Iespējams, galvenā lidmašīnas vienība ir spārns. Tieši spārns rada pacēlumu, kas notur vairākas tonnas smago lidmašīnu gaisā, neļaujot tai nokrist. Nav nejaušība, ka dizaineriem ir izteiciens, ka tas, kuram pieder spārns, arī kontrolē lidmašīnu. Cenšanās uzlabot gaisa kuģa aerodinamiskās īpašības liek izstrādātājiem pastāvīgi uzlabot spārnu, strādājot pie tā formas, svara un profila.
Spārns profilā
Lidakuģa spārna profils ir spārna ģeometriska daļa, kas atrodas paralēli lidmašīnas asij. Vai vienkāršāk – spārna skats no sāniem. Gados lidmašīnu nozares attīstības gados dažādas laboratorijas un institūti ir pastāvīgi izstrādājuši un testējuši dažādu konfigurāciju spārnus. Pieauga ātrumi, lidmašīnu masa, mainījās uzdevumi - un tam visam bija nepieciešami jauni spārnu profili.
Profila veidi
Šodien ir dažādi spārnu profili,atšķiras pēc mērķa. Vienam un tam pašam tipam var būt daudz variantu, un to var izmantot dažādos lidaparātos. Bet kopumā esošos galvenos profilu veidus var ilustrēt zemāk redzamajā attēlā.
- Simetrisks.
- Asimetriska.
- Plāniski izliekta.
- Binkonvekss.
- S-veida.
- Laminēts.
- Lēcveida.
- Dimanta formas.
- Ķīļveida.
Dažās lidmašīnās tiek izmantots mainīgs profils visā spārna garumā, taču parasti tā forma visā garumā nemainās.
Ģeometrija
Ārēji spārna profils atgādina tārpu vai ko tamlīdzīgu. Tā kā tai ir sarežģīta ģeometriska figūra, tai ir savs raksturlielumu kopums.
Attēlā parādīti gaisa kuģa spārna profila galvenie ģeometriskie raksturlielumi. Attālumu (b) sauc par spārna hordu, un tas ir attālums starp galējiem punktiem priekšā un aizmugurē. Relatīvais biezums tiek noteikts pēc maksimālā profila biezuma (Cmax) attiecības pret tā hordu un tiek izteikts procentos. Maksimālā biezuma koordināte ir attiecība starp attālumu no pirksta līdz maksimālā biezuma vietai (Xc) līdz hordam (b), un to izsaka arī procentos. Viduslīnija ir nosacīta līkne vienādā attālumā no augšējā un apakšējā spārna paneļiem, un novirzes bultiņa (fmax) ir maksimālais attālums no centra līnijas horda. Cits rādītājs - relatīvais izliekums - tiek aprēķināts, dalot (fmax) ar akordu (b). Tradicionāli visas šīs vērtības tiek izteiktas procentos. Papildus jau minētajiem ir profila deguna rādiuss, lielākās ieliekuma koordinātas un vairākas citas. Katram profilam ir savs kods, un, kā likums, šajā kodā ir ietverti galvenie ģeometriskie raksturlielumi.
Piemēram, profila B6358 profila biezums ir 6%, ieliekuma bultiņas pozīcija ir 35% un relatīvais izliekums ir 8%. Diemžēl apzīmējumu sistēma nav vienota, un dažādi izstrādātāji izmanto šifrus savā veidā.
Aerodinamika
Iedomāti, no pirmā acu uzmetiena, spārnu sekciju zīmējumi ir veidoti nevis aiz mīlestības pret augsto mākslu, bet gan tikai un vienīgi pragmatiskiem mērķiem - lai nodrošinātu spārnu profilu augstas aerodinamiskās īpašības. Šie vissvarīgākie raksturlielumi ietver pacelšanas koeficientu Su un pretestības koeficientu Cx katram konkrētajam gaisa spārnam. Pašiem koeficientiem nav nemainīgas vērtības un tie ir atkarīgi no uzbrukuma leņķa, ātruma un dažām citām īpašībām. Pēc testēšanas vēja tunelī katram lidmašīnas spārna profilam var sastādīt tā saukto polāro. Tas atspoguļo attiecības starp Cx un Su noteiktā uzbrukuma leņķī. Ir izveidotas īpašas rokasgrāmatas, kas satur detalizētu informāciju par katru spārna aerodinamisko profilu un ilustrētas ar atbilstošiem grafikiem un diagrammām. Šie direktoriji ir brīvi pieejami.
Profila atlase
Lidakuģu daudzveidība, to piedziņas veidiiekārtas un to mērķis prasa rūpīgu pieeju gaisa kuģa spārnu profila izvēlei. Projektējot jaunus lidaparātus, parasti tiek apsvērtas vairākas alternatīvas. Jo lielāks ir spārna relatīvais biezums, jo lielāka pretestība. Taču ar ļoti gariem plāniem spārniem ir grūti nodrošināt atbilstošu konstrukcijas izturību.
Atsevišķs jautājums ir par virsskaņas mašīnām, kurām nepieciešama īpaša pieeja. Ir gluži dabiski, ka An-2 lidmašīnas spārna profils ("kukurūza") atšķirsies no iznīcinātāja un pasažieru lainera profila. Simetriskie un S formas spārnu profili rada mazāku pacēlumu, bet ir stabilāki, plāns spārns ar nelielu izliekumu ir piemērots ātrgaitas sporta automašīnām un kaujas lidmašīnām, savukārt biezs spārns ar lielu izliekumu, ko izmanto lielās pasažieru lidmašīnās, var. sauc par spārnu ar visaugstāko pacēlumu. Virsskaņas lidmašīnas ir aprīkotas ar spārniem ar lēcveida profilu, savukārt dimanta formas un ķīļveida profilus izmanto hiperskaņas lidmašīnām. Jāpatur prātā, ka, izveidojot vislabāko profilu, visas tā priekšrocības varat zaudēt tikai sliktas spārnu paneļu virsmas apstrādes vai sliktas lidmašīnas konstrukcijas dēļ.
Raksturiskā aprēķina metode
Pēdējā laikā noteikta profila spārna raksturlielumu aprēķini tiek veikti, izmantojot datorus, kas spēj veikt spārna uzvedības daudzfaktoru modelēšanu dažādos apstākļos. Bet visdrošākais veids ir dabiskie testi, kas veikti uzspeciālie stendi. Atsevišķi "vecās skolas" darbinieki var turpināt to darīt manuāli. Metode izklausās vienkārši draudīgi: "pilns spārna aprēķins, izmantojot integro-diferenciālvienādojumus attiecībā uz nezināmo cirkulāciju." Metodes būtība ir attēlot gaisa plūsmas cirkulāciju ap spārnu trigonometrisko rindu veidā un meklēt šo rindu koeficientus, kas atbilst robežnosacījumiem. Šis darbs ir ļoti darbietilpīgs un joprojām sniedz tikai aptuvenus gaisa kuģa spārna profila raksturlielumus.
Lidmašīnas spārnu konstrukcija
Smuki uzzīmēts un detalizēti aprēķināts profils ir jāuztaisa reāli. Spārnam, papildus savas galvenās funkcijas veikšanai – pacēlāja veidošanai, jāveic virkne uzdevumu, kas saistīti ar degvielas tvertņu, dažādu mehānismu, cauruļvadu, elektrisko instalāciju, sensoru un daudz ko citu izvietošanu, kas padara to par ārkārtīgi sarežģītu tehnisku objektu. Bet ļoti vienkārši runājot, lidmašīnas spārns sastāv no ribu komplekta, kas nodrošina vēlamā spārna profila veidošanos, kas atrodas pāri spārnam, un spārniem, kas atrodas gar. No augšas un apakšas šī konstrukcija ir noslēgta ar alumīnija paneļu apvalku ar stīgu komplektu. Ribas gar ārējām kontūrām pilnībā atbilst lidmašīnas spārna profilam. Spārna izgatavošanas darbietilpība sasniedz 40% no visas lidmašīnas ražošanas kopējās darbaspēka intensitātes.
