ODBORNÉ

Konstrukční řešení letadel díl 3.

Šípová křídla:

V minulém díle jsme se věnovali tvaru přímého křídla a jeho vlivu na letové vlastnosti. Dnes se pokusím v kostce vysvětlit, jak fungují různé tvary křídla šípového.

O šípovitém křídle mluvíme pokud je odklon od příčné osy letounu větší než 15°.

Rozhodujícím faktorem, který mluví pro šípovitost křídla je kritické Machovo číslo, tedy hodnota při které dochází ke skokovému navýšení součinitele odporu křídla při lokálním překročení rychlosti zvuku. Tedy kdy vzduch začne obtékat křídlo nadzvukovou rychlostí pouze na jeho části.

 

Křídlo s kladným šípem:

Potřeba šípových křídel vznikla s potřebou dosahovat vyšších rychlostí a vlastnosti křídel přímých již nebyly dostačující. Zejména se jedná o oblasti mírně podzvukové a nadzvukové tedy rozsah Machova čísla M 0,6  a více a je tedy dnes využíván na většině moderních letounů. Vyšší kritické Machovo číslo dovoluje letounu využít vyšší cestovní rychlost. Křídlo s kladným šípem velmi dobře odolává aeroelastickým jevům.

Křídlo s kladným šípem má ale i spoustu vlastností negativních. Nikdy nedosáhne stejného vztlaku jako srovnatelné přímé křídlo. Také  špatné  rozložení vztlaku po ploše křídla a působení vztlakových sil i v příčném směru (od kořene křídla k jeho konci) degraduje vlastnosti křídla.  U křídla s kladným šípem je vztlaková složka sil rozdělena na dvě části – vztlak před těžištěm letounu a za ním. Při správném vyvážení v dané rychlosti, jsou obě složky v rovnováze a letoun letí stabilně, pokud ovšem dojde ke kritickému zvýšení úhlu náběhu nebo ke ztrátě rychlosti až k pádovým hodnotám, vztlaková síla za těžištěm letounu se dramaticky zmenší a letoun je v tu chvíli „těžký na ocas“. V počáteční fázi lze pádu zabránit zásahem pilota a potlačením letounu, pokud ale hodnoty překročí kritickou mez, letoun začne padat po ocasu a pád bývá poměrně hluboký. Nezanedbatelnou roli hrají i vztlakové složky, které působí v příčném směru. Toto proudění ztlušťuje mezní vrstvu na koncích křídel a při vyšším úhlu náběhu má tato vrstva tendenci k předčasnému odtržení. Toto se týká zejména křídel s velkou šípovitostí. Zejména u starších typů se jako řešení osvědčily aerodynamické „plůtky“ tedy jakési tenké příčky, umístěné na horní ploše křídla ve směru letu, které toto proudění zpomalily nebo ho zcela eliminovaly.

Toto řešení bylo použito například u Tu-104, Sud Aviation Caravelle nebo třeba u stíhacích letounů MiG.

 Foto: Lukáš Musil

MiG 17, na horní straně křídla jsou dobře vidět aerodynamické plůtky (foto: Lukáš Musil)


Křídlo se záporným šípem: 

Vlastnosti křídla se záporným šípem se podstatně liší od křídla se šípem kladným, i když základní předpoklad, velikost kritického Machova čísla, zůstává zachován.

Vztlak je rozložen mnohem lépe než u předchozího typu křídla a je tedy méně záludné a není nutné tak velké křížení. Ztráta vztlaku začíná  u kořene křídla a na rozdíl od kladného šípu, je možné nežádoucí náklon letounu korigovat křidélky, které bývají umístěny na koncích křídel. Taktéž příčné proudění je zde opačným směrem, od konce křídla k jeho kořenu. Křídlo se záporným šípem je za určitých okolností schopné dosáhnout stejného vztlaku jako srovnatelné křídlo přímé.

Největší nevýhodou je vliv aeroelastických jevů, jako ohyb a vibrace křídla. Čím je úhel záporného šípu větší, tím je vliv aeroelastických jevů patrnější a větší. Je proto nutné křídlo konstruovat dostatečně pevné a tuhé, což může mít za následek větší hmotnost a menší štíhlost křídla než u kladného šípu. Toto je pravděpodobně jeden z největších důvodů, proč se křídlo se záporným úhlem šípu běžně nevyužívá. Vyjímku tvoří letoun HB 320 Hansa Jet a pár experimentálních vojenských letounů.

HFB 320 Hansajet (foto: Petr Hlaváček)


Trojúhelníkové křídlo (delta křídlo):

Trojúhelníkové křídlo, je v podstatě křídlo s kladným šípem avšak ve spoustě parametrů toto křídlo překonává.

Tento typ křídla se začal používat ke konci 50tých let u stíhacích letounů, které dosahovaly rychlosti M 1,5 a více a tento typ se ukázal jako velmi vhodný pro supersonické rychlosti.

Vzhledem ke konstrukci tohoto typu křídla, je možné pracovat s malou štíhlostí (křídlo je tenčí) a přesto zachová potřebnou tuhost a pevnost. Další výhodou štíhlého křídla je menší odpor a letoun je tedy schopný při daném výkonu motorů dosahovat znatelně vyšších rychlostí. Šířka kořene křídla zachovává dostatečný vnitřní objem křídla při malé štíhlosti a zůstává tak prostor třeba pro palivo, podvozek atd. Dalším pozitivním jevem, který ovlivňuje vlastnosti tohoto křídla, je tzv náběžný vír. To je turbulentní proudění, které postupuje podél náběžné hrany křídla a částečně brání odtržení proudnic a tím je možné bezpečně dosáhnout vyššího úhlu náběhu. Pro zesílení tohoto efektu se používá i vírový náběh, což je ploška, která vybíhá z kořene křídla u náběžné hrany daleko před křídlo. Patrný je tento prvek třeba u letounů F-18. U dopravních nadzvukových letounů (Concorde a Tu-144) byl tento prvek vyřešen změnou geometrie křídla, kdy od kořene náběžné hrany je úhel šípu velmi ostrý a dále se úhel láme a mírní, avšak funkce zůstává stejná.

Na druhou stranu delta křídlo není schopné vyvinout takový vztlak jako klasické křídlo šípové a letoun má tedy logicky vyšší pádovou a přistávací rychlost protože není možné na odtokové hraně umístit dostatečně účinné vztlakové klapky. Další nepříjemností, kterou musí konstruktéři řešit je extrémně velký kritický úhel náběhu, který by měl být podobný úhlu přistávacímu. Letoun tedy musí zvednout značně příď, než ztratí přebytečný vztlak a může bezpečně přistát. Z toho plynou dva problémy. Prvním je konstrukce podvozku, který musí být podstatně vyšší než u jiných letounů, aby při přistání nedocházelo ke kontaktu zádě s přistávací drahou, Druhým neméně důležitým problémem je výhled pilota, který při úhlech okolo 20-25° prakticky nemá možnost vidět zemi před sebou. U dopravních letadel s tímto typem křídla se výhled posádky řešil sklopnou přední částí letounu. Taktéž stojí za povšimnutí podvozek Tu-144, který je znatelně vyšší než se zdá být nutné.



Tu 144 (foto: Lukáš Musil)


Zdroj: Dušan Slavětínský - o letadlech


You have no rights to post comments