CC BY
106ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ КРЫЛА ОБРАТНОЙ
СТРЕЛОВИДНОСТИ
1 2 Макеев Д.А. , Келарев В.И.
1Макеев Дмитрий Александрович - бакалавр,
кафедра технической эксплуатации летательных аппаратов и наземного оборудования; 2Келарев Валерий Иванович - старший преподаватель, Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону
Аннотация: в статье рассматриваются преимущества и недостатки крыла имеющего обратную стреловидность. Стреловидность крыла — угол отклонения крыла от нормали к оси симметрии самолёта, в проекции на базовую плоскость самолета. При этом положительным считается направление к хвосту. Ключевые слова: авиастроение, самолет, крыло, стреловидность крыла, волновой кризис, волновое сопротивление.
Достижение высоких скоростей полета опирается на два фактора: низкое лобовое сопротивление и высокая тяга двигателя. Авиация быстро развивалась и скоростные возможности летательных аппаратов стремительно росли и приближалось достижение скорости звука. Внешний вид воздушных судов быстро менялся и большие изменение претерпела конструкция крыла. Одной из наиболее экзотических конструкций является крыло обратной стреловидности (КОС). В мире существуют считанные единицы самолетов с такой конструкцией крыла, и практически все они экспериментальные либо малосерийные.
Определение "обратная стреловидность получилось в результате перевода КОС в область практики, где такое крыло состоит из двух консолей, расположенных на фюзеляже, законцовки которых направлены вперед по ходу движения летательного аппарата. Данная конструкция крыла, ввиду своей нетрадиционной аэродинамической компановки, стало источником новых свойств, отличных от того же крыла классической стеловидности.
Основным преимуществом, которым обладает данное крыло, является то, что оно лишено такого вредного явления, как концевой срыв потока. Перетекание воздуха вдоль размаха крыла происходит в обратную сторону, то есть к корневой части крыла. Это позволяет получать большую подъемную силу при малых скоростях.
Получается, что исчезает условие роста толщины пограничного слоя на законцовках крыла, и аэродинамическая нагрузка на них по сравнению с остальной площадью крыла не повышается, то есть углы атаки не завышены. Следовательно готовых условий для концевого срыва потока нет.
Однако, срывные зоны из-за набухания пограничного слоя все таки образуются, но их перемещение в сторону законцовок происходит медленно и только при увеличении угла атаки. В итоге получается, что основная часть крыла вместе с элеронами остается неподверженной срыву, поэтому управляемость по крену такой конструкции значительно выше по сравнению с классическим стреловидным крылом.
Рис. 1. Обтекание воздухом крыла прямой и обратной стреловидности
При этом, образование срывных зон в корневой части крыла образует сдвиг точки приложения общей подъемной силы, что снижает продольную устойчивость и негативно влияет на балансировку. Выходом из данной проблемы является использование переднего горизонтального оперения, а так же установка треугольного наплыва в корневой части крыла.
Также, из-за того, что происходит смена направления перетекания воздуха, снижается интенсивность возникновения концевого вихря на законцовках крыла, что уменьшает индуктивное сопротивление и повышает общее аэродинамическое качество крыла.
Этими факторами обуславливается высокая управляемость летательных аппаратов с данной конструкцией на предельно малых дозвуковых скоростях, по сравнению с крылом прямой стреловидности. Улучшаются взлетно-посадочные характеристики (уменьшается необходимая взлетная скорость и длинна разбега), уменьшается скорость введения летательного аппарата в штопор. Высокое аэродинамическое качество позволяет уменьшить размах и площадь крыла. С технической точки зрения, данное крыло позволяет перенести корневую часть в заднюю секцию фюзеляжа, что освобождает центральную часть корпуса от балок крепления крыла и позволяет разместить там больший объем баков или необходимой аппаратуры.
Однако, такая конструкция крыла имеет существенные недостатки. Дело в том что при движении летательного аппарата со скоростью более 450 км/ч его сопротивление увеличивается за счет того, что к обычному лобовому сопротивлению воздуха добавляется волновое сопротивление. Данный эффект появляется при течении газа со сверхзвуковой скоростью. Дело в том, что на отельных участках планера при полете на дозвуковых скоростях, могут возникать зоны, в которых потоки воздуха движутся со сверхзвуковой скоростью.
Волновое сопротивление резко увеличивается при приближении самолета к скорости звука, превышая в несколько раз обычное лобовое сопротивление, возникающее из за трения и образования турбулентностей. Максимального значения этот эффект достигает при небольших сверхзвуковых скоростях в районе 1-1,4 скорости Маха, что называется эффектом волнового кризиса. Для решения данной проблемы на самолетах используется крыло прямой стреловидности, предназначением которого является уменьшение волнового сопротивления.
Также оно подвержено явлению аэродинамической дивергенции, которое при определенных сочетаниях скорости и угла атаки способно спровоцировать прогрессирующую деформацию конструкцию крыла вплоть до его разрушения. Во время маневрирования на его концевых сечениях может возникать большая аэродинамическая нагрузка, которая может изогнуть конструкцию крыла вверх. На крыльях имеющих прямую стреловидность такой изгиб уменьшая установочный угол консоли крыла на фюзеляже, то есть уменьшается его угол атаки. Следовательно, подъемная сила падает и деформация уменьшается, однако, если стреловидность обратная, то данный процесс происходит в обратном направлении.
Рис. 2. Эффект дивергенции
Данный процесс может появится как в результате активного управления самолетом со стороны пилота, так и без его участия. Получается, преимущества данной конструкции крыла жестко ограничиваются границами возникновения дивергенции. Раздвинуть данные границы можно путем увеличения жесткости крыла (применение новых конструкционных материалов на основе полимерных композитов) или же установкой автоматизированных систем, не позволяющих выходить летательному аппарату на опасные режимы полета.
Список литературы
1. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://avia-simply.ru/o-strelovidnosti-krila/ (дата обращения: 01.12.2020).
