Еще одним типом крыла, широко применяемым на скоростных самолетах, является треугольное крыло (может иметь заднюю кромку с небольшой положительной или отрицательной стреловидностью). Обладая практически одинаковыми аэродинамическими характеристиками со стреловидным крылом, треугольное имеет конструктивные и прочностные преимущества. Благодаря большой хорде в корневом сечении, возможно использование профилей с относительно малой толщиной. Достоинства треугольного крыла лучше всего проявляются при больших скоростях полета. На малых скоростях, например при взлете или на посадке самолетов бесхвостой схемы, отклонение элевонов вверх для балансировки приводит к значительным потерям подъемной силы и увеличению лобового сопротивления.
Получить приемлемое значение коэффициента подъемной силы можно лишь на очень больших углах атаки (на обычных углах атаки он на 30–40 % меньше, чем у прямого крыла), что не всегда позволяет шасси.
Формы треугольного крыла сверхзвуковых самолетов
Треугольное крыло обладает меньшим аэродинамическим качеством, что затрудняет достижение большого потолка и дальности. Чтобы смягчить эти недостатки, в треугольных крыльях используется передняя кромка с изломом или с плавно изменяющимся углом стреловидности вдоль размаха — так называемое оживальное крыло; отгибаемый носок, применение стабилизатора или переднего горизонтального оперения (ПГО).
Самолеты с изменяемой стреловидностью крыла
С ростом скоростей полета, что ставилось для боевых самолетов на первое место, росли трудности с обеспечением удовлетворительных взлетно-посадочных характеристик и дальности полета. Возникшая в начале 60-х годов потребность в многоцелевом многорежимном самолете привела к необходимости создать летательный аппарат, аэродинамические свойства которого удовлетворяли бы самым различным и противоречивым требованиям. Разрешение данных противоречий сулило использование крыла с изменяемой в полете стреловидностью (ИСК): при прямом крыле достигалась максимальная подъемная сила, при стреловидном — максимальная скорость.
Формы треугольного крыла сверхзвуковых самолетов (продолжение)
В начале 60-х годов аэродинамика и технология продвинулись достаточно далеко, чтобы воплотить подобную идею в практическом плане. Многие КБ и самолетостроительные фирмы взялись за разработку самолетов с ИСК. Один за другим появлялись проекты истребителей, фронтовых и стратегических бомбардировщиков, пассажирских самолетов Самыми рьяными последователями концепции ИСК оказались авиаконструкторы Советского Союза К 70-м годам они создали почти всю гамму боевых самолетов с подвижным крылом истребитель МиГ-23 истребители-бомбардировщики Су-17 и МиГ-27, фронтовой бомбардировщик Су-24 и дальний Ту-22М У французов, немцев и англичан по отдельности ничего не вышло. Позже Великобритания, Германия и Италия в кооперации все же построили самолет с ИСК «Торнадо» В США появился истребитель F-111, а много позже стратегический бомбардировщик В-1 и палубный перехватчик F-14.
Поворот консолей сопряжен со значительным смещением аэродинамического фокуса, что затрудняет балансировку, ухудшает устойчивость и управляемость Для уменьшения смещения фокуса неповоротная часть — центроплан — выполняется в виде «наплыва» большой стреловидности. На американских самолетах с ИСК F-111 и F-14 перед крылом установлены дополнительные выдвижные поверхности, выполняющие роль ПГО на некоторых режимах полета.
Формы центропланов и подвижных консолей крыла изменяемой геометрии
Установка на самолете крыла с изменяемой стреловидностью является эффективным, но сложным и компромиссным решением Получить некоторые аналогичные характеристики реально и на самолете с фиксированным крылом. Например, сократить взлетно-посадочные дистанции можно, оснастив крыло мощной механизацией. В то же время машина с высокомеханизированным крылом в маневренном скоростном бою будет иметь преимущества перед самолетом с ИСК: при увеличении стреловидности механизация задней части крыла последнего фиксируется, к тому же такой самолет тяжелее аналогичного с фиксированным крылом. Поэтому современные машины с ИСК — это ударные самолеты.
Механизация крыла
Механизация крыла основана на управлении пограничным слоем или изменении кривизны профиля. Позволяет улучшить взлетно-посадочные и маневренные характеристики самолета, увеличить полезную нагрузку. К элементам механизации крыла относятся: предкрылки, передние щитки, закрылки. Крыло современных самолетов имеет механизацию передней и задней частей.
Элементы механизации передней части крыла обеспечивают ликвидацию срыва потока на крыле при больших углах атаки. Их работа синхронно связана с работой механизации задней части — закрылков Наиболее эффективными и распространенными являются щелевые выдвижные закрылки, увеличивающие кривизну профиля крыла и его площадь. Щитки могут устанавливаться в носовой и задней частях крыла. Их конструкция проще, чем у закрылков, но эффективность меньше.
Элементы аэродинамической системы управления самолета: 1 — носовые щитки; 2 — закрылки; 3 — цельноповоротный киль; 4 — дифференциальный стабилизатор; 5 — интерцепторы
F-15 с дифференциальным стабилизатором, имеющим уступ передней кромки
Управление самолетом
Одними из основных характеристик самолета являются устойчивость и управляемость. Они обеспечиваются выбором геометрических параметров крыла, оперения, органов управления, центровкой, а также автоматизацией управления Управление осуществляется путем изменения аэродинамических сил и моментов при отклонении управляющих поверхностей: рулей, элеронов, интерцепторов и т. д.
Долгое время для управления по крену служили лишь элероны. Однако с увеличением скоростей и утончением профиля крыла на многих режимах полета реактивных самолетов элероны оказались неэффективны. На современных сверхзвуковых самолетах для управления по крену применяются элерон-закрылки, интерцепторы, флапероны, диференциальный цельноповоротный стабилизатор.
Элерон-закрылок используется совместно с классическим элероном на малых скоростях он работает как закрылок, а кренение самолета обеспечивают элероны; на больших скоростях элероны фиксируются а в их качестве работают элерон-закрылки Флапероны объединяют в себе функции элеронов и закрылков. Интерцепторы устанавливаются на верхней поверхности крыла» при их поднятии происходит завихрение потока и уменьшение подъемной силы на одной из консолей, Применение интерцепторов позволяет использовать всю заднюю кромку крыла для размещения механизации. У самолетов-«бесхвосток» на крыле установлены и поверхности управления по тангажу — так называемые элевоны, сочетающие в себе функции рулей высоты и элеронов.
В современных конструкциях классическая схема — с хвостовым оперением — остается предпочтительной. Поперечная устойчивость и управляемость обеспечиваются стабилизатором и рулями высоты Переход на околозвуковые и сверхзвуковые скорости потребовал применения переставных и цельноповоротных стабилизаторов.
Переставные стабилизаторы, оснащенные рулями высоты, облегчают переход через звуковой барьер — парируют моменты пикирования и кабрирования при резком изменении положения аэродинамического фокуса крыла При взлете и посадке они увеличивают эффективность рулей на малых скоростях. На современных сверхзвуковых самолетах установлен цельноповоротный стабилизатор, который обеспечивает и маневрирование самолета, и балансировку, а также и управление по крену, для чего его консоли отклоняются от нейтрального (балансировочного) положения в противоположные стороны. Такой стабилизатор называется дифференциальным.