Компоновка. Крыло. Часть 1

Крыло является неотъемлемой и необходимой частью самолёта. Если без фюзеляжа летать можно, то без крыла – нет! Конструктивно крыло со времён братьев Райт изменилось не сильно. Единственное радикальное изменение это работающая обшивка. Если на заре авиации крыло, как и весь самолёт, обтягивали полотном. То по мере развития обшивку стали делать из фанеры и металла и включать её в силовую схему. Что, с одной стороны увеличило прочность крыла, с другой – сделало его легче.

Конструктивно крыло состоит из силового набора и обшивки. Поперечный набор – нервюры, продольный - лонжероны и стрингеры. Нервюры образуют профиль крыла. К ним крепится обшивка. Лонжероны проходят по всей длине размаха крыла и воспринимают изгибающие и крутящие моменты. Конструктивно, могут быть выполнены из дерева или различных металлических профилей (круглых, тавр, двутавр, z-образный) или кессон. Обшивка – ткани, пропитанные лаками и смолами, фанера (обычно берёзовый шпон, наклеенный под углом 45 гр к продольной оси самолёта), металлы (алюминиевые, титановые сплавы). Стрингеры, обычно, это уголки приклёпанные к обшивке для местного усиления.

Интересный факт про лонжерон. Как и везде американский КёртиссP-40, в СССР тоже не любили, предпочитая более простую и надёжную в эксплуатации «Аэрокобру», однако именно у нас за ним закрепилось легендарное прозвище «король таранов». Дело в том, что в отличие от всех существовавших тогда конструкций самолётов, имевших либо двух- либо полутораланжеронное крыло, в конструкции P-40 использовалось пятилонжеронное, что позволяло без особого риска идти на таран. Наиболее известен случай, когда Герой Советского Союза А. Хлобыстов дважды в одном бою таранил немецкие самолёты, причём дважды одной и той же плоскостью и при этом совершил благополучную посадку на родном аэродроме.

Форма крыла в плане

Крылья современных самолетов по форме в плане могут быть: эллипсовидные, прямоугольные, трапециевидные , стреловидные и треугольные.

Я бы не стал особо мудрить с классификацией формы крыла и поделил на их прямые и стреловидные. К прямым отнёс бы все крылья со стреловидностью менее 15 гр. А к стреловидным все остальные.

Прямые

Прямоугольные. Самое конструктивно простое и технологичное крыло. Правда, аэродинамически не совершенное. Но дешевизна изготовления перекрывает все недостатки. С небольшими усовершенствованиями его применяют до сих пор. Как пример знакомая всем Цесна. Или Як-40.

По мере роста скоростей и требований к манёвренности взлётно-посадочных характеристик конструкторы начали массово совершенствовать крыло. Для начала скруглили законцовку. В отдельных случаях доведя форму крыла до эллипса!

Но эти ухищрения принесли мало толку. В дальнейшем применяли более простые формы. Крылу придали небольшую стреловидность по передней кромке и небольшую отрицательную по задней. Получилось трапецевидное. Классика - знаменитый Мессер – Ме-109.

Стреловидные

С переходом на реактивную тягу, дальнейшем ростом скоростей и развития аэродинамики крыло пришлось менять - переходить на стреловидные. Первый советский истребитель со стреловидным крылом – Миг-15. Имеющий стреловидность 37 гр по передней кромке. Самолёт получился исключительно удачным, выпускался огромной серией, поставлялся на экспорт и строился по лицензии. Ещё он отлично повоевал в Корее, где сбил около 1400 самолётов противника! Это самый массовый в мире реактивный истребитель.

Или другая легенда мировой авиации знаменитый Джамбо Боинг 747

Дальнейшее развитие стреловидного крыла – треугольное. Самый знаменитый самолёт с таким крылом – МиГ-21. Самый массовый в мире сверхзвуковой самолёт. В процессе производства претерпел множество модификаций и строился 26 лет. В Китае выпускается до сих пор!

Для первого советского сверхзвукового пассажирского самолёта А. Н. Туполев выбрал до этого нигде не встречавшуюся форму – оживальную (серповидную). Для проверки такого решения был переделан МиГ-21.

Такая схема себя полностью оправдала, но коммерческая эксплуатация самолёта оказалась совершенно не выгодной. А вот Конкорд летал практически до полного износа. Двигатели были более экономичные, да и пассажиры по богаче.

Есть ещё несколько экзотических форм. Расписывать их подробно не буду. Развития они не получили.

Параболическое с прямой задней кромкой.

С обратной стреловидностью.

И уж совсем экзотика – кольцеплан, сделанный белорусскими умельцами.

По размещению на самолёте.

Не много теории. По количеству крыльев самолёты делятся на монопланы (с одним крылом, не с двумя правым и левым! Правые и левые половины крыла называются полукрыльями, так же говорят плоскость или консоль), пример Ла-7,

бипланы(с двумя крыльями), пример Ан-2. Очень распространённая схема на заре авиации, позволяющая при большой площади крыла сократить размах в полтора-два раза, по сравнению с монопланами. Это положительно сказывается на общих габаритах самолёта, его весе, что, в свою очередь, ведёт к уменьшению моментов инерции. Меньшие моменты ведут к улучшению маневренности. Как недостаток обычно указывают увеличение профильного сопротивления, что, на мой взгляд, довольно спорно.

И трипланы (с тремя крыльями).

Поперечный триплан FokkerDrI(самолёт знаменитого асса времён Первой Мировой «Красного барона» Манфреда фон Рихтгофена). Ещё попытка уменьшить габариты самолёта за счёт построения этажерок. Большого распространения не получила.

Монопланы, в свою очередь, по способу размещения крыла относительно фюзеляжа делятся на низкопланы, (крыло находится снизу фюзеляжа), пример тот же Ла-7. Плюсом такой компоновки является, то, что самолёты получаются более манёвренные, а также нужно делать более короткие стойки шасси. Минусы: повышается вероятность касания крылом при посадке и снижается поперечная устойчивость самолёта. А также повышается диффузорное сопротивление в месте стыка фюзеляжи и крыла (приходится делать зализы), и задней кромки крыла (заострять).

Среднепланы (крыло проходит через среднюю часть фюзеляжа). Пример – классика жанра истребитель-бомбардировщик Су-17М3.(Этот самолёт с двумя другими творениями Павла Осиповича Сухого: фронтовым бомбардировщиком Су-24 и штурмовиком Су-25, очень успешно показал себя в Афганистане).

Высокопланы(иногда называют верхнепланы, что не верно) когда крыла находится сверху фюзеляжа. Пример - легендарный самолёт Ан-12. Преимущества. Уменьшается диффузорное сопротивление в стыке крыло-фюзеляж, присущее низкопланам. Увеличивается продольная устойчивость. Из-за того, что центр тяжести самолёта находится под крылом, появляется дополнительный момент инерции, приводящий к самостабилизации самолёта (это ухудшает манёвренность). Что хорошо для первоначального обучения. Меньше шансы повредить крыло при нештатной посадке. Как недостаток - большая длина стоек шасси, при их размещении в крыле.

Парасоль. Высокоплан у которого крыло крепится к фюзеляжу с помощью подкосов. Распространения не получила из-за большого сопротивления. Хотя на заре авиации по такой схеме строили даже истребители. Схема позволяет сделать белее легкий и тонкий лонжерон, т.к. основная нагрузка приходится на подкос, работает на растяжение. Пример – хорошо знакомая нам Cessna-150, которая в оригинале парасоль.

И тут тоже без экзотики не обошлось. Даю только фотографии.