Aripa avionului

Aripa avionului

Fig.7

1. Suprafata aripii (S) - suprafata in plan care cuprinde si portiunea ocupata de fuselaj;
2. Anvergura aripii (2b) - distanta intre varfurile aripii;
3. Coarda aripii (C) - distanta de la bordul de atac la bordul de fuga, masurata intr-un plan paralel cu planul de simetrie al avionului si a corzii maxime masurate in lungul anvergurii;
4. Coarda centrala (Cc) - masurata in planul de simetrie a avionului;
5. Coarda extrema (Ce) - la varful aripii;
6. Raportul de trapezoidalitate (η) - intre Ce si Cc;
7. Unghiul de sageata (γ) - unghiul format de axa transversala cu linia centrelor de presiune.

Linia centrelor de presiune este linia care uneste punctele aflate la un sfert din distanta dintre Ce si Cc.

Marimea mica a unghiului de sageata are avantajul ca micsoreaza rezistenta la inaintare dar in acelasi timp va duce si la micsorarea fortei portante, ceea ce va duce la viteze mari la decolare si aterizare.

8. Alungirea aripii (λ) - reprezina raportul dintre patratul anvergurii si suprafata aripii.

la alungire mare, rezulta portanta mare;

pentru avioane militare λ = de la 2 la 6;

pentru avioane de transport λ = de la 6 la 12;

pentru planoare λ = de la 12 la 25.

9. Unghiul de fixare (calare) = α₀ - unghiul pe care il formeaza axa longitudinala cu coarda centrala.

Fig.8

10. Unghiul diedru al aripii (Δ) - unghiul format de axa transversala cu planul centrilor aripii.

Fig.9

Unghiul Δ > + duce la marirea stabilitatii transversale;

Unghiul Δ < + duce la micsorarea stabilitatii transversale dar la cresterea maneabilitatii avionului. Se aplica aripilor cu unghi de sageata mare.

Clasificarea aripilor

1. Dupa forma in plan:
1. aripa dreptunghiulara

- rezistenta mare la inaintare

- are portanta mare

- se utilizeaza pentru viteze mici

2. aripa eliptica:

- are cea mai mica rezistenta indusa;

- are rezistenta mica la inaintare;

3. aripa trapezoidala:

- aripa cea mai usoara in raport cu celelalte;

- stabilitate mare la viteze subsonice;

4. aripa in sageata:

- aripa pentru viteze mari, sonice, transonice;

5. aripa delta:

- pentru avioane supersonice;

- unghi de sageata mare;

- greutate mica;

- suprafata mare;

- unghi de incidenta pentru aterizare/decolare - mare.

2. Dupa locul de fixare in fuselaj:

cu aripa sus - portanta mare, tren de aterizare inalt;

cu aripa mijlocie;

cu aripa jos - tren de aterizare scurt.

3. Dupa modul de fixare al aripii:

cu aripa fixa;

cu geometrie variabila.

Profilul aripii - caracteristici geometrice

Profilul aripii - este forma in plan a unei sectiuni prin aripa cu un plan paralel cu planul simetric al avionului.

Fig.10

1. Coarda profilului (c) - uneste bordul de atac cu bordul de fuga;
2. Grosimea profilului (e) - distanta de la extrados ls intrados, masurata perpendicular pe coarda:

a_c - pozitia grosimii maxime;

e_m - grosimea maxima.

3. Grosimea relativa (ē) - reprezinta raportul dintre grosimea profilului si coarda;

ē = e/c - grosimea relativa este maxima atunci cand grosimea partiala este maxima (ē_m = e_m/c).

4. Linia medie a profilului - linia care uneste mijlocul distantei intre intrados si extrados;
5. Sageata profilului (f) - distanta de la linia medie la coarda profilului, masurata pe coarda;
6. Sageata relativa a profilului (f_r) - se defineste prin raportul dintre sageata profilului si coarda;

f_r = f/c, pentru f_rm = f_m/c.

Clasificarea profilelor

1. dupa curbura:

Profile simetrice f_r = 0, in orice punct.

Profile nesimetrice fr ≠ 0.

Profile biconvexe (cele mai utilizate, dau forta si momente de picaj).

Profile planconvexe (dau forta si momente de picaj);

Profile concavconvexe (utilizat la planoare);

Profile cu dubla curbura (autostabilitate, dau forta dar nu si moment de picaj,

2. Dupa grosimea relativa maxima:

profile subtiri (ē < 8%);

profile medii (8% < ē < 13%)

profile groase (ē >13%).

3. Dupa domeniul vitezelor de zbor

Profile subsonice;

Profile suprasonice;

Profil carafoli (cu bord de fuga rotunjit) - utilizat indeosebi la elice.

Fortele aerodinamice

Unghiul format de coarda profilului cu directia vitezei de zbor, se numeste unghi de incidenta (α).

Acesta poate fi pozitiv (incidenta pozitiva) sau negativ (incidenta negativa).

Fig.11

1. Forta totala aerodinamica (Fα) - rezultatul interactiunii intre aer si avionul aflat in miscare.

Unde:

Ca = coeficientul fortei totale aerodinamice;

S = suprafata aripii

V = viteza de deplasare a avionului;

ρ = densitatea aerului.

Factori de influenta:

1. Unghiul de incidenta - cu cat acesta este mai mare cu atat forta totala aerodinamica este mai mare. Daca unghiul creste si Fα va creste. Punctul de aplicatie al Fα se numeste Centru de presiune si se gaseste la intersectia coardei profilului cu directia fortei totale aerodinamice.
2. Forma profilului - profilul biconvex are are forta portanta mai mica decat cea a profilului concavconvex;
3. Starea suprafetei avionului - cu cat suprafata avionului este mai bine prelucrata cu atat fortele de frecare vor fi mai mici, forta totala aerodinamica mai mica.

2. Forta portanta (Fz) - este o componenta a fortei totale aerodinamice, perpendiculara pe directia vitezei de zbor.

Cz = coeficientul fortei portante.

Factori de influenta:

1. Unghiul de incidenta (α) - daca unghiul creste si Fz creste (vectorul Fz) si va atinge o valoare maxima de incidenta numita incidenta critica, dupa care daca va continua sa creasca atunci Fz va scade (α = 25 ÷35⁰).
2. Alungirea aripii (λ) - daca λ creste si Fz va creste.
3. Forma profilului - profilul biconvex are o forta portanta mai mica decat profilul concavconvex.

3. Rezistenta la inaintare (Fx) - este o componenta a fortei aerodinamice si este paralela cu directia vitezei de zbor.

Cx = coeficientul rezistentei la inaintare.

Factori de influenta:

1. Unghiul de incidenta - daca acesta creste si Fx va creste;
2. Starea suprafetelor avionului - daca frecarea va fi mai mare si forta de rezistenta va creste iar incidenta va fi mai mare.
3. Forma profilului - Fx pentru un profil biconvex este mai mic decat rezistenta la inaintare a unui profil concavconvex.

Relatii intre fortele aerodinamice

Fig. 12

Finetea aerodinamica

(K) - reprezinta raportul dintre forta portanta si rezistenta la inaintare.

Finetea aerodinamica trebuie sa contina o valoare cat mai mare.

Definite: - unghiul format dintre directia fortei portante cu directia fortei totale aerodinamice se numeste "Unghi de finete aerodinamica" (Q).

Daca finetea aerodinamica creste, unhiul Q va scade.

Cand K este maxim, atunci Q va fi minim.

Deplasarea centrelor de presiune in lungul corzii

Deplasarea centrelor de presiune in lungul corzii are loc atunci cand sunt modificari de incidenta.

Pentru profilul biconvex, cand incidenta (α) este mai mica decat incidenta critica (α _cr), centrele de presiune se vor deplasa catre bordul de atac.

In acest sens putem face o diagrama de variatie a presiunii pe pozitii anume.

Fig. 13

Deplasarea centrelor de presiune in lungul anvergurii

Fig. 13a

Strat limita

este stratul de aer a carui viteza variaza de la zero la suprafata avionului pana la viteza locala a curentului la o anumita distanta de corp.

(δ) - grosimea stratului limita, care variaza in lungul profilului (creste in apropierea bordului de fuga);

Stratul limita apare datorita vascozitatii fluidului.

Fig. 14

Clasificare:

1. Dupa caracteristica curgerii:

strat laminar limita

strat limita turbulent.

In interiorul stratului limita laminar, liniile de curent raman paralele, iar in interiorul stratului limita turbulent se intersecteaza avand loc un schimb intens de energie intre straturile de fluid, crescand in acelasi timp foarte mult fortele de frecare.

Fig. 15

Pentru a pastra stratul limita laminar se construiesc profile laminare.

Cand unghiul de incidenta depaseste incidenta critica (α > α_cr.) are loc desprinderea stratului limita, ceea ce genereaza vartejuri mari in spatele aripii.

Fig. 16

Cand α > α_cr., grosimea stratului limita poate atinge valori cuprinse intre 1÷2 mm.

Coeficienti aerodinamici

Coeficientul fortei totale aerodinamice (Ca);

Coeficientul fortei portante (Cz);

Coeficientul rezistentei la inaintare.

1. Metoda teoretica:

L = coeficientul dupa forma in plan a aripii.

Cf = coeficient de frecare al placii plane echivalente

2. Metoda experimentala:

Se construieste macheta si se masoara in tunelul aerodinamic urmatorii parametrii:

viteza curentului de aer;

suprafata - forta portanta;

incidenta - rezistenta la inaintare;

densitatea

Toti parametrii se introduc in tabele, dupa care se stabilesc polarele profilului (simetrice si nesimetrice).

Fig. 17

Rezistenta indusa

Este o componenta a portantei care apare datorita vitezei induse si care ajunge deplasarea avionului.

- Rezistenta indusa apare numai la suprafetele care creaza portanta. Cand portanta este nula si rezistenta indusa va fi nula.

Vitezele marginale induc viteze pe intradosul aripii.

Modifica incidenta elastica a avionului.

Fig. 18

Fig. 19

α _ef. = α _geometric - α _indus

Fz₁ = greutatea avionului la zbor orizontal;

Unghiul dintre Fz si Fz₁ este foarte mic, astfel incat Fz se identifica uneori cu Fz₁.

V _efectiva = viteza dupa care se deplaseaza particolele de aer.

f = coeficient de corectie in functie de forma in plan a aripii.

Factori de influenta:

1. Unghiul de incidenta - cu cat unghiul creste cu atat creste diferenta de presiune dintre intrados si extrados; daca V_indus creste rezulta si o crestere a R_indus.
2. Alungirea aripii - cu cat λ creste cu atat R_indus scade;
3. Forma in plan a aripii - aripa dreptunghiulara are R_indus maxim, aripa eliptica are R_indus minim.

Polara aripii

este graficul de variatie al coeficientului de portanta Cz functie de coeficientul rezistentei la inaintare si incidenta aripii.

Cz = f (Cx α)

Fx _aripa = Fx _profil + Fx _indus

Cx _aripa = Cx ₀ + Cx _indus

Cx_0aripa = coeficientul rezistentei la inaintare al aripii la portanta nula

Fig. 20

Unghiul caracteristic de polara

1. Incidenta critica - la care Cz este maxim:
2. Incidenta optima - la care finetea aerodinamica este maxima.

Cz _{optim aripa} = √ π λ Cx _{0 aripa}

3. incidenta economica - inc. la care raportul Cx2 / Cz2 este minim; Cz_economic = √3 Cz_optim
4. incidenta de coaziera - la care raportul Cx / √Cz este minim. Cz_aeronava  = Cz_optim / √3