Заслонка (воздухоплавание) - Flap (aeronautics)

Закрылки задней кромки выдвинуты справа на типичном авиалайнере ( Airbus A300 ). Передняя кромка ламелей также расширена, слева.

Лоскут является высоким подъемом устройство используется для уменьшения сваливания скорости в качестве авиационного крыла при заданном весе. Закрылки обычно устанавливаются на задней кромке крыла самолетов с неподвижным крылом . Закрылки используются для уменьшения взлетной и посадочной дистанций. Закрылки также вызывают увеличение лобового сопротивления, поэтому они убираются, когда они не нужны.

Закрылки, устанавливаемые на большинстве самолетов, являются закрылками неполного размаха; по размаху от около корня крыла до внутреннего конца элеронов . Когда закрылки с частичным размахом выпускаются, они изменяют распределение подъемной силы по размаху крыла, заставляя внутреннюю половину крыла обеспечивать увеличенную часть подъемной силы, а внешнюю половину - уменьшенную часть подъемной силы. Уменьшение доли подъемной силы, создаваемой внешней половиной крыла, сопровождается уменьшением угла атаки на внешнюю половину. Это выгодно, поскольку увеличивает запас над срывом внешней половины, поддерживая эффективность элеронов и уменьшая вероятность асимметричного сваливания и вращения .

Выдвижение закрылков увеличивает изгиб или кривизну крыла, повышая максимальный коэффициент подъемной силы или верхний предел подъемной силы, которую может создать крыло. Это позволяет летательному аппарату создавать необходимую подъемную силу на более низкой скорости, уменьшая минимальную скорость (известную как скорость сваливания), при которой самолет будет безопасно поддерживать полет. Увеличение развала также увеличивает сопротивление крыла , что может быть полезно при заходе на посадку и посадке, поскольку позволяет самолету снижаться под более крутым углом. Для большинства конфигураций самолетов полезным побочным эффектом от раскрытия закрылков является уменьшение угла тангажа самолета, что приводит к опусканию носовой части самолета, тем самым улучшая обзор взлетно-посадочной полосы над носовой частью самолета во время посадки. Однако еще один побочный эффект, зависящий от типа закрылка, его расположения на крыле и скорости раскрытия во время его выпуска, заключается в том, что закрылки вызывают уменьшение указанного (или относительно неизменного профиля крыла) угла атаки в течение короткого времени из-за увеличение момента тангажа при опускании носовой части, которое характерно для всех закрылков задней кромки, а также закрылков передней кромки, за которым следует подъем носовой части (подъем по тангажу ) из-за увеличения подъемной силы, тем самым закрывая обзор пилота взлетно-посадочная полоса, если никакие действия не предпринимаются на входах по тангажу.

Существует множество различных конструкций закрылков, причем конкретный выбор зависит от размера, скорости и сложности самолета, на котором они будут использоваться, а также от эпохи, в которой самолет был спроектирован. Простые закрылки, щелевые закрылки и Фаулер закрылки являются наиболее распространенными. Закрылки Крюгера расположены на передней кромке крыльев и используются на многих реактивных авиалайнерах.

Типы закрылков Fowler, Fairey-Youngman и Gouge увеличивают площадь крыла в дополнение к изменению развала. Увеличенная подъемная поверхность снижает нагрузку на крыло , что еще больше снижает скорость сваливания.

Некоторые закрылки установлены в другом месте. Передняя кромка закрылка образует переднюю кромку крыла и в раскрытом состоянии поворачивается вниз, увеличивая развал крыла. У гоночного самолета de Havilland DH.88 Comet закрылки располагались под фюзеляжем и впереди задней кромки крыла. Многие бипланы серии Waco Custom Cabin имеют закрылки посередине хорды на нижней стороне верхнего крыла.

Принцип работы

Общее уравнение подъемной силы самолета демонстрирует эти зависимости:

куда:

  • L - количество произведенной подъемной силы ,
  • плотность воздуха,
  • V - истинная воздушная скорость самолета или скорость самолета относительно воздуха.
  • S - площадь крыла
  • - коэффициент подъемной силы , который определяется формой используемого аэродинамического профиля и углом, под которым крыло встречается с воздухом (или углом атаки).

Здесь можно увидеть, что увеличение площади (S) и коэффициента подъемной силы ( ) позволяет создать аналогичную подъемную силу при более низкой воздушной скорости (V).

Три оранжевых стручка - это обтекатели, упрощающие механизмы слежения за закрылками. Закрылки (по две с каждой стороны, на Airbus A319 ) находятся прямо над ними.

Расширение закрылков также увеличивает коэффициент лобового сопротивления самолета. Следовательно, при любом заданном весе и скорости полета закрылки увеличивают силу сопротивления . Закрылки увеличивают коэффициент лобового сопротивления самолета из-за более высокого индуцированного сопротивления, вызванного искаженным распределением подъемной силы по размаху крыла с выпущенными закрылками. Некоторые закрылки увеличивают площадь крыла, и для любой заданной скорости это также увеличивает паразитную составляющую лобового сопротивления. Таким образом, закрылки широко используются для взлета и посадки на короткие расстояния ( STOL ).

Закрылки при взлете

Cessna 172RG с убирающейся ходовой частью и закрылками Фаулера, установленными на 10 ° для взлета с короткого поля

В зависимости от типа самолета закрылки могут частично выдвигаться для взлета . При использовании во время взлета закрылки меняют расстояние до взлетно-посадочной полосы на скорость набора высоты: использование закрылков снижает крен, но также снижает скорость набора высоты. Количество закрылков, используемых при взлете, индивидуально для каждого типа самолета, и производитель предложит ограничения и может указать ожидаемое снижение скорости набора высоты. В Руководстве по эксплуатации пилота Cessna 172S обычно рекомендуется 10 ° закрылков при взлете, особенно когда грунт неровный или мягкий.

Закрылки при посадке

Закрылки при крене после приземления с поднятыми интерцепторами, увеличивающие лобовое сопротивление.
Североамериканский учебно-тренировочный Т-6 с разрезными закрылками

Закрылки могут быть полностью выпущены для посадки, чтобы обеспечить более низкую скорость сваливания самолета, поэтому заход на посадку может выполняться медленнее, что также позволяет самолету приземляться на более коротком расстоянии. Более высокая подъемная сила и сопротивление, связанные с полностью выпущенными закрылками, позволяют более крутой и медленный подход к месту посадки, но создают трудности в управлении самолетами с очень низкой нагрузкой на крыло (то есть с небольшим весом и большой площадью крыла). Ветер, пересекающий линию полета, известный как боковой ветер , заставляет наветренную сторону самолета создавать больше подъемной силы и сопротивления, вызывая крен, рыскание и тангаж с намеченной траектории полета, и в результате многие легкие самолеты приземляются с уменьшенным настройки закрылков при боковом ветре. Кроме того, когда самолет находится на земле, закрылки могут снизить эффективность тормозов, поскольку крыло по-прежнему создает подъемную силу и не позволяет всей массе самолета опираться на шины, тем самым увеличивая тормозной путь, особенно на мокрой или обледенелой дороге. условия. Обычно пилот поднимает закрылки как можно быстрее, чтобы этого не произошло.

Закрылки маневренные

Некоторые планеры используют закрылки не только при посадке, но и в полете, чтобы оптимизировать развал крыла для выбранной скорости. Во время термического сброса закрылки могут быть частично выдвинуты, чтобы уменьшить скорость сваливания, чтобы планер мог лететь медленнее и тем самым уменьшить скорость снижения, что позволяет планеру более эффективно использовать поднимающийся воздух термика и поворачиваться на меньшем круг, чтобы наилучшим образом использовать сердцевину термика . При более высоких скоростях установка отрицательной заслонки используется для уменьшения нос вниз качки момент . Это снижает балансировочную нагрузку, требуемую на горизонтальный стабилизатор , что, в свою очередь, снижает сопротивление дифферента, связанное с удержанием параплана в продольном дифференте. Отрицательные закрылки также могут использоваться на начальном этапе запуска аэродрома и в конце разбега на посадку для обеспечения лучшего управления элеронами .

Как и планеры, некоторые истребители, такие как Nakajima Ki-43, также используют специальные закрылки для улучшения маневренности во время воздушного боя, что позволяет истребителю создавать большую подъемную силу на заданной скорости, что позволяет выполнять гораздо более крутые повороты. Используемые для этого закрылки должны быть разработаны специально для того, чтобы выдерживать большие нагрузки, и большинство закрылков имеют максимальную скорость, с которой они могут быть открыты. Модели самолетов с линией управления, построенные для соревнований по точному высшему пилотажу, обычно имеют систему закрылков для маневрирования, которая перемещает их в направлении, противоположном рулям высоты, чтобы помочь уменьшить радиус маневра.

Гусеницы закрылков

Чаще всего изготавливаются из стали PH и титана, гусеницы закрылков управляют закрылками, расположенными на задней кромке крыльев самолета. Выдвижные закрылки часто проходят по направляющим рельсам. Если они выходят за пределы конструкции крыла, они могут быть обтеканы, чтобы упростить их и защитить от повреждений. Некоторые обтекатели гусеницы закрылков предназначены для работы в качестве противоударных элементов , которые уменьшают сопротивление, вызванное локальными звуковыми ударными волнами, когда воздушный поток становится трансзвуковым на высоких скоростях.

Упорные ворота

Упорные заслонки или зазоры в закрылках задней кромки могут потребоваться для минимизации помех между потоком двигателя и выпущенными закрылками. При отсутствии внутреннего элерона, который обеспечивает зазор во многих установках закрылков, может потребоваться модифицированная секция закрылков. Затвор тяги на Боинге 757 был обеспечен одинарным щелевым закрылком между внутренним и внешним двухщелевым закрылками. A320 , A330 , A340 и A380 не имеют внутреннего элерона. В сплошной заслонке с одной прорезью не требуется упорный затвор. Помехи в случае ухода на второй круг, когда закрылки все еще полностью раскрыты, могут вызвать повышенное сопротивление, которое не должно ухудшать градиент набора высоты.

Типы лоскута

Закрылки и устройства высокого подъема. Лоскут Гурни преувеличен для ясности. Пропущенная заслонка, так как она является модификацией любого другого типа. Светлые линии обозначают линию движения, а зеленые - положение закрылков, используемых во время погружения.

Обычная заслонка

Задняя часть профиля вращается вниз на простом шарнире, установленном в передней части закрылка. Royal Aircraft Factory и Национальная физическая лаборатория в Великобритании испытания закрылков в 1913 и 1914 год, но они никогда не были установлены в реальном самолете. В 1916 году компания Fairey Aviation Company внесла ряд улучшений в Sopwith Baby, который они перестраивали, в том числе их запатентованное устройство переключения изгиба, сделав Fairey Hamble Baby, как они его переименовали, первым самолетом с закрылками. Это были закрылки полного размаха с элеронами, что делало его также первым экземпляром флаперонов. Однако компания Fairey была не одинока, поскольку Breguet вскоре установил автоматические закрылки в нижнее крыло своего разведывательного / бомбардировщика Breguet 14 в 1917 году. Из-за большей эффективности закрылков других типов, простые закрылки обычно используются только там, где требуется простота.

Разделенный клапан

Задняя часть нижней поверхности крыла откидывается вниз от передней кромки закрылка, а верхняя поверхность остается неподвижной. Это может вызвать большие изменения в продольном дифференте, наклон носа вниз или вверх. При полном отклонении закрылки действуют как спойлер, значительно увеличивая коэффициент лобового сопротивления. Это также немного увеличивает коэффициент подъемной силы. Он был изобретен Орвиллом Райтом и Джеймсом Джейкобсом в 1920 году, но стал распространенным только в 1930-х годах, а затем был быстро вытеснен. Douglas DC-1 (прогениторный к DC-3 и С-47) было одним из первых из многих типов самолетов для использования расщепленных лоскутов.

Откидная створка с прорезями

Зазор между закрылком и крылом нагнетает воздух под высоким давлением из-под крыла над закрылком, помогая воздушному потоку оставаться на закрылке, увеличивая подъемную силу по сравнению с разделенным закрылком. Кроме того, подъемная сила по всей хорде основного аэродинамического профиля значительно увеличивается, поскольку скорость воздуха, покидающего его заднюю кромку, увеличивается с типичных 80% набегающего потока без закрылков до скорости более высокоскоростного воздушного потока с более низким давлением. вокруг передней кромки закрылка с прорезью. Любой закрылок, позволяющий воздуху проходить между крылом и закрылком, считается закрылком с прорезями. Откидная створка с прорезями стала результатом исследований в Handley-Page , разновидности прорези, появившейся в 1920-х годах, но не получившей широкого распространения до гораздо более позднего времени. Некоторые закрылки используют несколько прорезей для дальнейшего усиления эффекта.

Клапан Фаулера

Раздвижная заслонка, которая сдвигается назад, а затем откидывается вниз, тем самым увеличивая сначала пояс, а затем изгиб. Закрылок может составлять часть верхней поверхности крыла, как простой закрылок, а может и не быть, как раздельный закрылок, но он должен сдвигаться назад перед опусканием. В качестве отличительной черты - в отличие от клапана Gouge Flap - он всегда обеспечивает эффект прорези. Изобретены Харланом Д. Фаулером в 1924 году и испытаны Фредом Вейком в NACA в 1932 году. Впервые они были использованы на прототипе Martin 146 в 1935 году и в производстве на Lockheed Super Electra 1937 года , и до сих пор широко используются на современных самолетах. , часто с несколькими слотами.

Заслонка Юнкерс

Плоский закрылок с прорезями, закрепленный под задней кромкой крыла и вращающийся вокруг его передней кромки. Когда они не используются, они обладают большим сопротивлением, чем другие типы, но более эффективны для создания дополнительной подъемной силы, чем простой или раздельный клапан, сохраняя при этом их механическую простоту. Изобретенные Отто Мадером в Junkers в конце 1920-х годов, они чаще всего использовались на Junkers Ju 52 и Junkers Ju 87 Stuka , хотя такой же базовый дизайн можно найти и на многих современных сверхлегких самолетах , таких как Denney Kitfox . Этот тип закрылка иногда называют закрылком с внешним профилем.

Клапан для выдавливания

Тип разделенного закрылка, который скользит назад по изогнутым дорожкам, заставляя заднюю кромку опускаться, увеличивая хорду и развал, не влияя на дифферент и не требуя каких-либо дополнительных механизмов. Он был изобретен Артуром Гугом для компании Short Brothers в 1936 году и использовался на летающих лодках Short Empire и Sunderland с очень толстым профилем Shorts AD5. Short Brothers, возможно, была единственной компанией, использовавшей этот тип.

Лоскут Fairey-Youngman

Опускается (становится закрылком Junkers) перед тем, как скользить на корму, а затем вращаться вверх или вниз. Фейри был одним из немногих представителей этого дизайна, который использовался на Fairey Firefly и Fairey Barracuda . В выдвинутом положении он мог быть наклонен вверх (до отрицательного угла падения), так что самолет мог пикировать вертикально без необходимости чрезмерных изменений дифферента.

Откидная створка

Обычно, но неправильно называемый закрылком Zapp, он был изобретен Эдвардом Ф. Запаркой, когда он был с Берлинером / Джойсом, и испытан на General Airplanes Corporation Aristocrat в 1932 году и на других типах, периодически после этого, но он мало использовался на серийных самолетах. кроме Northrop P-61 Black Widow . Передняя кромка закрылка установлена ​​на направляющей, а точка на средней хорде на закрылке через рычаг соединена с шарниром прямо над направляющей. Когда передняя кромка закрылка перемещается назад по гусенице, треугольник, образованный гусеницей, валом и поверхностью закрылка (закрепленной на шарнире), становится уже и глубже, заставляя закрылок опускаться вниз.

Клапан Крюгера

Откидной закрылок, который складывается из-под передней кромки крыла, но не является частью передней кромки крыла в убранном состоянии. Это увеличивает развал и толщину крыла, что, в свою очередь, увеличивает подъемную силу и сопротивление. Это не то же самое, что откидная створка передней кромки, поскольку она сформирована из всей передней кромки. Изобретенные Вернером Крюгером в 1943 году и испытанные в Геттингене закрылки Крюгера используются на многих современных авиалайнерах со стреловидным крылом.

Лоскут Герни

Небольшой фиксированный перпендикулярный язычок, занимающий от 1 до 2% хорды крыла, установленный на стороне высокого давления задней кромки аэродинамического профиля. Он был назван в честь гонщика Дэна Герни, который заново открыл его в 1971 году, и с тех пор использовался на некоторых вертолетах, таких как Sikorsky S-76B, для устранения проблем с управлением, не прибегая к серьезной модернизации. Он повышает эффективность даже базовых теоретических профилей (состоящих из перекрывающихся треугольника и круга) до эквивалента обычного крылового профиля. Этот принцип был открыт в 1930-х годах, но использовался редко, а затем был забыт. Поздние марки Supermarine Spitfire использовали бусину на задней кромке лифтов, которая функционировала аналогичным образом.

Откидная створка по передней кромке

Вся передняя кромка крыла поворачивается вниз, эффективно увеличивая развал и немного уменьшая хорду. Чаще всего встречается на истребителях с очень тонкими крыльями, не подходящими для других передних устройств с высокой подъемной силой.

Взорванная заслонка

Тип системы контроля пограничного слоя, обдуваемые закрылки пропускают вырабатываемый двигателем воздух или выхлопные газы через закрылки, чтобы увеличить подъемную силу, превышающую ту, которую можно получить с помощью механических закрылков. Типы включают исходную (заслонку с внутренним обдувом), которая выдувает сжатый воздух из двигателя через верхнюю часть заслонки, заслонку с внешним обдувом, которая выдувает выхлопные газы двигателя над верхней и нижней поверхностями заслонки, и обдув верхней поверхности, которая выдувает выхлопные газы двигателя. поверх крыла и закрылка. Хотя перед Второй мировой войной испытания проводились в Великобритании и Германии и начались летные испытания, первый серийный самолет с взорванными закрылками появился только в 1957 году - Lockheed T2V SeaStar . Обдув верхней поверхности использовался на Boeing YC-14 в 1976 году.

Гибкая заслонка

Также известен как FlexFoil . Современная интерпретация деформации крыла: внутренние механические приводы изгибают решетку, изменяющую форму крыла. Он может иметь уплотнение с гибким зазором на переходе между неподвижным и гибким аэродинамическим профилем.

Флаперон

Тип поверхности управления самолетом , сочетающий в себе функции закрылков и элеронов .

Сплошная заслонка задней кромки

По состоянию на 2014 год исследователи Исследовательской лаборатории армии США (ARL) в Исследовательском центре Лэнгли НАСА разработали конструкцию с активным закрылком для лопастей винта вертолета. В закрылке с непрерывной задней кромкой (CTEF) используются компоненты для изменения развала лопастей во время полета, устраняя механические шарниры для повышения надежности системы. Изготовлены прототипы для испытаний в аэродинамической трубе.

В январе 2016 года команда из ARL провела боевые испытания лопасти ротора с технологией индивидуального управления лопастями. Эксперименты с боевой стрельбой исследовали баллистическую уязвимость технологий управления лопастями. Исследователи произвели три выстрела, характерных для типичного наземного огня, по лопасти винта с размахом 7 футов и хордой 10 дюймов с CTEF длиной 4 фута на экспериментальной базе авиабазы ​​ARL.

Связанные устройства

  • Предкрылки и прорези передней кромки устанавливаются на верхней части передней кромки крыльев, и хотя они могут быть фиксированными или убирающимися, при раскрытии они обеспечивают прорезь или зазор под предкрылком, чтобы направить воздух на верхнюю часть крыла, чего нет. на откидной створке Крюгера. Они обеспечивают отличный подъем и улучшают управляемость на низких скоростях. Предкрылки передней кромки позволяют крылу лететь под большим углом атаки, что уменьшает взлетную и посадочную дистанцию. Закрылки других типов могут быть оснащены одним или несколькими пазами для повышения их эффективности, что типично для многих современных авиалайнеров. Как описано выше, они известны как щелевые заслонки. Фредерик Хэндли Пейдж экспериментировал с носовой и кормовой прорезями в 20-х и 30-х годах.
  • Спойлеры предназначены для создания лобового сопротивления и уменьшения подъемной силы, «портя» воздушный поток над крылом. Спойлер намного больше, чем заслонка Герни, и его можно убрать. Спойлеры обычно устанавливаются на средней хорде на верхней поверхности крыла, но также могут быть установлены на нижней поверхности крыла.
  • Пневматические тормоза используются для увеличения лобового сопротивления, позволяя самолету быстро замедляться. При установке на крыльях они отличаются от закрылков и спойлеров тем, что они не предназначены для модификации подъемной силы и имеют достаточно прочную конструкцию, чтобы их можно было использовать на гораздо более высоких скоростях.
  • Элероны похожи на закрылки (и работают таким же образом), но предназначены для обеспечения бокового управления, а не для изменения подъемных характеристик обоих крыльев вместе, и поэтому действуют по-разному - когда элероны на одном крыле увеличивают подъемную силу, противоположную. элероны не работают и часто работают для уменьшения подъемной силы. Когда элероны предназначены для опускания вместе с закрылками, их обычно называют флаперонами , а те, которые портят подъемную силу (обычно размещаются на верхней поверхности перед задней кромкой), они называются интерцепторами .

Смотрите также

использованная литература

Список используемой литературы

  • Клэнси, LJ (1975). «6». Аэродинамика . Лондон: Pitman Publishing Limited. ISBN 978-0-273-01120-0.
  • Ганстон, Билл, Кембриджский аэрокосмический словарь Cambridge, Cambridge University Press 2004, ISBN  978-0-521-84140-5 / ISBN  0-521-84140-2
  • Виндроу, Мартин К. и Рене Дж. Франсильон. Накадзима Ki-43 Hayabusa . Лезерхед, Суррей, Великобритания: профильные публикации, 1965.