КОНСТРУКЦИЯ КРЫЛА С ВЫСОКИМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ

Чтобы быть практичным, самолет STOL должен иметь возможность летать на очень низких скоростях, имея при этом приемлемую (крейсерскую) скорость по пересеченной местности. Поэтому для него необходимо было разработать крыло с высоким коэффициентом подъемной силы, чтобы максимально снизить площадь крыла, при этом обеспечив минимальные взлетно-посадочные скорости. Сравнительно короткое крыло позволяет легче вести самолет по земле, особенно по аэродромным и внеаэродромным полосам с препятствиями и требует меньше места в ангаре, при этом, будучи легким в сборе и прочнее (меньший вес и размах крыла).

Срыв потока с крыла происходит при наибольшем коэффициенте подъемной силы аэродинамического профиля, когда воздушный поток не может больше плавно обтекать профиль (переднюю кромку) и срывается с верхней поверхности крыла.

Рисунок 1 – Срыв потока с аэродинамического профиля

Для того чтобы затянуть срыв потока до больших углов атаки, многие самолеты оснащаются закрылками (по задней кромке крыла), и предкрылками (на передней кромке крыла), чтобы уменьшить скорость начала срыва. Следующая диаграмма иллюстрирует использование закрылков и отклоняемых предкрылков для увеличения коэффициента подъемной силы крыла.

Рисунок 2 – Коэффициенты подъемной силы, в зависимости от угла атаки профиля.

Таким образом, коэффициент подъемной силы можно удвоить с помощью сравнительно простых устройств (закрылков и предкрылков), если использовать их по всему размаху крыла.

Отклоняемые предкрылки

Отклоняемые предкрылки затягивают срыв потока до около 30 градусов угла падения (угла атаки), всасывая значительное количество воздуха с нижней части, где расположен большой проем Рисунок №3, усиливая его в конусном проеме (эффект вентури) и сдувая быстро по касательной с верхней поверхности крыла через меньший проем. Таким образом, воздух «пульсирует» вокруг передней кромки, затягивая увеличение срыва потока до более высокого значения коэффициента подъемной силы. Недостаток использования отклоняемых предкрылков заключается в том, что поток воздуха, усиленный в проеме, потребляет большей мощности, что означает повышение сопротивления самолета. Так как большие коэффициенты подъемной силы необходимы только при полетах на малом ходу (взлет, первоначальный набор высоты, окончательное приближение к земле и посадка), у конструктора есть соблазн использовать различные механизмы уборки предкрылков для уменьшения сопротивления в полете при повышенных скоростях.

Рисунок 3 – Отклоняемые предкрылки крыла

Вышесказанного можно достичь различными способами. Предкрылки можно установить на роликовые направляющие, чтобы при высоких углах атаки они автоматически выбрасывались потоком воздуха вокруг передней кромки, а на крейсерских скоростях (при сниженных углах атаки) они втягивались. Такое устройство достаточно простое, и имеет небольшой вес, но у него есть один недостаток: при порывах ветра возможна ситуация, при которой будет выпущен только один предкрылок, в то время как все остальные останутся на месте, что может стать потенциальной основной проблемой для пилота, который нуждается в полном количестве задействованных элеронов для поддержания выравнивания самолета…!

Таким образом, наиболее безопасный способ заключается в подсоединении предкрылков правого и левого крыла, чтобы предотвратить несимметричное удлинение. Однако осуществить подобную установку трудно и более сложно. Эффективность, приобретенная системой, может быть очень важной для компенсации излишнего веса устройства (не упоминая затраты и сложность установки). Система удлинения предкрылков, контролируемая пилотом, является другим подходом, но имеет те же недостатки: вес и сложность установки.

Рисунок 4 – Зависимость коэффициента лобового сопротивления от коэффициента подъемной силы.

У данной проблемы имеется простое решение. Величина увеличения сопротивления от использования предкрылка зависит от количества воздуха, проходящего через проем между предкрылком и носком крыла. При взлете и посадке это количество должно быть максимальным, а при крейсерском полете – минимальным. Выравнивание давления на верхней и нижней поверхности крыла по передней кромке (где располагается предкрылок) приводит к тому, что в крейсерском полете перетекание воздуха через проем отсутствует, и при этом нет потерь мощности (и не создается никакого дополнительного сопротивления). Выравнивание давления легко достигается небольшим отклонением задней кромки предкрылка вверх. На Рисунке №4 показана зависимость коэффициента подъемной силы и сопротивления такого крыла.

Рисунок 5 - Зависающий элерон с закрылком ( флапперон)

Как четко показано на рисунке, крыло с предкрылками и закрылками обеспечивает и высокий коэффициент подъемной силы на малых скоростях, и небольшое сопротивление в крейсерском полете, что достигается благодаря малому весу крыла и отсутствием механических частей, соединенных с отклоняемыми предкрылками. Существенным недостатком является относительно малый диапазон низкого сопротивления, что означает узкий экономичный диапазон крейсерской скорости, но общая конфигурация самолета обеспечивает наилучшим конструктивным решением крыла для модели STOL.

В итоге  выбрано крыло с фиксированным закрылком для четырехместного STOL CH 801. Крыло имеет малый вес, при этом поддерживает очень высокий коэффициент подъемной силы, что делает его надежным, простым и мало затратным подъемным устройством для этой конструкций.

Использована сравнительно толстая хорда крыла для этого проекта, чтобы обеспечить высокий коэффициент подъемной силы. Толстая хорда крыла, при его сравнительно небольшом размахе способствует максимальной прочности и снижению веса.

Законцовки крыла:

На законцовке крыла в конструкции STOL CH 801 используются законцовки типа «Хорнер», чтобы увеличить рабочую подъемную площадь крыла и уменьшить их встряхивание. Законцовки крыла типа «Хорнер» обеспечивают наибольший расчетный пролет для определенного геометрического размаха или веса крыла.

Крылья скреплены двойными стальными подкосами, присоединенными к фюзеляжу на корпусе кабины четырьмя болтами для их легкого крепления и снятия.

Топливная система:

Модель STOL CH 801 оснащена двумя сварными алюминиевыми бортовыми топливными баками с емкостью в 56 литров каждый, расположенными внутри крыльев позади основного лонжерона. Возможность увеличенного диапазона удваивает количество бортовых баков до четырех штук, с общей вместимостью топлива в 224 литра.

Назад