковых самолетах с тонкими профилями крыльев и острой передней кромкой применяют отклоняющийся носок. В неотклоненном положении острый носок приводил бы к срыву потока на больших углах атаки. Дальнейшее повышение эффективности механизации достигается применением закрылков со сдуванием пограничного слоя и реактивных закрылков, находящихся в стадии исследования. В этих случаях используется сжатый воздух от компрессора ТРД (ТВД) или выхлопные газы. Эксперименты показывают, что при сдувании пограничного слоя с отклоненного вниз закрылка можно увеличить крыла в 2,5-3,0 раза. Более резкое увеличения подъемной силы крыла можно достичь с помощью «реактивного закрылка», выпуская мощную струю газов через узкую щель, расположенную вдоль размаха крыла у задней кромки, вниз, под углом к набегающему потоку. Однако для этого требуются большие расходы газа. Эффективность механизации зависит от доли размаха крыла, занимаемого механизацией, места расположения ее и относительной хорды элементов механизации. Механизация, расположенная в задней части крыла, занимает 60—70% размаха крыла и находится между элеронами и фюзеляжем. Относительная хорда такой механизации составляет 20-30% хорды крыла. Предкрылки размещаются чаще всего перед элеронами. В этом случае они называются концевыми и занимают 30-45% размаха. Относительная хорда механизации, расположенной в передней части крыла, составляет 10-15% хорды крыла. Необходимо отметить, что с увеличением стреловидности крыла эффективность механизации падает. Особенно это проявляется у треугольных крыльев, для которых, в целях достижения приемлемой посадочной скорости, принимают малые удельные нагрузки на крыло. Ко второй группе средств механизации, увеличивающих только лобовое сопротивление самолета, относятся тормозные щитки. Назначением таких щитков является быстрое уменьшение скорости самолета при горизонтальном полете и длины пробега после посадки.
Конструкция основных типов механизации
Конструкция большинства типов механизации с точки зрения строительной механики представляет собой опертую в нескольких узлах крепления к крылу тонкостенную балку, нагруженную аэродинамическими силами, вызывающими изгиб, сдвиг и кручение ее. Для воспринятая изгиба и сдвига в конструкции предусматривается один-два лонжерона, на которых устанавливают узлы подвески и управления. Иногда узлы подвески ставят на усиленных носках нервюр. Для воспринятая кручения служит замкнутый контур обшивки, или трубчатый лонжерон, или лонжерон, образующий вместе с обшивкой замкнутый контур. Рассмотрим конструкции некоторых типов механизации.
Отклоняющийся носок. Он состоит из лонжерона , разрезных нервюр, переднего стрингера и заднего стрингера; с наружной стороны щиток зашит обшивкой. Лонжерон является основным продольным элементом, к которому крепятся шарниры для тяг-тандеров отклонения щитка. Щиток подвешивается па крыло при помощи петель, вклепанных в переднюю кромку.
Выдвижной закрылок. При выпуске и уборке закрылок передвигается по направляющим стальным рельсам на прикрепленных к нему каретках. Каждый из направляющих рельсов крепится к заднему лонжерону посредством двух подкосов. Передвижение закрылка по направляющим рельсам производится посредством подъемников-ходовых винтов с помощью специальных гаек, связанных шарнирно с рычагами выдвижного закрылка. При вращении ходовых винтов гайки перемещаются и переводят закрылок в соответствующее положение. Ходовые винты приводятся в действие реверсивным электродвигателем, соединенным с ходовыми винтами трубчатым валом с коническими зубчатыми колесами.
Между дефлектором и закрылком имеется профилированная щель, улучшающая аэродинамику крыла при отклоненном закрылке. Конструкция закрылка подобна конструкции крыла и состоит из двух лонжеролов, штампованных нервюр и дуралюминовой обшивки. При взлете закрылок отклоняется приблизительно на 15—20°, образуя щель с крылом. При посадке закрылок отклоняется на 40—60° и выдвигается назад, что дает возможность наряду с изменением кривизны профиля заметно увеличить несущую площадь крыла. Дефлектор жестко прикрепляется к носовой Стремление использовать заднюю часть крыла для механизации, увеличивающей су, привело к тому, что конструкторы стали устанавливать тормозные щитки в хвостовом отсеке фюзеляжа по обеим его сторонам, а иногда на крыльях перед закрылками.