Аэродинамические характеристики самолета с механизацией крыла

Лекция 26

Тема 10. Аэродинамические характеристики самолета   с    механизацией крыла

10.1. Аэродинамические характеристики самолета со взлетно-посадочной механизацией крыла

10.1.1. Назначение, типы и принцип работы механизации крыла

Для уменьшения взлетно-посадочных скоростей и дистанции необходимо увеличивать на взлете и посадке несущие свойства ЛА. Это достигается применением различной механизации крыла. Различают механизацию задней и передней кромок крыла.

           Механизация задней кромки:

1 – закрылки (простые, щелевые, многощелевые, выдвижные, струйно-эжекторные , реактивные)

2 - щитки ( простые , выдвижные )

Рекомендуемые материалы

          Механизация передней кромки:

1 - предкрылки,

2 – носовые щетки ,

3 – отклоняемые носки ,

4 – выдув струй вдоль передней кромки.

10.1.2. Аэродинамические характеристики самолета с отклоненной механизацией

Рассмотрим принцип действия различных видов механизации.

           Простой закрылок представляет собой отклоняющуюся кормовую часть крыла. При его отклонении увеличивается кривизна крыла, что приводит к росту коэффициента давления, следовательно , и коэффициента C_ya суммарной подъемной силы.

            При больших углах отклонения закрылка  на крыле начинается срыв потока и дальнейшего роста C_ya не происходит. Чтобы затянуть срыв на большие углы d_з применяют щелевые закрылки. Проходя через профилированную щель между крылом и закрылком поток разгоняется вблизи поверхности закрылка , повышая устойчивость пограничного слоя к отрыву.

Рис.10.1

               В случае выдвижного закрылка уменьшается удлинение крыла, уменьшается градиент давления и увеличивается местные числа Re (за счет увеличения хорды), увеличивается и площадь крыла. Все это ведет к увеличению DC_yaз и a_кр.

            Замечание: важным достоинством выдвижного закрылка является то , что при небольших d_з значительное увеличение C_ya    сопровождается малым ростом C_xa.

            Под реактивным закрылком понимается выдув сжатого воздуха(газа) из задней кромки крыла под углом q к набегающему потоку.

Рис.10.2

  Играя роль “жидкого” закрылка, струя тормозит поток под крылом. В результате эжектирующего действия струи поток над крылом разгоняется. Перепад давления  Dp возрастает.  Кроме того,  подъемная сила возрастает за счет вертикальной составляющей силы реакции струи R.

            Прирост несущих свойств крыла со струйным закрылком обеспечивается не только увеличением угла выдува струи q, но и увеличением коэффициента импульса струи с_m,  который определяется выражением

                         

где r_c и V_c –плотность и скорость истечения газа на выходе из щели выдува,

               h_щ-ширина щели,

               l_щ-длина щели по размаху крыла.

Рис.10.3

             В струйно – эжекторном закрылке сжатый газ подается из задней кромки неподвижной части крыла в полость , образованную верхней поверхностью закрылка и сегмента.

Рис.10.4

В таком закрылке помимо простого и струйного закрылков проявляется дополнительная эжекция воздуха с верхней поверхности крыла.

                Щитком называется отклоняющаяся нижняя часть крыла. Приего отклонении происходит торможение потока под крылом и коэффициент давления возрастает.В случае выдвижного щитка несущие свойства возрастают дополнительно за счет роста площади крыла. При отклонении щитка уменьшается критический угол атаки a_кр.

Рис.10.5

Механизация передней кромки предназначена в основном для предатвращения отрыва потока и улутшения аэродинамических характеристик на больших углах атаки.

                Предкрылки представляют собой небольшие крылья, установленные вдоль передней кромки основного крыла.При выдвижении предкрылка между ним и крылом образуется профилированная щель , в которой воздух рразгоняется и выходит на верхнюю поверхность крыла , увеличивая скорость частиц в пограничном слое, чем и повышает устойчивость к отрыву. В результате этого увеличивается a_кр и C_{ya макс}

Рис.10.6

              Носовой щиток изменяет кривизну крыла , обеспечивая более плавное обтекание передней кромки крыла , что затягивает срыв потока на большие углы атаки.

 Отклоняемый носок действует аналогично носовому щитку.

Рис.10.7

             

Рис.10.8

          Выдув струй вдоль передней кромки приводит к возникновению на ней вихревых жгутов или увеличению их интенсивности ( если на передней кромке есть отрыв ), что повышает несущие свойства крыла за счет дополнительного разряжения на верхней поверхности крыла

Рис.10.9

              Кроме того разрушение этих жгутов затягивается на большие углы атаки, т.е. увеличивает

              Отклонение механизации всегда приводит к увеличению лобового сопротивления. Использование струйной и струйно – эжекторной механизации приводит к относительно меньшему увеличению сопротивления по сравнению с другими видами механизации, так как в этих случаях сила реакции струи уменьшает сопротивление.

              Влияние отклонения механизации на аэродинамическое качество неоднозначно. При малых углах отклонения механизации , которые используют  на взлете, аэродинамическое качество обычно несколько повышается , а при больших углах отклонения механизации за счет значительного роста сопротивления аэродинамическое качество падает  Это падение при использовании щелевых закрылков меньше, чем при отклонении простых закрылков , а в случае струйных и струйно –эжекторных еще меньше.

              Помимо несущих свойств и сопротивления механизация крыла влияет и на моментные характеристики ЛА.

              При отклонении механизации задней кромки основной прирост аэродинамической нагрузки наблюдается в районе расположения механизации , в результате центр давления смещается назад , что приводит к появлению дополнительного пикирующего момента.

              С другой стороны , из-за расположения механизации у корневых сечений при ее отклонении в этих сечениях увеличивается скос потока , подъемная сила горизонтального оперения увеличивается и появляется момент на кабрирование. В зависимости от особенностей аэродинамической компоновки ЛА суммарный момент от механизации может иметь различный знак.

              Затягивание концевого срыва на стреловидном крыле за счет отклонения механизации передней кромки улучшает моментные характеристики крыла.

Рис. 10.10

              Отклонение  механизации крыла изменяет его кривизну , поэтому практически не влияет на производную с^a_ya на линейном участке зависимости с_y=f(a). Но при этом изменяется a₀.

              Замечание: механизация передней кромки практически не влияет на величину a₀ , но не увеличивает a_кр.

10.1.3. Влияние формы крыла, боевых и эксплуатационных повреждений на эффективность механизации

              Приращение коэффициента с_ya за счет отклонения закрылков ( или других видов механизации) можно определить из зависимости

,

где a_оз – изменение a₀ за счет отклонения механизации.

              Форма крыла в плане влияет на с_ya^a ,  а a_оз определяется типом и углом отклонения механизации и расположением ее на крыле.

              Уменьшение удлинения и увеличение стреловидности крыла приводит к уменьшению с_ya^a и , следовательно , к уменьшению Dс_yaз

Рис.10.11

              Стреловидность задней кромки влияет на эффективность механизации аналогично стреловидности передней кромки . В связи с этим иногда у стреловидных крыльев в районе размещения закрылков спрямляют заднюю кромку.

              Кроме того , для уменьшения вредного влияния малого удлинения и большой стреловидности увеличивают сужение крыла .При этом увеличивается относительная площадь крыла, обслуживаемая механизацией. Закрылки обычно размещают в районе корневых сечений крыла. Хорды закрылков составляют до 35% хорд крыла.

Рис.10.12

              В случае струйной механизации ее целесообразно размещать в районе более несущих сечений ( у прямых крыльев – в корневых , у стреловидных – в концевых).

              Замечание: при размещении струйных закрылков на конце стреловидного крыла выдув струи может одновременно выполнять роль закрылков и элеронов.

10.2. Энергетические способы повышения эффективности механизации

              Помимо рассмотренных способов повышения эффективности механизации путем выбора соответствующей формы крыла в плане имеется ряд других способов.

              Одним из них является управление пограничным слоем. Принцип управления пограничным слоем сводится к принудительному увеличению скорости частиц воздуха в пограничном слое путем его сдува или отсоса , что повышает устойчивость пограничного слоя к отрыву.

Рис.10.13

              В случае сдува пограничного слоя (СПС ) струя воздуха (газа) выдувается через узкую щель на верхнюю поверхность закрылка. Коэффициент с_ya при сдуве пограничного слоя возрастает по следующим причинам:

- сдув затягивает отрыв потока на большие углы отклонения закрылка,

- струя эжектирует воздух с верхней поверхности крыла, увеличивая на ней разряжение,

- при сходе с закрылка струя играет роль “жидкого” закрылка, который дополнительно тормозит поток на нижней поверхности,

- газовая струя создает реактивную силу R , вертикальная составляющая которой увеличивает подъемную силу.

              Таким образом при наличии СПС

,

где с_ya0 – коэффициент подъемной силы крыла с отклоненным закрылком без СПС,

        с_yaг – приращение С_ya за счет ликвидации срыва и изменения давления ,

        с_yaR – коэффициент реактивной подъемной силы.

Рис.10.14

             С учетом того, что реактивная сила определяется выражением

                                                                   R= mV_c=C_mqS ,

к ее вертикальная составляющая

                                                               Y_aR= Rsin(a+d_з) ,

коэффициент реактивной подъемной силы будет равен

                                                                С_yaR=C_msin(a+d_з) ,

где с_m –коэффициент импульса струи ,

Рекомендуем посмотреть лекцию "Географические и геоэкологические подходы к оценке туризма".

      d_з – угол отклонения закрылка.

Коэффициент с_yar также зависит от C_m.

              Замечание: при отсосе  пограничного слоя скорости частиц у поверхности возрастает , чем повышается a_кр и c_{ya макс}

              Другим способом повышения эффективности механизации является обдув части поверхности крыла и отклоненной механизации струей воздуха от винта турбовинтового двигателя или газом из реактивного сопла. При этом  увеличиваются скорости частиц на верхней поверхности крыла , возрастает разряжение , срыв потока затягивается на большие углы отклонения механизации.

              Следующий способ – выдув струи воздуха вдоль передней кромки закрылка. Это приводит к тому , что срэв потока с закрылка затягивается до больших углов его отклонения.

              Установка в районе расположения закрылков на стреловидных крыльях аэродинамических гребней также повышает эффективность механизации за счет повышения ее несущих свойств по причине спрямления струек в районе закрылок.