Основное назначение крыла — создание подъемной силы, потребной для всех нормальных режимов полета самолета, при возможно меньшей затрате тяги двигательной установки. Кроме того, крыло играет важную роль в обеспечении устойчивости и управляемости самолета и может использоваться для размещения и крепления ряда агрегатов (шасси, топливные баки, двигательная установка и др.).
Крыло является важнейшей частью конструкции самолета.
На долю крыла приходится значительная часть массы и полного лобового сопротивления самолета. Обычно для дозвуковых самолетов масса крыла
mкр = (0,07...0,16) m0, m0 = (0,35...0,45)mкон,
где m0 — взлетная масса самолета; mкон — масса конструкции самолета.
На режимах полета, близких к полетам с Кmах, отношение коэффициента лобового сопротивления крыла к коэффициенту лобового сопротивления самолета Cхкр/Сх = 0,3...0,5.
Рассмотрим важнейшие технические требования, предъявляемые к крылу, и пути их реализации.
Аэродинамические требования. Внешние формы и геометрические размеры крыла должны обеспечить получение летных свойств, соответствующих назначению самолета. При этом необходимо учитывать взаимодействие крыла с другими частями самолета.
Рассмотрим основные аэродинамические требования.
-
Малое сопротивление крыла, характеризуемое произведением CхаS на основных режимах полета, достигается подбором профилей крыла с малым Сха; выбором рациональной формы крыла в плане, ограничением площади крыла S и улучшением состояния внешней поверхности крыла (уменьшение шероховатости обшивки, недопущение применения стыков внахлестку, выступания заклепочных головок и других неровностей, повышающих Сха).
-
Высокое значение Mкрит для околозвуковых самолетов и по возможности минимальное изменение Cха и Cуа по М при переходе к сверхзвуковым скоростям полета обеспечивается специальными cкоростными профилями малой относительной толщины, стреловидными крыльями в плане и крыльями малого удлинения.
-
Достаточно большое значение произведения Cyаmax S, характеризующего способность крыла создавать необходимую подъемную силу для полета на малых скоростях и возможность увеличения ее за счет механизации крыла, достигается постановкой профиля с большим значением Cyаmax и подбором размеров и формы крыла, обеспечивающих нужные взлетно-посадочные характеристики.
-
Высокое максимальное качество самолета Кмах = (Cyа/Cха)мах, необходимое для увеличения дальности и потолка полета, достигается использованием профилей с большими значениями Кмах и крыльев больших удлинений; обеспечением хорошего состояния внешней поверхности крыла, а также специальной компоновкой внешних форм самолета.
-
Обеспечение устойчивости и управляемости на всех допустимых для самолета летных режимах.
Эти требования обеспечивают увязку компоновки крыла с аэродинамической компоновкой самолета.
Компоновочные требования определяются возможностью размещения на крыле грузов и агрегатов, а также средств механизации. При этом допустимо лишь незначительное увеличение сопротивления крыла надстройками или ухудшение состояния его поверхности из-за наличия створок. На скоростных самолетах это условие иногда вынуждает отказаться от установки двигателей в крыле, от крепления к крылу опор шасси. Кроме того, при сопряжении крыла с другими частями самолета не должна нарушаться структура их силовых схем.
Требования к прочности и жесткости крыла. Для обеспечения безопасности полета самолета на всех допустимых режимах эксплуатации крыло должно обладать при возможно меньшей массе конструкции достаточными прочностью, живучестью и жесткостью.
Необходимо обеспечить жесткость конструкции крыла, достаточную для того, чтобы критические скорости, при которых возникают недопустимые явления аэроупругости, превышали предусмотренные в эксплуатации скорости полета.
Эксплуатационные требования. При создании крыла необходимо обеспечивать выполнение всех общих требований к эксплуатационной технологичности конструкции.
Технологические требования определяют производственную и ремонтную технологичность конструкции крыла. Крылья - это клепаные тонкостенные конструкции из листов, профилей и монолитных панелей. Поэтому необходимо обеспечить малую трудоемкость и простоту их изготовления и ремонта, точное выполнение внешних очертаний крыла, возможность применения сравнительно недорогих материалов и полуфабрикатов.
Технические требования, предъявляемые к крылу, в значительной степени противоречивы.
Крыло – основная часть самолета, создающая подъемную силу и обеспечивающая поперечную устойчивость. К нему предъявляются много аэродинамических, прочностных, конструктивных, производственных и эксплуатационных требований. Эти требования находятся в противоречии друг с другом, и конструктору приходится принимать компромиссные решения. Например, большое удлинение крыла с точки зрения аэродинамики полезно, а с точки зрения прочности – нежелательно, так как у длинного крыла изгибающие моменты большие.
Рис. 4. Распределение нагрузок в случае А.
Большое сужение ухудшает аэродинамические характеристики крыла, но улучшает его прочностные характеристики. Большая относительная толщина профиля  увеличивает строительную высоту крыла, т.е. облегчает обеспечение его прочности, но одновременно увеличивает его лобовое сопротивление. Стреловидность крыла улучшает его основные аэродинамические характеристики на околозвуковых скоростях, но затрудняет обеспечение его прочности из-за дополнительных крутящих моментов, возникающих у него. В результате стреловидное крыло получается в два раза тяжелее, чем прямое.
На крыло действуют распределенные нагрузки от воздушных сил и веса крыла, а также сосредоточенные силы от веса двигателей, гондол, шасси и других грузов в крыле. На рис. 4 показано распределение нагрузки в расчетном случае Акр (выход из пикирования на Cy max). Воздушная нагрузка и вес крыла показаны эпюрами распределенной погонной нагрузки qаэр и qкр.
Точное распределение воздушной нагрузки можно получить по аэродинамическим характеристикам крыла (в зависимости от , и ). Но более просто с достаточной степенью точности погонную нагрузку qаэр можно считать пропорциональной хорде. Так как расчетная сила на все крыло
 ,
то
 .
Тогда
 ,
аналогично
 .
Суммарная погонная нагрузка на крыло будет равна
 .
Каждая половина крыла рассчитывается как консольная балка (рис. 5). Погонная нагрузка qz вызывает поперечную силу Qz и изгибающий момент Mизг.
 ;
 .
Рис. 5. Эпюры сил и моментов, действующих на крыло в случае А:
а) – эпюра нагрузок на крыло в расчетном случае А; б) – эпюра поперечной (перерезывающей) силы Q; в) – эпюра изгибающего момента Мизг; г) – эпюра погонного крутящего момента mz;
д) – эпюра крутящего момента Мкр.
Кроме того, из-за несовпадения точек приложения qаэр и qкр с центром жесткости профиля крыла получается погонный крутящий момент mz (рис. 6):
 ,
где плечи a и c определяют, зная, что
Рис. 6. Схема сил, действующих в поперечном сечении крыла.
Интегрируя погонный крутящий момент по размаху крыла, получают крутящий момент Mкр:
 .
Анализируя полученные эпюры сил и моментов, действующих на крыло (рис. 5), можно выяснить ряд особенностей его работы:
-
вес крыла и грузы в нем (двигатели, топливо и т.п.) уменьшают в полете изгибающие моменты и перерезывающие (поперечные) силы;
-
двигатели, расположенные в гондолах перед крылом, разгружают крыло от крутящего момента;
-
перерезывающие силы с крыла передаются на фюзеляж и уравновешиваются его весом;
-
изгибающие моменты с одной половины крыла уравновешиваются моментом другой половины крыла;
-
крутящий момент крыла передается на фюзеляж и уравновешивается моментом горизонтального оперения;
-
шасси главных ног, убирающиеся назад, увеличивают Mкр.
Достарыңызбен бөлісу: |
