Křídlo letadla. Velká ruská encyklopedie

křídlo letadla, vztlaková plocha letadla, která vytváří hlavní aerodynamickou vztlakovou sílu. Aerodynamické, hmotnostní a pevnostní vlastnosti křídla jsou dány především jeho geometrickými vlastnostmi (profil křídla, tvar křídla v půdorysu, tedy tvar křídla při pohledu shora, rozměry) a konstrukčně-výkonovým provedením.

Při výrobě letadel se používá široká škála křídel, lišících se tvarem, designem a velikostí. Tvar křídla a jeho rozměry jsou do značné míry dány určením letounu, jejich volba však v mnoha ohledech zůstává kompromisem. Například pro dosažení vysoké hodnoty aerodynamické kvality křídla při podzvukových rychlostech letu je žádoucí mít co největší stranový poměr křídla, zatímco problém snížení hmotnosti konstrukce vyžaduje snížení stranového poměru.

Tvary křídel

Za letu jsou křídla pevné a proměnné geometrie. Křídlo je zpravidla symetrické vzhledem ke svislé rovině letadla.

Nejjednodušší třídou křídel s pevnou geometrií jsou lichoběžníková křídla s rovnou náběžnou a odtokovou hranou (obr. 1, a). Pro určení geometrie lichoběžníkových křídel stačí nastavit tři parametry, například prodloužení λ lambda λ, zúžení η eta η a úhel sklonu podél náběžné hrany χ 0 chi _ χ 0 ​ (v obecnějším případě sweep úhel podél přímky nnn procent tětivy χ n chi _ χ n ​). Mezi lichoběžníková křídla patří zejména dopředu a dozadu vymetená křídla, dále křídla trojúhelníkového a kosočtvercového tvaru (obr. 1, b–d). Trojúhelníková křídla jsou určena pouze jedním parametrem, například χ 0 chi _ χ 0 ​ ( λ = 4 tan ⁣ χ 0 , η = ∞ ) ( lambda =frac , !chi _> , eta = infty ) ( λ = tan χ 0 ​ 4 ​ , η = ∞ ) . K trojúhelníkovým křídlům přiléhají tkzv. Gotická křídla s náběžnými hranami parabolického tvaru (obr. 1, f).

Zvláštní místo v teorii křídla zaujímá křídlo půdorysně eliptického tvaru, pro které má zákon změny tětiv bbb po rozpětí tvar b = b 0 ( 1 − z ‾ 2 ) 1 2 b = b_(1- overline^ )^ < frac >b = b 0 ​ ( 1 − z 2 ) 2 1 ​ , kde z ‾ = 2 ⋅ zl overline= frac z = l 2 ⋅ z ​ ( b 0 b_ b 0​ – kořenová tětiva křídla, lll – rozpětí křídla, zzz – vzdálenost ke kořenové tětivě). V rámci modelu nosné linie L. Prandtl ukázal, že takové křídlo má pro daný poměr stran minimální indukční odpor. Typicky je takové křídlo složeno ze dvou půlelips, které mají společnou hlavní osu, která je také linií ¼ tětiv eliptického křídla (obr. 1, g).

Velký praktický význam má třída křídel půdorysně složitého tvaru, která jsou kombinací původního lichoběžníkového křídla s předním, případně i zadním, náběhem křídla (obr. 1, h). Tvar uzlů může být různý. U nejjednoduššího trojúhelníkového tvaru korálků je zapotřebí alespoň pět geometrických parametrů pro specifikaci geometrie složitého tvaru křídla v půdorysu. Půdorysně složitá křídla zahrnují i ​​ogivální křídlo (obr. 1, i).

Křídla se složitým půdorysem mají specifické aerodynamické vlastnosti a poskytují konstruktérům letadel větší možnosti uspokojit četné a často protichůdné praktické požadavky kladené na křídlo.

Protože křídlo s určitými parametry je optimální pro každý letový režim, už ve 1930. letech 1. století. byly navrženy konstrukce letadel s křídly proměnlivé geometrie za letu. Jako přirozená cesta k co nejúplnějšímu uspokojení požadavků na vícerežimová letadla létající podzvukovou a nadzvukovou rychlostí, jakož i v malých výškách, vstoupilo do praxe konstrukce letadel letadlo s křídlem, které lze za letu máchat. Při vývoji takového letounu se ukázalo, že na tvar křídla s proměnným sklonem je třeba uložit určitá omezení. Zejména se ukázalo, že křídlo s proměnným sklonem musí mít vyvinutou pevnou středovou část, aby poskytovalo přijatelné charakteristiky podélné stability při změně úhlu sklonu konzol (obr. 1, j). Mezi křídla proměnné geometrie patří rotační antisymetrické křídlo (obr. 1, l), které na rozdíl od všech ostatních křídel nemá vertikální rovinu symetrie, stejně jako různé varianty křídel ve tvaru X (obr. XNUMX, l) .

Rýže. 1. Různé půdorysy křídel. Rýže. 1. Různé půdorysy křídel. Specifickou skupinu tvoří křídla s exotickými tvary v půdorysu, kam patří např.

• dvouplošná křídla s uzavřenými koncovými tětivami;
• křídla, jejichž konce jsou uzavřeny s konci vodorovné ocasní plochy;
• prstencové křídlo prstencovitého (coleopterus);
• zpětně se zužující křídla.

V raketové technice (rakety, řízené střely) jsou široce používána křížová a příhradová křídla.

Design křídla

Rýže. 2. Křídlo letounu. Rýže. 2. Křídlo letounu. Konstrukčně má křídlo obvykle odnímatelné části připevněné ke střední části nebo trupu letadla (obr. 2). Někdy může být křídlo samostatnou jednotkou draku letadla.

U křídla s proměnným sklonem za letu je odnímatelná pohyblivá část připevněna k pevné části konzoly nebo ke středové části pomocí pantu. Rozlišují se následující hlavní zóny nebo části křídla (obr. 3):

• nosní;
• centrální;
• ocas;
• vykořenit;
• konec;
• konec.

Rýže. 3. Odnímatelná část křídla. Rýže. 3. Odnímatelná část křídla. Křídla jsou někdy také označována jako swells. V přídi jsou vychylovací podkolenky, vztlakové klapky Kruger, lamely, ve střední části – spoilery, v ocasní části – křidélka, vztlakové klapky, elevony atd. Křídlo je koncová kapotáž křídla, ke které se připojují závaží proti třepetání, navigace lze připevnit světla apod. V některých případech jsou na křídlech instalovány koncové podložky. Mnoho zametených křídel má na povrchu aerodynamické přepážky.

Ve vnitřním prostoru křídla je obvykle umístěno palivo, různé komunikace, pohony mechanizace křídla a ovládací prvky s ovládací elektroinstalací, nádoby na kapaliny a plyny, elektronická a další zařízení. Do křídla se vejdou výklenky pro čištění podvozku, a pokud je podvozek za letu zatažen do křídel, jsou tyto výklenky uzavřeny speciálními klapkami. Kromě toho mohou být motory instalovány v křídlech, na křídlech nebo na pylonech pod křídly, mohou být zavěšeny kontejnery s přídavným zařízením, externí palivové nádrže a zbraně.

Na křídlo působí soubor zatížení, z nichž hlavní jsou: aerodynamické zatížení, vibrační zatížení, akustické zatížení, přetlak ve vnitřních dutinách křídla, rozložené a soustředěné síly hmoty úměrné přetížení. Pokud jsou motory instalovány na křídle, působí tah motorů a také zatížení způsobené zahříváním konstrukce. Křídlo je zatěžováno reakcí trupu a silami (u vojenských letadel) vznikajícími při provozu zbraní umístěných na křídle.

Konstrukce křídla musí zajišťovat statickou a únavovou pevnost, absenci divergence (to platí zejména pro dopředu zahnutá křídla), reverzaci řízení a flutter. Návrhové případy zatížení křídla, bezpečnostního faktoru, podmínky pro zajištění bezpečnosti pro couvání a třepetání jsou stanoveny Standardy letové způsobilosti (část C – Pevnost) a dalšími regulačními dokumenty. Pro zachování aerodynamických vlastností křídla jsou v některých případech omezeny jeho elastické deformace. Jedním z nejdůležitějších požadavků na konstrukci křídla je minimální hmotnost, zásadní jsou také požadavky na vyrobitelnost a snadnost použití.

Pevnost křídla je dána především pevností silové struktury jeho středové části, neboť právě zde se všechny síly působící na křídlo přenášejí na trup letadla a dochází k maximálním hodnotám ohybových momentů. Proto je konstrukční výška (tloušťka profilu křídla) v této zóně maximální.

Rýže. 4. Ocasní část křídla. Rýže. 4. Ocasní část křídla. Silová struktura křídla se obvykle skládá z nosníků, výztuh, žeber, panelů (nebo „pracovního“ pláště). V závislosti na provedení se obvykle rozlišují křídla nosníková, monobloková a kesonová. U nosníkových křídel je převážná část ohybového momentu přenášena nosníky, u kesonových křídel – pláštěm nebo panely. Křídlo, ve kterém prvky pohonné jednotky tvoří jeden uzavřený keson, se nazývá monocoque. Vzhledem k tomu, že ohybový moment v příďové a ocasní části křídla je obvykle malý, jsou vyráběny s potahem malé tloušťky, s výztuhovými nebo vaflovými panely nebo s použitím voštinových struktur (obr. 4).

Existují i ​​pevná kovová křídla (například na raketách). Speciální konstrukční řešení jsou poskytnuta pro křídla hypersonických letadel, která jsou vystavena intenzivnímu aerodynamickému ohřevu.

Napájecí obvod křídla

Rýže. 5. Výkonové obvody křídla. Rýže. 5. Výkonové obvody křídla. Výkonová struktura křídla určuje volbu a vzájemné uspořádání prvků výkonové sestavy. Konstrukce kesonu s velkým počtem nosníků se nazývá nástěnná konstrukce. Vyznačuje se absencí normálních žeber a přítomností výkonných panelů. Ve schématu žeber je mnoho normálních žeber a relativně málo nosníků a panel je vyroben ve formě tenkého pláště podepřeného výztuhami. Konstrukce s více nosníky s nosníky rovnoběžnými s rozpětím se často používá u křídel s nízkým poměrem stran. Malá křídla tohoto typu někdy používají hvězdicové uspořádání nosníků (obr. 5). U křídel s vysokým poměrem stran se používá konstrukce se zahnutými nosníky, někdy je optimální variabilní rozmítání. Používají se různá schémata vyztužení atd. Tuhost a hmotnostní charakteristiky křídla do značné míry závisí na správné volbě schématu výkonu.

Křídlo využívá téměř všechny konstrukční materiály letadel, včetně vláknitých kompozitních materiálů. Použití posledně jmenovaného nejen snižuje hmotnost konstrukce díky větší specifické pevnosti a tuhosti, ale také vytváří další možnosti pro řízení tuhosti. Vhodný výběr směrů vláken ve vrstvách umožňuje například snížit torzní deformaci křídla a zajistit dostatečnou účinnost křidélek.

L. E. Vasiliev, L. Sh. Kotkin. První publikace: Letectví: encyklopedie, 1994.

Publikováno 15. května 2023 v 16:07 (GMT+3). Naposledy aktualizováno 15. května 2023 v 16:07 (GMT+3). Kontaktujte redakci

Křídla jsou boční záhyby exoskeletu hmyzu, které jim umožňují aktivně se pohybovat ve vzduchu, tedy létat.

Hmyzí křídla jsou jedinečným výtvorem přírody, protože:

• Ze všech bezobratlých živočichů má křídla pouze hmyz;
• křídla obratlovců (ptáků, netopýrů) jsou modifikované přední končetiny, zatímco u hmyzu jsou křídla výrůstky stěny těla;
• na rozdíl od jiných hmyzích přívěsků nemají křídla vlastní vnitřní svaly;
• křídla poskytují letový mechanismus, který nemá obdoby ani ve světě zvířat, ani v technologii.

Přítomnost křídel je jedním z faktorů, které způsobily rozkvět třídy hmyzu, který umožnil osídlit téměř celou zemi a zaujmout dominantní postavení v ekosystémech.

Speciální konstrukce křídel zajišťuje dokonalý, rychlý a ovladatelný let.

Masivní každoroční migrace motýla monarchového (Danaus plexippus). Mexiko

Struktura

Umístění a pokrytí

Křídla jsou umístěna na segmentech hrudníku – druhém (mezothorax) a třetím (methotorax).

Hmyz má zpravidla dva páry křídel – přední a zadní. Podle obecného konstrukčního plánu je křídlo dvouvrstvé záhybové – pokračování boční stěny korby. Horní a spodní povrch křídla se skládá z tenkých chitinových membrán. V místě uchycení křídla na boční ploše hrudníku je pružná membránová deska (pleirit) se zesílenými, silnými oblastmi. Tvoří silný sloup směřující vzhůru, ke kterému je pohyblivě připevněno křídlo. Sloup je pro něj opěrným bodem a tvoří páku s krátkými (základna křídla) a dlouhými (zbytek plechu křídla) rameny.

V klidu některé vážky a dlouhonozí komáři drží křídla vodorovně, nasměrovaná do stran. Ale většina hmyzu je obvykle umístí podél těla. U motýlů, chrostíků, jepic, orthoptera, krajek, mšic, cikád a dalších jsou k sobě přichyceny nad tělem v podobě „domu“. U kamenoušů, švábů, třásněnek, blanokřídlých a dvoukřídlých mají křídla rozprostřená na hřbetě. V tomto případě může jeden pár částečně zakrývat druhý nebo se složit. U hmyzu, který má elytru, jsou zadní křídla složena podélně (jako vějíř) a příčně.

Křídla hmyzu jsou tenká, obvykle průhledná a pokrytá citlivými chloupky. Některé z nich jsou senzory vnějších faktorů důležitých pro let – rychlosti a směru proudění vzduchu atd. Třásně chlupů podél zadní hrany křídel zvětšují plochu křídla a napomáhají překonání viskozity vzduchu. To je důležité zejména pro drobný hmyz – třásněnky, můry. U chrostíků jsou křídla hustě pokryta vlasy, u motýlů – s šupinami, které zvyšují zvedací sílu křídel.

Křídlo mušky má hustou pokrývku krátkých chlupů, delší podél zadního okraje

Křídlo vlaštovičníku (Papilio glaucus). Pod mikroskopem můžete vidět, že vzor na křídlech motýlů tvoří šupiny, které leží jako tašky na střeše.

Křídla chrostíků jsou také hustě pokryta chlupy (to je zvláště dobře viditelné při zvětšené fotografii). Na snímku: Chaetopteryx villosa

Mnoho čtyřkřídlého hmyzu má určité struktury, které spojují přední a zadní křídla na každé straně dohromady.

Včela Megachile inermis, stejně jako všichni Hymenoptera, má čtyři křídla.

. ale zadní okraj předních křídel je zakřivený, takže se snadno spojí s předním okrajem zadních křídel. Díky tomu za letu působí harmonicky jako jeden celek.

Venation

Tuhost křídla je dána nosnými prvky – žilami probíhajícími podél a napříč křídlem. Žíly náběžné hrany jsou obvykle silnější, a proto silnější. Poblíž vrcholu křídla je tmavá skvrna zvaná pterostigma, oblast zesíleného chitinu důležitá pro let.

Schéma typického zadního křídla (zkřížené žíly nejsou zobrazeny). Každá žíla a její větve mají svá jména a označení: C – žeberní, Sc – subkostální, R – radiální, M – mediální, Cu – loketní, A – řitní atd. Krátké žíly na bázi, kde se křídlo vrásní, jsou zvaný jugal . Oblast, kterou zabírá určitá žíla s větvemi, se nazývá sektor nebo oblast (radiální, mediální atd.), oblast mezi sousedními segmenty žil se nazývá buňka. Buňky mohou být otevřené (ohraničené okrajem křídla) nebo uzavřené (obklopené žilkami ze všech stran). Šedé čáry ohraničují oblasti, kde se tvoří záhyby v křídle.

Díky žilkování získává křídlo pevnost a pružnost a tvoří záhyby, které jej dále zpevňují, zvětšují povrch a zlepšují profil.

Průřez tlustou křídlovou žilou. Žíly menšího průměru nejsou nejčastěji trubice, ale pevné pevné chitinózní struktury

Větvení žil a počet příčných žil se u hmyzu různých řádů značně liší.

Vážka z rodu Aeshna. U vážek a lacewingů tvoří venace obrovské množství buněk

Vosí křídla. Stejně jako většina hmyzu mají malý počet žil a buněk

Každý taxon má obvykle jiný vzor žil, což je velmi užitečné při rozpoznání hmyzu na úrovni čeledi a v mnoha případech dokonce i podle rodu a druhu. Porovnání žilnatosti různých taxonů nám umožňuje posoudit původ, stáří a příbuznost taxonů.

Rozměry a tvar

Mezi hmyzem má největší rozpětí křídel motýl agrippina a rekordmanem v oblasti křídel je paví oko atlas (Attacus atlas). Oba motýli jsou obyvateli tropů. Je pravděpodobné, že v minulých geologických epochách byly velikosti křídel hmyzu větší. Známý je zejména otisk vyhynulé vážky Meganeura (viz níže), jejíž rozpětí křídel dosáhlo 68–71 cm. Majitelem nejmenších křídel je ichneumon druh Dicopomorpha echmepterygis, jehož délka těla nepřesahuje 0.2 mm. Většina hmyzu má křídla, která nejsou o moc delší než jejich tělo. Tento poměr je největší u motýlů, někteří z nich mají dlouhá křídla s poměrně krátkým tělem.

Saturnia Attacus atlas, který roztáhl křídla, jimi snadno pokryje dlaň dospělého.

Maximální rozpětí křídel červce agrippina (Thysania agrippina) je 25–31 cm

Přední a zadní křídla se od sebe mohou lišit – tvarem, velikostí, barvou atd. Například u blanokřídlých (včely, vosy a další) vypadá zadní pár křídel jako malé blány. Zadní křídla jsou také zmenšena u můr, jestřábů, jepic atd. (viz také článek „Elytra“). U denních motýlů mohou zadní křídla na rozdíl od předních nést výběžky („ocasy“ u vlaštovičníků), které se někdy ukážou být delší než hlavní křídelní deska (motýl Eustera troglophylla).

Zadní křídla Nemoptera (Nemoptera bipennis, řád Reticuloptera) vypadají jako dlouhé tenké nitě

Moucha modrá (Calliphora vicina). U ní a dalšího hmyzu z řádu Diptera se zadní křídla proměnila v malé destičky – haltery

Křídlové pláty lze rozdělit do úzkých pruhů, jako u tohoto prstokřídlého motýla (Emmelina monodactyla)

Nelétání

Pouze zástupci okřídlené podtřídy (Pterygota) mají křídla a hmyz primární bezkřídlé podtřídy (Apterygota) křídla nemá. Ekologickými příčinami redukce křídel u hmyzu se zabýval ruský entomolog I. M. Kerzhner.

Pouze dospělí mají plně vyvinutá křídla, se kterými mohou létat. Jedinou výjimkou je řád jepice (Ephemeroptera). Jejich předposlední, pohlavně nezralé stadium vývoje (subimago) má již dobře vyvinutá křídla.

Rudimentace křídel a jejich úplná ztráta jsou důsledkem zvláštních podmínek existence nebo vývoje a vedou ke ztrátě schopnosti létat. Hmyz, který obývá oceánské ostrovy, má pouze základní zbytky křídel. Nejsou schopny za letu překonat vysokorychlostní vzdušné proudy a křídelní pláty zvyšují větrnost těla a pravděpodobnost, že je vítr odhodí do oceánu. Hmyz, který žije v prostorově omezených dutinách, má stejné „zbytky“ křídel. U mnoha brouků, kteří obývají vyprahlé a horké biotopy (například potemníků), zadní křídla zmizí nebo se stanou rudimentárními a elytra se spojí. Plná křídla nemá hmyz, který vede výhradně sedavý způsob života (samci, šupinatý atd.), ektoparazité vlasů nebo peří (vši, blechy, vši, štěnice).

Červená ploštice Pyrrhocoris apterus je prakticky bezkřídlá. Pravda, někdy se v populacích vyskytují okřídlení jedinci

U můry můry (Erannis defoliaria) má křídla pouze samec a na fotografii samice tohoto druhu motýla

Kobylka bez křídel na květ šípu. Kobylka stepní (Callimenus multituberculatus (Fischer-Waldheim, 1833)), uvedená v Červené knize Ukrajiny, také postrádá křídla

Dost často mají plnohodnotná křídla jen samostatné formy v rámci jednoho druhu.

Čas od času se v každém mraveništi objeví okřídlení jedinci, jako je tento – samec i samice. Jejich biologickou úlohou je plození a přesídlení

A to není mravenec, ale samice vosy Dasymutilla occidentalis z německé čeledi (Mutillidae), u které mají křídla pouze samci

V koloniích bezkřídlých mšic se periodicky rodí rozložití okřídlení jedinci

Vývoj v ontogenezi

U hmyzu s neúplnou metamorfózou se v jednom z larválních stádií objevují rudimenty křídel. Od tohoto okamžiku se po každém svleku primordia zvětšují a zvětšují a po posledním svleku dosahují velikosti dospělce. (Výjimkou jsou jepice – viz výše).

Larva ploštice harlekýn Tectocoris diophthalmus. V přední části těla jsou patrné trojúhelníkové čepele – základy křídel

U hmyzu s úplnou metamorfózou je proces tvorby křídel poněkud složitější. V larválním stádiu se uvnitř těla izolují shluky nediferencovaných buněk. Při tvorbě kukly se pod jejími kryty postupně tvoří vnější základy křídel a poté plnohodnotná křídla. Když se vývoj chýlí ke konci, krycí vrstva praskne a dospělý jedinec vylézá. To není snadné pro hmyz s velkými křídly, jako jsou motýli. Po vynoření z kukly vypadají jejich křídla jako malé zmuchlané hadry. Hmyz je narovná, postupně se naplní hemolymfou a vzduchem, natáhnou se, vysuší a získají vzhled skutečných křídel.

Vznik z kukly motýla monarchy (Danaus plexippus). Úplné roztažení křídel trvá čtvrt hodiny

Původ

Existuje několik hypotéz o původu a vývoji křídel u hmyzu. Za nejpravděpodobnější hypotézu se nyní považuje, že křídla vznikla v důsledku vývoje postranních laločnatých výrůstků na hrudi dávného hmyzu. Tyto výrůstky mohly vzniknout k ochraně těla nebo jako prostředek k pronikání do trhlin, štěrbin nebo pod kůru. Pomáhali se zachránit plánováním pro případ náhlého nebezpečí. Tím získali výhodu před rychle běžícími predátory (pavouci, stonožky). Tuto hypotézu podporuje přítomnost hrudních paranotálních laloků, jasně viditelných na otiscích starověkého okřídleného hmyzu nalezených paleontology. Jako křídla byly tyto laloky žilkované.

V důsledku tlaku přirozeného výběru se plocha laloků pravděpodobně zvětšila a větve průdušnice do nich pronikly a staly se žilami. Objevilo se kloubové spojení lopatek s tělem. Nejprve se laloky nacházely na všech třech segmentech hrudníku, ale postupem času se na prothoraxu zmenšily a nakonec zmizely. Žíly se zvětšily a zesílily a úseky membrány mezi nimi se ztenčily a zesvětlily. Následně vznikl mechanismus pro skládání tenké blány podél žil (podobně jako se skládá deštník podél ocelových pletacích jehel). Současně pokračovaly změny v těle jako celku, v životním stylu a biotopech. To zanechalo otisk na vývoji křídel u hmyzu různých skupin.

Otisk křídla hmyzu Cimbrophlebia brooksi z řádu Mecoptera, nalezený ve skalách státu Washington, USA. Otisk je starý 49,5 milionů let

Zdá se, že během života byl tento starověký hmyz (viz foto výše) podobný moderním štírům, z nichž jeden vidíte na této fotografii

Křídla meganeuridů (Meganeuridae) – předchůdců moderních vážek – prořízla vzduch Země před 300 miliony let a byla největší v historii třídy hmyzu – v rozpětí až 68–71 cm. Venace křídel byla jednodušší; Tisk nalezený v oblasti Toulouse, Francie