Қанат алдындағы саңылаулар және ұшу қауіпсіздігі

Кіріспе

Ұшақтың тоқтауға қарсы басқару беті

Қанаттың алдыңғы жиегіндегі саңылау – кейбір ұшақтардың қанатындағы бекітілген аэродинамикалық ерекшелік, ол тоқтау жылдамдығын азайтуға және төмен жылдамдықтардағы жақсы басқару қасиеттерін қамтамасыз етуге арналған. Қанаттың алдыңғы жиегіндегі саңылау – қанаттың бойымен созылған аралық, ол қанаттың астынан оның үстіңгі бетіне ауа ағынын жіберуге мүмкіндік береді. Осылайша, олар қанаттың үлкен шабуыл бұрыштарында ұшуына мүмкіндік жасайды және тоқтау жылдамдығын төмендетеді.

Мақсаты мен дамуы

Шабуыл бұрышы шамамен 15°-тан жоғары болғанда көптеген аэродинамикалық профильдер тоқтауға түседі. Мұндай аэродинамикалық профильді тұрақты алдыңғы жиекті ойықпен модификациялау тоқтау бұрышын 22° мен 25° аралығына дейін арттыра алады. Ойықтарды алғаш рет 1919 жылы Хэндли Пейдж әзірледі, ал олармен ұшуға арналған алғашқы ұшақ – модификацияланған Airco DH.9A ұшағының эксперименталды H. P.17 нұсқасы болды. Олардың өнертабысы сэр Фредерик Хэндли Пейдж пен Густав Лахманға бірлесіп жатқызылады. Басқарылатын ойықтармен жабдықталған алғашқы ұшақ – Хэндли Пейдж H. P.20 болды. Дизайнға лицензия беру 1920 жылдары Хэндли Пейдж үшін маңызды табыс көзіне айналды. Осыған ұқсас, бірақ қысылатын алдыңғы жиекті құрылғылар шлагтар деп аталады. Шлаг ашылғанда, ол шлаг пен қанаттың қалған бөлігі арасында ойық жасайды, ал қысылғанда, қарсылық азаяды. Тұрақты алдыңғы жиектің ойығы аэродинамикалық профильдің максималды көтеру коэффициентін 40%-ға дейін арттыра алады. Слатпен бірге қолданғанда, максималды көтеру коэффициентінің өсуі 50% немесе тіпті 60% болуы мүмкін. Артқы жиектің қақпақтарынан айырмашылығы, алдыңғы жиектің ойықтары шабуыл бұрышы нөлге тең болғанда көтеру коэффициентін арттырмайды, себебі олар қисаюды өзгерте алмайды.

Операция

Алдыңғы жиектің ойығы – қанаттың алдыңғы жиегінің артында орналасқан, жабылмайтын (тұрақты) кеңістік. Қанаттың астынан ауа ағыны осы ойық арқылы қанат үстіндегі төмен қысым аймағына дейін үдеп, қанаттың жоғарғы бетіне параллель қозғалыспен шыға алады. Бұл жоғары жылдамдықты ағын қанаттың жоғарғы бетіне жабысқан шекаралық қабатпен араласып, оның үстіңгі беттен айырылуын кешіктіреді. Ойықтарды пайдалану ұшаққа әрине, салқың салдарларын тудырады. Өйткені, олар ойықсыз қанатқа қарағанда қарсылық күшін арттырады. Төмен жылдамдықтардағы қарсылықтың артуы, ұшу жылдамдығын төмендету және басқару мүмкіндіктерін жақсарту арқасында қабылданады, бірақ жоғары жылдамдықтарда ойықтардың тудырған қосымша қарсылық күші маңызды кемшілік болып табылады, себебі ол крейсерлік жылдамдықты төмендетеді және бірлік қашықтықтағы отын тұтынуды арттырады. Ойықтардың крейсерлік қарсылық күшін азайтудың бір жолы – оларды жабылатын етіп жасау. Мұндай құрылым алдыңғы жиектің жалатындары деп аталады. Аэродинамикалық тұрғыдан, жалатындар тұрақты ойықтар сияқты жұмыс істейді, бірақ қажет болмаған жағдайда жоғары жылдамдықтарда жиырылуы мүмкін. Жалатындар өз кезегінде ойықтардан ауыр және күрделі болып келеді. STOL типтес арнайы ұшақтардан басқа, ұшақтарда толық ұзындықтағы ойықтардың пайдасы аз, себебі олар қанаттың максималды шабуыл бұрышын пайдалану үшін көбінесе ұзын шасси аяқтарын қажет етеді, бұл жоғары қарсылық күшіне немесе ұшақ конструкциясында орналастыруға қиындық тудырады. Жартылай ұзындықтағы ойықтар көбінесе қанаттың сыртқы бөлігінде ғана кездеседі, онда олар қанаттың осы бөлігіндегі ауа ағынының, қанаттың ішкі бөліктеріне қарағанда жоғары шабуыл бұрыштарында тұрақталғанын қамтамасыз етеді. Бұл қанат тамырының бірінші кезекте тұрақтанатынын қамтамасыз етеді және тұрақты ұшу мінез-құлқына және тұрақтану кезінде элеронды басқаруды сақтауға көмектеседі. Осылайша ойықтарды пайдалану қанаттың бұрылуын қолданумен ұқсас нәтиже береді, бірақ басқа тәсілмен. Жартылай ұзындықтағы, тұрақты ойықтары бар ұшақтардың мысалдары: Stinson 108, Bristol Beaufort, Lockheed Hudson және Dornier Do 28D 2 Skyservant.

A leading edge slot is a fixed (non closing) gap behind the wing's leading edge. Air from below the wing can accelerate through the slot towards the low pressure region above the wing, and exit from the slot moving parallel to the upper wing surface. This high speed flow then mixes with the boundary layer attached to the upper surface and delays boundary layer separation from the upper surface. Slots naturally exact a penalty on the aircraft in which they are used. This is because they contribute to drag compared to an unslotted wing. The extra drag at low speed is acceptable because of the beneficial reduction in stall speed and improvement in handling characteristics, but at higher speeds the extra drag contributed by slots is a significant disadvantage because it reduces cruising speed and increases fuel consumption per unit distance flown. One way to reduce the cruise drag of slots is to make them able to be closed. This arrangement is known as leading edge slats. Aerodynamically, slats work in the same way as fixed slots but slats can be retracted at higher speeds when they are not needed. Slats, in turn, are heavier and more complex than slots. In aircraft other than specialist STOL aircraft, full span slots have serious drawbacks because, to take advantage of the high angle of attack at the stall, they usually necessitate long undercarriage legs that either cause high drag or are longer than can be accommodated easily inside the airframe. Partial span slots are usually found only on the outboard portion of the wing where they ensure airflow over that portion of the wing will remain unstalled at higher angles of attack than the inboard portions of the wing. This ensures the wing root stalls first and contributes to docile stall behaviour and maintaining aileron control throughout the stall. Using slots in this manner produces a similar result to employing washout on a wing, but through a different means. Examples of aircraft with partial span, fixed slots are the Stinson 108, Bristol Beaufort, Lockheed Hudson, and Dornier Do 28D 2 Skyservant.