| |
оперения, а противоположно направленная по отношению к скорости полёта сила Xa
обязана своим происхождением трению воздуха о поверхность С. (сопротивление
трения), разности давлений, действующих на лобовые и кормовые части элементов С.
(сопротивление давления, см. Профильное сопротивление, Донное сопротивление),
и связанному с образованием подъёмной силы скосу потока за крылом (индуктивное
сопротивление); кроме того, при больших скоростях полёта (около- и
сверхзвуковых) добавляется волновое сопротивление, вызываемое образованием
скачков уплотнения (см. Сопротивление аэродинамическое). Аэродинамическая сила
планёра С. и её составляющие пропорциональны скоростному напору q = ?V2/2
({{?}} — плотность воздуха, V — скорость полёта) и некоторой характерной
площади, в качестве которой обычно принимают площадь крыла S: Ya = cyaqS, Xa
= cxaqS, причём коэффициент пропорциональности (коэффициент подъёмной силы cya
и коэффициент лобового сопротивления cxa) зависят в основном от геометрических
форм частей С., ориентации его в потоке (угла атаки), Рейнольдса числа, а на
больших скоростях и от числа M{{?}}. Аэродинамическое совершенство С.
характеризуют отношением подъёмной силы к суммарной силе лобового сопротивления,
называемой аэродинамическим качеством: К = Ya/Xa = cya/cxa
В установившемся (V = const) горизонтальном полёте вес самолёта G
уравновешивается подъёмной силой (Ya = G), а тяга Р силовой установки должна
компенсировать лобовое сопротивление (P = Xa). Из получающегося соотношения G
= KP следует, например, что реализация в конструкции С. более высокого
значения К позволила бы при фиксированном значении G снизить для той же
скорости полёта потребную тягу и, следовательно, расход топлива, а в некоторых
других случаях (например, при том же значении Р) увеличить грузоподъёмность или
запас топлива на С. В ранний период (до начала 20х гг.) С. имели грубые
аэродинамические формы и значения аэродинамического качества у них были в
пределах K = 4—7. На С. 30х гг., имевших прямые крылья и скорость полёта
300—350 км/ч, были получены значения K = 13—15. Это было достигнуто в
основном благодаря применению схемы свободнонесущего моноплана,
усовершенствованных профилей крыла, фюзеляжей обтекаемой формы, закрытых кабин,
жёсткой гладкой обшивки (взамен матерчатой или гофрированной металлической),
уборке шасси, капотированию двигателей и т. д. При последующем создании более
скоростных С. возможности повышения аэродинамического качества стали более
ограниченными. Тем не менее на пассажирских С. 80х гг. с большими дозвуковыми
скоростями полёта и стреловидными крыльями максимальные значения
аэродинамического качества составили K = 15—18. На сверхзвуковых С. для
снижения волнового сопротивления применяют крылья тонкого профиля, с большой
стреловидностью или др. формы в плане с малым удлинением. Однако у С. с такими
крыльями аэродинамическое качество на дозвуковых скоростях полёта меньше, чем у
С. дозвуковых схем.
Конструкция самолёта. Она должна обеспечивать высокие аэродинамические
характеристики, обладать необходимыми прочностью, жёсткостью, живучестью,
выносливостью (сопротивлением усталости), быть технологичной в производстве и
обслуживании, иметь минимальную массу (это один из основных критериев
совершенства С.). В общем случае С. (рис. 1 и 2) состоит из следующих основных
частей: крыла, фюзеляжа, оперения, шасси (все это вместе называют планёром С.),
силовой установки, бортового оборудования; военные С. имеют также вооружение
авиационное.
Крыло является основной несущей поверхностью С., а также обеспечивает его
поперечную устойчивость. На крыле располагаются средства его механизации
(закрылки, предкрылки и др.), органы управления (элероны, элевоны,
интерцепторы), а при некоторых компоновках С. закрепляются также опоры шасси и
устанавливаются двигатели. Крыло состоит из каркаса с продольным (лонжероны,
стрингеры) и поперечным (нервюры) силовым набором и обшивки. Внутренний объём
крыла используется для размещения топлива, различных агрегатов, коммуникаций
и т. д. Важнейшими моментами в развитии С., связанными с конструкцией крыла,
были завершившийся в 30х гг. переход от схемы биплана к свободнонесущему
моноплану и начавшийся в конце 40х—начале 50х гг. переход от прямого крыла к
стреловидному. На тяжёлых С. с большой дальностью полёта, для которых важным
является увеличение аэродинамического качества, схема моноплана позволила
увеличить в этих целях размах крыла, а для более энерговооруженных С.
(истребителей) — использовать уменьшение площади крыла и лобового сопротивления
для повышения скорости полёта. Создание свободнонесущих монопланов стало
возможным благодаря успехам в строительной механике конструкции и профилировке
крыла, а также применению высокопрочных материалов. Применение стреловидного
крыла позволило реализовать потенциальные возможности дальнейшего увеличения
скорости полёта при использовании газотурбинных двигателей. При достижении
некоторой скорости полёта (критического числа М{{?}}) на крыле образуются
местные сверхзвуковые зоны со скачками уплотнения, что приводит к появлению
волнового сопротивления. Для стреловидного крыла вследствие скольжения принципа
возникновение таких неблагоприятных явлений отодвигается в область более
высоких скоростей полёта (критическое число М{{?}} больше, чем у прямого
крыла); а при сверхзвуковом обтекании интенсивность образующихся скачков
уплотнения более слабая. Угол стреловидности {{?}} крыла дозвукового С. обычно
составляет 20—35{{°}}, а у сверхзвукового С. достигает 40—60{{°}}.
В 50—80х гг. создано большое число С. различных типов с турбовинтовыми
двигателями и турбореактивными двигателями, различающихся скоростью и профилем
полёта, манёвренностью и другими свойствами. Соответственно этому на них нашли
применение крылья, разнообразные по форме в плане, удлинению, относительной
толщине, конструктивно-силовой схеме и т. д. Наряду со стреловидным широкое
|
|