Введение
Регулятор площади крыла, обычно используемый для уменьшения длины разбега и пробега.
В авиационной и аэрокосмической технике устройство для увеличения подъемной силы – это компонент или механизм на крыле самолета, повышающий создаваемую крылом подъемную силу. Устройство может быть как фиксированным компонентом, так и подвижным механизмом, который активируется по мере необходимости. К распространенным подвижным устройствам для увеличения подъемной силы относятся закрылки и предкрылки. К фиксированным устройствам относятся щелевые предкрылки, корневые наплывы передней кромки и системы управления пограничным слоем.
Цель
Размер и несущая способность крыла фиксированной конструкции выбираются как компромисс между различными требованиями. Например, крыло большего размера обеспечит большую подъемную силу и сократит расстояние и скорости, необходимые для взлета и посадки, но увеличит сопротивление, что снизит характеристики самолета в крейсерском полете. Современные конструкции крыльев пассажирских реактивных самолетов оптимизированы для скорости и эффективности в крейсерском полете, поскольку именно на этом этапе самолет проводит большую часть времени в полете. Механизация крыла компенсирует этот конструктивный компромисс, увеличивая подъемную силу при взлете и посадке, уменьшая расстояние и скорость, необходимые для безопасной посадки, и позволяя использовать более эффективное крыло в полете. Например, механизация крыла на Boeing 747-400 увеличивает площадь крыла на 21% и увеличивает создаваемую подъемную силу на 90%.
Крылья
Наиболее распространенным устройством для увеличения подъемной силы является закрылок – подвижная часть крыла, которую можно опустить для создания дополнительной подъемной силы. При опускании закрылок изменяется форма профиля крыла, увеличивая его стреловидность. Закрылки обычно располагаются на задней кромке крыла, в то время как закрылки передней кромки используются реже. Существует множество типов закрылков задней кромки. Простые шарнирные закрылки получили широкое распространение в 1930-х годах, одновременно с появлением современных скоростных монопланов, которые имели более высокие скорости посадки и взлета, чем старые бипланы. В раздельном закрылке нижняя поверхность опускается вниз, а верхняя поверхность либо остается неподвижной, либо перемещается независимо. Выдвижные закрылки также удлиняют заднюю кромку, увеличивая хорду крыла при выпуске, что увеличивает площадь крыла и способствует созданию еще большей подъемной силы. Они начали появляться незадолго до Второй мировой войны благодаря усилиям различных специалистов и организаций в 1920-х и 30-х годах. Щелевые закрылки состоят из нескольких отдельных небольших профилей, которые разделяются, шарнирно соединяются и даже скользят друг относительно друга при выпуске. Такие сложные конструкции закрылков можно встретить на многих современных самолетах. Крупные современные авиалайнеры используют тройные щелевые закрылки для создания огромной подъемной силы, необходимой при взлете.
Слот и слоты
Еще одним распространенным устройством для увеличения подъемной силы является предкрылок – небольшое аэродинамическое устройство, установленное непосредственно перед передней кромкой крыла. Предкрылок перенаправляет воздушный поток в передней части крыла, обеспечивая его более плавное обтекание верхней поверхности при большом угле атаки. Это позволяет эффективно использовать крыло при больших углах, необходимых для создания большей подъемной силы. Щель – это зазор между предкрылком и крылом. Предкрылок может быть закреплен в фиксированном положении с постоянной щелью за ним, либо он может быть убирающимся, чтобы щель закрывалась, когда она не требуется. В фиксированном состоянии он может выглядеть как нормальная часть передней кромки крыла, при этом щель находится непосредственно за ним на поверхности крыла. Предкрылок или щель могут быть выполнены по всей длине размаха крыла, либо размещены только на его части (обычно на внешней), в зависимости от того, как необходимо изменить характеристики подъемной силы для обеспечения хорошего управления на малых скоростях. Щели и предкрылки иногда используются только в секции перед элеронами, чтобы, когда остальная часть крыла сваливается, элероны оставались работоспособными. Первые предкрылки были разработаны Густавом Лахманом в 1918 году и одновременно компанией Handley Page, которая получила патент в 1919 году. К 1930-м годам были разработаны автоматические предкрылки, которые открывались или закрывались по мере необходимости в зависимости от условий полета. Обычно они приводились в действие давлением воздушного потока на предкрылок для его закрытия и небольшими пружинами для его открытия на более низких скоростях, когда динамическое давление уменьшалось, например, при снижении скорости или достижении воздушным потоком заданного угла атаки на крыле. Современные системы, как и современные закрылки, могут быть более сложными и обычно приводятся в действие гидравлически или с помощью сервоприводов.
Контроль пограничного слоя и вдутые клапаны
Системы повышения подъемной силы обычно используют воздушный поток от двигателя для формирования потока воздуха над крылом, заменяя или модифицируя действие закрылков. Закрылки с продувкой берут "отбираемый воздух" из компрессора реактивного двигателя или выхлопных газов и направляют его на заднюю верхнюю поверхность крыла и закрылка, восстанавливая энергию пограничного слоя и позволяя воздушному потоку оставаться прилегающим при больших углах атаки. Более продвинутой версией закрылков с продувкой является крыло с управлением циркуляцией – механизм, который выбрасывает воздух назад над специально разработанным профилем крыла для создания подъемной силы за счет эффекта Коанда. Самолет Blackburn Buccaneer был оснащен сложной системой управления пограничным слоем (BLC), которая включала подачу воздуха из компрессора на крылья и хвостовое оперение для снижения скорости сваливания и обеспечения эксплуатации с небольших авианосцев. Другой подход заключается в непосредственном использовании воздушного потока от двигателей, размещая закрылок таким образом, чтобы он отклонялся на пути выхлопных газов. Такие закрылки требуют большей прочности из-за мощности современных двигателей, а также повышенной жаростойкости к горячим выхлопным газам, но эффект на подъемную силу может быть значительным. Примером является C-17 Globemaster III.
Расширения корней ведущих краев
Более распространенное на современных истребителях, но также встречающееся на некоторых гражданских самолетах, – это расширение корня передней кромки (LERX), иногда называемое просто расширением передней кромки (LEX). LERX обычно представляет собой небольшую треугольную накладку, прикрепленную к корневой части передней кромки крыла и к фюзеляжу. В нормальном полете LERX создает незначительную подъемную силу. Однако при больших углах атаки он генерирует вихрь, который располагается на верхней поверхности основного крыла. Вращательное движение вихря увеличивает скорость воздушного потока над крылом, тем самым снижая давление и обеспечивая большую подъемную силу. Системы LERX примечательны потенциально широким диапазоном углов, в которых они эффективны.
Совместный поток
Крыло Co Flow Jet (CFJ) имеет верхнюю поверхность с щелью для подачи воздуха сразу за передней кромкой и щелью для отсоса воздуха перед задней кромкой, что позволяет увеличить подъемную силу, повысить устойчивость к сваливанию и снизить сопротивление. Технология CFJ разрабатывается кафедрой машиностроения и аэрокосмической техники Университета Майами. Для гибридного электрического регионального самолета, созданного на базе ATR 72 с аналогичной площадью крыла, размерами и весом, CFJ повышает коэффициент подъемной силы на крейсерской скорости, что обеспечивает большую нагрузку на крыло и позволяет разместить больше топлива и аккумуляторов для увеличения дальности полета.