рассчитать площадь крыла самолета (2 видео)

Содержание

Определение геометрических размеров крыла
Выбор профиля крыла
Определение площади крыла
Выбор удлинения крыла
Выбор других параметров, определяющих форму крыла в плане
Выбор места расположения и геометрических размеров элеронов
Определение площади крыла
Рассчитать площадь крыла самолета
Крылья
Форма крыльев.
Стабилизатор
Киль
Винт
Резиномотор
Определение веса модели и ее частей
📹 Видео

Видео:Подъёмная сила крыла ● 1Скачать

Определение геометрических размеров крыла

Видео:Расчёт и построение аэродинамических профилей на примере профиля N.A.C.A.Скачать

Выбор профиля крыла

Крыло является основной частью самолета, и от выбора его геометрических размеров в высшей степени зависят параметры всего СЛА.

Под геометрическими размерами крыла подразумевается его площадь S, размах l, удлинение , сужение , относительная толщина и кривизна профиля .

Влияние на аэродинамические характеристики крыла оказывает выбор его профиля. При этом необходимо учитывать: с одной стороны — назначение СЛА и предполагаемый диапазон скоростей его полета, с другой — прочностные свойства крыла и технологические возможности.

С точки зрения аэродинамики наиболее выгодным является профиль, имеющий высокое значение коэффициента подъемной силы Су на больших углах атаки крыла и высокое аэродинамическое качество К. на умеренных углах. Высокое значение Су позволяет при заданной площади крыла уменьшить скорости взлета и посадки самолета, а высокое качество обеспечивает максимальную скорость полета при заданной мощности двигателя. Мощность двигателя и качество самолета определяют и такую важную характеристику, как скороподъемность (вертикальная скорость набора высоты после взлета).

Наиболее широкое применение на СЛС находят хорошо зарекомендовавшие себя профили P-II .(рис. 1.2)

Рис. 1.2 Поляра и координаты профиля P-II-18
и P-III (рис. 1.3)

Рис. 1.3 Поляра и координаты профиля P-III-15

и другие с относительной толщиной 12. 20%.

В последнее время начали применяться планерные ламинаризированные профили с очень высоким аэродинамическим качеством. Однако это качество может быть достигнуто только при достаточно высокой чистоте поверхности крыла.

Если в техническом задании есть требование получения максимальной скорости при хороших взлетно-посадочных характеристиках самолета, то необходимо применить взлетно-посадочную механизацию крыла в виде закрылков, предкрылков, зависающих элеронов. Закрылки могут быть простыми, однощелевыми, многощелевыми, выдвижными.

Щитки на СЛА обычно не применяются из-за резкого ухудшения аэродинамического качества крыла при сравнительно небольшом увеличении коэффициента подъемной силы.

Аэродинамические характеристики механизированных крыльев с взлетно-посадочной механизацией приведены в табл. 1.3.

Таблица 1.3 Аэродинамические характекристики механизированных крыльев

Следует иметь в виду, что указанные в табл. 1.3 приращения коэффициента подъемной силы будут иметь место в том случае, если механизация расположена по всему размаху крыла. Обычно она занимает только часть размаха, в этом случае приращение коэффициента максимальной подъемной силы и коэффициента сопротивления от механизации при оптимальных углах отклонения механизации приближенно можно определить по формулам:

(1.6)

Для значительного увеличения коэффициента подъемной силы на режимах взлета и посадки, при сохранении достаточно высокого аэродинамического качества на крейсерских режимах, но только для скоростных СЛС, может быть рекомендован профиль крыла GA(W)-1, координаты и аэродинамические характеристики которого соответственно представлены в табл. 1.4. и на рис. 1.4.

Таблица 1.4 Координаты профиля GA(W)-1

Рис 1.4 Поляры профиля GA(W)-1 при различных углах отклонения закрылка

Достоинством данного профиля является и то, что он обеспечивает достаточно плавный срыв потока с убранной механизацией на закритических углах атаки.

При выборе механизации необходимо учитывать, что все виды механизации (кроме предкрылка): во-первых, ухудшают аэродинамическое качество СЛА, а значит, требуют большей мощности двигателя; во-вторых, приводят к усложнению конструкции и увеличению массы крыла; в-третьих, снижают надежность СЛА.

Поэтому, несмотря на значительный выигрыш в уменьшении площади крыла, во многих случаях применение механизации на СЛА оказывается нецелесообразным.

Относительная толщина профиля выбирается в пределах 14. 22%. Уменьшение относительной толщины ниже 14% нецелесообразно из-за уменьшения строительной высоты крыла, а значит, увеличения массы лонжеронов (прежде всего его полок). Кроме того, уменьшаются несущие свойства крыла, особенно на малых скоростях полета.

Крылья с относительной толщиной профиля более 18. 22% уступают по аэродинамическим характеристикам более тонким профилям из-за увеличения их лобового сопротивления. Причем это ухудшение характеристик не может быть компенсировано уменьшением веса крыла, так как при очень больших строительных высотах площадь поперечного сечения: полок лонжеронов определяется не из условия прочности, а из «конструктивных соображений», в то время как вес стенок растет.

Наиболее выгодными можно считать профили с переменной относительной толщиной — 18. 20% у корневой нервюры и 10. 14% у концевой нервюры консоли крыла. Однако изготовление такого крыла вызывает большие технологические трудности. Исключение составляют моноблочные крылья, в конструкции которых в качестве наполнителя используется пенопласт.

Видео:расчет однолонжеронного свободнонесущего крыла на прочность. Часть 1. Построение эпюрСкачать

Определение площади крыла

Площадь крыла является одним из наиболее характерных размеров самолета. Она определяет большинство размеров самолета, технических, весовых и геометрических параметров СЛА.

Уменьшение площади, а значит, и массы крыла, оказывает существенное влияние на уменьшение массы всего СЛА, но, как правило, требует большей мощности двигателя.

Минимально возможная площадь крыла определяется из условия обеспечения заданной скорости отрыва самолета при взлете.

Подъемную силу, создаваемую крылом в момент отрыва самолета, можно определить по формуле

а так как подъемная сила в момент отрыва самолета примерно равна его весу, то, подставив в уравнение (1.8) вместо подъемной силы Y вес самолета G_o и решив уравнение относительно S, получим

Если крыло механизации не имеет или при взлете она не используется, то

Коэффициент при С_{у mаx}, равный 0,8, вводится с учетом того, что, во-первых, подъемная сила горизонтального оперения самолета, выполненного по нормальной схеме, направлена вниз и вычитается из подъемной силы крыла; во-вторых, необходим некоторый запас по углу атаки крыла для предотвращения срыва потока при случайном увеличении угла атаки вследствие вертикальных порывов или ошибок летчика.

Выбор площади крыла при заданном весе самолета однозначно определяет такой характерный параметр, как удельная нагрузка на крыло G_o/S. Для большинства СЛА, выполненных по самолетной схеме, она находится в пределах 20. 50 кгс/м2. Чем больше значение отношения G_o/S, тем труднее обеспечить заданные значения скоростей отрыва посадки самолета.

Для приближенных расчетов удельную нагрузку на крыло по заданной скорости отрыва можно выбрать по графику на рис. 1.6.

Рис 1.6 Зависимость удельной нагрузки на крыло от заданной скорости отрыва самолета:
1 — без механизации, 2 — простой закрылок, 3 — выдвижной закрылок, 4 — выдвижной многощелевой закрылок

Выбор удлинения крыла

Важным безразмерным параметром крыла является его удлинение — отношение размаха крыла к

При выборе удлинения крыла следует учитывать, что значение именно этого параметра оказывает наиболее сильное влияние на его аэродинамическое качество. Чем больше удлинение крыла, тем выше аэродинамическое качество крыла, а значит, и СЛА в целом.

Аэродинамическое качество СЛА, в первом приближении, можно определить, воспользовавшись графиком, представленным на рис. 1. 7.

Рис 1.7 К выбору удлинения крыла:
1 — рекордные планеры с ламинаризированными профилями, 2 — планеры и мотопланеры, 3 — сверхлегкие самолеты

Увеличение аэродинамического качества К, при сохранении неизменными других характеристик СЛА, позволяет снизить мощность, а значит, и массу силовой установки.

С другой стороны, увеличение удлинения крыла неизбежно вызывает увеличение массы крыла. Это объясняется тем, что при заданной площади S увеличение вызывает уменьшение хорд, а значит, и строительных высот крыла.

Если СЛА предназначен для длительных полетов, то в расчет необходимо включать и изменение потребной массы топлива.

Оптимальным можно считать такое удлинение крыла, при котором суммарная масса крыла, силовой установки и потребного запаса топлива будет минимальной.

Часто СЛА с заданной максимальной скоростью горизонтального полета проектируются под имеющийся в наличии двигатель. В этом случае минимально необходимое удлинение min определяется, исходя из энергетических возможностей выбранного двигателя.

За 1 с двигатель может выполнить работу по перемещению СЛА, равную (Н*м)

где в — КПД винта на скорости набора высоты; для винта фиксированного шага его можно принять равным 0,55. 0,60 для однорежимного самолета (когда отношение V_max/V_oтр 2) и 0,50. 0,55 для многорежимного самолета (когда отношение V_max/V_отp 2).

Если максимальная скорость горизонтального полета задана техническим заданием, то потребную тягу двигателя при этой скорости легко определить, воспользовавшись формулой

Так как в установившемся горизонтальном полете потребная тяга двигателя Р равна сопротивлению самолета X, а подъемная сила Y равна весу СЛА G_o, то

Минимальное удлинение крыла, обеспечивающее заданное аэродинамическое качество, можно найти, воспользовавшись графиком, представленным на рис. 1.7, считая величину аэродинамического качества К известной и равной К_потр.

Видео:Стреловидность крыла - Основы авиации #10Скачать

Выбор других параметров, определяющих форму крыла в плане

Сужение крыла (отношение корневой хорды крыла к концевой) оказывает влияние на качество, вес и характеристики устойчивости CЛА, особенно поперечной. Увеличение сужения крыла, благодаря уменьшению индуктивного сопротивления, увеличивает его аэродинамическое качество. При увеличении сужения уменьшается и вес крыла. Однако чрезмерное увеличение сужения ухудшает срывные характеристики крыла (начало срыва смещается на конец крыла), а значит, ухудшает характеристики поперечной устойчивости.

Оптимальные значения сужения крыла находятся в пределах 1,5. 2 для сверхлегких самолетов и 2. 4 для планеров любительской постройки.

Вместе с тем при выборе сужения крыла необходимо учитывать трудности технологического характера, связанные с изготовлением крыла. Так, если крыло имеет сужение, не равное единице, то:

для изготовления каждой нервюры консоли потребуется свой шаблон
задний лонжерон двухлонжеронного крыла либо будет иметь излом в плоскости симметрии самолета, либо криволинейные полки
при переменной относительной толщине крыла криволинейными будут и полки основного лонжерона

С учетом вышеизложенного для самолетов любительской постройки лучше: либо принимать сужение равным единице (рис. 1.8),

Рис 1.8 Рекомендуемые формы крыла в плане

либо выполнять сужающимися только отдельные части крыла.

Стреловидность крыла СЛА, выполненного по нормальной схеме, по основному лонжерону целесообразно выполнять равной нулю. Стреловидность по передней кромке крыла при этом не будет превышать 2. 3°.

Большую стреловидность крыла могут иметь СЛА типа «летающее крыло», «бесхвостка» и другие СЛА оригинальных схем.

Отрицательную стреловидность крыла использовать нецелесообразно из-за большой трудности обеспечения достаточной жесткости крыла на кручение.

Видео:Самый аэродинамически эффективный самолет!Скачать

Выбор места расположения и геометрических размеров элеронов

Для увеличения эффективности элеронов их стремятся разнести как можно дальше от продольной оси самолета. Если элероны расположены на концах крыла (рис. 1.9),

Рис 1.9 К выбору геометрических размеров элеронов

то их площадь в первом приближении можно определить на основании статистики по формуле

где эл можно принять равной 0,05. 0,07 для маломаневренных и 0,07. 0,09 для маневренных СЛС. Однако, как будет показано ниже, относительная площадь элерона эл в полной мере эффективность элеронов характеризовать не может.

Эффективность элеронов удобнее оценивать, используя величину, называемую коэффициентом момента элеронов. Эту величину можно определить по формуле

где S_эл.э — эффективная площадь элерона — площадь крыла (рис. 1.9), расположенная впереди элерона; a_эл — расстояние между центрами «тяжести» эффективных площадей элерона; l_эл -размах элерона; b_эл — средняя хорда элерона.

На рис. 1.10 представлены графики зависимости коэффициента поперечного момента от угла отклонения элерона эл для четырех значений = эл/. Из графиков видно, что при эл >20° величина растет очень медленно, поэтому максимальные углы отклонения элерона больше 20. 25° выбирать нецелесообразно. Следует также учитывать, что увеличение относительной хорды элерона =b_эл/b выше 0,20. 0,25 значительного прироста не дает, поэтому нецелесообразно.

Рис 1.10 Зависимость коэффициента поперечного момента от угла отклонения элеронов

С учетом этого, приняв =0,25, формула (1.15) примет вид

Если хорда крыла остается постоянной по всему его размаху, то есть =1, то формула (1.16) примет еще более простой вид:

Малые значения коэффициента m_x делают СЛА «вялым» при управлении по крену. Большие — делают управление чрезмерно чувствительным и приводят к быстрой утомляемости пилота. Оптимальными значениями можно считать:

0,012. 0,018 — для неманевренных СЛС
0,018. 0,024 — для маневренных СЛА

Указанные значения mx целесообразно увеличить на 0,003. 0,005 для СЛА с верхним расположением крыла или большими углами поперечного V крыла. Потребность увеличения может возникнуть и при возросшем моменте инерции СЛА вследствие разноса масс вдоль размаха крыла: установки двигателей, топливных баков или оборудования на крыле.

Из-за малых усилий на ручке управления самолетом (РУС) применять аэродинамическую компенсацию элеронов на СЛА нецелесообразно.

Чтобы не допустить флаттер, элероны крыльев больших удлинений должны иметь полную весовую компенсацию.

по материалам: П.И.Чумак, В.Ф Кривокрысенко «Расчет и проектирование СЛА»

Видео:САХ крыла и центровка авиамоделиСкачать

Определение площади крыла

Подъемную силу, создаваемую крылом в момент отрыва самолета, можно определить по формуле

Если крыло механизации не имеет или при взлете она не используется, то

Рис 1.6 Зависимость удельной нагрузки на крыло от заданной скорости отрыва самолета:

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Видео:Почему крылья на разных уровнях? Высокоплан, среднеплан, и низкопланСкачать

Рассчитать площадь крыла самолета

Каждому моделисту, после того как он научился строить модели по готовым чертежам, захочется конструировать свои собственные модели.

Для того чтобы проектировать сложные модели своей собственной конструкции, надо изучить довольно трудную теорию полета, так называемую аэродинамику. Моделист, особенно если он еще очень молод, не сумеет разобраться в этой теории; у него может получиться впечатление, что, пока он не подрастет, ему надо довольствоваться копированием чужих моделей.

Это не совсем верно. При проектировании моделей можно обойтись и без знания теории, если хорошо знать, какие примерно соотношения частей модели нужно выбирать, чтобы она получилась хорошей. При выборе соотношений мы используем тот опыт, который накопился у советских моделистов. Величины, приведенные ниже,’—это самые лучшие соотношения частей модели, разработанные теоретически и проверенные на практике. Усвоив эти данные и применяя их, можно избежать грубых ошибок. Добиться хороших полетных результатов будет легко, если читатель усвоил хорошо то, что рассказано о регулировке моделей.

Прежде всего нужно знать, что для различных типов моделей нужны и различные соотношения частей. Так, например, для сухопутных моделей, похожих на первую построенную нами, они одни, а для гидромоделей — другие. Поэтому там, где это необходимо, будем указывать, для каких типов моделей даются соотношения размеров.

Видео:Урок 136. Подъемная сила крыла самолета (часть 2)Скачать

Крылья

Основной размер, который надо выяснить прежде всего, — это размах крыльев. Этот размер считается основным, и по отношению к нему определяются главные размеры всех остальных частей. Главными мы их назвали потому, что для каждой детали достаточно найти главный размер и уже по отношению к нему определять все остальные.

Размах крыльев модели редко превосходит 1000 мм и редко бывает меньше 550—600 мм. Приняв размах модели за 100 процентов, мы получим остальные соотношения.

Эти размеры будем считать главными для каждой части. Разберем подробнее все, что относится к крылу.

Видео:Определение сечений полок однолонжеронного крылаСкачать

Форма крыльев.

На рис. 153 показаны пять форм крыла.

Лучшей формой крыльев считается эллиптическая •— 5; хорошая форма трапецевидная с закругленными краями — 4 и 2 средняя по качествам — 3 и хуже всех — 1.

Вместе с тем из двух крыльев одинаковой площади лучшим будет относительно более длинное, то, у которого длина в большее число раз превосходит наибольшую ширину. В нашем примере из двух крыльев лучшим будет 2, а широкое и короткое крыло 1 много уступает ему.

Средним отношением размаха крыльев к наиболее широкому месту крыла надо считать 7. Для гидромоделей это отношение можно снижать до 6, но не ниже.

Говоря о форме и размерах крыльев, надо сказать о нервюрах. Вы уже знаете, что нервюры должны быть изогнутыми. Длина нервюры зависит от того, в каком месте она поставлена. Так, средняя нервюоа в крыле 4 будет самой длинной. Если же нервюру положить на стол, то место, удаленное от «носика» или начала нервюры на одну треть ее длины, окажется самым
высоким (рис. 154). Наибольшая высота нервюры над столом называется «стрелкой нервюры». Эта стрелка нервюры составляет от 1 до 1/18 длины нервюры. Больший прогиб (1) применяется для гидромоделей, где нужна большая подъемная сила, особенно в момент отрыва от воды, а меньший прогиб (1/18) — для моделей типа «утка» и других, летающих сравнительно быстро.

Видео:Центр давления профиля крылаСкачать

Стабилизатор

Стабилизатор по форме копирует крылья. Поэтому все, что сказано о крыльях, относится также и к стабилизатору, особенно для моделей типа «утка». Очень узкие стабилизаторы непрочны. Поэтому здесь отношение длины к ширине чаще всего бывает в пределах от 3 до 5.

Видео:4силыСкачать

Киль

Форма киля произвольна; чаще всего она приближается к треугольнику с закругленными краями. Важно лишь, чтобы по площади киль составлял несколько меньше половины стабилизатора.

Видео:Начальный этап проектирования самолетаСкачать

Винт

Лучше всего винты строить по готовым шаблонам. Поэтому расскажем, как, имея размеры шаблона для винта-прототипа, подсчитать их для винта другого диаметра. Это сделать очень просто: для этого все размеры винта-прототипа умножаются на отношение нового диаметра к старому. Так, например, если в каком-нибудь месте винта диаметром 350 мм указан размер 14 мм, то для винта диаметром в 500 мм этот размер должен быть равным: новый размер = (14Х500):v F 350= 20 мм.

Видео:Аэродинамика для всех - Часть 5 Механизация крылаСкачать

Резиномотор

Определить заранее, какой резиномотор потребуется для модели, можно довольно точно, но это требует знакомства с графиками или с довольно сложными формулами. Поэтому чаще всего просто подбирают количество нитей и длину резиномотора в пределе регулировки готовой модели. Для начала применяют резиномотор такой же по числу нитей и по длине (того же размера и типа), что и у других моделей. Во время регулировочных полетов увеличивают число нитей, если мотор оказывается слабым для данного винта. Окончательные данные мотора выясняются не сразу и очень зависят от типа и веса модели, размеров винта и многого другого.

Видео:Аэродинамика для всех - Часть 4 Аэродинамические характеристики, ПоляраСкачать

Определение веса модели и ее частей

П рактика показывает, что, как в авиации вообще, так и в моделизме, громадное значение имеет правильный выбор веса модели. Слишком легкие модели летают так же плохо, как и очень тяжелые. Правда, редко кто из моделистов строит слишком легкие модели. Наоборот, перетяжеляют свои модели очень многие. Чаще всего это происходит тогда, когда моделист не знает границ веса модели. Молодые моделисты часто забывают об этом, между тем выдержать заданный вес и определить необходимый вес очень нетрудно.

Определение веса всей модели (полетный вес)

Для определения полетного веса модели поступают так.

Определяют по чертежу площадь крыла в квадратных дециметрах1. Умножают число полученных квадратных дециметров площади крыла на одно из чисел: 7, 8, 9, 10, 11 и 12. Полученный результат и есть вес модели в граммах.

Приведенные нами числа получены из опыта работы моделистов.

Обычно модели имеют самые разнообразные размеры, а поэтому и равный вес. Ясно, что сравнивать их просто по весу нельзя, так как модель с большим весом вместе с тем имеет и большие размеры.

Все знают, что железо тяжелее, чем пух или пробка, но если взять маленький кусочек железа и большой кусок пробки, может оказаться, что пробка тяжелее. Поэтому, чтобы сравнить вес двух различных веществ, их берут в равных количествах по объему. Вес в граммах одного кубического сантиметра всякого вещества называется удельным весом, т. е. весом единицы объема. При таком способе сравнения результат будет верный — железо окажется тяжелее пуха.

Для сравнения моделей удельный вес находят так: делят вес модели в граммах на площадь крыльев в дециметрах. Полученное число и есть удельный вес модели. Значит удельный вес равен весу модели в граммах, поделенному на площадь крыльев (в квадратных дециметрах)

Этот удельный вес чаще равен 8—10 г на квадратный дециметр. Зная вес модели и площадь ее крыльев, мы сумеем определить удельный вес. Нетрудно сделать и обратное: зная площадь крыльев и желаемый удельный вес, определить вес всей модели. Для этого надо только перемножить их.

Так у нашей первой модели площадь крыльев равна 5,8 дм2.

Тогда полетный вес желателен от 8 X 5,8 = 46,4 г до 10 X 5,8 = 58 г. Зная это еще до начала постройки модели, во время постройки можно добиться того, чтобы вес получился не больше расчетного. Для этого нужно иметь весы, можно самодельные, с монетами в качестве разновеса. Монеты в 1, 2, 3 и 5 копеек весят соответственно 1, 2, 3 и 5 г.

Но это еще не все. Предположим, моделист построил модель и она оказалась на 15 г тяжелее, чем нужно. Что же в этом случае делать? Самое правильное — взвесить каждую часть модели в отдельности и уже по ней судить, не тяжела ли будет модель’. Если -известно, что крылья должны весить 10 г, а в процессе постройки оказалось, что они весят 11 —12 г, можно своевременно принять меры — заменить лонжероны более легкими или немного подстрогать все детали и снять таким образом лишний материал.

Советуем каждому, построившему первую модель, руководствоваться теми советами, которые даны, особенно в той части, где приведены правила запуска и регулировки. При постройке моделей, для которых мы не дали рабочих чертежей, надо делать такие чертежи самому, используя для этого все приведенные данные. Разбираться в чертежах моделисту так же необходимо, как и уметь хорошо владеть инструментом. Вначале надо как можно точнее придерживаться всех указаний, приведенных в книге. Когда же накопится опыт, можно переходить к самостоятельной работе и вводить свои усовершенствования.