Сверхзвуковые самолеты - Цихош Эдмунд - Страница 33

Этот недостаток является следствием несоответствия постоянной геометрии воздухозаборника, рассчитанной для определенных условий течения, оптимальным параметрам внутреннего и внешнего потоков при нерасчетных условиях. Этот недостаток может быть устранен частично или полностью путем изменения геометрии воздухозаборника (входного, критического и/или выходного сечений) в соответствии с изменяющимися скоростью и высотой полета. Обычно это осуществляется посредством плавного автоматического перемещения регулирующего элемента, что обеспечивает требуемый расход воздуха при малом внешнем сопротивлении в широком диапазоне скоростей полета, соответствие пропускной способности входного устройства производительности компрессора и соответствие системы скачков

конфигурации воздухозаборника. Это исключает также возможность возникновения неприсоединенного прямого головного скачка – основной причины неудовлетворительной работы воздухозаборника и воздушного канала в целом.

В заключение следует отметить, что расположение двигателей и воздухозаборников на самолете, как и выбор типа входного устройства, являются предметом комплексных исследований, учитывающих не только требования обеспечения наилучших условий работы двигательной установки, но и характеристики самолета в целом.

7. Самолеты изменяемой геометрии

Подводя итог предыдущим рассуждениям, можно сказать, что при создании сверхзвуковых самолетов основное внимание в области аэродинамики направлено на решение проблем, с одной стороны, увеличения максимальной скорости полета, а с другой стороны, ограничения роста скоростей взлета и посадки. Что касается максимальных скоростей полета, то достигались они лишь путем уменьшения площади и относительной толщины крыльев и оперения самолетов и увеличением угла стреловидности. Такие крылья, действительно, имеют малое сопротивление, но одновременно и малую подъемную силу. Использовавшиеся до сих пор способы уменьшения скорости взлета и посадки всегда приводили к существенному увеличению массы самолета и усложнению его конструкции (особенно крыльев с механизацией), в результате чего ухудшались летные качества самолета и усложнялось обслуживание.

Ввиду этого приходится создавать самолеты с характеристиками, которые оказываются хорошими только для некоторых, точно определенных режимов полета, или самолеты, у которых вследствие компромиссных решений наихудшие летные характеристики повышаются за счет наилучших. Первый подход приводит к созданию самолетов узкого назначения и используется главным образом в военной авиации. Однако практика военных действий показывает, что военной авиации требуются самолеты, обладающие не только хорошими летно-тактическими данными во всем диапазоне используемых скоростей, но также допускающие посадку и взлет с автомобильных дорог и наскоро подготовленных аэродромов. Такие самолеты будут иметь потенциальную возможность достижения преимущества в воздухе, быстрого выполнения боевого задания, проникновения в глубь территории противника на малой высоте (как правило, вне зоны действия наземных радиолокационных станций и прочих элементов системы активной и пассивной противовоздушной обороны) и т.п. Со своей стороны, применение самолетов узкого назначения уменьшает гибкость и эффективность использования большого количества оборудования (большое число одновременно действующих военных самолетов), усложняет обслуживание и материальное обеспечение, а также обучение наземного и летного состава (большое число типов самолетов), требует расширения производства запасных частей и ремонтной базы и т.п. Это означает, что в военной авиации известная универсальность самолета имеет важное значение не только с точки зрения разнообразных условий боевого использования, но также из-за высоких эксплуатационных требований.

На современном этапе развития авиации именно такими свойствами обладают самолеты с изменяемой геометрией крыла, создаваемые в основном как многоцелевые истребители (рис. 1.48). Каким образом это достигается? Известно, что максимальная скорость горизонтального полета зависит от тяги двигательной установки и лобового сопротивления самолета, а посадочная скорость-от подъемной силы и от массы самолета. При данной силовой установке и постоянной массе конструкции самолета увеличение отношения максимальной скорости к посадочной зависит главным образом от аэродинамической формы и конструкции крыла. Поэтому усовершенствования крыла обычно направлены как на увеличение первой из указанных скоростей, так и на уменьшение второй.

Таким образом, завоевание авиацией новых рубежей по скорости и высоте связано не только с использованием более совершенной или принципиально новой двигательной установки и новой компоновки самолетов, но также с изменениями их геометрии в полете. Такие изменения, улучшая характеристики самолета при больших скоростях, не должны ухудшать их качеств, соответствующих малым скоростям, и наоборот. Ввиду этого от упомянутой выше тенденции уменьшения площади крыльев и относительной толщины их профилей, а также увеличения угла стреловидности крыла у самолетов с изменяемой геометрией конструкторы в последнее время отказываются, возвращаясь к крыльям малой стреловидности и большой относительной толщины, если уже достигнуты удовлетворительные величины максимальной скорости и потолка. В таком случае считается важным, чтобы сверхзвуковой самолет имел хорошие летные данные на малых скоростях или на малых высотах. Таким образом, крылья с изменяемой геометрией применяются с целью увеличения подъемной силы самолета при малых скоростях и уменьшения сопротивления при больших скоростях, особенно на малых высотах.

Рис. 1.48. Самолеты изменяемой геометрии польских ВВС.

Возможность достижения указанных качеств в различных диапазонах скоростей в зависимости от конкретных потребностей (фактически это означает выбор угла стреловидности крыла, соответствующего скорости полета) позволяет считать самолеты с изменяемой геометрией самолетами, характеристики которых достаточно хороши на всех этапах полета и во всем диапазоне скоростей.

Принцип изменения геометрии крыла

Все вспомогательные подвижные элементы крыла (кроме поверхностей, используемых в системе управления самолетом), которые каким-либо образом влияют на аэродинамические свойства крыла, носят общее название «механизация». Механизация применяется в самолете в основном с целью уменьшения скорости взлета и посадки и поэтому не обеспечивает необходимых свойств на основных режимах полета. Исключение составляют тормозные щитки, используемые для уменьшения скорости, особенно во время пикирования, а также предкрылки или носовые щитки, иногда применяемые для увеличения кривизны траектории полета при маневре.

Крыло с такого рода механизацией называется крылом постоянной геометрии (обычно это подразумевается само собой и определение «крыло постоянной геометрии» не применяется), несмотря на то что во время полета обычно происходит изменение геометрических параметров крыла, таких, как форма, площадь, кривизна профиля и т.д. К самолетам постоянной геометрии относят также самолеты с крылом переменного угла установки или с крылом, концы которого могут отклоняться в вертикальной плоскости с целью уменьшения площади несущей поверхности и увеличения или уменьшения устойчивости во время сверхзвукового полета. К этой группе относятся также самолеты, у которых, исходя из требований устойчивости на сверхзвуковых скоростях, вместо вертикального оперения большой площади используются подфюзеляжные кили или аэродинамические направляющие, устанавливаемые в задней части фюзеляжа, которые могут выдвигаться наружу из фюзеляжа, складываться или сбрасываться в полете, что позволяет осуществить взлет и посадку самолета с коротким шасси на больших углах атаки. Таким же образом рассматривается изменение геометрии во время убирания шасси и контейнеров неуправляемых ракет или поднятие передней части фюзеляжа, которое выполняется с целью уменьшения сопротивления.