Тема 1.3. Аэродинамические силы Основные части самолета

Основными частями самолета являются: крыло, фюзеляж, оперение, шасси, силовая установка и система управления (Рисунок3.1 ).

Крыло 2 является несущей поверхностью самолета, создает подъемную силу и обеспечивает поперечную устойчивость самолета.

Фюзеляж 1 самолета служит для крепления крыла и оперения, а также для размещения экипажа, оборудования и различных грузов.

Горизонтальное оперение состоит из подвижной части – стабилизатора 9 и подвижной части – руля высоты 8.

Стабилизатор обеспечивает продольную устойчивость самолета.

Руль высоты является органом продольной управляемости самолета и служит для нарушения или восстановления продольного равновесия самолета.

Вертикальное оперение состоит из неподвижной части – киля 7 и подвижной – руля направления 6.

Киль обеспечивает путевую устойчивость самолета.

Руль направления является органом путевой управляемости и служит для нарушения или восстановления путевого равновесия самолета.

Элероны 3 являются органом поперечной управляемости и предназначены для нарушения или восстановления поперечного равновесия самолета.

Шасси 4 – система опор самолета, необходимая для стоянки, движения по земле, взлета и посадки. Для уменьшения сопротивления на современных скоростных самолетах шасси в полете убирается.

Силовая установка 5 служит для создания силы тяги, необходимой для перемещения самолета. В настоящее время получили широкое применение три типа силовых установок: винтомоторные, реактивные и турбовинтовые.

Геометрические характеристики крыла

Они определяются формой профиля, формой в плане и видом крыла спереди.

Профилем крыла называется форма (контур) сечения крыла, получаемая от пересечения крыла плоскостью, параллельной плоскости симметрии самолета. На Рисунок3.2 показаны формы профилей крыла.

Рисунок 3.2 Формы профилей крыла

1 - симметричный; 2 - не симметричный; 3 - плосковыпуклый; 4 - двояковыпуклый; 5 - S-образный;6 -ламиниризированный; 7 - чечевицеобразный; 8 - ромбовидный; 9 - видный

Крылья первых самолетов представляли собой тонкие изогнутые пластины.

В 1910 – 1912 гг. Н.Е. Жуковским был теоретически разработан вогнутый профиль крыла 4, обладающий большой несущей способностью.

В дальнейшем перешли к плосковыпуклым и двояковыпуклым профилям 2,3.

S-образные профили 5 обладают лучшими характеристиками устойчивости. Ламинаризированные профили 6 обладают пониженным сопротивлением при полетах на максимальной скорости.

Для сверхзвуковых самолетов были разработаны чечевицеобразные профили крыла 7, образованные пересечением дуг окружностей.

Для гиперзвуковых полетов применяются ромбовидные и клиновидные профили 8,9 , предложенные К.Э. Циолковским .

Основными характеристиками профиля крыла являются (Рисунок3.3):

- хорда;

- относительная толщина;

- относительная кривизна;

- координата максимальной толщины.

Рисунок 3.3 Геометрические характеристики профиля

Хордой b называется отрезок, соединяющий точку ребра атаки и точку ребра обтекания концевые точки профиля.

Относительная толщина – это отношение максимальной толщины профиля к его хорде, измеряемое в процентах от длины хорды:

.

Здесь: c_max- максимальная толщина. Это расстояние между верхним и нижним скатами профиля

Относительная толщина профилей крыльев современных дозвуковых самолетов лежит в пределах 10 – 15%, а сверхзвуковых – в пределах 2,5 – 5%. Чем тоньше профиль, тем меньше сопротивление крыла. Но при таком профиле несущие свойства и прочностные характеристики крыла ухудшаются.

Координата максимальной толщины профиля . Измеряется в процентах от хорды, считая от носка хорды:

,

Для дозвуковых профилей равна25 – 30%, для сверхзвуковых равна50%. Эта координата показывает, где расположена точка перехода ламинарного течения пограничного слоя в турбулентный.

Относительная кривизна (вогнутость) профиля – это отношение стрелки прогиба средней линии профиля к его хорде, измеряемое в процентах:

.

Здесь: f_max –максимальная кривизна (стрелка прогиба).

Стрелкой прогиба называется максимальное отклонение средней линии профиля от его хорды.

Средняя линия профиля – это линия, проходящая через середины отрезков, соединяющих точки с одинаковой координатой на верхнем и нижнем обводах профиля.

Относительная кривизна профилей крыльев современных самолетов колеблется в пределах от 0% до 2%.

Относительная толщина и относительная кривизна профилей крыла являются важными характеристиками, влияющими на подъемную силу крыла

Исходя из требований аэродинамики и из конструктивных соображений крыло набирают из профилей с разной относительной толщиной. В корневых сечениях крыла из соображений прочности ставят более толстые профили, а на концах крыла – более тонкие.

Для получения нужных характеристик устойчивости кривизну профилей увеличивают от корня к концам крыла. Такие крылья называются аэродинамически закрученными.

Хорды профилей, составляющих крыло, могут иметь разные углы по отношению к оси фюзеляжа, которые у корня крыла больше, а на конце – меньше. Такие крылья называются геометрически закрученными. Угол, образованный так называемой средней аэродинамической хордой крыла (САХ) с осью фюзеляжа, называется углом установки крыла (Рисунок3.3-1).

Рисунок3.3-1 Угол установки крыла

Величина угла установки выбирается из условий наименьшего лобового сопротивления самолета при полете с максимальной скоростью и составляет примерно 0 – 3°.