Možná je hlavní letadlovou jednotkou křídlo. Je to křídlo, které vytváří vztlak, který drží mnohatunové letadlo ve vzduchu a zabraňuje jeho pádu. Není náhodou, že konstruktéři mají výraz, že ten, kdo vlastní křídlo, také řídí letadlo. Snaha o zlepšení aerodynamických charakteristik letadel nutí vývojáře neustále vylepšovat křídlo, pracovat na jeho tvaru, hmotnosti a profilu.
Křídlo v profilu
Profil křídla letadla je geometrický řez křídla probíhající rovnoběžně s osou letadla. Nebo jednodušeji - boční pohled na křídlo. Za dlouhá léta vývoje leteckého průmyslu různé laboratoře a ústavy neustále vyvíjely a testovaly křídla různých konfigurací. Rychlosti rostly, hmotnost letadel, úkoly se měnily – a to vše vyžadovalo nové profily křídel.
Typy profilu
Dnes existují různé profily křídel,odlišný v účelu. Stejný typ může mít mnoho variant a může být použit na různých letadlech. Obecně však lze stávající hlavní typy profilů ilustrovat na obrázku níže.
- Symetrický.
- Asymetrické.
- Plonokonvexní.
- Binkonvexní.
- Vo tvaru S.
- Laminované.
- Lentikulární.
- Vo tvaru diamantu.
- Klínovitý tvar.
U některých letadel se používá variabilní profil podél délky křídla, ale obvykle se jeho tvar v celém rozsahu nemění.
Geometrie
Navenek profil křídla připomíná červa nebo něco podobného. Jelikož se jedná o složitý geometrický útvar, má svůj vlastní soubor charakteristik.
Obrázek ukazuje hlavní geometrické charakteristiky profilu křídla letadla. Vzdálenost (b) se nazývá tětiva křídla a je to vzdálenost mezi krajními body vpředu a vzadu. Relativní tloušťka je určena poměrem maximální tloušťky profilu (Cmax) k jeho tětivě a je vyjádřena v procentech. Souřadnice maximální tloušťky je poměr vzdálenosti od špičky k místu maximální tloušťky (Xc) k tětivě (b) a vyjadřuje se také v procentech. Středová čára je podmíněná křivka ve stejné vzdálenosti od horního a spodního křídla a šipka vychýlení (fmax) je maximální vzdálenost od tětivy středové čáry. Další ukazatel - relativní zakřivení - se vypočítá dělením (fmax) tětivou (b). Tradičně jsou všechny tyto hodnoty vyjádřeny v procentech. Kromě již zmíněných je to poloměr nosu profilu, souřadnice největší konkávnosti a řada dalších. Každý profil má svůj vlastní kód a v tomto kódu jsou zpravidla přítomny hlavní geometrické charakteristiky.
Například profil B6358 má tloušťku profilu 6 %, polohu šipky konkávnosti 35 % a relativní zakřivení 8 %. Systém zápisu bohužel není jednotný a různí vývojáři používají šifry po svém.
Aerodynamika
Na první pohled efektní nákresy sekcí křídel nejsou vytvořeny z lásky k vysokému umění, ale výhradně z pragmatických důvodů - pro zajištění vysokých aerodynamických vlastností profilů křídel. Mezi tyto nejdůležitější charakteristiky patří součinitel vztlaku Su a součinitel odporu vzduchu Cx pro každý konkrétní profil křídla. Samotné koeficienty nemají konstantní hodnotu a závisí na úhlu náběhu, rychlosti a některých dalších charakteristikách. Po testování v aerodynamickém tunelu lze pro každý profil křídla letadla sestavit tzv. polárku. Odráží vztah mezi Cx a Su při určitém úhlu náběhu. Byly vytvořeny speciální příručky obsahující podrobné informace o každém aerodynamickém profilu křídla a ilustrované příslušnými grafy a schématy. Tyto adresáře jsou volně dostupné.
Výběr profilu
Různost letadel, typy jejich pohonuinstalace a jejich účel vyžadují pečlivý přístup k výběru profilu křídla letadla. Při návrhu nového letadla se obvykle zvažuje několik alternativ. Čím větší je relativní tloušťka křídla, tím větší je odpor. Ale s tenkými křídly velké délky je obtížné zajistit dostatečnou strukturální pevnost.
Je zde samostatná otázka o nadzvukových strojích, které vyžadují speciální přístup. Je zcela přirozené, že profil křídla letounu An-2 („kukuřice“) se bude lišit od profilu stíhačky a osobního parníku. Symetrické a S-tvarované profily křídel vytvářejí menší vztlak, ale jsou stabilnější, tenké křídlo s mírným prohnutím je vhodné pro vysokorychlostní sportovní vozy a stíhací letadla a silné křídlo s velkým prohnutím, používané u velkých osobních letadel, může nazýváme křídlo s nejvyšším zdvihem. Nadzvuková letadla jsou vybavena křídly čočkovitého profilu, pro hypersonická letadla se používají profily kosočtvercového a klínového tvaru. Je třeba mít na paměti, že vytvořením nejlepšího profilu můžete ztratit všechny jeho přednosti pouze kvůli špatné povrchové úpravě křídelních panelů nebo špatnému designu letadla.
Charakteristická metoda výpočtu
V poslední době se výpočty charakteristik křídla určitého profilu provádějí pomocí počítačů, které jsou schopny provádět vícefaktorové modelování chování křídla v různých podmínkách. Ale nejspolehlivějším způsobem jsou přirozené testy prováděné naspeciální stojany. Jednotliví zaměstnanci „staré školy“to mohou nadále provádět ručně. Metoda zní jednoduše hrozivě: "úplný výpočet křídla pomocí integro-diferenciálních rovnic s ohledem na neznámou cirkulaci." Podstatou metody je znázornit cirkulaci proudění vzduchu kolem křídla ve formě trigonometrických řad a hledat koeficienty těchto řad, které splňují okrajové podmínky. Tato práce je velmi pracná a stále poskytuje pouze přibližné charakteristiky profilu křídla letadla.
Struktura křídla letadla
Krásně nakreslený a podrobně vypočítaný profil musí být vytvořen ve skutečnosti. Křídlo, kromě plnění své hlavní funkce – vytváření vztlaku, musí plnit řadu úkolů souvisejících s umístěním palivových nádrží, různých mechanismů, potrubí, elektrických svazků, senzorů a mnoho dalšího, což z něj dělá extrémně složitý technický objekt. Ale velmi zjednodušeně řečeno, křídlo letadla se skládá ze sady žeber, která zajišťují vytvoření požadovaného profilu křídla, umístěného napříč křídlem, a nosníků, umístěných podél. Tato konstrukce je shora i zespodu uzavřena opláštěním z hliníkových panelů se sadou podélníků. Žebra podél vnějších obrysů plně odpovídají profilu křídla letadla. Pracovní náročnost výroby křídla dosahuje 40 % celkové pracovní náročnosti výroby celého letadla.
