Klapy (lotnictwo)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Na ilustracji zaznaczono klapy oraz sloty (skrzela) na lewym skrzydle Airbusa A310-324

Klapyelementy mechanizacji skrzydła, umiejscowione zazwyczaj w tylnej części skrzydła statku powietrznego, pozwalające w razie potrzeby znacznie zwiększyć siłę nośną (nawet o 50–80%) oraz opór skrzydła. Wykorzystywane zwykle aby umożliwić lot z mniejszą prędkością, a także aby skrócić start i podejście do lądowania. Wysunięcie klap pozwala na zmniejszenie minimalnej prędkości statku powietrznego. Efektem ubocznym stosowania klap jest zmniejszenie krytycznego kąta natarcia[1]. Kąt wychylenia klap podczas startu samolotu wynosi przeciętnie ok. 15–20 stopni, a podczas lądowania ok. 30 stopni.

Konfiguracja profilu skrzydła z wypuszczonymi klapami sprawia, że staje się on bardziej wysklepiony, co pozytywnie wpływa na zwiększenie współczynnika siły nośnej. Klapy tylne, podobnie jak sloty, umożliwiają lot z mniejszą prędkością, co pozwala skrócić start i podejście do lądowania. Przy pełnym wysunięciu klap tylnych możemy zaobserwować duży wzrost oporu aerodynamicznego.

Niewysunięcie klap podczas startu samolotu było przyczyną kilku tragicznych katastrof lotniczych m.in. linii Northwest Airlines w 1987 r. i linii Spanair w 2008 r.

Typy klap[edytuj]

Klapa zwykła – jej konstrukcja jest nieskomplikowana i polega na zamocowaniu tylnej sekcji profilu skrzydła na zawiasie (zakres wychylenia klapy od 0° do 60°). Klapa składa się z panelu z zaokrągloną górną krawędzią natarcia, która wysuwana jest w dół. Niestety efektywność klapy zwykłej jest mała, ponieważ strugi powietrza nie są w stanie przesuwać się wzdłuż odchylonej w dół powierzchni i następuje ich oderwanie. Dlatego klapy stosuje się głównie jako ster.[2] Pierwszym samolotem wyposażonym w tego typu klapy był Fairey Hamble Baby (1916 r.) wyprodukowany przez Fairey Aviation Company.

Klapa krokodylowa – została opatentowana w 1924 roku przez Orvilla Wrighta i Jamesa M.H. Jacobsa. Była powszechnie stosowana, zwłaszcza w samolotach wojskowych. Posiada zbliżoną konstrukcję do klapy zwykłej, lecz ruchoma część stanowi spód profilu. Jest również bardziej efektywna od klapy zwykłej (zakres wychylenie klapy to od 0° do 60°).  Klapa krokodylowa powoduje większy przyrost siły oporu bez utraty siły nośnej, dzięki czemu może być używana jako hamulec aerodynamiczny. Jest to jedyny rodzaj klapy, który można zastosować także pod kadłubem, a mechanizm wysuwania klapy nie jest skomplikowany.[3]

Junkersa – podobne do zwykłych, jednak umieszczone za krawędzią spływu.

Klapa Fowlera – nazwa klapy pochodzi od imienia wynalazcy Harlana D. Fowlera. Konstrukcja klapy Fowlera jest zbliżona do klapy krokodylowej. Różnica w konstrukcji polega na przesuwaniu się zawiasu umożliwiającego wychylenie się klapy Fowlera w kierunku krawędzi spływu, zwiększając tym samym powierzchnię skrzydła. Wysklepienie klapy zwiększa krzywiznę linii szkieletowej profilu, tym samym zwiększając współczynnik siły nośnej. W pozycji wysuniętej między noskiem klapy a profilem tworzy się szczelina, przez którą klapa jest zasilana dodatkowymi strugami powietrza. Odbywa się to podobnie jak w slotach. Klapy Fowlera są uważane za jedną z pierwszych nowoczesnych metod mechanizacji skrzydła.[4] Pierwszy samolot wyposażony w tego typu mechanizację skrzydła to Lockheed L-14 (1937 r.).

Klapa szczelinowa – zasada działania klapy szczelinowej jest zbliżona do obowiązującej w klapie Fowlera. Klapa szczelinowa została zaprojektowana tak, aby zminimalizować odrywanie się strug powietrza na górnej powierzchni. Klapa w czasie otwierania obraca się w dół i jednocześnie przesuwa się do tyłu. Ruch klapy zatrzymuje się dopiero wówczas, gdy pomiędzy noskiem klapy a częścią nieruchomą skrzydła powstanie szczelina. Ze względu na różnicę ciśnień pomiędzy dolną a górną powierzchnią przekroju skrzydła następuje przepływ powietrza przez szczelinę. Powietrze dostarcza dodatkowej energii kinetycznej do warstwy przyściennej na górnej powierzchni klapy i w ten sposób powiększa się powierzchnia opływu laminarnego. Ponadto wysunięcie kapy zwiększa powierzchnię skrzydła.[5]

Podział klap szczelinowych ze względu na ilość posiadanych szczelin:

  • jednoszczelinowa – jest to najprostsza pod względem budowy i mechanizacji klapa szczelinowa, wyposażona tylko w jeden panel. Maksymalne wychylenie klapy w dół to 30° – 35°. Obecnie nie stosuje się jej w żadnym samolocie pasażerskim, lecz znalazła zastosowanie jako klapolotka (z ang. flaperon) w samolotach wojskowych.[6]
  • dwuszczelinowa – jest to rozwinięcie klapy jednoszczelinowej, a dokładnie wyposażenie jej w dodatkowy panel. Klapa dwuszczelinowa charakteryzuje się konfiguracją posiadająca większy współczynnik siły nośnej. Ten rodzaj klapy jest cięższy od jednoszczelinowej i posiada bardziej skomplikowany mechanizm wypuszczania. Wychylenie klapy w pozycji do lądowania wynosi do 65°. Klapy dwuszczelinowe były stosowane w McDonnell Douglas DC-9/MD-80.
  • trójszczelinowe – najbardziej rozbudowany typ klapy szczelinowej, wyposażony w trzy panele wychylne w dół do 80°. W znacznym stopniu zwiększają powierzchnię skrzydeł i krzywiznę linii szkieletowej profilu. Klapy trójszczelinowe posiadają bardzo skomplikowany i rozbudowany mechanizm wypuszczania, który musi wytrzymywać duże obciążenia aerodynamiczne. Klapy tego typu są stosowane między innymi w samolotach Boeing 737 i 747.[7]

Klapa Kruegera – klapa przednia. Ten typ klapy jest obecnie stosowany w jednym z największych pasażerskich samolotów świata - Boeing 747. Posiada korzystniejszy kształt, który jest w stanie stworzyć znacznie lepszą krzywiznę linii szkieletowej, co wpływa na poprawę właściwości aerodynamicznych (w porównaniu do pozostałych klap Kruegera) i zwiększenie współczynnika siły nośnej Cz w porównaniu z wcześniej opisanymi. Panele klapy wykonane są z włókna szklanego, dzięki czemu element ten jest lżejszy, a siłowniki umożliwiające wypuszczenie klap mogą być słabsze. Tego typu klapy wyposażone są w skomplikowany mechanizm wypuszczania, dzięki czemu elementy składowe muszą być wykonane z dużą dokładnością.[8]

North American T-6 z otwartymi klapami krokodylowymi

Istnieją także klapy na krawędzi natarcia skrzydła (np. klapy manewrowe na samolocie F-16), zaś na samolotach komunikacyjnych szeroko stosowane są tzw. sloty (skrzela).

Prawo lotnicze[edytuj]

Wiedza na temat klap zamontowanych na krawędzi spływu jak i pozostałych urządzeń mechanizacji skrzydła, jest niezbędna do uzyskania licencji mechanika lotniczego. Rozporządzenie Komisji Europejskiej nr 1321/2014 z dnia 26 listopada 2014 r. w sprawie ciągłej zdatności do lotu statków powietrznych oraz wyrobów lotniczych, części i wyposażenia, a także w sprawie zatwierdzeń udzielanych organizacjom i personelowi zaangażowanym w takie zadania nakłada obowiązek znajomości zagadnień związanych z mechanizacją skrzydła dla osób posiadających lub ubiegających się o moduły konieczne do odbioru licencji. Znajdują się one w module 11A/11B/11C oraz module 13.[9]

Wymagania dotyczące wznoszenia przy starcie i lądowania według Rozporządzenia Komisji Europejskiej Nr 965/2012 z dnia 5 października 2012 r. ustanawiające wymagania techniczne i procedury administracyjne odnoszące się do operacji lotniczych zgodnie z rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 216/2008 wymienia warunki dotyczące klap.

  • Wznoszenie przy starcie ze wszystkimi silnikami pracującymi. Stały gradient wznoszenia po starcie wynosi co najmniej 4% przy następujących warunkach:
    • moc startowa na każdym silniku;
    • podwozie wypuszczone, chyba że może być ono wciągnięte w czasie krótszym niż 7 sekund, co pozwala przyjąć, że jest schowane;
    • klapy w położeniu do startu;
    • prędkość wznoszenia nie mniejsza niż większa z następujących wartości: 1,1 VMC (minimalna prędkość lotu sterowanego na ziemi lub blisko ziemi) i 1,2 VS1 (prędkość przeciągnięcia lub minimalna prędkość ustalonego lotu w konfiguracji do lądowania).
  • Wznoszenie przy starcie z jednym silnikiem niepracującym. Stały gradient wznoszenia na wysokości bezwzględnej 400 stóp nad powierzchnią startu ma wymierną wartość dodatnią przy następujących warunkach:
    • niepracujący silnik krytyczny, ze śmigłem w położeniu najmniejszego oporu;
    • drugi silnik pracujący z mocą startową;
    • schowane podwozie;
    • klapy w położeniu do startu;
    • prędkość wznoszenia równa prędkości osiąganej na wysokości 50 stóp.
  • Wznoszenie przy lądowaniu ze wszystkimi silnikami pracującymi. Stały gradient wznoszenia po starcie wynosi co najmniej 2,5% przy następujących warunkach:
    • moc lub ciąg nie większe niż osiągane w ciągu 8 sekund od zainicjowania ruchu przestawiającego dźwignię sterowania mocą z położenia minimalnych lotnych obrotów biegu jałowego;
    • wypuszczone podwozie;
    • klapy w położeniu do lądowania;
    • prędkość wznoszenia równa VREF (prędkość referencyjna lądowania).
  • Wznoszenie przy lądowaniu jednym silnikiem niepracującym. Stały gradient wznoszenia wynosi co najmniej 0,75% na wysokości bezwzględnej 1 500 stóp nad powierzchnią lądowania przy następujących warunkach:
    • niepracujący silnik krytyczny, ze śmigłem w położeniu najmniejszego oporu;
    • drugi silnik pracujący z mocą nieprzekraczającą maksymalnej mocy trwałej;
    • schowane podwozie;
    • schowane klapy; oraz prędkość wznoszenia nie mniejsza niż 1,2 VS1.[10]

Przypisy

  1. Podręcznik pilota samolotowego. Poznań: Technika/Aerotechnika, 1998, s. 7. ISBN 978-83-902291-4-0.
  2. Peter K. C. Rudolph, High-Lift Systems on Commercial Subsonic Airliners, Seattle 1996, s.11-12
  3. http://virtualskies.arc.nasa.gov/images/FlapsAilerons.gif , dostępny 09.08.2014r.
  4. Snorri Gudmundsson, General Aviation Aircraft Design: Applied Methods and Procedures, Waltham 2014, s.431
  5. http://www.picamo.pl/?zasady-lotu,32, dostępny 08.08.2014r.
  6. Snorri Gudmundsson, General Aviation Aircraft Design: Applied Methods and Procedures, Waltham 2014, s.429
  7. Snorri Gudmundsson, General Aviation Aircraft Design: Applied Methods and Procedures, Waltham 2014, s.434
  8. Peter K. C. Rudolph, High-Lift Systems on Commercial Subsonic Airliners, Seattle 1996, s.4-7.
  9. http://eur-lex.europa.eu/legal-content/PL/TXT/?uri=CELEX%3A32014R1321
  10. http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2012:296:0001:0148:PL:PDF

Bibliografia[edytuj]

  • Ilustrowany leksykon lotniczy; Wydawnictwa Komunikacji i Łączności; Warszawa 1988; ISBN 83-206-0633-0