Wydział Budowy Maszyn

Katedra Podstaw Budowy Maszyn

Tematy rozprawki naukowej

z mechaniki płynów

Opracował:

Wydział: Budowa Maszyn

Grupa: II

Semestr: IV

Rok akademicki: 1998/99

Skrzydło - podstawowy zespół płatowca, którego zadaniem jest wytwarzanie siły nośnej oraz zapewnienie samolotowi lub szybowcowi odpowiedniej poprzecznej stateczności i sterowno­ści. Skrzydło wykorzystuje się również do umieszczania wyposażenia, uzbrojenia i paliwa oraz zamocowania podwozia i zespołu napędowego. Dwa skrzydła tworzą płat nośny. Zasad­niczy wpływ na charakterystyki aerodynamiczne i masowe zarówno płata, jak też całego statku powietrznego ma kształt skrzydła ( jego obrys ) i takie jego parametry jak: skos krawę­dzi natarcia, wydłużenie, zbieżność, grubość względna profilu i jego kształt, obciążenie po­wierzchni, wzajemne położenie skrzydła i kadłuba, kąt wzniosu oraz przyjęty układ wytrzy­małościowy. Skrzydło może mieć konstrukcje dźwigarową, półskorupową lub skorupową. Konstrukcja skrzydła powinna zapewnić zachowanie właściwego kształtu aerodynamicznego oraz przeniesienie wytworzonych w locie sił aerodynamicznych i masowych ( obciążenie sa­molotu ) na płatowiec. Układ konstrukcyjny skrzydła na znacznej jego rozpiętości jest prak­tyczne taki sam, niezależnie od obrysu, grubości względnej profilu i innych parametrów. Że względu na kształt obrysu skrzydła dzieli się na : proste, skośne i trójkątne, a ze względu na zamocowanie do kadłuba - na zastrzałowe i wolnonośne oraz stałe i o zmiennej geometrii. Cechą charakterystyczną skrzydła współczesnych samolotów naddźwiękowych jest: duża różnorodność stosowanych kształtów ( skrzydła proste, skośne i trójkątne o „ czystym” i zmodyfikowanym obrysie ), mała grubość względna i małe wydłużenie, duży kąt skosu, duża zbieżność oraz duże obciążenie powierzchni. Parametry te pogarszają zdolności nośne skrzy­dła oraz powodują wzrost zarówno prędkości startu, jak też szczególnie lądowanie samolotu, stąd wynika konieczność stosowania skomplikowanej mechanizacji skrzydła. Do zapewnienia niezbędnej sterowności poprzecznej, a w układzie bez usterzenia poziomego „ latające skrzy­dło „i również sterowności podłużnej skrzydła wyposaża się w lotki, przerywacze, sterolotki, klapolotki

Geometria skrzydła - zespół parametrów geometrycznych ( długość zwana rozpiętością, szerokość - cięciwą i grubość - grubością profilu ), których wzajemne stosunki określają kształt skrzydła oraz także jego parametry aerodynamiczne ( skos krawędzi natarcia, wydłu­żenie, zbieżność, grubość względna profilu), a pośrednio również wznios i obciążenie po­wierzchni. Geometria skrzydła wywiera zasadniczy wpływ na charakterystyki aerodyna­miczne, masowe i wytrzymałościowe, zwłaszcza sztywnościowe zarówno płata, jak też sa­molotu w całości, określając jego właściwości użytkowe w czasie eksploatacji. Wpływ geo­metrii skrzydła na charakterystyki samolotu zestawiono w tablicy 1.

( wpływ geometrii skrzydła na charakterystyki samolotu )

Parametr	Zwiększenie wartości parametru powoduje
		zalety	wady
Grubość względna profilu	zmniejszenie masy konstrukcji zwiększenie sztywności konstrukcji zwiększenie objętości wewnętrznej zwiększenie maksymalnego współczynnika siły nośnej Cz max	zwiększenie oporu kształtu, a zwłaszcza oporu falowego zmniejszenie krytycznej liczby Macha Makr
Stosunek grubości skrzydła w osi samolotu do grubości końca skrzydła	zmniejszenie masy zwiększenie objętości części przykadłubowej	zwiększenie tendencji do oderwania strumienia na końcu skrzydła pogorszenie sterowności poprzecznej samolotu zmniejszenie sztywności części końcowej
Wydłużenie λ	zmniejszenie oporu indukowanego zwiększenie długotrwałości i zasięgu lotu przy prędkościach poddźwiękowych	zwiększenie masy zmniejszenie sztywności pogorszenie manewrowości samolotu zmniejszenie długotrwałości i zasięgu lotu przy prędkościach naddźwiękowych
Parametr	Zwiększenie wartości parametru powoduje
		zalety	wady
Zbieżność dodatnia n > 0	dociążenie części przykadłubowej i odciążenie końcowej zmniejszenie masy zwiększenie sztywności i objętości wewnętrz­nej części przykadłubowej bardziej równomierny przebieg kryzysu falo­wego zwiększenie Cz max ( przy η = 1......2,5) zwiększenie krytycznego kąta natarcia	zwiększenie tendencji do oderwania strumienia na końcu skrzydła pogorszenie sterowności poprzecznej zmniejszenie Cz max ( gdy η > 2,5 )
Zbieżność ujemna n < 0	zmniejszenie tendencji do oderwania strumie­nia na końcu skrzydła	dociążenie części końcowej i obciążenie przy­kadłubowej zwiększenie masy zmniejszenie objętości części przykadłubowej
Skos dodatni Χ > 0	zwiększenie Makr zmniejszenie oporu falowego złagodzenie przyrostu oporu przy Ma < Makr wzrost stateczności poprzecznej zmniejszenie wpływu odkształceń skrętnych na rozkład obciążenia ( obciążenia części końco­wej ) zwiększenie prędkości dywergencji	dociążenie części końcowej i odciążenie przy­kadłubowej zwiększenie masy zmniejszenie sztywności ( sprężystość skrzydła skośnego powoduje zmniejszenie stateczności podłużnej samolotu) zwiększenie tendencji do oderwania się stru­mienia na końcu skrzydła zmniejszenie Cz max i maksymalnej doskonało­ści samolotu zmniejszenie prędkości rewersu lotek
Skos ujemny X < 0	dociążenie części przykadłubowej i obciążenie końcowej zmniejszenie tendencji do oderwania strumie­nia na końcu skrzydła	zwiększenie wpływu odkształceń skrętnych na rozkład obciążenia ( dociążenia części końco­wej ) zmniejszenie prędkości dywergencji
Wznios dodatni ψ > 0	zwiększenie stateczności poprzecznej	pogorszenia sterowności poprzecznej
Obciążenie powierzchni	zwiększenie prędkości maksymalnej zmniejszenie obciążeń w locie w burzliwej atmosferze zmniejszenie masy	zwiększenie masy 1 m^2 konstrukcji skrzydła zwiększenie prędkości startu i lądowania zmniejszenie pułapu zmniejszenie manewrowości samolotu

Do znaczących właściwości wpływających na zachowanie się skrzydła w locie mają wpływ następujące warunki:

• 
  powierzchnia nośna: powszechnie stosowane określenie pola powierzchni ograniczonej obrysem skrzydeł, w tym ich części zajętych przez kadłub. Wartość powierzchni nośnej oznaczona zwykle literą S i wyrażana w m², stanowi jedną z zasadniczych wielkości nie­zbędnych do wykonania obliczeń osiągów samolotu, obciążeń działających na płatowiec. Powierzchnia nośna oznacza także odpowiednio usztywnione konstrukcyjnie wszystkie zespoły płatowca ( oprócz skrzydeł i lotek są to destabilizatory oraz usterzenie poziome i pionowe, w tym stateczniki i stery ) przeznaczone do wytwarzania siły nośnej. Charakte­rystycznymi cechami tak rozumianej powierzchni nośnej jest jej kształt w widoku z góry - obrys ( rys 1), oraz kształt przekroju poprzecznego - profil, które maja zasadniczy wpływ na zdolność wytwarzania siły nośnej, tzn. właściwości nośne, stateczność i sterowność samolotu.

• powierzchnia sterowa: ruchoma powierzchnia nośna przeznaczona do wytwarzania sił aerodynamicznych wykorzystywanych w sterowaniu statkiem powietrznym zgodnie z wola pilota lub założonym programem lotu, a w układach sterowania czynnego lub z au­tomatami ustateczniającymi - również do tłumienia wahań samolotu niezależnie od pilota. Zależnie od przeznaczenia powierzchnia sterowa może być lotką, sterolotką lub klapo­lotką, system kierunku lub wysokości i jest wówczas ruchomą częścią odpowiednio skrzydła lub usterzenia bądź też płytowym usterzeniem poziomym i pionowym lub desta­bilizatorem. Powierzchnie sterowe wchodzą w obrys profilu skrzydła lub statecznika, co wymaga konstrukcji umożliwiającej ich wychylenie.

• kąt wzniosu skrzydła: kąt zawarty pomiędzy linią 0,25 cięciw profilów i płaszczyzną prostopadłą do płaszczyzny symetrii skrzydeł. Za dodatni przyjmuje się taki kąt wzniosu skrzydła ψprzy którym końce skrzydeł są wzniesione do góry.

• kąt skosu skrzydła: kąt zawarty między linią łączącą punkty leżące na 0,25 cięciw pro­filów skrzydła ( licząc od krawędzi natarcia ), a płaszczyzną prostopadłą do osi podłużnej samolotu ( rys. 2 ). W niektórych przypadkach oprócz kąta skosu skrzydła χ0,25, określa się też kąt skosu krawędzi natarcia χ0 i kąt skosu krawędzi spływu χ1. Kąt skosu skrzydła może być dodatni lub ujemny. Za dodatni przyjmuje się taki kąt skosu skrzydła przy któ­rym linia leżąca na 0,25 cięciw jest odchylona do tyłu.

• 
  Profil Lotniczy, Profil Aerodynamiczny: obrys poprzecznego przekroju skrzydła, który zapewnia powstanie na skrzydle dużej siły nośnej przy małym oporze ( siła aerodyna­miczna ). Właściwy kształt profilu lotniczego otrzymuje się metodą obliczeń teoretycz­nych ( profile teoretyczne ) lub badań doświadczalnych ( profile doświadczalne ). Podsta­wowymi parametrami geometrycznymi profili lotniczych określającymi jego właściwości aerodynamiczne, są: grubość g, krzywizna f, położenie maksymalnej grubości x_g i krzy­wizny x_f, kształt noska i linii środkowej, kąt ( lub promień krzywizny ) krawędzi spływu. Rozróżnia się profil aerodynamiczne zwykłe ( normalne ), w których xg < 25% cięciwy, oraz laminarne, w których xg = 45...60% cięciwy, ponadto poddźwiękowe profile lotnicze o zaokrąglonym nosku

---