Galbūt pagrindinis orlaivio blokas yra sparnas. Būtent sparnas sukuria keltuvą, kuris išlaiko kelių tonų lėktuvą ore ir neleidžia jam nukristi. Neatsitiktinai dizaineriai turi išsireiškimą, kad tas, kuriam priklauso sparnas, valdo ir lėktuvą. Siekis gerinti orlaivių aerodinamines charakteristikas verčia kūrėjus nuolat tobulinti sparną, tobulinti jo formą, svorį ir profilį.
Sparnas profilyje
Orlaivio sparno profilis yra geometrinė sparno dalis, einanti lygiagrečiai orlaivio ašiai. Arba paprasčiau – sparno vaizdas iš šono. Per ilgus orlaivių pramonės plėtros metus įvairios laboratorijos ir institutai nuolat kūrė ir išbandė įvairios konfigūracijos sparnus. Didėjo greičiai, keitėsi orlaivių masė, užduotys – ir tam reikėjo naujų sparnų profilių.
Profilio tipai
Šiandien yra įvairių sparnų profilių,skirtingu tikslu. Tas pats tipas gali turėti daugybę variantų ir būti naudojamas skirtinguose orlaiviuose. Tačiau apskritai esamus pagrindinius profilių tipus galima iliustruoti toliau pateiktame paveikslėlyje.
- Simetriška.
- Asimetriškas.
- Planiškai išgaubta.
- Bingaubti.
- S formos.
- Laminuota.
- Lęšinis.
- Deimanto formos.
- Pleišto formos.
Kai kuriuose orlaiviuose naudojamas kintamas profilis išilgai sparno ilgio, tačiau paprastai jo forma nesikeičia visame pasaulyje.
Geometrija
Išoriškai sparno profilis primena kirminą ar kažką panašaus. Būdama sudėtinga geometrinė figūra, ji turi savo savybių rinkinį.
Paveikslėlyje parodytos pagrindinės orlaivio sparno profilio geometrinės charakteristikos. Atstumas (b) vadinamas sparno styga ir yra atstumas tarp kraštutinių taškų priekyje ir gale. Santykinis storis nustatomas pagal maksimalaus profilio storio (Cmax) ir jo stygos santykį ir išreiškiamas procentais. Didžiausia storio koordinatė yra atstumo nuo piršto iki didžiausio storio vietos (Xc) ir stygos (b) santykis, taip pat išreiškiama procentais. Centrinė linija yra sąlyginė kreivė, esanti vienodu atstumu nuo viršutinės ir apatinės sparnų plokščių, o nukreipimo rodyklė (fmax) yra didžiausias atstumas nuo vidurio linijos stygos. Kitas rodiklis – santykinis kreivumas – apskaičiuojamas padalijus (fmax) iš stygos (b). Tradiciškai visos šios vertės išreiškiamos procentais. Be jau minėtų, yra profilio nosies spindulys, didžiausios įdubos koordinatės ir dar nemažai. Kiekvienas profilis turi savo kodą ir, kaip taisyklė, šiame kode pateikiamos pagrindinės geometrinės charakteristikos.
Pavyzdžiui, profilio B6358 profilio storis yra 6%, įgaubtos rodyklės padėtis yra 35%, o santykinis kreivumas yra 8%. Deja, žymėjimo sistema nėra vieninga, o skirtingi kūrėjai naudoja šifrus savaip.
Aerodinamika
Įmantri, iš pirmo žvilgsnio sparnų pjūvių brėžiniai daromi ne iš meilės aukštajam menui, o tik pragmatiniais tikslais – užtikrinti aukštas sparnų profilių aerodinamines charakteristikas. Šios svarbiausios charakteristikos apima pakėlimo koeficientą Su ir pasipriešinimo koeficientą Cx kiekvienam konkrečiam aerodinaminiam paviršiui. Patys koeficientai neturi pastovios vertės ir priklauso nuo atakos kampo, greičio ir kai kurių kitų savybių. Atlikus bandymus vėjo tunelyje, kiekvienam orlaivio sparno profiliui gali būti sudarytas vadinamasis poliarinis. Tai atspindi ryšį tarp Cx ir Su tam tikru atakos kampu. Sukurti specialūs vadovai, kuriuose pateikiama išsami informacija apie kiekvieną aerodinaminį sparno profilį ir iliustruoti atitinkamais grafikais bei diagramomis. Šie katalogai yra laisvai prieinami.
Profilio pasirinkimas
Orlaivių įvairovė, jų varymo tipaiįrenginiai ir jų paskirtis reikalauja kruopštaus požiūrio į orlaivio sparno profilio pasirinkimą. Kuriant naujus orlaivius dažniausiai svarstomos kelios alternatyvos. Kuo didesnis santykinis sparno storis, tuo didesnis pasipriešinimas. Tačiau turint plonus ir didelio ilgio sparnus sunku užtikrinti tinkamą konstrukcijos tvirtumą.
Yra atskiras klausimas apie viršgarsines mašinas, kurioms reikalingas specialus požiūris. Visiškai natūralu, kad lėktuvo An-2 sparno profilis („kukurūzas“) skirsis nuo naikintuvo ir keleivinio lainerio profilio. Simetriški ir S formos sparnų profiliai sukuria mažesnę keliamąją galią, bet yra stabilesni, plonas sparnas su nedideliu kampu tinka greitaeigiams sportiniams automobiliams ir naikintuvams, o storas sparnas su dideliu kampu, naudojamas dideliuose keleiviniuose lėktuvuose, gali. bus vadinamas sparnu su aukščiausiu keltuvu. Viršgarsiniuose orlaiviuose yra lęšinio profilio sparnai, o hipergarsiniams lėktuvams naudojami rombo ir pleišto formos profiliai. Reikėtų nepamiršti, kad sukūrę geriausią profilį galite prarasti visus jo pranašumus tik dėl prastos sparnų plokščių paviršiaus apdorojimo arba prastos orlaivio konstrukcijos.
Charakteristikos skaičiavimo metodas
Pastaruoju metu tam tikro profilio sparno charakteristikų skaičiavimai atliekami naudojant kompiuterius, galinčius atlikti daugiafaktorinį sparno elgsenos modeliavimą skirtingomis sąlygomis. Tačiau patikimiausias būdas yra atlikti natūralūs testaispecialūs stendai. Atskiri „senosios mokyklos“darbuotojai gali ir toliau tai daryti rankiniu būdu. Metodas skamba tiesiog grėsmingai: „visas sparno apskaičiavimas naudojant integro-diferencialines lygtis, atsižvelgiant į nežinomą cirkuliaciją“. Metodo esmė – pavaizduoti oro srauto cirkuliaciją aplink sparną trigonometrinių eilučių pavidalu ir ieškoti šių eilučių koeficientų, atitinkančių ribines sąlygas. Šis darbas yra labai sunkus ir vis tiek pateikia tik apytiksles orlaivio sparno profilio charakteristikas.
Orlaivio sparno konstrukcija
Gražiai nupieštas ir detaliai apskaičiuotas profilis turi būti padarytas realybėje. Sparnas, be savo pagrindinės funkcijos – keltuvo kūrimo, turi atlikti daugybę užduočių, susijusių su degalų bakų, įvairių mechanizmų, vamzdynų, elektros laidų, jutiklių ir dar daugiau išdėstymu, todėl yra itin sudėtingas techninis objektas. Tačiau kalbant labai paprastai, orlaivio sparnas susideda iš briaunų rinkinio, užtikrinančio norimo sparno profilio formavimąsi skersai sparno ir išilgai esančių sparnų. Iš viršaus ir apačios ši konstrukcija yra uždaryta aliuminio plokščių apvalkalu su stygų komplektu. Šonkauliai išilgai išorinių kontūrų visiškai atitinka orlaivio sparno profilį. Sparno gamybos darbo intensyvumas siekia 40% viso orlaivio gamybos darbo jėgos.
