אולי יחידת המטוסים העיקרית היא הכנף. הכנף היא היוצרת עילוי שמחזיק מטוס רב טון באוויר, ומונע ממנו ליפול. לא במקרה יש למעצבים ביטוי שמי שמחזיק בכנף שולט גם במטוס. השאיפה לשיפור המאפיינים האווירודינמיים של כלי הטיס מאלצת מפתחים לשפר כל הזמן את הכנף, תוך עבודה על צורתה, משקלה ופרופילה.
אגף בפרופיל
פרופיל כנף המטוס הוא קטע גיאומטרי של הכנף המקביל לציר המטוס. או יותר פשוט - מבט מהצד של הכנף. במהלך השנים הארוכות של התפתחות תעשיית המטוסים, מעבדות ומכונים שונים פיתחו ובחנו ללא הרף כנפיים בתצורות שונות. המהירויות גדלו, מסת המטוסים, המשימות השתנו - וכל זה דרש פרופילי כנפיים חדשים.
סוגי פרופילים
היום, ישנם פרופילי אגפים שונים,שונה בתכלית. אותו סוג יכול להיות בעל גרסאות רבות ולשמש במטוסים שונים. אבל באופן כללי, ניתן להמחיש את סוגי הפרופילים העיקריים הקיימים באמצעות התמונה למטה.
- סימטרי.
- אסימטרי.
- Plano-convex.
- Binconvex.
- S-shaped.
- למינציה.
- Lenticular.
- בצורת יהלום.
- בצורת טריז.
במטוסים מסוימים, נעשה שימוש בפרופיל משתנה לאורך הכנף, אך בדרך כלל צורתו ללא שינוי לאורך כל הדרך.
Geometry
חיצונית, פרופיל הכנף דומה לתולעת או משהו כזה. בהיותה דמות גיאומטרית מורכבת, יש לה סט מאפיינים משלה.
האיור מציג את המאפיינים הגיאומטריים העיקריים של פרופיל כנף המטוס. המרחק (ב) נקרא אקורד הכנף והוא המרחק בין הנקודות הקיצוניות מלפנים ומאחור. העובי היחסי נקבע על פי היחס בין עובי הפרופיל המקסימלי (Cmax) לאקורד שלו והוא מבוטא באחוזים. קואורדינטת העובי המקסימלי היא היחס בין המרחק מהבוהן למקום העובי המקסימלי (Xc) לאקורד (ב) והיא מבוטאת גם באחוזים. קו המרכז הוא עקומה מותנית במרחק שווה מלוחות הכנף העליונה והתחתון, וחץ הסטייה (fmax) הוא המרחק המרבי מהאקורד של קו האמצע. אינדיקטור נוסף - עקמומיות יחסית - מחושב על ידי חלוקה (fmax) באקורד (b).באופן מסורתי, כל הערכים הללו מבוטאים באחוזים. בנוסף לאלו שכבר הוזכרו, יש את הרדיוס של אף הפרופיל, הקואורדינטות של הקיעור הגדול ביותר ועוד מספר אחרים. לכל פרופיל יש קוד משלו, וככלל, המאפיינים הגיאומטריים העיקריים קיימים בקוד זה.
לדוגמה, לפרופיל B6358 יש עובי פרופיל של 6%, מיקום חץ קיעור של 35% ועקמומיות יחסית של 8%. מערכת התווים, למרבה הצער, אינה מאוחדת, ומפתחים שונים משתמשים בצפנים בדרכם שלהם.
אירודינמיקה
מהודרים, במבט ראשון, ציורים של חתכי כנף נעשים לא מתוך אהבה לאמנות גבוהה, אלא אך ורק למטרות פרגמטיות - כדי להבטיח מאפיינים אווירודינמיים גבוהים של פרופילי כנפיים. המאפיינים החשובים ביותר הללו כוללים את מקדם העילוי Su ומקדם הגרר Cx עבור כל ציר אוויר ספציפי. למקדמים עצמם אין ערך קבוע והם תלויים בזווית ההתקפה, המהירות ועוד כמה מאפיינים. לאחר בדיקה במנהרת רוח, ניתן לשרטט מה שנקרא קוטב עבור כל פרופיל של כנף מטוס. זה משקף את הקשר בין Cx ו-Su בזווית התקפה מסוימת. נוצרו ספרי עזר מיוחדים המכילים מידע מפורט על כל פרופיל אווירודינמי של הכנף ומאוירים בגרפים ודיאגרמות מתאימות. ספריות אלו זמינות באופן חופשי.
בחירת פרופיל
מגוון כלי טיס, סוגי ההנעה שלהםמתקנים ומטרתם דורשים גישה זהירה לבחירת פרופיל כנף המטוס. כאשר מתכננים מטוסים חדשים, נשקלות בדרך כלל מספר חלופות. ככל שהעובי היחסי של הכנף גדול יותר, כך הגרר גדול יותר. אבל עם כנפיים דקות באורך גדול, קשה לספק חוזק מבני הולם.
יש שאלה נפרדת לגבי מכונות על-קוליות הדורשות גישה מיוחדת. זה די טבעי שפרופיל הכנף של מטוס ה-An-2 ("תירס") יהיה שונה מפרופיל של מטוס קרב וספינת נוסעים. פרופילי כנף סימטריים ובעלי צורת S יוצרים פחות עילוי אך יציבים יותר, כנף דקה עם כנף קלה מתאימה למכוניות ספורט ומטוסי קרב מהירות גבוהה, וכנף עבה עם קמבר גדול, המשמשת במטוסי נוסעים גדולים, יכולה להיקרא הכנף עם העילוי הגבוה ביותר. מטוסים על-קוליים מצוידים בכנפיים בעלות פרופיל עדשה, בעוד שפרופילים בצורת יהלום ובצורת טריז משמשים למטוסים היפרסוניים. יש לזכור כי על ידי יצירת הפרופיל הטוב ביותר, אתה יכול לאבד את כל היתרונות שלו רק בגלל טיפול משטח לקוי של לוחות כנפיים או עיצוב לקוי של מטוסים.
שיטת חישוב אופיינית
לאחרונה, חישובים של מאפייני כנף בפרופיל מסוים מתבצעים באמצעות מחשבים המסוגלים לבצע מידול רב-גורמי של התנהגות הכנף בתנאים שונים. אבל הדרך האמינה ביותר היא בדיקות טבעיות המבוצעות עלדוכנים מיוחדים. עובדי "בית ספר ישן" בודדים עשויים להמשיך לעשות זאת באופן ידני. השיטה נשמעת פשוט מאיימת: "חישוב מלא של הכנף באמצעות משוואות אינגרו-דיפרנציאליות ביחס למחזור הבלתי ידוע". מהות השיטה היא לייצג את מחזור זרימת האוויר סביב הכנף בצורה של סדרות טריגונומטריות ולחפש את המקדמים של סדרות אלו העומדים בתנאי הגבול. עבודה זו היא מייגעת מאוד ועדיין נותנת רק מאפיינים משוערים של פרופיל כנף המטוס.
מבנה כנף המטוס
יש ליצור פרופיל מחושב מצוייר יפה ומפורט במציאות. הכנף, בנוסף לביצוע תפקידה העיקרי - יצירת עילוי, חייבת לבצע מספר משימות הקשורות להצבת מיכלי דלק, מנגנונים שונים, צינורות, רתמות חשמל, חיישנים ועוד, מה שהופך אותה לאובייקט טכני מורכב ביותר. אבל אם מדברים בצורה פשוטה מאוד, הכנף של כלי טיס מורכבת מסט של צלעות המספקות את היווצרות פרופיל הכנף הרצוי, הממוקם על פני הכנף, וספוגות, הממוקמות לאורך. מלמעלה ומתחת מבנה זה נסגר במעטפת של לוחות אלומיניום עם סט סטרינגר. הצלעות לאורך קווי המתאר החיצוניים מתאימות במלואן לפרופיל של כנף המטוס. עוצמת העבודה של ייצור הכנף מגיעה ל-40% מסך עוצמת העבודה של ייצור המטוס כולו.
