Τ. Ε. I. ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΑΟΠΚίΙΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΑΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

Transcript

1 Τ. Ε. I. ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΑΟΠΚίΙΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΑΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ: «ΠΤΕΡΥΓΙΚΕΣΑΕΡΟΑ ΥΝΑΜΙΚΕΣ ΔΡΑΣΕΙΣ» ΚΑΤΣΙΕΡΗΣ ΙΩΑΝΝΗΣ Α.Μ ΕΙΣΗΓΗΤΗΣ: ΠΑΝΑΓ1ΩΤΙΔΗΣ ΘΕΟΛΟΓΟΣ ΚΑΒΑΛΑ, ΙΟΥΛΙΟΣ 2003

2 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον εισηγητή κ. Θεολόγο Παναγιωτίδη, Καθηγητή Εφαρμογών του τμήματος Μηχανολογίας για την αμέριστη συνεργασία και βοήθεια στην υλοποίηση της παρούσας Πτυχιακής Εργασίας. Εταπλέον θέλω να ευχαριστήσω τον θείο μου κ. Νικόλαο Κατσιέρη για τη βοήθεια του και τους γονείς μου για την υπομονή τους. Με εκτίμηση και σεβασμό Κατσιέρης Ιωάννης

3 Ζούμε σε μια εποχή που έχει χαρακτηριστεί σαν «η εποχή της ταχύτητας» από τη θεαματική εξάπλωση της Αεροπορίας. Όταν στα πρώτα χρόνια του αιώνα μας οι λίγοι τολμηροί πρωτοπόροι πραγματοποίησαν τα πρώτα αβέβαια πετάγματα στον αέρα, λίγοι δώσανε σημασία και ακόμα λιγότεροι πίστεψαν ότι αυτό το ελαφρό κατασκεύασμα που κλυδωνιζόταν επικίνδυνα λίγα μέτρα πάνω από το έδαφος, σύντομα θα μηδένιζε τις αποστάσεις (πολιτική αεροπορία) και θα γινόταν το φοβερότερο πολεμικό μέσο μαζικής καταστροφείς. Η Πτυχιακή Εργασία αποτελείται από τρία κεφάλαια που καλύτιτουν θέματα αεροδυναμικής σχεδίασης του αεροσκάφους. Συγκεκριμένα, στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζονται βασικές έννοιες και ονοματολογία που σχετίζεται με το αεροσκάφος και γίνεται αναλυτική αναφορά στα τρία βασικά μέρη του αεροσκάφους (πτέρυγες, άτρακτος και ουραίο πτέρωμα). Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται ανάλυση των αεροδυναμικών δυνάμεων (άντωση και οπισθέλκουσα) και αναφορά στους συντελεστές αυτών καθώς επίσης και στη τρισδιάστατη ροή. Στο τρίτο κεφάλαιο εξετάζουμε τις αεροδυναμικές ροπές (πρόνευσης, περιστροφής και εκτροττής) και αναλύουμε την ευστάθεια και τον έλεγχο του αεροσκάφους. Στο τέλος υπάρχει παράρτημα στο οποίο παρουσιάζονται προγράμματα υπολογισμών αεροτομών. Πιστεύω πως αυτή η Πτυχιακή Εργασία θα δώσει στους σπουδαστές Μηχανολόγους βασικές μεθοδολογίες αεροδυναμικής σχεδίασης και τεχνολογικές γνώσεις της σημερινής κατάστασης ή αυτής της επόμενης δεκαετίας, ώστε οι Έλληνες μηχανικοί να διατηρήσουν το υψηλό τεχνολογικό επίπεδο συντήρησης ή και κατασκευής που απαιτείται σήμερα.

4 ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΗΣ ΑΕΡΟΠΟΡΙΑΣ Α. Ο Μύθος και η Πραγματικότητα Το όνειρο του ανθρώπου να πετάξει χρονολογείται από πολύ παλιά. Τόσο στη δίκιά μας μυθολογία, όσο και στην κινέζικη, την αιγυπτιακή και σ όλων των λαών τις παραδόσεις, συναντάμε σχετικούς μύθους. Το παραμύθι, με τον πανίσχυρο βασιλιά του Ολύμπου, το Δία, που ξαπόλαγε τις βροντές του, έκαιγε και αφάνιζε τους εχθρούς του, μας θυμίζει λίγο πολύ τους σημερινούς αεροβομβαρδισμούς και την ατομική βόμβα. Ο Δαίδαλος και ο γιος του Ίκαρος, που μιμήθηκαν τα πουλιά κολλώντας φτερούγες στο σώμα τους και πέταξαν για να ξεφύγουν από το Μίνωα, τι άλλο μας θυμίζουν από τα σημερινά αεροπλάνα; Ιστορικά, ο Αρχύτα, ο Ταραντίνος ( π.χ.) έφτιαξε πρώτος μια μηχανή, που πέταγε και την ονόμασε «πετώσα περιστερά». Χρησιμοποίησε πεπιεσμένο αέρα, που έφευγε με δύναμη από πίσω και ωθούσε μπροστά την «περιστερά» του δηλαδή κάτι σαν τα σημερινά αεριωθούμενα. Δεν σώθηκαν όμως, λεπτομερείς περιγραφές της μηχανής του Αρχύτα ως της μέρες μας. Β. Οι Πρώτες Κατασκευές Τη θεωρία της πτήσης ενός οχήματος βαρύτερου από τον αέρα διατύπωσε πρώτος ο Βρετανός Σερ Τζορτζ Κέιλμ που έζησε στο πρώτο μισό του 19ου αιώνα τότε όμως δεν υπήρχαν οι κατάλληλοι κινητήρες και οι ιδέες του έμειναν απραγματοποίητες. Οι πρώτες δοκιμές έγιναν με απλά ανεμόπτερα και με ατμομηχανές, οι οποίες λόγω του υπερβολικού βάρους τους δεν μπόρεσαν να ανυψώσουν τα αεροσκάφη. Η επιτυχέστερη προσπάθεια ήταν του ιδιοφυούς Γάλλου μηχανικού Κλεμάν Αντέρ, ο οποίος το 1890 με το ιδιότυπο μονοπλόινο του με έλικα κατόρθωσε να πραγματοποιήσει μια "πτήση" λίγων δεκάδων μέτρων. Τη μεγαλύτερη πείρα στην πτήση με ανεμόπτερα συγκέντρωσε ο Γερμανός Ότο Αίλιενταλ, που σκοτώθηκε από πτώση το Συστηματικές μελέτες και δοκιμές με ανεμόπτερα έκανε ο Γάλλος Οκτάβ Σανίτ με τους συνεργάτες του, στην περιοχή του Σικάγου, στα τέλη του περασμένου αιώνα και τις αρχές του 20ού.

5 Οι πρώτοι που πέτυχαν να πετάξουν πραγμχχτικά ήταν οι αδεριροί Ράιτ, οι οποίοι γνώριζαν τις προσπάθειες του Λίλιενταλ και τα μεθοδικά πειράματα του Σανίτ, με τον οποίο διατηρούσαν προσωπική επαφή, έχοντας μελετήσει και το βιβλίο του "Εξέλιξη των ιπτάμενων μηχανών". Αυτοί, στα πρώτα χρόνια του 20ού αιώνα, πραγματοποίησαν μια συστηματική σειρά πειραμάτων με ιπτάμενες κατασκευές, που αρχικά χρησιμοποίησαν ως χαρταετούς, για να μελετήσουν την ευστάθειά τους και τους μηχανισμούς ελέγχου. Κατόπιν, πειραματίστηκαν με επανδρωμένα ανεμόπτερα που είχαν πηδάλια ελέγχου και επειδή οι γνώσεις τους δεν ήταν ακόμη αρκετές, μελέτησαν σε αεροδυναμική σήραγγα διάφορες κατασκευές τους. Στο κατοπινό ανεμόπτερο προστέθηκαν ουραία κτνητά πτερύγια ευστάθειας και ελέγχου και πραγματοποιήθηκαν πολυάριθμες πτήσεις. Έπειτα κατασκεύασαν έναν ελαφρό κινητήρα με δύο έλικες, με τη βοήθεια του συνεργάτη τους Τσαρλς Τέιλορ και τον τοποθέτησαν σε ένα νέο διπλάνο, με εκπέτασμα δώδεκα μέτρων, που ονόμασαν "Φλάιερ 1". Με το αεροπλάνο αυτό ο Όρβιλ Ράιτ πρώτος και ο αδερφός του Γουίλμπερ κατόπιν πραγματοποίησαν στις 17 Δεκεμβρίου του 1903 τέσσερις πτήσεις μικρής διάρκειας, τις πρώτες πραγματικές ελεγχόμενες πτήσεις με κινητήρα στην ιστορία της αεροπορίας. Με καλύτερο αεροπλάνο και κινητήρα, έχοντας εξασκηθεί και στην οδήγηση, ο Γουίλμπερ Ράιτ κατόρθωσε το Σεπτέμβριο του επόμενου χρόνου και κάνει την πρώτη πτήση σε κλειστό κύκλο και μάλιστα τέσσερις περιφορές σε πέντε περίπου λετιτά. Το νέο "Φλάιερ 3", βελτιωμένο ακόμη περισσότερο, πραγματοποίησε το καλοκαίρι και το φθινόπωρο του 1905 σημαντικές επιδόσεις, διανύοντας δεκάδες χιλιομέτρων, με ταχύτητα περίπου 61 χλμ. την ώρα. Το 1908 ένας νέος τύπος αεροπλάνου τιον Ράιτ υιοθετήθηκε από το σώμα διαβιβάσεων του στρατού των Η.Π.Α. Στην Ευρώπη η πρώτη πτήση αεροπλάνου πραγματοποιήθηκε το Ο Αλμπέρτο Σοιντος - Ντιμόν στην Μπαγκατέλ κέρδισε το χρηματικό βραβείο της Αερολέσχης της Γαλλίας, διανύοντας μια μικρή απόσταση σε χαμηλό ύψος. Τον επόμενο χρόνο έγιναν μερικές ακόμη πετυχημένες προσπάθειες, με μικρά αποτελέσματα όμως. Σπουδαιότερη ήταν του Ανρί Φαρμάν, με αεροπλάνο των Βουαζέν και Γκαμπριέλ, που πραγματοποίησε πτήση σε κλειστό κύκλωμα, διάρκειας ενός περίπου λεπτού. Η πρόοδος υπήρξε γρήγορη και το 1908 ένας άλλος ικανός πιλότος, ο Αεόν Ντελαγκράντζ, πέταξε σε απόσταση 19 χιλιομέτρων. Την ίδια εποχή πέταξε και ο Λουί Μπλεριό με ένα μονοπλάνο που κατασκεύασε ο ίδιος. Τον επόμενο χρόνο πραγματοποίησε τον άθλο της πτήσης πάνω από τη Μάγχη, από την περιοχή του Καλαί στο Ντόβερ, λίγες μέρες μετά την αποτυχημένη προσπάθεια του Υμπέρ Λατάμ. Στις 25 Ιουλίου κοιλυψε την απόσταση των 38 χιλιομέτρων σε 37 λεπτά, επίτευγμα που προκάλεσε μεγάλη εντύπωση. Το ενδιαφέρον του κοινού για την αεροπορία μεγάλωσε και μεγάλα πλήθη κόσμου συγκεντρώθηκαν στις επιδείξεις αεροπλάνων που κατά τον Αύγουστο του 1909 και τα επόμενα χρόνια διοργανώθηκαν στη Ρενς της Γαλλίας. Την ίδια εποχή στις Η.Π.Α. εμ

6 φανίστηκε ένας ετήφοβος ανταγωνιστής των αδερφών Ράιτ, ο κατασκευαστής κινητήρων Γκλεν Κέρτις, ο οποίος με την οικονομική συνδρομή του Αλεξίΐντερ Μπελ και τη συνεργασία του Τόμας Μπόλντγουιν κατασκεύασε μια σειρά αξιόλογων αεροπλάνων και υδροπλάνων. Το 1910 και 1911 έγιναν επιδείξεις αεροπλάνων με πλωτήρες, καθώς και απογείωση και προσγείωση αεροπλάνων στο κατάστρωμα πολεμικών πλοίων. Τον επόμενο χρόνο ο Κέρτις κατασκεύασε την πρώτη αεράκατο ("Ιπτάμενο Ψάρι"), με κατάλληλα διαμορφωμένη άτρακτο ώστε να επιτιλέει και να κινείται στο νερό. Πρέπει να σημειωθεί ότι η πρώτη πτήση υδροπλάνου έγινε την άνοιξη του 1910, με τπλότο το Γάλλο Ανρί Φαμπρ. Άλλο επίτευγμα της χρονιάς αυτής στην Ευρώπη ήταν η πτήση πάνω από το Σεμπλόν των Άλπεων, μεταξύ Ελβετίας και Ιταλίας, με ένα αεροπλάνο Μπλεριό, του ο ποίου όμως ο πιλότος, ο Χόρχε Τσάβες, σκοτώθηκε κατά την προσγείωση. Τον ίδιο χρόνο ο Άουί Πολάν πέταξε πρώτος μεταξύ Αονδίνου και Μάντσεστερ, σε τέσσερις ώ ρες, κερδίζοντας το σημαντικό χρηματικό έπαθλο της εφημερίδας Ντέιλι Μέιλ, ενώ τρεις μήνες νωρίτερα είχε επιτύχει παγκόσμια ρεκόρ ταχύτητας και ύψους, στη μεγάλη επίδειξη του Άος Άντζελες. Το Σεπτέμβριο έγινε μεγάλη επίδειξη - διαγωνισμός στην περιοχή της Νέας Υόρκης, ενώ στη Ρενς ο Αεόν Μοράν ξεπέρασε για πρώτη ιρορά την ταχύτητα των 100 χλμ. την ώρα. Η Γαλλία παίρνει πλέον την πρωτοπορία στην αεροπορία, έχοντας το 1911 σχεδόν διπλάσιο αριθμό πιλότων από όλες τις άλλες σημαντικές στον τομέα αυτό χώρες μαζί. Ο Γάλλος Πριέ, με αεροπλάνο Μπλεριό, πραγματοποίησε την πρώτη απευθείας πτήση από το Άονδίνο στο Παρίσι, ενώ ο Βουαζέν κατασκεύασε το πρώτο αμφίβιο αεροπλάνο, που πέταξε με πιλότο το Φαμπρ. Το 1913 ο Γάλλος Ρολάν Γκαρός πραγματοποίησε πτήση πάνω από τη Μεσόγειο. Γ. Μετά τον Ά Παγκόσμιο Πόλεμο Πλησίαζε όμως ο Ά' Παγκόσμιος πόλεμος και οι κυβερνήσεις των αντίπαλων χωρών άρχιζαν να διαβλέπουν τη σπουδαιότητα του αεροπλάνου στις πολεμικές επιχειρήσεις. Εξαιρετικό ενδιαφέρον έδειξε η Γερμανία, πετυχαίνοντας στις παραμονές του πολέμου επιδόσεις ασύγκριτα μεγαλύτερες απ' αυτές που είχαν πραγματοποιηθεί μέχρι τότε, με ρεκόρ απόστασης χλμ. και διάρκειας πτήσης 24 περίπου ωρών. Αρχικά τα αεροπλάνα χρησιμοποιήθηκαν για την αναγνώριση και φωτογράφηση των εχθρικών θέσεων. Ιδιαίτερα οι Γ άλλοι, που είχαν τα περισσότερα, τα χρησιμοποίησαν σε αναγνωριστικές πτήσεις ήδη κατά την έναρξη του πολέμου, παρατηρώντας τις κινήσεις των γερμανικών στρατευμάτων πριν από τη μάχη του Μάρνη. Αξιόλογες τεχνικές καινοτομίες εμφανίστηκαν ήδη το 1920: ανασυρόμενοι τροχοί προσγείωσης και πτερύγια μεταβολής καμπυλότητας πτέρυγας. Βελτιώθηκε παράλληλα η αεροδυναμική μορφή ολόκληρου του αεροπλάνου και κατασκευάστηκαν τελειότεροι

7 κινητήρες, όπως ο Κέρτις D - 12 που τοποθετημένος στα βρετανικά βομβαρδιστικά Φοξ τα έκανε ταχύτερα από τα σύγχρονά τους καταδιωκτικά. Οι κινητήρες, υδρόψυκτοι ή αερόψυκτοι, απόχτησαν αεροδυναμικό σχήμα και καλύμματα που βελτίωσαν τις επιδόσεις. Ο ξύλινος σκελετός με υφασμάτινη επικάλυψη αντικαταστάθηκε τις περισσότερες φορές από σωληνοειδή μεταλλικό, ενώ τα τελειότερα αεροπλάνα άρχισαν να αποκτούν και μεταλλικό περίβλημα. Μετά τον πόλεμο άρχισε να αναπτύσσεται και η πολιτική αεροπορία, αρχικά με μετατροπή των μεγαλύτερων πολεμικών αεροπλάνων για τη μετα(ρορά επιβατών. Είναι αυτονόητο ότι εκείνα τα πρόχειρα διαρυθμισμένα αεροπλάνα δεν πρόσφεραν καμιά από τις ανέσεις τοαν σημερινών επιβατικών, ούτε υπήρχε η υποδομή εδάφους για την υποβοήθηση της αεροπλοΐας, η σημασία όμως των εναέριων μεταφορών έγινε γρήγορα αντιληπτή και καταβλήθηκαν προσπάθειες από τις κυβερνήσεις - της Ευρώπης ιδιαίτερα - για τη βελτίωση και επέκτασή τους. Για το σκοπό αυτό στις μεγαλύτερες χώρες ιδρύθηκαν και υπουργεία αεροπορίας. Ήδη το 1919 ιδρύθηκαν οι πρώτες εταιρείες πολιτικής αεροπορίας, η ολλανδική KLM και η γερμανική Ντόιτσε Λούφτρεεντεραϊ και ακολούθησαν οι Αυτοκρατορικές Αερογραμμές της Μεγάλης Βρετανίας (από τις οποίες προήλθε αργότερα η BOAC, για τις διηπειρωτικές πτήσεις και η ΒΕΑ, για τις ευρωπαϊκές), η γαλλική Ερ Φρανς (1933), η ελβετική Σουισέρ κ.ά. Στα χρόνια αυτά η αεροναυπηγική στηρίχτηκε σε ασφαλείς θεωρητικές και πειραματικές βάσεις- η χρήση αεροδυναμικών σηράγγων γενικεύτηκε στις δοκιμές νέων τύπων αεροπλάνων πριν από την πτήση. Όπως ήταν επόμενο, ο Β' Παγκόσμιος πόλεμος προκάλεσε την εντατική ανάπτυξη, ποσοτική και ποιοτική, της πολεμικής αεροπορίας. Εξάλλου η κρίση στις σχέσεις της Γερμανίας με τη Μεγάλη Βρετανία είχε από το 1938 προκαλέσει αύξηση και των βρετανικών εξοπλισμών, ενώ στις Ηνωμένες Πολιτείες η ένταση των εξοπλισμών άρχισε μόνο μετά την έναρξη του πολέμου. Ενδεικτικά αναφέρουμε ότι κατά τη διάρκειά του η Ιαπωνία κατασκεύασε περίπου αεροπλάνα, η Γερμανία περισσότερα από και οι Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής πάνω από Η ανάπτυξη της αεροπορίας συνεχίστηκε ραγδαία μετά τον πόλεμο, της πολιτικής λόγω της μεγάλης οικονομικής ανόδου των βιομηχανικά αναπτυγμένων χωρών και της πολεμικής λόγω του κλίματος του "\ Α)χρού πολέμου" που ετακράτησε κατά τα πρώτα χρόνια και των αντιθέσεων μεταξύ των στρατιωτικών συνασπισμών που δημιουργήθηκαν. Το 1952 έκανε μεγάλη εντύπωση η εμφάνιση του πρώτου αεριωθούμενου επιβατικού αεροπλάνου, του βρετανικού Κόμετ της Ντε Χάβιλαντ, οι τεχνολογικές γνώσεις όμως δεν ήταν ακόμη αρκετές για τέτοια επιτεύγματα και μετά την αποσύνθεση στον αέρα δύο αεροπλάνιον εξαιτίας δομικών αδυναμιών, σταμάτησαν οι πτήσεις μέχρι το Τα Κόμετ, ενισχυμένα, επανήλθαν στις αεροπορικές γραμμές το 1958, έτος της έναρξης των εμπορικών πτήσεων και του τετρακινητήριου αεριωθούμενου μεγάλων α ποστάσεων Μπόινγκ 707, που άνοιξε νέους ορίζοντες στην πολιτική αεροπορία.

8 Η Σοβιετική Ένωση επιτέλεσε πολύ γρήγορη πρόοδο στον τομέα της αεροπορικής βιομηχανίας και παρουσίασε το τεράστιο ελικοστροβιλοφόρο επιβατικό και μεταγωγικό μεγάλων αποστάσεων Τουπόλεφ Tu - 114, το μεγαλύτερο του κόσμου στην εποχή εκείνη. Παράλληλα η Αεροφλότ χρησιμοποίησε το γνήσιο αεριωθούμενο Τουπόλεφ Τυ Λίγα χρόνια αργότερα εμφανίστηκε το μεγάλο τετρακινητήριο Ιλιούσιν 62, με τους κινητήρες στο πίσω μέρος της ατράκτου, παρόμοιο με το περίπου σύγχρονό του βρετανικό VC Τα Μπόινγκ 707 και 727 και Ντάγκλας DC - 8 και DC - 9 εφοδιάστηκαν με νέους κινητήρες και απόχτησαν μακρύτερη άτρακτο, για αύξηση της χωρητικότητάς τους, ενώ για την κάλυψη των μέσων ως μικρών αποστάσεων κατασκευάστηκε το Μπόινγκ 737, που αν και μικρότερο έχει σχεδόν το ίδιο πλάτος της ατράκτου. Χαρακτηριστικό των αεριωθούμενων αεροπλάνων ήταν οι οπισθοκλινείς πτέρυγες, για τη μείωση της οπισθέλκουσας και την ομαλότερη ροή στις μεγάλες ταχύτητες. Οι Ηνωμένες Πολιτείες ανέπτυξαν και μια σειρά μεγάλων βομβαρδιστικών: το εξακινητήριο αεριωθούμενο Β - 47, το οκτακινητήριο Μπόινγκ Β - 52, που με βάρος 229 τόνων παραμένει το μεγαλύτερο βομβαρδιστικό του κόσμου και αργότερα το δελταπτέρυγο υπερηχητικό τετρακινητήριο Β Βρετανικά βομβαρδιστικά ήταν τα επιβλητικά Άβρο Βούλκαν, Η.Ρ. Βίκτορ και Βίκερς Βάλιαντ. Στα τέλη της δεκαετίας του 50 και τις αρχές της επόμενης εμφανίστηκε μια νέα γενιά μαχητικών αεροπλάνων, των οποίων η ταχύτητα ξεπερνούσε το διπλάσιο της ταχύτητας του ήχου. Τέτοια ήταν το αμερικανικό Μακ Ντόνελ F - 4 Φάντομ και το γαλλικό Μιράζ 111, που είχαν τεράστια επιτυχία, σε αντίθεση με το βρετανικό Λάιτνινγκ. Αξιόλογο ήταν και το σουηδικό Σάαμπ 35 Ντράκεν. Άλλα αμερικανικά υπερηχητικά μαχητικά της περιόδου αυτής ήταν τα Λόκχιντ F Σταρφάιτερ, τα δελταπτέρυγα F και F και το Ριπάμπλικ F Θάντερτσιφ, το μεγαλύτερο μονοκινητήριο και μονοθέσιο αεροπλάνο του κόσμου, που χρησιμοποιήθηκε κυρίως ως βομβαρδιστικό. Λιγότερο γνωστό είναι το F - 101, που προοριζόταν κυρίως για αναγνωριστικό και για αποστολές μακρινής αναχαίτισης. Ανάλογες επιδόσεις ταχύτητας, άνω των 2 Mach, είχε και το γαλλικό ατομικό βομβαρδιστικό Ντασό Μιράζ IV. Στις αρχές της δεκαετίας του '70 κατασκευάστηκαν στις Η.Π.Α δύο σημαντικά μαχητικά αεροπλάνα; το Γκράμαν F-14 Τόμκατ, προορισμένο για το ναυτικό και το Μακ- Ντόνελ-Ντάγκλας F-15. Διαδοχικοί τύποι τους κατασκευάζονταν κατά την επόμενη δεκαετία και βρίσκονται επιχειρησιακά στην πρώτη γραμμή ακόμη και σήμερα. Στην περίοδο αναπτύχθηκε και ένα νέο αξιόλογο αμερικανικό μαχητικό, το Τζένεραλ Νταϊνάμικς F-16, που παραγγέλθηκε και για την ελληνική πολεμική αεροπορία. Ένας μεταγενέστερος τύπος του, το F-16 Ε, παρά τις σημαντικές επιδόσεις του, δεν προκρίθηκε για την αμερικανική αεροπορία. Στις αρχές της δεκαετίας του '70 κατασκευάστηκαν τα γνωστότερα αεροπλάνα έ γκαιρης προειδοποίησης και επιχειρησιακού ελέγχου, τα Μπόινγκ Ε - 3Α Sentry και Γκράμαν Ε - 2C Hawkeye.

9 To σημ(χντικότερο ίσως γεγονός στον τομέα των κατασκευών της πολιτικής αεροπορίας από τις αρχές της δεκαετίας του 70 ήταν η συγκρότηση της ευρωπαϊκής κοινοπραξίας Airbus, από τη γαλλική Aerospatiale, τη βρετανική British Aerospace και τη γερμανική Deutsche Airbus. Η σειρά των αεροπλάνων που κατασκευάστηκε, φαρδιάς ατράκτου για μέσες και μικρές - μέσες αποστάσεις, είχε πολύ μεγάλη τεχνική και εμπορική επιτυχία, κατακτώντας το ένα τρίτο περίπου της παγκόσμιας αγοράς (εκτός από τις ανατολικοευρωπαϊκές χώρες), εκτοπίζοντας από τη δεύτερη θέση την Μακ Ντόνελ - Ντάγκλας και απειλώντας την ηγεμονία της Μπόινγκ. Τα Airbus, αθόρυβα, άνετα, ευέλικτα, ασφαλή και οικονομικά, παρουσίασαν πλήθος επαναστατικών καινοτομιών και επιβλήθηκαν σ' όλο τον κόσμο. /

10 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΑΕΡΟΣΚΑΦΟΣ Το αεροπλάνο είναι μηχανή πιο βαριά απ τον αέρα. Κατορθώνει όμως να διατηρείται σε πτήση, χάρη στις αεροδυναμικές δυνάμεις οι οποίες δρουν στα φτερά του, εξαιτίας της ταχύτητας που του δίνει ο κινητήρας του. Ανεξάρτητα από το σχήμα και την κατηγορία, το κλασσικό αεροπλάνο αποτελείται από τα πιο κάτω πέντε βασικά μέρη: α) τις πτέρυγες (WING) β) την άτρακτο (FUSELAGE) γ) το ουραίο πτέρωμα (EMPENNAGE TAIL) δ) το προωθητικό σύστημα (POWER PLANT) ε) το σύστημα προσγείωσης (LANDING SYSTEM) 1.1 ΠΤΕΡΥΓΕΣ Εισαγωγή Η πτέρυγα χαρακτηρίζεται σαν αντωτική επιφάνεια και έχει προορισμό να δώσει τη συνολική δύναμη στήριξης ή άντωσης, που απαιτείται για την πτήση ενός αεροπλάνου ή ανεμόπτερου. α. Χαρακττιρίζεται από τιι μετωπική) και πτερυγικι) επιφάνεια και από τις αεροτομές. Η πτερυγική επιφάνεια χρησιμοποιείται κυρίως για να εκφράσει τα αεροδυναμικά χαρακηιριστικά τιις. β. Η απόσταση από το ένα ακροπτερύγιο στο άλλο, ονομάζεται εκπέτασμα πτέρυγας. Παράγοντας μεγάλης σιιμασίας για τον προσδιορισμό των γεωμετρικών και αεροδυναμικών χαρακτηριστικών μιας πτέρυγας, είναι η επιμήκυνση ή διάταμα (λ) που είναι ίσο με το λόγο του εκπετάσματος και της μέσης γεωμετρικι'ις χορδής της πτέρυγας ( λ = ^ ) γ. Μέση γεωμετρική χορδή είναι ο λόγος τιις πτερυγικι)ς επιφάνειας ως προς το S^ δ. ο λόγος του τετραγώνου του εκπετάσματος (L"^) και ττις πτερυγικής επιφάνειας (S) χαρακτηρίζεται επίσης επιμήκυνση (λ). Εκπέτασμα, πτερυγική επιφάνεια και επιμήκυνση, τα αναφέρουμε με τα γράμματα L, S και λ. Μια πτέρυγα από μόνη της δεν παρέχει επαρκή στοιχεία ευστάθειας, για να χρησιμοποιηθεί σαν αεροπλάνο. Όμως, είναι δυνατό με τη χρήσΐ] ιδιαίτερου

11 σχήματος αεροτομών, πτερύγων σχήματος βέλους και άλλων διατάξεων αυτοευστάθειας, να κατασκευαστούν ειδικά αεροπλάνα, που ονομάζονται «ολοπτέρυγα» ή «ιπτάμενης πτέρυγας αεροπλάνα». Στην πράξη όμως αποδείχθηκε, όη αυτά τα αεροπλάνα, δεν έχουν ικανοποιητικά χαρακτηριστικά, παρά μόνο στην περίπτωση που χρησιμοποιήθηκε πτέρυγα σχήματος Δέλτα, κατάλληλη στις διηχητικές και υπερηχητικές ταχύτητες. Το πάχος των πτερύγων, είναι αντίστροφα ανάλογο με την ταχύτητα του αεροπλάνου, δηλαδή: μεγάλο πάχος πτέρυγας - μικρή ταχύτητα. Τα γρήγορα αεροπλάνα, έχουν πτέρυγες λεπτές σαν μαχαίρι και με μικρή πτερυγική επιφάνεια, για να περιορίζεται η αντίσταση. Τα αεροπλάνα που έχουν πτέρυγες χοντρές και τετράγωνες ή τραπεζοειδείς είναι αεροπλάνα μικρής ταχύτητας. Οι πτέρυγες μικρού βέλους πηγαίνουν στα υποηχητικά αεροπλάνα. Ολα τα μεγάλα επιβατικά αεροπλάνα έχουν τέτοιου είδους πτέρυγες. Οσο μεγαλώνει η ταχύτητα, τόσο μεγαλύτερη είναι η γωνία βέλσυς. Μια κατηγορία αεροπλάνων υπερηχητικής ταχύτητας, έχουν πτέρυγες σχήματος δέλτα ή μεταβλητής γεωμετρίας. Στις χαμηλές ταχύτητες (προσγείωση - απογείωση - φάση βομβαρδισμού) οι μεταβλητής γεωμετρίας πτέρυγες εκτείνονται, ενώ, όταν το αεροπλάνο αναπτύσσει ταχύτητα συμπτύσσονται μέσα στην άτρακτο και γίνονται οπισθοκλινείς σχήματος βέλους ή δέλτα. Από κατασκευαστική άποψη η πτέρυγα περιλαμβάνει ορισμένα στοιχεία, που αναφέρονται στα παρακάτω κεφάλαιο. Αναφορικά με την πτέρυγα υπενθυμίζουμε και τις κατασκευαστικές γωνίες προσπτώσεως, βέλους και δίεδρη. Στους περισσότερους τύπους αεροπλάνων, τα εσωτερικά των πτερύγων, διασκευάζεται και στεγανοποιείται κατάλληλα, για να χρησιμοποιηθεί σα δεξαμενή καυσίμου. Τα στρατιωτικά μικρά μαχητικά αεροσκάφΐ] έχουν πρόσθετα πτερυγικά φορτία, όπως οι απορριπτόμενες εξωτερικές δεξαμενές καυσίμου, πολεμικό εξοπλισμό (βόμβες, ρουκέτες κ.α.). Τα αεροπλάνα της πολιτικής αεροπορίας, συμφώνα με τα σύγχρονα κριτήρια συντήρησιις, φέρουν κάτω από τις πτέρυγες συστήματα, για την ανάρτηση και τιιν μεταφορά κινητήρων στα επισκευαστικά κέντρα. Σε πολλά αεροπλάνα που το σύστημα προσγείωσής τους ανασύρεται, προβλέπεται χώρος μέσα στις πτέρυγες γι αυτό. Τέλος, στα εσωτερικά της πτέρυγας τοποθετείται τι σύνολο των μηχανισμών για τη λειτουργία των κινητών επιφανειών και άλλων εξοπλισμών Φορτία και Καταπονήσεις Η πτέρυγα είναι ένας πρόβολος, δηλαδή μια δοκός πακτωμένιι στο ένα άκρο της και ελεύθερη στο άλλο (πάκτωση εννοούμε τιι σύνδεση της πτέρυγας με την άτρακτο). Η πτέρυγα καταπονείται σε κάμψη, διάτμηση και στρέψη, από τα διανεμημένα πάνω σ αυτή φορτία.

12 Στην πτήση, η πτέρυγα φορτίζεται από την άντωση από κάτω προς τα πάνω. Σε μικρότερο βαθμό, φορτίζεται προς τα κάτω, από δυνάμεις μάζας. Οι δυνάμεις μάζας προέρχονται από τα διάφορα (ρορτία, που είναι διανεμημένα κατά μήκος του εκπετάσματος (κινητήρες, δεξαμενές καυσίμου εσωτερικές ή απορριπτόμενες, βόμβες κ.α. φορτία). Αναφορικά με την αντίσταση στην κάμψη, για να κατασκευαστεί μια δομή ελαφριά και ισχυρή, συμφέρει να διανεμηθούν τα φορτία κατά μήκος του εκπετάσματος. Αυτό όμως φαίνεται να έρχεται σε αντίθεση με την ευχέρεια στους ελιγμούς του αεροπλάνου, που απαιτεί τη συγκέντρωση των φορτίων, κοντά στο κέντρο βάρους, για ν αποφεύγονται οι μεγάλες ροπές αδρανείας στην κατασκευή. Η διανομή των φορτίων, κατά μήκος του εκπετάσματος, συμφέρει τόσο περισσότερο, όσο μεγαλύτερη είναι η επιμήκυνση, ή διάταμα της πτέρυγας, γιατί υποχρεωτικά θα κατασκευαστεί πιο λεπτή. Εξαιρούνται τα ανεμόπτερα. Ως προς τις δομικές καταπονήσεις, οι πτέρυγες ταξινομούνται σε δυο κατηγορίες: (α) Πτέρυγες με συγκεντρωμένα φορτία, στις οποίες οι καταπονήσεις κατά μήκος του εκπετάσματος, που προέρχονται ουσιαστικά από κάμψη, απορροφούνται από ένα μεγάλο αριθμό κατασκευαστικών στοιχείων. (β) Πτέρυγες, με διανεμημένα φορτία, όπου οι καταπονήσεις είναι διανεμημένες σ ένα μεγάλο αριθμό διαμηκών στοιχείων (διαμήκεις ράβδοι κτλ) σε συνεργασία με την επικάλυψη. Φυσικά, ο διαχωρισμός δεν είναι τόσο ξεκαθαρισμένος και τις περισσότερες φορές, στην πρακτική, οι δυο κατηγορίες συνδυάζονται. Για ηιν αντιμετώπιση τιις στρέψης, σήμερα, οι κατασκευαστές προτιμούν όλο και περισσότερο την «κυτιοειδή» κατασκευή της πτέρυγας. Με αυτήν την έκφρασι ), εννοούμε τιιν κατασκευή ενός χώρου με δυο δοκούς και την επικάλυψη Κύρια Κατασκευαστικά Στοιχεία Τα κυριότερα κατασκευαστικά τμήματα και στοιχεία μιας πτέρυγας είναι: α. Ακροπτερύγιο (Wing Tip) β. Εσωτερικό τμήμα πτέρυγας (Imboard Wing) γ. Εξωτερικό τμήμα πτέρυγας (Outboard Wing) δ. Εσωτερικό χείλος προσβολής (Imboard Leading Edge) ε. Εξωτερικό χείλος προσβολής (Outboard Leading Edge) στ. Ατρακτίδια κινητήρα ή κινητήρων (Nacelle) ζ. Επικάλυψη (Stressed Skin) η. Νευρώσεις (Ribs)

13 θ. Διαμήκεις ράβδοι (Stringers) ι. Δοκοί (Spar) ή είναι μια κυρία δοκός (Main Spar) κ. Δοκός δευτερεύουσα ή ψευτοδοκός. Η πτέρυγα κατασκευάζεται σε 3 ή περισσότερα μέρη. Το συναρμο/χιγούμενο με την άτρακτο κομμάτι ή τμήμα της, ονομάζεται «κεντρική πτέρυγα» ενώ τα άλλα δυο, που συναρμολογούνται στα δυο άκρα της κεντρικής πτέρυγας, ονομάζονται «ημιπτέρυγες». Αυτή η κατασκευή υποβοηθάει και τη γρήγορη αποσυναρμολόγηση για τη συντήρησή τους, σε περίπτωση βλάβης. Η πτέρυγα μετά τη συναρμολόγησή της είναι ένα ενιαίο συγκρότημα και παίρνει το προβλεπόμενο σχήμα της από τις νευρώσεις, τις διαμήκεις ράβδους, την κυρία δοκό, τη δευτερεύουσα δοκό και την επικάλυψη. Τα κυριότερα στοιχεία μιας πτέρυγας χαμηλής (υποηχητικής) ταχύτητας (low speed wing) είναι; α. Οι δοκοί (spars) β. Οι διαμήκεις ράβδοι (stringers) γ. Οι νευρώσεις (ribs) δ. Η επικάλυψη (Stressed Skin) Η επικάλυψη έχει σαν αποστολή να δώσει το τελικό σχήμα στην πτέρυγα. Στην περίπτωση αυτή, η επικάλυψη περιλαμβάνει τις αεροδυναμικές δυνάμεις και τις μεταδίδει κατευθείαν στις δοκούς ή με τη βοήθεια των νευρώσεων. Αν η επικάλυψη έχει και στατική αποστολή, τότε πρέπει, ν αντέχει και στη στρέψη και στις πτέρυγες με διανεμόμενα φορτία, να συμβάλλει και στην αντίσταση ως προς την κάμψη. Η επικάλυψη αποτελείται, ανάλογα με την περίπτωση, από ύφασμα ξύλο ή μέταλλο και συνδυασμούς αυτών. Οποιοδήποτε και αν είναι το χρησιμοποιούμενο υλικό κατασκευής τιις επικάλυψης, πρέπει ν αντέχει στις διάφορες καταπονι)σεις, που υποβάλλεται, όπως στις πιέσεις και υποπιέσεις, που υπόκεινται οι πτέρυγες. Στο χείλος προσβολής, όπου είναι και οι μεγαλύτερες τιμές των αεροδυναμικών στοιχείων, η επικάλυψη, από ξύλο ή μέταλλο, πρέπει να είναι πάντα απαραμόρφωτη. Το ύφασμα χρησιμοποιείται μόνο στο πίσω μέρος προς το χείλος εκφυγής. Οι νευρώσεις αναλαμβάνουν διάφορες αποστολές: Να διατηρήσουν το σχήμα τιις πτέρυγας (πάχος, χορδή), να μεταδώσουν τις καταπονήσεις από την επικάλυψη στις δοκούς και να στηρίζουν την επικάλυψη, όταν εργάζεται και στατικά. Οι δοκοζ λέγεται ότι αποτελούν τη σπονδυλική στήλη των πτερύγων με συγκεντρωμένα φορτία. Στατικά, είναι πακτωμένοι πρόβολοι, στερεωμένοι δηλαδή στο ένα άκρο τους στι^ν άτρακτο και με το άλλο ελεύθερο. Σπάνια έχουν δυο στηρίγματα από τα οποία, το ένα εσωτερικά στην άτρακτο και το άλλο εξωτερικά. Η πτέρυγα, ανάλογα με τη σύνδεση άτρακτος-πτέρυγα, διακρίνεται σε προβολική και ημιπροβολική ή ανέρειστος (Cantilever) και ημιανέρειστος

14 (Semicantilever). Η προβολική ή ανέρειστη πτέρυγα φέρει εσωτερικά όλο τον απαραίτητο εξοπλισμό για τη σύνδεσή της με την άτρακτο και χρησιμοποιείται σχεδόν από το σύνολο των αεροπλάνων. Η ημιπροβολική ή ημιανέρειστη πτέρυγα στηρίζεται στην άτρακτο εξωτερικά και χρησιμοποιείται από ελάχιστα εκπαιδευτικά αεροπλάνα, ή τουρισηκά 2-4 θέσεων. Ανάλογα με τη θέση της ως προς την άτρακτο, η πτέρυγα διακρίνεται σε χαμηλή, μέση και υψηλή. Τέλος, ανάλογα με τον αριθμό των δοκών, διακρίνεται - μονόδοκο πτέρυγα - διπλής δοκού πτέρυγα - τριπλής δοκού πτέρυγα - κελυφοειδής πτέρυγα αν η επικάλυψη εργάζεται και στατικά στην απορρόφηση των καταπονήσεων κάμψης Οι Δοκοί Α. Γενικά Χαρακτηριστικά Οι δοκοί είναι, τα κύρια ανθιστάμενα (ανθεκτικά) στοιχεία της δομής μιας πτέρυγας. Οι δοκοί, παραλαμβάνουν από τις νευρώσεις τις δυνάμεις που δέχονται από τις διαμήκεις ράβδους (ή δοκίδες) και την επικάλυψη. Ολες οι δυνάμεις, που ενεργούν, καταλήγουν να δώσουν σαν αποτέλεσμα μια δύναμη και ένα ζεύγος δυνάμεων, στην πάκτωση. (α) Η δύναμη που έρχεται από το σύνολο των στοιχειωδών αεροδυναμικών δυνάμεων (κυρίως της άντωσης) και τείνει να ανυψώσει ττιν πτέρυγα, (β) Το ζεύγος δυνάμει προέρχεται από τα αποτελέσματα της ροής του αέρα, γύρω από την πτέρυγα και τείνει να την περιστρέψει. Μια συνηθισμένη πτέρυγα, αποτελείται από κύρια δοκό και μια δευτερεύουσα ή ψευτοδοκός προς το χείλος εκφυγής. Πιο κάτω αναφέρονται οι πτέρυγες με περισσότερες δοκούς. Οι δοκοί αποτελούνται από μια ή περισσότερες παρειές (πλευρές) (Wed) κατά τον εγκάρσιο ή διαμήκΐ] άξονα της πτέρυγας για την αντιμετώπιση τιις καταπόνησης σε διάτμηση. Πάνω κάτω από την παρειά, έχει γωνιώδη ή άλλου σχήματος ενισχυτικά ελάσματα τύπου λουρίδας (cap strip) που παραλαμβάνουν την καταπόνηση σε κάμψη. Στην περίπτωση της μιας ή απλής παρειάς είναι αρκετό ένα φύλλο ντουράλ 0,5-3 χιλιοστόμετρα πάχος. Η κατασκευή γίνεται απαραμόρφωτη με την προσθήκη] ενισχυτικών ελασμάτων τύπου L ή Ζ, για τη σύνδεση με τις νευρώσεις. Την προοδευτική) λέπτυνση των πτερύγων, από η] ρίζα προς τα ακροπτερύγια, ακολουθούν και δοκοί. Το γεγονός αυτό, μπορούμε να πούμε, είναι ευεργετικό γιατί η δοκός γίνεται ελαφρότερη προς τα άκρα και βαρύτερη και ανθεκτικότερη ρίζα όπου και η καταπόνηση στην κάμψη παίρνει τις μεγαλύτερες τιμές της.

15 Τα ενισχυτικά γωνιώδη ελάσματα, καριρώνουν στην παρειά και τοποθετούνται όσο το δυνατόν πλησιέστερα προς την επικάλυψη. Έτσι αυξάνεται η ροπή αδρανείας της δοκού, που είναι μεγάλης σημασίας στην αντιμετώπιση της κάμψης. Από τη θέση της πάκτωσης, προς το ακροπτερύγιο, η ροπή κάμψης, μειώνεται προοδευτικά μέχρι μηδενισμού της. Αυτός είναι ένας άλλος λόγος προοδευτικής σμίκρυνσης των διατομών των δοκών προς τ ακροπτερύγια. Ανάλογα με την περίπτωση, η διατομή της δοκού η παραμένει σταθερή σε σχήμα ή αλλάζει. Κάτω από ορισμένες προϋποθέσεις, και ανάλογα με της απαιτήσεις της κατασκευής, από τα επιβαλλόμενα φορτία, η δοκός μπορεί να διακοπεί σε κάποιο σημείο και το συνεχιζόμενο τμήμα ν αλλάξει σχήμα. Ένα άλλο αξιοσημείωτο στοιχείο, που χαρακτηρίζει τις δοκούς, είναι ότι μερικές ενώνονται με την άτρακτο και άλλες τη διασχίζουν. Σε καμιά περίπτωση όμως η δοκός δεν είναι συνεχής από ακροπτερύγιο σε ακροπτερύγιο, δηλαδή σε όλο το μήκος του εκπετάσματος. Όσο περισσότερα είναι τα τμήματα κατασκευής της πτέρυγας, που συνδέονται μεταξύ τους, τόσο ευκολότερη είναι η συντήρησή τους. Προς τη λύση αυτή τείνει το σύνολο σχεδόν των σηι,ιερινών κατασκευαστών αεροπλάνων. Οι συμμετρικές αεροτομές επιτρέπουν μια σχετική οικονομία βάρους. Σε ορισμένες ελαφρές κατασκευές, η δοκός κατασκευάζεται και με δικτυώσεις. Κατά την κάμψη μιας δοκού π.χ. σχήματος διπλού Τ, προς τα άνω, το μισό μέρος άνω (Α) υπόκειται σε θλίψη (-) ως προς τον ουδέτερο άξονα χχ, και το μισό κάτω (Β) σε εφελκυσμό (+), σύμφωνα με την αντοχή των υλικών. Ακόμα, όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση (μέσα στα ορισμένα όρια πάχους της πτέρυγας) των μαύρων περιοχών Γ, Δ από τον ουδέτερο άξονα χχ, τόσο μεγαλύτερη είναι η ροπή αδρανείας Jxx και τόσο μεγαλύτερη η αντίσταση στιιν κάμψη. Ένα παράδειγμα συγκριτικής μεταβολής ροπής της αδράνειας για μια δοκό, δίνεται παρακάτω: Για B=15cm, b=14cm, H=25cm, h=23cm έχουμε 15*25' 14*23' Εάν όμως είναι Η=24 cm και 1ι=22 cm τότε έχουμε Jxx = 4857 cm"* η μείωση ανέρχεται σε 10% περίπου. Β. Μονοδοκός τττέρυγα Αποτελείται από μια κύρια δοκό και από μια ψευτοδοκό πίσω από την πρώττ). Η επικάλυψη είναι ανθεκτυο). Η κύρια δοκός παραλαμβάνει τις καταπονήσεις κάμψης και διάτμησης γι αυτό και τοποθετείται στο 30% της χορδής από το χείλος προσβολής, που έχει και το μεγαλύτερο πάχος. Για την αντίσταση στη στρέψη θα εργασθεί η ανθεκτικι) και απαραμόρφωτΐ] επικάλυψη.

16 Ένας άλλος τύπος κατασκευής μονοδοκών πτερύγων είναι η γεωδετική δομή που χρησιμοποιήθηκαν παλιότερα. Στις γεωδετικές πτέρυγες η επικάλυψη ήταν υφασμάτινη. Εσωτερικά δεν υπήρχαν νευρώσεις και ο ελεύθερος χώρος χρησιμοποιήθηκε για την τοποθέτηση δεξαμενών καυσίμου. Γ. Πτέρυγα με διπλό δοκό Στην κατασκευή αυτή οι δυνάμεις κάμψης και διάτμησης μεταξύ των δυο κύριων δοκών, που μαζί με την επικάλυψη του κεντρικού τμήματος, αντιστέκεται και στη στρέψη. Το κεντρικό τμήμα, με τις δυο κύριες δοκούς και την επικάλυψη, αποτελούν, ένα «κουτύ>, πολύ ανθεκτικό στις κάμψεις και στρέψεις. Οι κατασκευές αυτές προτιμούνται, γιατί είναι πολύ ισχυρές, όταν τοποθετούνται κινητήρες και συστήματα προσγείωσης. Ακόμα, το μπροστινό και πίσω άκρο μπορούν, τις περισσότερες φορές, ν αποσυναρμολογηθούν. Οι κύριοι δοκοί είναι σχήματος I. Δ. Πτέρυγα με τρεις δοκούς Αποτελείται από μια κύρια δοκό, τοποθετημέντι στο μεγαλύτερο πάχος των αεροτομών και από δυο άλλες δοκούς. Η μπροστινή είναι τοποθετημένη στο 15% της χορδής από το χείλος προσβολής και η πίσω στο 65%. Η κύρια δοκός παραλαμβάνει τις καμπτικές ροπές και οι υπόλοιπες δυο τις στρεπτικές καταπονήσεις Διαμήκεις Ράβδοι Διαμήκεις ράβδοι ή βοηθητικές δοκίδες (Stringers), τοποθετούνται στις περιφερειακές εγκοπές νευρώσεων και είναι παράλληλες προς τις δοκούς. Εκτός από τη συμπληρωματική ενίσχυση της πτέρυγας, επιτυγχάνεται πυκνότερη ήλωση της επικάλυψης με τιιν προσφερόμενη πρόσθετη επιφάνεια ράβδων. Σχήμα 6-11 Οι μορφές των διατομών των διαμήκων ράβδων, έχουν μεγάλη ποικιλία. Κατασκευαστικά, προέρχονται από την μηχανική κάμψη με διαμορφωτικούς κυλίνδρους ή από εξέλαση. Οι πιο συνηθισμένες είναι σχήματος Γ, Λ, L, Ω, Ζ ανάποδο Π, U και άλλες. Σε ορισμένες περιοχές ηις πτέρυγας, για να μπορούν εύκολα να πλησιάζονται ορισμένοι χώροι (δημιουργία προσιτότητας όπως λέγεται), που περιέχουν μηχανισμούς, τα τμήματα ττις επικάλυψης κατασκευάζονται προσθαφαιρούμενα. Τα τμήματα αυτά δεν καρφώνονται, αλλά βιδώνονται με βίδες στα εσωτερικά ελάσματα.

17 1.1.6 Νευρώσεις Οι νευρώσεις τοποθετούνται κάθετα προς τις δοκούς και είναι ή μονοκόμματες με δικτυωτή κατανομή ράβδων (στις ελαφρές κατασκευές πτερύγων ή ελάσματα κατάλληλα διαμορφωμένα, ή ακόμα μπορεί να αποτελούνται από τρία ή περισσότερα τμήματα, ανάλογα με τον αριθμό των δοκών, που χωρίζουν ηιν πτέρυγα). Το μπροστινό τμήμα ονομάζεται νεύρωση χείλους προσβολής, το μέσο ονομάζεται νεύρωση μεταξύ δυο δοκών, και το πίσω μέρος νεύρωσΐ] χείλους εκφυγής. Σχήμα 6-11 G Οι νευρώσεις έχουν τριπλή αποστολή; α) Να δώσουν στις εγκάρσιες διατομές της πτέρυγας το προκαθορισμένο γεωμετρικό της σχήμα. β) Να μεταδώσουν στις δοκούς τις διατμητικές δυνάμεις καταπόντισης, που προέρχονται από τΐ] διανομή των φορτίων στην πτέρυγα (π.χ. δυνάμεις προερχόμενες από τιι διαφορά των πιέσεων). γ) Να διατηρήσουν τι^ σταθερότητα των διαμήκων ράβδων και της επικάλυψης της κελυφοειδούς κατασκευής της πτέρυγας.

18 Οι νευρώσεις κατασκευάζονται από ελαφρό κράμα αλουμινίου και σπάνια από λαμαρίνα. Το σχήμα τους είναι ανάλογο με την αεροτομή που έχει διαλεχτεί. Τα άκρα τους, ή προεξέχουν με την μορφή σχήματος ορθής γωνίας, ή όπως και στις δοκούς, καρφώνονται περιφερειακά μεταλλικά ελάσματα κατασκευασμένα κατάλληλα για να καρφωθεί επάνω τους η επικάλυψη. Στο σώμα τους ανοίγονται με πρέσες, μεγάλες τρύπες για την ελάφρωση της κατασκευής. Το κοπτικό εργαλείο της πρέσας δεν ανοίγει απλώς τις τρύπες, αλλά τους προκαλεί ταυτόχρονα και εκχείλωση. Έτσι, αυξάνει η ροπή αδράνειας της νευρώσεως, ενώ ενισχύεται η ακαμψία της. Οι νευρώσεις, έχουν εγκοπές στις περιφέρειες, για να τοποθετούνται οι διαμήκεις ράβδοι, που συνδέονται καρφωτές.

19 1.1.7 Η επικάλυψη Η επικάλυψη των πτερύγων, ταξινομείται σε δυο κατηγορίες: ανθεκηκή και σχήματος. Η ανθεκτική επικάλυψη έχει σαν αποτέλεσμα: α) Να παραλάβει τις δυνάμεις που αναπτύσσονται στις πτέρυγες και να τις μεταφέρει στα υπόλοιπα κατασκευαστικά στοιχεία της πτέρυγας, β) Να εργαστεί για την αντιμετώπιση της επιβαλλόμενης στρέψης, για την τυχόν εμφανιζόμενη κάμψη της πτέρυγας. γ) Ν αντέχει στα τοπικά αεροδυναμικά φορτία, χωρίς παραμόρφωση, αλλά και χωρίς να παραμορφωθεί αισθητά η αεροτομή της πτέρυγας, δ) Ν αντέχει και στους άσχημους ατμοσφαιρικούς παράγοντες. Οι επικαλύψεις σχήματος από ύφασμα, ξύλο ή μέταλλο, περιορίζονται στο πίσω μέρος των διατομών. Για τον έλεγχο καλής κατάστασης των εσωτερικών δεξαμενών καυσίμου, (για όσες πτέρυγες έχουν), μέρος της επικάλυψης, αντί να καρφωθεί, βιδώνεται. Αυτές οι προσθαφαιρούμενες επικαλύψεις είναι, κατά κανόνα, στην κεντρική περιοχή, μεταξύ δυο δοκών. Υπάρχουν ακόμα και θυρίδες προσιτότητας (doors), δηλαδή μικρά κομμάτια της επικάλυψης, βιδωμένα, που αφαιρούνται γρήγορα για τον έλεγχο και τη γρήγορη επισκευή ενός μηχανισμού. Αν η επισκευή δεν είναι δυνατόν να γίνει, τότε αφαιρείται ο μηχανισμός για να επισκευαστεί σε συνεργείο και τοποθετείται στη θέση του ένας εύχρηστος. Τα υφάσματα που αποτελούν την επικάλυψή είναι λινά ή βαμβακερά μακό, βάρους 90 έως 200 γραμμάρια ανά τετραγωνικό μέτρο. Τελευταία, χρησιμοποιούνται και επικαλύψεις από πλαστικά (Fiber glass), με μεγαλύτερη ανθεκτικότητα από τα υφάσματα. Η ποιότητα, ο τύπος και το βάρος του υφάσματος ή του πλαστικού, διαλέγονται ανάλογα με την ταχύτητα του αεροπλάνου και τον πτερυγικό φόρτο W (wing load, ). Οι υφασμάτινες ή πλαστικές επικαλύψεις χρησιμοποιούνται μόνο για αεροσκάφη με μικρές ταχύτιμες. Σε μικρούς τύπους, ενώ η πτέρυγα φέρει μεταλλίκι) επικάλυψη, χρησιμοποιείται και υφασμάτινη στις απλές κινητές επιφάνειες των πηδαλίων. Σύμφωνα με ορισμένα γενικά κριτήρια η «ζωή» του υφάσματος από απόψεως αντοχής είναι 18 μήνες περίπου. Το όριο «ζωής» δεν είναι ακριβώς καθορισμένο, γιατί εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως από ηιν ποιότητα του υφάσματος, την αρχική και τελική διαδικασία τοποθέτησης, το είδος των πτήσεων, σε σχέση με τους ατμοσφαιρικούς παράγοντες κ.α. Σωστός τρόπος δοκιμής της καλής κατάστασης της υφασμάτινης επικάλυψης, είναι ο έλεγχος θραύσεως με πίεση ενός κυκλικού κομματιού της επικάλυψης, με φορητι) ή σταθερή συσκευή στο εργασηίριο. Ο υφασμάτινος δίσκος διαμέτρου ΙΟ Ι 5 cm κόβεται και αφαιρείται από την επικάλυψη. Στη θέσΐ] του τοποθετείται ένα άλλο κομμάτι με ειδική διαδικασία. Η τιμή της πιέσεως καθορίζεται από τον

20 κατασκευαστή π.χ. για τη Ντακότα (C-47), η δοκιμή περιλαμβάνει τρεις διαβαθμίσεις αντοχής σε θραύση: α. Πάνω από 210 lbs ή 95 Kg δύναμη πίεσης, (θεωρείται ικανοποιητική), β. Μεταξύ 210 και 180 lbs (95 και 82 Kg), (μέτρια), γ. Κάτω από 180 lbs (82 Kg), (χρειάζεται άμεση αντικατάσταση). Η διαδικασία τοποθέτησης υφασμάτινων επικαλύψεων είναι διπλή. Κατ αρχήν το ύφασμα ράβεται, αφού τεντωθεί, στο σκελετό, με νήμα μεγάλης αντοχής. Μετά επικαλύπτεται το ύφασμα με 6-8 στρώματα από εμαγίτη (νιτροκυτταρίνη + διαλυτικό), που έχει σκοπό να κάνει το ύφασμα αδιάβροχο και να τα τυμπανίσει, δηλαδή να το τεντώσει ακόμη περισσότερο. Μερικά «χέρια», ακόμη πέρασμα με εμαγίτη και πάστα αλουμινίου, δίνουν το έντονο ασημί χρώμα του. Οι επιθεωρήσεις καλής κατάστασης, για τις πλαστικές επικαλύψεις, είναι περισσότερο μακροχρόνιες, δηλαδή, γίνονται κάθε 5 χρόνια περίπου. Οι ξύλινες επικαλύψεις χρησιμοποιήθηκαν αρκετά στο παρελθόν, αλλά σήμερα είναι σπάνιες. Το βασικό και πιο κοινό υλικό κατασκευής των μεταλλικών επικαλύψεων, είναι τα διάφορα κράματα αλουμινίου ποικίλης αντοχής και πάχους. Χρησιμοποιούνται επίσης τα κράματα μαγνησίου σε επικαλύψεις σχήματος, ο ανοξείδωτος χάλυβας και τα κράματα τιτανίου, σε περιοχές εκτεθειμένες σε υψηλές θερμοκρασίες. Ενδεικτικά αναφέρουμε, πως το πάχος των μεταλλικών ελασμάτων, κυμαίνεται μεταξύ 8/10 και 4/5 του χιλιοστόμετρου. Τέλος, η επικάλυψη καρφώνεται στις νευρώσεις, στις διαμήκεις ράβδους και στις δοκούς. α. Πτέρυγες με επικάλυψη ανθεκτική σε κάμψη Στις μεταλλικές κατασκευές, η ακαμψία της επικάλυψης επιτυγχάνεται με διάφορα διαμήκτ) ελάσματα, με τιι χρησιμοποίηστ) λαμαρίνας κυματοειδούς σχήματος. Η διάταξη των ενισχυτικών ελασμάτων της επικάλυψης ταξινομείται σε τέσσερις τύπους; α) νομοθετική διάταξη β) παράλληλη διάταξη γ) παράλληλη και διακεκομμένΐ] διάταξη δ) αποκλίνουσα ή τύπου βεντάλιας διάταξη

21 1.1.8 Υλικά Κατασκευής Τα χρησιμοποιούμενα μεταλλικά υλικά στην κατασκευή των πτερύγων, είναι διάφορα. Τα μη σιδηρούχα υλικά κατασκευής της πτέρυγας, διαιρούνται σε τρεις κατηγορίες, αυξανόμενου του ειδικού βάρους; (α) Τα εξαιρετικά ελαφρά κράματα, με βάση το μαγνήσιο, (β) Τα ελαφρά κράματα, με βάση το αλουμίνιο και (γ) Τα κράματα του τιτανίου, που είναι ακόμα ελάχιστα διαδεδομένα. Τα εξαιρετικά ελαφρά κράματα έχουν ειδικά βάρος ε=1,8 Kg/dm^ περίπου και αποτελούνται κυρίως από 90% περίπου μαγνήσιο και από δευτερεύοντα υλικά όπως τα Α1, Ζη, Mg κ.α.. Τα ελαφρά κράιιατα, που χρησιμοποιούνται πιο συχνά, έχουν ειδικό βάρος περίπου 2,8 Kg/dm ^ και αποτελούνται κυρίως από αλουμίνιο. Τα πιο κοινό είναι τα ντουραλουμίνιο ή ντουράλ με περιεκτικότητα 3-5% χαλκό. Είναι κράματα υψηλής αντοχής. Για τις χυτεύσεις χρησιμοποιούνται ΑΙ και Si. Το ντουράλ προφυλάγεται από τις διαβρώσεις με επιφανειακή προστασία, αν βουτηχτεί μέσα σε χρωμικό οξύ. Το νέο του χρώμα είναι κιτρινωπό. Μια άλλη μέθοδος είναι της εξωτερικι'ις επένδυσης με φύλλα καθαρού αλουμινίου δηλαδή κράμα Alclad. Σ αυτήν την περίπτωση η αντίσταση στις καταπονήσεις, είναι μικρότερη από τα γυμνά ελάσματα επειδή οι επκρανειακές επιστρώσεις έχουν μικρή αντίσταση. Το τιτάνιο και τα κράματα του βρήκαν, έστω και περιορισμένα (εξαιτίας του υψηλού κόστους), ευρύτερα στις αεροπορικές εφαρμογές. Το ιδανικό βάρος των κραμάτων αυτών είναι κατά πολύ μεγαλύτερο από τα κράματα των ελαφρών και ανέρχεται σε 4,5 Kg/dm^. Όμως τα μηχανικά τους χαρακτηριστικά είναι εξαιρετικά. Πρέπει να υπογραμμίσουμε πως στις αεροπορικές κατασκευές, χρησιμοποιούνται και οι χόιλυβες κυρίως σε σωλήνες, σε διαμορφωμένα ενισχυτικά ελάσματα, στην κατασκευή των ατρακτιδίων για τιιν τοποθέτηση των κινητήρων, στα βάκτρα του συστήματος προσγείωσης και άλλου. Παλιότερα οι χάλυβες χρησιμοποιήθηκαν και στη δικτυωτή κατασκευή ατράκτου και πτερύγων. Οι χάλυβες που χρησιμοποιούνται πιο συχνά είναι οι χρώμιο-μολυβδαίνιου γιατί συγκολλούνται εύκολα Διάφορες Στερεές Συνδέσεις Οι κόλλες που χρησιμοποιούνται για τις διάφορες στερεές συγκολλήσεις στις αεροπορικές κατασκευές είναι πολλές. Οι κυριότερες είναι: (α) Επόξυ, για μέταλλα

22 (β) Νεοπρενίου, για ελάσματα (γ) Φαννολικής ρητίνης, για ξύλα. Πρέπει να έχουν τα πιο κάτω χαρακτηριστικά; 1) Να κολλάνε τέλεια, να αντέχουν στις εφαπτόμενες τάσεις και να μην αποχωρίζονται οι δυο επιφάνειες στις δοκιμές. 2) Να είναι ανθεκτικές στην υγρασία, στους ατμοσφαιρικούς παράγοντες και στις θερμοκρασίες των -60 έως +70 C. 3) Ν αντέχουν στα λάδια, στη βενζίνη και στα διαλυτικά. 4) Να δημιουργούν συνδέσεις που δεν αδυνατίζουν, ούτε με το χρόνο, ούτε με την κόπωση. 5) Να σκληραίνουν γρήγορα και κατά προτίμηση στη θερμοκρασία του περιβάλλοντος. Στις μεταλλικές κατασκευές, οι συνδέσεις πραγματοποιούνται με καρφιά και πολύ περιορισμένα με κοχλίες και περικόχλια. Σ ένα μεγάλο τετρακινητήριο, ο αριθμός των καρφιών στις πτέρυγες είναι περίπου 1 εκατομμύριο. Οι κατηγορίες των καρφιών είναι πολλές και η κάθε μία για ορισμένη εργασία. Κάθε καρφί, έχει κάτι το χαρακτηριστικό στην κεφαλή του για να ξεχωρίζει από τ άλλα. Οι τρύπες υποδοχής των καρφιών γίνονται με τρυπάνια και όχι με ζουμπάδες, για ν αποφεύγονται οι περιφερειακές ρωγ.ιές. Στις εσωτερικές συνδέσεις και στην επικάλυψη αεροπλάνων μέσων ταχυτήτων, χρησιμοποιούνται καρφιά με εξέχουσες κεφαλές. Στις εξωτερικές συνδέσεις των ταχέων αεροπλάνων, χρησιμοποιούνται μόνον καρφιά με κεφαλή φρεζάτη ή χωνευτή. Μετά από εξονυχιστικές έρευνες ττ ς N.A.C.A. σε αεροσήραγγες, σε τμήματα πτέρυγας φυσικού μεγέθους, αποδείχθηκε πως, σε ότι αφορά την αεροδυναμική αντίσταση, οι φρεζάτες ηλώσεις στην περιοχή του χείλους προσβολής φέρουν πολύ καλά αποτελέσματα. Μειώνουν την έκταση στη στροβιλώδη ροή και μετατοπίζεται πίσω το σημείο μετάπτωσης. Από τη μέση της χορδής και προς το χείλος εκφυγής, τα οφέλη είναι ελάχιστα. Γι αυτά και χάρη οικονομίας χρησιμοποιούνται καρφιά με εξέχουσες κεφαλές σε αεροπλάνα μέσης ταχύτητας βοο-450 ΚιτιΤΙι). Στα υπερηχητικά αεροπλάνα υπάρχει ακόμα το τεράστιο πρόβλημα των επιφανειακών ανωμαλιών και όχι μόνο στη θέση της κεφαλής των καρφιών, αλλά ολόκληρης της επιφάνειας, που θα αναπτύξουμε σε άλλο κεφάλαιο. Οι συγκολλήσεις με σημεία των επιφανειών σύνδεσης, δεν χρησιμοποιούνται σχεδόν καθόλου, εκτός από ελάχιστες εξαιρέσεις. Αυτό συμβαίνει γιατί η αντίσταση των σημείων συγκολλήσεων, παρουσιάζει διαφορετική αντίσταση στις καταπονήσεις, από σι^ιείο σε σημείο. Ακόμα μια δυσκολία στί] συγκόλληση είναι η έλλειψη προσιτότητας.

23 Πτέρυγες Σχήματος Βέλους Οι πτέρυγες σχήματος βέλους ανήκουν σε αεροπλάνα υψηλών υποηχητικών ταχυτήτων, ή διηχητικών, ή υπερηχητικών, ανάλογα με τη γωνία βέλους. Για την αντιμετώπιση των ειδικών καταστάσεων της συμπιεστότητας οι αεροτομές των πτερύγων των διηχητικών και υπερηχητικών αεροπλάνων εκλέγονται κατάλλη/ua. Τα σχήματα τους είναι χαρακτηριστικά σωμάτων εξαιρετικής διεισδυτικότητας. Σπουδαίο ρόλο παίζουν οι παράγοντες λεπτότητα και αντοχή. Η σχετική λεπτότητα (πάχους / χορδή) ανέρχεται σε 5 με 6%, δηλαδή αν η χορδή είναι lm=100cm, το πάχος θα είναι 5 με 6 cm. Τα πιο διαδεδομένα σχήματα αεροτομών διηχητικών και υπερηχητικών αεροπλάνων είναι τα φακοειδές, τα ρομβοειδές, τα ημιρομβοειδές, τα σφηνοειδές και τα αμφισφηνοειδές ή διπλής σφήνας. Το εκπέτασμα και η μέση χορδή των πτερύγων, είναι περιορισμένα γιατί η άντωση επιτυγχάνεται, όχι με την πτερυγική επιφάνεια, όπως τις υποηχητικές ταχύτητες, αλλά με το τετράγωνο της μεγάλης ταχύτητας (V^), που έχουν τα αεροπλάνα αυτά. Δομικά, η κατασκευή μιας πτέρυγας σχήματος βέλους, δεν διαφέρει και πολύ από εκείνες που έχουμε περιγράφει. Οι καταπονήσεις βέβαια είναι πιο σοβαρές, τόσο εξαιτίας του σχήματος, που επιδρά στην αύξηση των στρεπτικών ροπών, όσο και στο μικρό πάχος των αεροτομών. Οι πτέρυγες τύπου βέλους ταξινομούνται σε δυο κατηγορίες; (α) Πτέρυγες με τις νευρώσεις, παράλληλες προς το διαμήκη άξονα του αεροπλάνου χχ και (β) Πτέρυγες με τις νευρώσεις, κάθετες προς τη διάταξη της κυρίας δοκού. Οι δοκοί και οι νευρώσεις, διατηρούν τα χαρακτηριστικά τους σχήματα, που ήδη περιγράψαμε. Η επικάλυψη μεγαλύτερου πάχους έχει συχνά ολόσωμα τα ενισχυτικά ελάσματα, μετά από μηχανική) ή χημική επεξεργασία, ολόκληρης της επικάλυψης με ειδικές φρέζες. Τα καρφώματα γίνονται πάντα με καρφιά φρεζάτα με κεφαλές, που δεν εξέχουν. Στις πτέρυγες υψηλών ταχυτι'ιτων, η λεπτότητα, επιβάλλει τη χρησιμοποίησί] μεγάλου αριθμού κυρίων δοκών για να επιτευχθεί η απαιτούμενη αντοχή. Σε πολλές περιπτώσεις η κατασκευή γίνεται με ολόσωμα τμήματα (άνω - κάτω επικάλυψη, κεντρικό ή εσωτερικό ανθεκτικό μέρος) στα οποία γίνεται επεξεργασία μηχανικι) ή χημική, για ττ δημιουργία των δοκών. Η στήριξη της πτέρυγας υψηλών ταχυτήτων, μοιάζει με εκείνη των χαμηλών εκτός απ το ότι ο αριθμός των δοκών της είναι πολύ μεγαλύτερος. Στις πτέρυγες υψηλών ταχυτήτων χρησιμοποιείται ευρύτατα και η κατασκευή σάντουιτς. Η λεπτότητα των πτερύγων υψηλής ταχύτητας, δεν επιτρέπει την εγκατάσταση δεξαμενών καυσίμου, του συστι)ματος προσγειώσεως, αλλά μόνον των απαραιτήτων καλωδιώσεων, σωληνώσεων και λεπτομηχανισμών. Επειδή οι αεριωθούμενοι κινητι'ιρες καταναλώνουν πολύ καύσιμο, στα μαχητικά αεροπλάνα

24 υψηλών ταχυτήτων χρησιμοποιούνταν εξωτερικές δεξαμενές καυσίμου, αναρτημένες ή στερεωμένες στις πτέρυγες Αναδιπλούμενες Πτέρυγες Οι αναδιπλούμενες πτέρυγες χρησιμοποιούνται κυρίως από αεροπλάνα, που ενεργούν σε αεροπλάνα. Μετά την προσγείωση στο κατάστρωμα του αεροπλάνου ον πτέρυγες αναδιπλώνονται. Τα αεροπλάνα ρυμουλκούνται σε μεγάλα υδραυλικά ασανσέρ ή πλατφόρμες, που το μεταφέρουν στα κάτω καταστρώματα. Οι αναδιπλούμενες πτέρυγες περιορίζουν τον απαιτούμενο χώρο, από το εκπέτασμα, για τη στάθμευση των αεροπλάνων Οι Κινητές Επιφάλ ειες Των Πτερύγων Είναι οι επιφάνειες ελέγχου της πτήσης (Flight control surfaces). Οι πτέρυγες των μικρών αεροπλάνων έχουν 1ή 2 κινητές επιφάνειες. Τα πτερύγια κλίσεως και τα πτερύγια καμπυλότητας. Στις πτέρυγες των μεγάλου αεροπλάνου, διακρίνουμε τις πιο κάτω κινητές επιφάνειες, που κάθε μια εξυπηρετεί ένα συγκεκριμένο σκοπό: (α) Εσωτερικό πτερύγιο καμπυλότητας (inboard flap) (β) Εσωτερικό πηδάλιο κλίσεως (inboard aileron) (γ) Εξωτερικό πτερύγιο καμπυλότητας (outboard flap) (δ) Εξωτερικό πηδάλιο κλίσεως (outboard aileron) (ε) Αντισταθμιστικά πτερύγια πηδαλίων κλίσεως (aileron trim tabs) (στ) Εσωτερικός φθορέας άντωσης (inboard spoiler) (ζ) Εξωτερικός φθορέας άντωσης (outboard spoiler) (η) Οι γεννι)τριες στροβίλων (vortex generators) (θ) Οι φράκτες οριακού στρώματος (boundary layer fence) (ι) To σκυλόδοντο (dog-tootli) α. Εσωτερικά και εξωτερικά πτερύγια κλίσεως Τα μικρά αεροπλάνα έχουν από ένα πτερύγιο κλίσεως σε κάθε πτέρυγα, όπως και πτερύγια καμπυλότητας. Τα μεγάλα στρατιωτικά και επιβατικά αεροπλάνα έχουν από δυο πτερύγια κλίσεως σε κάθε πτέρυγα. Τα πτερύγια κλίσεως, χρησιμεύουν για να δίνουν κλίση στο αεροπλάνο, όταν πρόκειται να κάνει μια στροφή γύρω από το διαμήκιι άξονα χχ για ακροβατικά, ή να κλίνει προς τιι μια πτέρυγα για να κάνει στροφή, αλλάζοντας την πορεία του. Τα πτερύγια κλίσεως στρέφονται το ένα προς τα κάτω και το άλλο προς τα πάνω και αντίστροφα, για ν αλλοιώνεται η διανομή της άντωσης στις πτέρυγες. Το πηδάλιο, που κατεβαίνει, μεγαλώνει ττιν καμπυλότητα σ ένα τμήμα ττις

25 πτέρυγας, έτσι αυξάνει η άντωση σ ολόκληρη την πτέρυγα. Σύμφωνα με το θεώρημα του Bernoulli μεγαλώνει η ταχύτητα του αέρα στο πάνω μέρος της πτέρυγας, ακολουθεί μεγαλύτερη πτώση της πίεσης και αντίστοιχη αύξηση της άντωσης. Το αντίθετο ακριβώς αποτέλεσμα έχουμε για το πτερύγιο, που ανεβαίνει προς τα πάνω, η ροή διαταράσσεται, η καμπυλότητα, η ταχύτητα και η άντωση μικραίνουν. Με αιτία τη διαφορά των δυνάμεων άντωσης, δημιουργείται μια ροπή, που στρέφει το αεροπλάνο προς την πτέρυγα της οποίας το πτερύγιο κλίσεώς της είναι προς τα πάνω. Έτσι, γίνεται η κλίση (rolling) του αεροπλάνου. Το εσωτερικό ττηδάλιο κλίσεως βρίσκεται μεταξύ του εσωτερικού και εξωτερικού πτερυγίου καμπυλότητας. Το εξωτερικό πηδάλιο κλίσεως βρίσκεται μεταξύ του εξωτερικού πηδαλίου καμπυλότητας και του ακροπτερυγίου της πτέρυγας. Χρησιμοποιείται σε μεγοά.α αεροπλάνα και λειτουρ>γεί μόνο στις μικρές ταχύτητες και σε συνδυασμό με την περιστροφή των πηδαλίων καμπυλότητας προς τα κάτω. ρ. Γεννήτριες στροβίλων Οι γεννήτριες στροβίλων είναι μικρά λαμάκια στερεωμένα στην επιφάνεια της πτέρυγας και, ανάλογα με το σύστημα, ή κοντά στο χείλος προσβολής, ή προς το χείλος εκφυγής. Τοποθετούνται σε μονή, διπλή ή τριπλή σειρά με απόκλιση 15 μοιρών περίπου, ως προς τη διεύθυνση ττ ς ταχύτητας του αεροπλάνου. Έχουν τιιν ίδια ή διαφορετικές κλίσεις και έχουν σκοπό την ενεργοποίηση του οριακού στρώματος με τη δημιουργία στροβιλισμών, ιδιαίτερα απαραίτητη στις χαμηλές ταχύτητες για να μην ελαττώνεται η δραστικότητα των πηδαλίων κλίσεως και καμπυλότιιτας. Στις διηχητικές ταχύτητες και όταν στιιν πτέρυγα η ταχύτητα τιις ροής του αέρα πλησιάζει τον κρίσιμο αριθμό του Mach και αρχίζουν να σχηματίζονται τα πρώτα κύματα κρούσης, οι γεννήτριες στροβίλων τα καταστρέφουν στροβιλίζοντας τη ροή. γ. Φράκτες οριακού στρώματος Στα διηχητικά και χαμηλών υπερηχητικών ταχυτήτων αεροπλάνα, στη ράχη των πτερύγων τοποθετούνται δακτυλιοειδή ελάσματα για τη συγκράτηση του οριακού στρώματος. Το οριακό στρώμα τείνει να αποσπασθεί από την πτέρυγα κατά τη διεύθυνση του εκπετάσματος, σπρωγμένο από την πλάγια συνιστώσα της ταχύτητας. δ. Το «σκυλόδοντο» Στις πτέρυγες των υπερηχητικών αεροπλάνων κατασκευάζεται ένα «δόντυ> στο χείλος προσβολής. Το δόντι είναι μια ανωμαλία μέσα στη ροή του (χέρα, που

26 προκαλεί τοπικά, κατά μήκος της χορδής, έναν ισχυρό στροβιλισμό, που συμπεριφέρεται σαν φράκτης του οριακού στρώματος. Από τα γνωστά μας αεροπλάνα, «σκυλόδοντο» στις πτέρυγες φέρουν τα Mirage F-1, τα F-4E Phantom και άλλα Πτερυγικές διατομές NACA Α. Τυποποίηση αεροτομών Κατά καιρούς έχουν γίνει διάφορες προσπάθειες τυποποίησης αεροτομών με βάση κάποια χαρακτηριστικά τους. Η σημαντικότερη από αυτές ήταν η προσπάθεια της National Advisory Committee for Aeronautics (NACA). H ταξινόμηση των αεροτομών της NACA περιλαμβάνει την συστηματοποίηση των γεωμετρικών χαρακτηριστικών των αεροτομών κατά τρόπο που στις διάφορες αεροτομές να αντιστοιχεί ένας κωδικός αριθμός που να προσδιορίζει τις γεωμετρικές ιδιότητες κάθε αεροτομής. Η παρατήρηση ότι για αεροτομές μετρίου πάχους, η γραμμή της μέσης καμπυλότητας και ο τρόπος μεταβολής του πάχους κατά μήκος της χορδής επηρεάζουν τα αεροδυναμικά χαρακτηριστικά της αεροτομής, οδήγησε σττ δημιουργία των σειρών NACA. Οι χρησιμοποιούμενες σήμερα αεροτομές είναι κατά κύριο λόγο οι αεροτομές NACA ή άλλες στενά συνδεδεμένες με τις έρευνες τιις NACA. Β. Μέθοδος επαλληλίας καμττυλότητας και πάχους Για την πλήρη περιγραφή μιας αεροτομής απαιτούνται οι συντεταγμένες της επάνω και κάτω επιφάνειας της αεροτομής. Ολες οι αεροτομές NACA που έχουν καμπυλότιιτα προκύπτουν από την επαλληλία μιας mean line και μιας κατανομής πάχους. Οι συντεταγμένες του περιγράμματος της αεροτομής προκύπτουν με την τοποθέηισιι του πάχους κάθετα στιιν mean line. Έστω Xc, yc και tanθ η τετμημένη, η τεταγμένη και η κλίση τιις mean line αντίστοιχα. Αν χ, yu είναι αντίστοιχα οι συντεταγμένες ενός σημείου τιις άνω επιφάνειας τιις αεροτομής και yt είναι η κατανομή του πάχους κατά μήκος της χορδής, τότε οι συντεταγμένες της άνω επιφάνειας δίνονται από τις ακόλουθες σχέσεις: Xu=x-yt Ιηηθ yu=yc+ yt cosθ Οι αντίστοιχες εκφράσεις για τις συντεταγμένες της κάτω επιφάνειας είναι: XL=x+yt είηθ yl=yc-yt cosq To κέντρο καμπυλόηιτας του χείλους προσβολής βρίσκεται σχεδιάζοντας μια γραμμή από τιιν άκρη της χορδής στο χείλος προσβολής με κλίση ίση με την