Как выбирают размеры самолета и форму крыла

Чтобы создать самолет, мало знать, как сделать Крыло с достаточной подъемной силой и малым сопротивлением и каким должен быть двигатель. При постройке самолета встает множество других важнейших вопросов. Надо правильно выбрать соотношение массы машины и размеров крыла. Надо обеспечить управление самолетом - возможность изменять направление и скорость полета. Самолет в полете должен быть устойчивым, резкая перемена его положения при малейшем порыве ветра недопустима. Самолет должен быть прочным, но не слишком тяжелым. Надо, наконец, дать возможность летчикам определять направление полета и узнавать место, где пролетает самолет.

Одним словом, очень и очень многое надо учесть и предусмотреть конструкторам, чтобы построить самолет безопасный, экономичный и удобный для пилотирования. Широко известны имена наших авиаконструкторов А. Н. Туполева, С. В. Ильюшина, А. И. Микояна, А. С. Яковлева, Н. Н. Поликарпова, П. О. Сухого, О. К. Антонова, под руководством которых построены замечательные самолеты.

С чего же начинается проектирование любого самолета?

Прежде всего надо точно определить его назначение и исходя из этого решить, каковы должны быть скорость и высота полета, какой груз поднимет самолет и какое расстояние он должен пролетать. Затем можно приступать к выбору размеров самолета; главная его характеристика - площадь крыла.

После взлета по мере увеличения скорости полета самолет должен уменьшать угол атаки крыла, чтобы подъемная сила оставалась равной силе тяжести. Аэродинамическое сопротивление самолета при этом будет постепенно уменьшаться. Минимальным оно станет при том угле атаки, который соответствует максимальному аэродинамическому качеству (этот угол атаки, как мы уже говорили, равен 3-5°).

Дальнейшее увеличение скорости требует еще меньших углов атаки, но при этом начнется также и увеличение сопротивления. Конструкторы нашли выход - в этом случае можно уменьшить площадь крыла, тогда на каждую часть его площади придется большая часть веса машины. И теперь, чтобы оставить подъемную силу равной весу самолета, нужно вновь увеличить угол атаки. В результате аэродинамическое сопротивление опять уменьшится; оно должно быть минимальным на основной скорости полета.

Таким образом, подбирается удельная нагрузка на крыло, которая определяется весом самолета, приходящимся на 1 м² крыла. Эта величина у сверхзвуковых самолетов достигает 8000 Па, у тихоходных самолетов - 1200 Па, а у летающих с небольшой скоростью моделей - всего несколько десятков паскалей.

Необходимо учесть также, что взлетная и посадочная скорости самолета должны быть как можно меньше. А для этого, в свою очередь, выгодна небольшая удельная нагрузка на крыло, т. е. надо увеличить площадь крыла. И вот конструктору приходится решать вопрос, какую же площадь крыла выбрать для самолета: сделаешь небольшое крыло - придется взлетать и садиться на большой скорости ; сделаешь большое крыло - нужен более мощный двигатель и самолет не будет экономичным.

Для того чтобы уменьшить взлетно-посадочную скорость самолетов, летающих с большой скоростью, можно, например, изменять в момент посадки или взлета форму и профиль крыла. Наиболее распространенный вид такой, как ее называют, "механизации" крыла - установка закрылков. Отклонение их перед взлетом или посадкой увеличивает подъемную силу крыла и позволяет уменьшить взлетно-посадочную скорость.

Но все равно у скоростных самолетов эти скорости намного больше, чем у тихоходных. У широкоизвестного тихоходного самолета ПО-2, применяемого в сельском хозяйстве, взлетно-посадочная скорость всего 60 км/ч. Современные же сверхзвуковые самолеты взлетают при скорости около 300-400 км/ч, а приземляются при 200- 300 км/ч. Посадочная скорость меньше потому, что самолет садится почти без горючего.

Чтобы увеличить подъемную силу крыла на малых скоростях, сейчас часто строят самолеты с крылом изменяемой стреловидности (рис. 14). При малой скорости полета его крыло будет большей площади и большего размаха - он похож на дозвуковой самолет. При переходе к сверхзвуковой скорости крыло "складывается", поворачиваюсь на шарнире, и уменьшает свое сопротивление. Однако шарнир поворота крыла - тяжелый, сложный механизм, и за его использование приходится "расплачиваться" уменьшением поднимаемого груза или запаса топлива.

Рис. 14. Самолет с изменяемой стреловидностью крыла в полете. Вверху -положение крыла самолета при малых скоростях. При таком положении крыла самолет совершает полеты на большие расстояния, а также выполняет взлет и посадку на небольших площадках. Внизу -крылья прижаты к хвосту самолета, и он развивает максимальную скорость.

На большой высоте плотность воздуха сильно уменьшается. Поэтому, чтобы крыло сохраняло свою подъемную силу, нужно увеличивать скорость полета. Летать высоко - это значит летать быстро. Максимальная высота полета, таким образом, зависит в значительной мере от скорости. Практически только на сверхзвуковых скоростях самолет может достичь высоты 20-25 км. Для этого нужны очень мощные двигатели, тяга которых на большой высоте достаточна, чтобы создать необходимую подъемную силу. Современные сверхзвуковые самолеты с реактивными двигателями летают на высоте 20 -22 км; в специальных полетах лишь на очень короткое время они могут достигнуть больших высот (до 40 км).

перейти к началу страницы