Крыло с изменяемой стреловидностью Выполнил: Студент гр. АСВд-32 Чайников К.К Руководитель работы: Ст. преподаватель Снежин А.А.

ВВЕДЕНИЕ Начало ХХ века, молодая авиация развивается бурными темпами. При этом подавляющее большинство самолетов конструируются как бипланы, трипланы, или даже полипланы (см. рис. 1). Отчего конструкторы сразу же не перешли к доминирующей сейчас монопланной схеме ЛА? Как мы знаем, аэродинамическое качество напрямую зависит от значения подъемной силы (1). Чтобы повысить значение подъемной силы (а заодно и аэродинамического качества) необходимо либо увеличить значение коэффициента подъемной силы, либо скорости летательного аппарата, либо площади крыла. Итак: для увеличения скорости, требуется более мощный двигатель, имеющий высокую тяговооруженность, для повышения значения СY- определенный профиль крыла. Как было отмечено выше- авиация в то время лишь начала свое развитие- двигатели были еще маломощные, самолеты строились не на заводах, а в мастерских (зачастую в личных, и строили их отдельные энтузиасты-самоучки). Поэтому, наиболее простым способом заставить самолет того времени хотя бы оторваться от земли, было увеличение площади аэродинамической поверхности, проще говоря- поставить еще одно, или даже несколько крыльев одно над другим- получалась «этажерка». Однако шло время, развивалась промышленность, появлялись новые образцы двигателей и конструкционных материалов, созданных специально для создания летательных аппаратов. Алюминий постепенно начал вытеснять фанеру и перкаль. Росли скорости. (1)

Рис. 1. Триплан Fokker Dr.I

А высоких скоростей биплан обеспечить не мог- велико было аэродинамическое сопротивление. Поэтому уже в первой четверти ХХ века самолеты уже стали представлять собой монопланы. Правда у бипланов перед монопланом было преимущество- меньший разбег при взлете и пробег на посадке, следовательно, и длина ВПП для него требовалась короче, да и маневренность у биплана была лучше. Особенно остро встала эта проблема в истребительной авиации- истребитель должен сочетать в себе высокую скорость, маневренность, при этом иметь малую потребную длину ВПП- совместить в себе лучшие качества биплана и моноплана. Как же объединить в одном самолете такие, казалось бы противоречивые требования? В 30-х годах инженером Владимиром Васильевичем Шевченко был создан истребитель ИС-1 (истребитель складной, первый), см. рис. 2. Особенностью этой машины было то, что этот биплан после отрыва от земли мог убрать не только шасси, но и нижнее крыло, сложив его по шарнирам. При этом колеса убирались в боковые ниши фюзеляжа, сюда же специальным подъемным механизмом убиралась и корневая часть крыла, а концевая - вписывалась в выемку нижней части верхней плоскости. Полученный таким образом моноплан сразу же менял все свои характеристики: значительно уменьшалось лобовое сопротивление, увеличивалась скорость полета. Позднее по этой схеме были созданы самолеты ИС-2 и ИС-7. Однако запустить машину в серийное производство помешала война. Кроме того, проблему совмещения высоких взлетно-посадочных характеристик, маневренности и скорости решили, при помощи приспособлений, изменяющих геометрическую конфигурацию аппарата - предкрылки, щитки, закрылки, изменяемый шаг винта.

Рис. 2. Самолет ИС-1

Самолет ИС-2

Однако, прогресс не стоял на месте- вслед за поршневыми двигателями появились реактивные, самолеты развивали все большую скорость, дальность и высоту полета, штурмовали звуковой барьер. Менялся и облик летательных аппаратов- крылья скоростных самолетов приобрели стреловидность. Стреловидное крыло позволило увеличить скорость, при которой наступает волновой кризис, и как следствие - меньшее сопротивление на трансзвуковых скоростях по сравнению с прямым крылом. Благодаря стреловидному крылу самолет смог преодолеть скорость звука- при использовании прямого крыло на сверхзвуковом обтекании резко возрастало лобовое сопротивление. Однако были у стреловидного крыла и недостатки: пониженная несущая способность крыла, а также меньшая эффективность действия механизации, увеличение поперечной статистической устойчивости по мере возрастания угла стреловидности крыла и угла атаки, что затрудняет управление самолетом по рысканью и вынуждает применять вертикальное оперение с большой площадью поверхности, а также придавать крылу или горизонтальному оперению отрицательный угол поперечного V, отрыв потока воздуха в концевых частях крыла, что приводит к ухудшению продольной и поперечной устойчивости и управляемости самолёта, увеличение скоса потока за крылом, приводящее к снижению эффективности горизонтального оперения. Кроме того, большими были скорости взлета и посадки, а значит требовалась длинная взлетно-посадочная полоса. Как видно, ситуация сложилась, схожая с предыдущей. Основным достоинством прямого крыла является его высокий коэффициент подъёмной силы даже при малых углах атаки. Это позволяет существенно увеличить удельную нагрузку на крыло, а значит уменьшить габариты и массу, не опасаясь значительного увеличения скорости взлёта и посадки. Стреловидное- обеспечивает высокие скорости полета. Требовалось объединить в одной конструкции достоинства прямого и стреловидного крыльев. Выход был найден в использовании крыла с изменяемой стреловидностью.

Крыло с изменяемой стреловидностью состоит из поворотных консолей (или поворотных частей крыла- ПЧК), средней части крыла (СЧК)- центроплана, узла поворота и системы управления поворотом крыла. Поворотные консоли при помощи механизма поворота во время взлета и посадки устанавливаются в положение минимального угла стреловидности. При крейсерском дозвуковом полете они перемещаются в некоторое промежуточное положение, а при полетах на сверхзвуковой скорости - устанавливаются в положение максимального угла стреловидности (см. рис 3). Рис. 3. а) Конструкция крыла изменяемой стреловидности. Цифрами обозначены: 1- центральная часть крыла; 2- узел поворота; 3- поворотная консоль. б) положение крыльев на различных режимах полета.

В таких крыльях площадь поворачиваемой части составляет для крыльев изменяемой стреловидности от 40 до 70 % от площади крыла. Неподвижная часть крыла самолетов с крылом изменяемой стреловидности- центроплан -изготовлен сваркой панелей из титанового сплава и представляет собой топливный бак-отсек. К этому баку-отсеку с обеих сторон приварены проушины поворотных узлов (главного шарнира) с подкрепляю­щими их диафрагмами. Чтобы уменьшить смещение фокуса при отклонении крыла, узел поворота располагают на не­подвижном центроплане на некотором удалении от борта фюзеляжа. Площадь поворотной части крыла (консоли) состав­ляет 40—70% всей площади крыла. Поворотная часть крыла, как правило, может фиксироваться в любом промежуточном положении. Угол стреловидности ее обычно меняется в пределах 15-75°. Время перевода консоли из одного крайнего положения в другое для маневренных самолетов состав­ляет 15-20 с, для тяжелых самолетов - 1...2 мин. Это время обес­печивает достаточно плавное изменение характеристик устойчивос­ти и управляемости и исключает возникновение резких непредусмот­ренных эволюции самолета на переходных ре­жимах. Поворот крыла осуществ­ляется гидромеханическим приводом.

Трехмерная модель крыла с изменяемой стреловидностью

Поворотный узел самолета МиГ-23

Отечественные самолеты с крылом изменяемой стреловидности Су-22

МиГ-23

МиГ-27

Су-24

Ту-22М3

Ту-22М3

Ту-160

Ту-160

Зарубежные образцы F-14

F-111

Tornado

B-1B