Profil krila

Oceni ta prispevek
(0 glasov)
07 Jan 08
Napisal Boris Knific Prebrano 4922 krat

Prvi reaktivci so imeli vitkost med 12° do 14°, kar je bilo značilno že za njihove predhodnike z batnimi motorji za pogon propelerjev. Krila z manjšim razmerjem debeline profila so že v štiridesetih letih načrtovali za svoje hitre lovce Nemci, saj se je s tem zmanjšal tudi čelni upor. Tako se je uveljavilo tanko, puščičasto krilo, ki so ga potem povzeli vsi kasnejši konstruktorji hitrih bojnih letal. Takšen pristop so kmalu po drugi svetovni vojni uveljavili konstruktorji ameriškega hitrega lovca (za takratne razmere) F-86 sabre. North Americanov lovec je imel 38-stopinjsko puščico kril, razmerje debeline profila krila (razmerje med največjo debelino krilnega profila, merjeno pravokotno na tetivo, in dolžino krila) pa je bilo 12-odstotno.

Prav tako so že nemški konstruktorji v vetrovnikih preizkušali delta krilo, ki je v notranjosti ponujalo veliko prostora za gorivo in trdnost strukture, manjše naraščanje upora pri prehodih v obzvočne hitrosti, povrhu vsega pa je to krilo ponujalo izboljšano krmarljivost. Američani so v začetku petdesetih prišli do ugotovitve, da je za nadzvočne hitrosti primernejša konstrukcija z delta krilom brez horizontalnih repnih površin, kar so uporabili pri konstrukciji lovca F-102A.

oblika_profila.jpgFrancoski Dassault je skonstruiral letalo za nadzvočne hitrosti z delta krilom v letu 1952. Za dvakratno hitrost zvoka so načrtovali delta krilo s še manjšim razmerjem debeline profila krila in še večjo puščico. Krilo je postalo zelo tanko in navidez trdno, brez prostora za gorivo v notranjosti, kar govorijo podatki o puščici krila 65° in razmerjem debeline profila 5 % (kar pomeni, da je največje debelina krilnega profila znašala dvajsetino dolžine profila).

Krilo s spremenljivo puščico je ponujalo neugodno rešitev za celo vrsto problemov, kajti posamezne oblike kril so ponujale prednosti v posameznih režimih letenja, nobeno pa ni bilo univerzalno. Na podlagi nemških raziskav so začeli Američani v petdesetih letih preizkušati letalo s spremenljivo puščico kril Bell X-5, sledili so še poskusi z Grummanovim XF10F1, Britanci pa so se zadovoljili zgolj s poskusi v vetrovniku.

Letalo s spremenljivo puščico krila je namreč hkrati ustrezalo kar več postavljenim zahtevam, na primer letenju bojnega letala nizko na tlemi s hitrostjo 1200 km/h, z možnostjo preleta Atlantika brez oskrbe z gorivom v zraku in možnostjo vzletanja in pristajanja na 1 km dolgi stezi. Naslednja zahteva pa je bila dvainpolkratna hitrost zvoka na veliki višini.

Dobre zmogljivosti v nizkem letu narekujejo krilo z majhno puščico, torej krilo visoke vitkosti z relativno debelim profilom, ki omogoča velik vzgon, in hkrati z majhno razpetino zaradi nizkega induciranega upora. Vse omenjene lastnosti ponuja prav krilo s spremenljivo puščico s pomočjo kombinacije zmanjšane vitkosti in povečane puščice krila.

Za operacije na skrajšani ali omejeno dolgi vzletno-pristajalni stezi ali na palubi letalonosilke je potreben kar največji vzgon, kar je možno doseči samo z  debelim krilom in ustreznimi napravami za povečevanje vzgona.

Odlična ali kar se da dobra krmarljivost v območjih obzvočnih hitrosti je naslednja zahteva za vsako sodobno bojno letalo. Velika kotna hitrost v zavojih je nujno potrebna v bojih v zraku, nujen pogoj je upravljivost, ali drugače: vodenje letala (tu bi lahko govorili o krmarljivosti, vendar bo treba v terminologiji še definirati, kako poimenovati vodenje letala v manevrih v zraku, ki jih letalo ne izvaja samo s krmilnimi površinami, pač pa tudi z usmerjanjem potiska; gre namreč za interakcijo krmarilnih površin in usmerjanja potiska - samo navzgor in navzdol ali za 3600) v letenju pod visokimi vpadnimi koti (AoA), ko se normalno zračni tok na krilu odcepi. Ta odcepitev povzroči povečanje čelnega upora, oscilacij ter težav s stabilnostjo  in krmarljivostjo. Vse te težave potem bistveno vplivajo na samo učinkovitost bojnega letala. Z naštetimi težavami so se otepali praktično vsi  konstruktorji nadzvočnih letal od petdesetih let prejšnjega stoletja naprej. šele razvoj pogonskih agregatov je izboljšal razmerje med potiskom in maso - T/W - v korist prvega in to je omogočalo vzdrževanje kotne hitrosti v zavojih, razširilo obseg režimov letenja in vzpodbudilo izboljšave v režimu letenja pod visokimi vpadnimi (pozitivnimi) koti pri obzvočnih hitrostih. Pri današnjih sodobnih bojnih letalih (z redkimi izjemami) je možno letenje pod visokimi vpadnimi koti (AoA), pri kritičnih kotih dobi letalo tendenco povešanja nosu (umetno ali naravno), toda vse skupaj je kontrolirano. Seveda se je bilo težko približati idealnemu, prva uspešna konstrukcija v tej smeri je bil sloviti ameriški F-4 phantom II (nekdaj, še ne tako dolgo, je bil pri nas v žargonu vsak ameriški lovec ali lovski bombnik z začetno oznako F fantom, ruski pa mig), sledila sta mu še A-7 corsair in A-6 intruder (vsa ta letala izvirajo iz  šestdesetih let in še operativno letijo!); nad razvojem teh bojnih letal je bdelo letalstvo Vojne mornarice ZDA. Problem so rešili z uvajanjem tako imenovanih naprav za povečevanje vzgona na sprednjih in zadnjih robovih kril. S temi napravami so dandanes opremljena vsa sodobna bojna letala, ne služijo pa le za izboljšanje vzletno-pristajalnih zmogljivosti (krajše steze ...), ampak bistveno povečujejo tudi njihove bojne manevrske zmogljivosti.

airbus_a380_krilo_virairbus.jpgEna bistvenih težav konstruktorjev in aerodinamikov je bila vseskozi odpravljaje odcepitve zračnega toka s krila. Da bi se izognili učinkom stisljivosti, so povečali puščico krila in zreducirali razmerje debeline profila krila. Spremembe so vodile do dejstva, da je bilo vzdrževanje trdnega zračnega toka bolj zapleteno, zato so si pomagali na različne načine, da so ohranjali normalen zračni tok prek krila. V petdesetih letih so začeli proučevati tanka krila, da bi minimalizirali čelni upor, in pokazalo se je, da so ostri sprednji robovi pri majhnih hitrostih povzročili odcepitev vzdolž celotne dolžine. Raziskave pa so pokazale, da ta pojav povzroča zelo stabilno vrtinčenje, usmerjeno nazaj prek krila, kar povečuje vzgon pri majhnih hitrostih.

Do podobnega rezultata so prišli konstruktorji ameriškega lahkega Northropovega lovca F-5, ki je dobil spredaj ob trupu majhen vzdolžni podaljšek kril, s katerimi so skušali zmanjšati tlačni upor pri pospeševanju ob najvišjih obzvočnih hitrostih, rezultat tega pa je bilo še 10-odstotno povečanje vzgona pri letenju pod vpadnimi koti. Do še večjega izboljšanja pri uporabi vzgonskega vrtinčenja je prišlo pri Northropovem projektu YF-17, ki je (po neuspehu na natečaju, v katerem je zmagal F-16) kasneje postal F-18 hornet. Podaljšek sprednjega roba krila je bil že izrazit in lahko bi že govorili o preobrazbi v hibridno krilo s podaljški, ki so povzročali močno vrtinčenje prek glavnega krila. Pod te podaljške sprednjega roba krila so namestili vstopišči zraka v motorja, kar je še izboljšalo lastnosti letala pri letenju pod vpadnim kotom in povečevalo vzgon.

Naslednja večja izboljšava, ki je povečevala aerodinamično vrtinčenje, so bili kanardi, ki jih ima danes praktično vsako sodobno bojno letalo.

Na prvi pogled ta predkrila delujejo kot površine za destabiliziranje letal. Prispevek predkril - kanardov, nameščenih tik pred krilom, je prav v že omenjenem vrtinčenju, ob seveda puščičastem krilu. Kanardi v tem primeru delujejo podobno kot podaljšek sprednjega roba krila, inducirajo polje vrtinčenja, ki izboljša porazdelitev tlaka na glavnem krilu. V tem primeru je povečanje vzgona kar 20- do 30-odstotno. Naslednja izboljšava je v dejstvu, da tako krilo kot predkrilo ustvarjata pozitivni vzgon, kar je v nasprotju s konvencionalno repno konstrukcijo letala, kjer repna vodoravna površina ustvarja ravno nasprotno silo.

Poleg omenjenih prednosti kanard konstrukcija zmanjšuje nadzvočni čelni upor, saj nima klasičnih repnih površin.


Nazaj

Nazadnje urejano na Ponedeljek, 07 Januar 2008 19:37

Oddajte komentar

Prepričajte se, da vnesete vse obvezne podatke, označene z zvezdico (*). HTML koda ni dovoljena.