Крыло летательного аппарата

КРЫЛО летательного аппарата, несущая поверхность, создающая аэродинамическую подъёмную силу, необходимую для обеспечения полёта и манёвров ЛА на всех расчётных режимах. Крыло обеспечивает поперечную устойчивость и управляемость ЛА (например, самолёта); оно может использоваться для крепления шасси, двигателей. Во внутреннем пространстве крыла обычно размещаются топливо, различные коммуникации, приводы, электронное и другое оборудование, ниши для уборки стоек шасси, которые закрываются специальными створками, и др.

Конструктивно (рис. 1) крыло представляет собой тонкостенную оболочку, состоящую из обшивки, подкреплённой каркасом из лонжеронов, стенок, стрингеров (продольный силовой набор) и нервюр (поперечный набор), для придания необходимой прочности и жёсткости крыла. На крыло устанавливаются средства механизации: закрылки и предкрылки (отклоняемые элементы крыла, расположенные соответственно вдоль его задней и передней кромок) для улучшения взлётно-посадочных характеристик и манёвренности ЛА; элероны (подвижные части крыла, располагаемые в его задней концевой части) и интерцепторы (органы управления ЛА, выполненные в виде пластины, в рабочем положении выступающей над верхней поверхностью крыла под углом к набегающему потоку) для управления ЛА по крену относительно продольной оси ЛА; пилоны для крепления двигателей. Основные требования к крылу: наименьшая масса при достаточной прочности, жёсткости и долговечности; максимальное значение аэродинамического качества (отношение подъёмной силы к силе аэродинамического сопротивления); малые изменения характеристик устойчивости и управляемости ЛА при полёте на разных режимах; минимальное поступление тепла, влияющее на прочностные характеристики материалов конструкции, и др.

Внешние формы и геометрические параметры крыла характеризуются его формой в плане и профилем поперечного сечения. Геометрические параметры крыла в плане: центральная, или корневая, хорда b₀ (соответственно сечение крыла в плоскости симметрии называется корневым), концевая хорда b_к (на концах крыла), угол стреловидности χ (угол между перпендикуляром к плоскости симметрии крыла и линией передней кромки крыла или линией одной четверти хорд, χ_1/4), площадь S, размах l (расстояние от одного концевого профиля до другого). Форма крыла в плане определяется удлинением λ = l²/S и сужением η = b₀/b_к.

Угловое отклонение плоскости хорд крыла от его горизонтальной базовой плоскости называется поперечным V крыла (рис. 2), характеризуется углом ψ. Поперечное V крыла определяет степень поперечной устойчивости ЛА: при ψ > 0 - повышенная устойчивость (нужна для неманёвренных и маломанёвренных ЛА), при ψ < 0 - пониженная устойчивость (для высокоманёвренных ЛА). Форма и размеры крыла определяются назначением ЛА и предъявленными к нему требованиями. Форма профилей крыла бывает: плоско-выпуклая - применяется на планёрах, малоскоростных самолётах; двояковыпуклая несимметричная - на современных самолётах различного назначения; симметричная - на сверхзвуковых самолётах и оперении ЛА; Б-образная (безмоментная) – на самолётах типа «бесхвостка»; ромбовидная и клиновидная – на самолётах с большими сверхзвуковыми и гиперзвуковыми скоростями; суперкритическая – на магистральных пассажирских самолётах для достижения высоких дозвуковых скоростей полёта (900-950 км/ч). Различают крыло прямое, трапециевидное, треугольное, прямой и обратной стреловидности, а также изменяемой в полёте геометрии (стреловидности) (рис. 3). Перечисленные внешние формы и геометрические параметры крыла вместе с относительной толщиной профиля (отношение максимальной толщины профиля к хорде), формой профиля и значением поперечного V определяют аэродинамические характеристики крыла и ЛА в целом и существенно влияют на их лётно-тактические, весовые и жёсткостные характеристики.

В полёте на крыло действуют распределённые аэродинамические силы, приложенные непосредственно к обшивке, массовые силы конструкции, распределённые по всему объёму крыла, и сосредоточенные массовые силы от агрегатов и грузов, приложенные в узлах их крепления к крылу. Под действием этих нагрузок крыло в полёте изгибается и закручивается. В сечениях крыла возникают поперечная сила, изгибающий и крутящий моменты, которые вызывают деформации в силовых элементах конструкции крыла.

Конструкция крыла должна обеспечивать статическую прочность, сопротивление усталости, отсутствие дивергенции (это особенно относится к крылу с обратной стреловидностью), реверса органов управления и флаттера. Прочность крыла определяется в основном прочностью его силовых элементов. Конструктивно различают лонжеронные и кессонные крылья. В лонжеронном крыле преобладающая часть изгибающего момента передаётся лонжеронами, в кессонном крыле – панелями. Кессонные крылья наиболее полно отвечают современным требованиям. Они более жёсткие, в них эффективнее используется материал конструкции (он более равномерно распределяется по всему сечению). ЛА с кессонными крыльями при получении боевых повреждений более живучи. Также кессонные крылья больших пассажирских и грузовых самолётов, как правило, значительно легче лонжеронных крыльев.

В крыльях применяются почти все конструкционные авиационные материалы, в том числе композиционные материалы, использование которых уменьшает массу конструкции и увеличивает её жёсткость.

Лит.: Конструкция летательных аппаратов: В 2 ч. / Под редакцией К. Д. Туркина. М., 1985; Егер С. М., Матвеенко А. М., Шаталов И. А. Основы авиационной техники. М., 1999; Конструкция самолетов / Под редакцией О. А. Гребенькова. Казань, 1999; Житомирский Г. И. Конструкция самолетов. 3-е изд. М., 2005; Проектирование самолетов / Под редакцией С. М. Егера. М., 2005.