Jarosław Klimentowski Jarosław Klimentowski
1834
BLOG

Fizyka i praktyka latania cz. IV

Jarosław Klimentowski Jarosław Klimentowski Nauka Obserwuj temat Obserwuj notkę 4

W naszym cyklu od fizyki przechodzimy powoli do praktyki, ale został jeszcze jeden temat od omówienia, a mianowicie mechanizacja skrzydeł. Jak się już przekonaliśmy pilot ma dość duże możliwości sterowania uzyskiwaną siłą nośną poprzez zmianę prędkości i kąta natarcia skrzydła. Okazuje się jednak, że to za mało. Skrzydło projektowane jest oczywiście głównie z myślą o ekonomii lotu, a więc dobiera się taki profil, który będzie pracował optymalnie przy prędkości i na wysokości przelotowej. Oczywiście prędkość przelotowa jest zwykle duża, a więc nie ma potrzeby uzyskiwania dużych współczynników siły nośnej, już sama prędkość to załatwia. Jednak w momencie startu i lądowania prędkość będzie mała, a wtedy zwyczajnie może zabraknąć zapasu kąta natarcia, aby zrównoważyć ciężar samolotu. Dlatego właśnie wymyślono klapy.

Klapy służą do zmiany profilu skrzydła (a czasem także jego powierzchni jak w klapach Fowlera) w taki sposób, aby uzyskać znacznie większą siłę nośną przy małej prędkości lotu. Na poniższym rysunku po prawej stronie profilu widzimy ustawienie klap tylnych w trzech przykładowych zakresach - na przelocie, do startu i do lądowania.

Fizyka i praktyka latania cz. IV

Klapa zmienia więc profil całego skrzydła, ale zwyczajowo w rozważaniach przyjmuje się, że cięciwa pozostaje niezmieniona, a więc wysunięcie klapy w konsekwencji nie zmienia kąta natarcia.  Klapy oczywiście wysuwa się symetrycznie na obu skrzydłach.

Wysunięte klapy zwiększają siłe nośną na danym kącie natarcia, ale niewspółmiernie zwiększają też opór. Można więc powiedzieć, że aerodynamicznie psują skrzydło, dlatego też tego typu profilu nie stosuje się na przelocie. Warto o tym pamiętać, gdyż np. wysunięcie klap powoduje skrócenie dolotu w przypadku awarii silnika, a także zmniejszenie kąta wznoszenia po starcie. Kolejnym problemem związanym z klapami jest fakt, że zaburzają one opływ powietrza co powoduje, że krytyczny kąt natarcia pojawia się wcześniej, tzn. jest mniejszy niż na skrzydle ze schowaną klapą. Znów więc paradoksalnie wysunięcie klap na małej prędkości i dużym kącie natarcia zamiast pomóc, może wręcz doprowadzić do przeciągnięcia, gdyż wyjdziemy poza krytyczny kąt natarcia. Aby nieco zminimalizować ten efekt w dużych samolotach projektuje się klapy szczelinowe czyli takie jak pokazano na rysunku. Ta szczelina, która pojawia się między płatem, a klapą umożliwia przyklejenie strugi powietrza do klapy. Warto wiedzieć, że w niektórych samolotach montuje się też klapy przednie.

Czasami wraz z klapami stosuje się skrzela, które widać po lewej stronie schematu. Pełnią one podobną rolę jak klapy szczelinowe tj. pomagają przykleić strugę do skrzydła, a więc zwiększają nieco krytyczny kąt natarcia na wysuniętych klapach. Skrzela zazwyczaj są w jakiś sposób sprzęgnięte z systemem klap i nie ustawia się ich już odrębną dźwignią, lecz po prostu idą do konkretnej nastawy wraz z klapami. Innym rozwiązaniem jest zaprojektowanie skrzeli zupełnie autonomicznych i czułych na kąt natarcia. Gdy kąt rośnie, są one automatycznie wysuwane siłami aerodynamicznymi i wtedy pracują niezależnie od klap.

Klapy oprócz zwiększania siły nośnej generują też znaczący opór stanowiąc swojego rodzaju aerodynamiczny hamulec, co czasem wykorzystywane jest na podejściu do lądowania, gdy chcemy uzyskać stromy kąt schodzenia bez nadmiernego nabierania prędkości. W tym miejscu przechodzimy do kolejnego elementu mechanizacji jakim jest hamulec aerodynamiczny, albo też przerywacz strugi, z angielskiego zwany spoilerem. Tego typu urządzenia stosuje się w większych samolotach (w małych wystarczy hamowanie klapami), aby zredukować prędkość na zniżaniu, a także zredukować siłę nośną bez redukcji kąta natarcia.

Fizyka i praktyka latania cz. IV

Na powyższym zdjęciu z popularnego symulatora lotów widać wysunięte przerywacze. Ich działanie jest trywialne - po prostu odrywają one strugę od skrzydła, niejako wyłączając tę jego część z pracy. Przerywacze stosuje się nie tylko w powietrzu, ale też na ziemi zaraz po lądowaniu bądź przy przerwanym starcie, aby odciąć siłę nośną, dzięki czemu samolot dociśnie koła do ziemi i uzyska się lepsze hamowanie. Zazwyczaj więc wysuwane są symetrycznie na obu skrzydłach.

Warto jednak wspomnieć też o pewnych synergiach, które często stosuje się pomiędzy powierzchniami sterowymi, a elementami mechanizacji skrzydła.  Asymetryczne wysunięcie spoilerów może wspomagać, a nawet zastępować pracę lotek, poprzez obniżenie siły nośnej jednego skrzydła. Popularne w dużych samolotach są też klapolotki, tj. lotki, które mogą być wysuwane symetrycznie i pełnić funkcję klap.

Przerywacze dość powszechnie stosuje się w szybowcach, gdyż te pozbawione klap i silnika miały by bardzo mały margines błędu przy wyjściu na prostą do lądowania. A tak można wyjść z zapasem wysoko, a potem przy pomocy przerywacza zgubić nadmiar wysokości i prędkości przed przyziemieniem.

Fizyka i praktyka latania cz. IV

Ikarus, MAN, Jelcz i Solaris

Nowości od blogera

Komentarze

Inne tematy w dziale Technologie