Аэродинамические формы скоростных самолетов

С появлением реактивных двигателей проблема большой тяги была решена. Однако возникла необходимость в создании новых аэродинамических форм скоростных самолетов. Устранить волновой кризис невозможно, но можно сделать так, чтобы он наступил как можно позже и протекал более плавно (т.е. увеличить критическую скорость и критическое число М_кр).

Советские ученые создали новые аэродинамические формы самолетов (особенно их крыльев), наиболее выгодные для полета на больших скоростях.

Крыло. Для обычных винтовых самолетов применяются довольно толстые и со значительной кривизной профили крыльев. Но чем больше толщина и кривизна крыла, тем раньше наступает волновой кризис - тем меньше критическая скорость. Для скоростных самолетов нужны крылья тонких профилей с малой и даже с нулевой кривизной, т.е. симметричные. Если скорость самолета очень большая, то крыло симметричного профиля уже при угле атаки 1-2° развивает вполне достаточную подъемную силу.

Примерные формы профилей скоростных самолетов (ламинизированные профили).

Наибольшая толщина крыла скоростных профилей примерно на середине хорды, т.е. на 50% или даже на 60% длины хорды от передней кромки см. рис.

Такие профили по сравнению с обычными имеют меньшее лобовое сопротивление. При их обтекании переход ламинарного (плавного) течения воздуха в турбулентное (завихренное) происходит позже', чем при обтекании обычных профилей. Поэтому они получили название ламинизированных. Для того, чтобы отодвинуть волновой кризис (увеличить М_кр), выбирается стреловидная форма крыла в плане с углом стреловидности до 60°.

У стреловидного крыла волновой кризис наступает тогда, когда составляющая скорость V₂ (см. рис. стр.88. вверху) достигает значения V_Kp, т.е. позже. Начало волнового кризиса затягивается, отодвигается на большее число М. Стреловидная форма крыла создает нежелательное движение воздушного потока, направленного к его концу - скорость V₁ (см. рис.)

Стреловидная форма крыла для скоростных самолетов.

Для устранения этого явления на поверхности крыла параллельно оси фюзеляжа устанавливаются металлические пластинки – аэродинамические ребра.

Для скоростных самолетов крылья больших удлинений не приемлемы, так как они способствуют возникновению волнового кризиса. У них крылья малых удлинений (l < 3). Мало удлиненные крылья позволяют значительно увеличить критическое число М и уменьшить влияние волнового кризиса. Это объясняется физической картиной обтекания крыла, влиянием так называемого «торцового эффекта». У такого крыла происходит перетекание воздуха через боковые кромки (рис.а), что приводит к выравниванию давлений на его нижней и верхней поверхности у торцов. Чем меньше удлинение крыла, тем на больший его участок распространяется это выравнивание. Увеличение М_кр у крыльев малых удлинений показано на графике (рис.б).

Оперение. Хвостовое оперение скоростных самолетов, особенно стабилизатор и руль высоты, располагают очень высоко, чтобы оно оказалось вне сильно завихренной струи от крыла и струи горячих газов, выходящих из двигателя.