Flaperonas

Flaperonas (terminų „užsparnis“ (angl. flap) ir „eleronas“ junginys), taip pat vadinamas eleronu-užsparniu – horizontalus lėktuvo sparno galiniame krašte montuojamas orlaivio valdymo paviršius, savyje sujungiantis ir elerono funkcijas. Mažesniuose orlaiviuose tokie paviršiai įrengiami dėl gamybos paprastumo, o kai kuriuose dideliuose komerciniuose orlaiviuose, tokiuose kaip keleiviniai laineriai Airbus 320, Airbus 330/340, Airbus 350, Boeing 747, 767, 777, 787, naikintuve Su-27, bombonešyje Tu-22, bepiločiame orlaivyje RQ-170 Sentinel flaperonai įrengiami tarp užsparnių ir eleronų, tokiu būdu pagerinant valdymą ir sumažinant kilimo / smukos greičius.

Boeing 777 sparno flaperonas

Veikimas

Denney Kitfox su Junkers tipo užsparniais / flaperonais

Savyje užsparnio ir elerono funkcijas apjungiančiu flaperonu galima valdyti tiek lėktuvo posvyrį, tiek sumažinti : vienu metu pakėlus vieną ir nuleidus kitą flaperoną orlaivis atliks posvyrio judesį (kaip ir elerono atveju), vienu metu nuleidus abu flaperonus – mažės orlaivio smukos greitis (kaip ir užsparnių atveju).

Lėktuvo su flaperonais valdymas nesiskiria nuo lėktuvu, kuriame užsparniai ir eleronai yra atskiri: pilotas naudojasi standartiniais atskirais valdiklius posvyriui ir užsparnių efektui išgauti, skiriasi tik juos jungiančių ir jėgos momentą perduodančių elementų judėjimas. Piloto per valdymo įrankius perduodamą judesį atskiria mechaninis įtaisas, vadinamas „mikseriu“. Flaperono funkcija aktyvuojama lėktuvo ašiai išilginiu vairalazdės ar judesiu, elerono – bet kokiu skersiniu judesiu. Nors gali atrodyti, kad flaperonai yra paprastesnė konstrukcija nei eleronai ir užsparniai, tačiau dėl „mikserio“ poreikio didelio supaprastinimo efekto nėra.

Kai kuriuose orlaiviuose, pavyzdžiui, Denney Kitfox, flaperonai yra montuojami žemiau sparno (greičiau kaip užsparniai), taip užtikrinant netrukdomą oro srautą esant dideliam atakos kampui arba esant mažam oro greičiui. Flaperonai, kurių tvirtinimo šarnyrai yra žemiau užpakalinio sparno krašto, kartais vadinami „Junkerso flaperonais“ – pagal „Doppelflügel“ (liet. „dvigubas sparnas“) tipo sparno galinio krašto paviršių, naudotą daugelyje XX a. ketvirtojo dešimtmečio „Junkers“ lėktuvų, pavyzdžiui, transportiniuose ar pikiruojančiuose Antrojo Pasaulinio karo laikų bombonešiuose Junkers Ju 87 „Stuka“.

Flaperonai buvo naudojami sovietiniame viršgarsiniame bombonešyje Tu-22. Jį bandant buvo pastebėtas šoninio valdymo efektyvumo sumažėjimas skrendant viršgarsiniu greičiu. To priežastis – eleronų reverso efektas, atsirandantis dėl judančio elerono sąlygojamo poveikio sparno galui, dėl ko sparnas susisukdavo ir elereono poveikis orlaivio kursui sumažėdavo ar net tapdavo priešingu. Dėl šios priežasties Tu-22 maksimalus greitis buvo apribotas iki 1,4 Macho. Siekiant išvengti šio efekto, pasiekus 630 km/h greitį valdymas automatiškai išsijungdavo, o posvyrio valdymas buvo atliekamas flaperonais. Greičiui sumažėjus, išleidus užsparnius ar važiuoklę valdymas persijungdavo į įprastinį. Pilotas skirtumo nejusdavo, apie naudojamus mechanizmus jį informuodavo kabinoje degusių lempučių pora: atitinkamai dvi baltos lemputės su užrašu «Работают элероны» (liet. „Dirba eleronai“) arba dvi mėlynos su užrašu «Работают закрылки» („Dirba užsparniai“).

Flaperonų valdymas buvo naudojamas ir pirmajame lietuviškame sklandytuve Br. Oškinio konstrukcijos T-1 bei daugelyje vėlesnių modelių.

Praktinis naudojimas

Savanah S su aiškiai matomais flaperonais

Šiuolaikinėje aviacijoje siekiama koordinuoti orlaivio skrydžio valdymo paviršių (eleronų, aukščio vairų, elevonų, užsparnių ir flaperonų) funkcijas ir taip sumažinti orlaivio svorį, kuro sąnaudas, pasipriešinimą, inerciją ir užtikrinti geresnį orlaivio valdumą, sumažinti konstrukcijos sudėtingumą ir, kartais, matomumą radarams. Tokie tyrimai itin reikalingi dronams (bepiločiams orlaviams) ir naujausiems kariniams lėktuvams.

Pagrindinės tokių tyrimų kryptys yra susiję su lanksčiais sparnais ir skysčių dinamika:

Lankstūs sparnai

Brolių Raitų orlaivio sparnų valdymo lanksčiaisiais paviršiais schema

„Lankstaus sparno“ sąvoka numato galimybę skrydžio metu keisti dalies ar viso sparno paviršiaus formą, taip nukreipiant oro srautą. Retrospektyviai tai gali būti laikoma grįžimu prie brolių Raitų (Wright) patentuotų bei jų ir kitų kūrėjų pirmuosiuose lėktuvuose, nuo pvz. Wright Fyer (1903 m.) iki (1910 m.) ar (1918 m.) naudotų deformuojamų sparno paviršių. Šioje srityje NASA nuo 1985 m., naudodama naikintuvus ir F-16, o vėliau – or bepiločius dronus, plėtoja projektą „X-53 Active Aeroelastic Wing“; JAV taip pat įgyvendinamas bendras karinis ir komercinis projektas „Adaptive Compliant Wing“.

Skysčių dinamika

Transporto priemonių aero- ir hidrodinaminiam valdymui naudojamose skysčių sistemose jėgos formuojamos per cirkuliacijos valdymą, didesnes, sudėtingesnes mechanines dalis pakeičiant mažesniais paprastesniais skysčių sistemomis elementais – angomis, per kurias nukreipiami oro srautai, taip išskaidant didesnes skysčių jėgas į mažesnes sroves arba srautus, kuriuos valdant yra keičiama transporto priemonės judėjimo kryptis. Skysčių dinamikos principų naudojimas teikia galimybę sumažinti orlaivio masę, kuro sąnaudas (iki 50 %), taip pat labai mažą inerciją bei trumpą reakcijos laiką, konstrukcijos paprastumą.

Literatūra

• (DE) Rudolf Brockhaus: Flugregelung. Physikalische Grundlagen Mathematisches Flugzeugmodell Auslegungskriterien – Regelungsstrukturen Entwurf von Flugregelungssystemen Entwicklungslinien. Springer, 1994, ISBN 978-3-662-07267-7, S. 709.
• (EN) Combs, Harry (1979). Kill Devil Hill: Discovering the Secret of the Wright Brothers,. Englewood: TernStyle Press, Ltd. pp. 68–71, 79. ISBN 0940053020.
• (IT) Flaperon, Sapere.it
• (EN) „Demon UAV jets into history by flying without flaps“. Metro.co.uk. London: Associated Newspapers Limited. 28 September 2010.
• (EN) Chris Heintz, The anatomy of an STOL Design (PDF)
• (EN) P John (2010). „T“. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering. London: Mechanical Engineering Publications. 224 (4): 355–363. doi:10.1243/09544100JAERO580. ISSN 0954-4100.
• (EN) „FlexSys Inc.: “.
• (EN) Kota, Sridhar; Osborn, Russell; Ervin, Gregory; Maric, Dragan; Flick, Peter; Paul, Donald. „“ (PDF). Ann Arbor, MI; Dayton, OH, U.S.A.: FlexSys Inc., Air Force Research Laboratory.
• (EN) „LAA Type Acceptance Data Sheet Issue 7 Rev A“ (PDF). Light Aircraft Association Data Sheet. 02/03/21.
• (DE) Niels Klußmann, Arnim Malik: . 2. Auflage. ISBN 978-3-540-49095-1, S. 87.
• (RU) Самолёт Ту-22Р. Техническое описание. – Москва: Машиностроение, 1966
• (EN) Scott, William B., „Morphing Wings 2011-04-26 iš Wayback Machine projekto.“, Aviation Week & Space Technology, 27 November 2006
• (EN) „“. BAE Systems. 2010.
• (EN) „The 100-Year-Old Idea That Could Change Flight“. www.pbs.org.
• (RU) Шульженко М. Н. Конструкция самолётов. Москва, «Машиностроение», 1971

Išnašos

1. Niels Klußmann, Arnim Malik: . 2. Auflage. ISBN 978-3-540-49095-1, S. 87.
2. Rudolf Brockhaus: Flugregelung. Physikalische Grundlagen Mathematisches Flugzeugmodell Auslegungskriterien – Regelungsstrukturen Entwurf von Flugregelungssystemen Entwicklungslinien. Springer, 1994, ISBN 978-3-662-07267-7, S. 709.
3. Chris Heintz, The anatomy of an STOL Design
4. Niels Klußmann, Arnim Malik: . 4. Auflage. ISBN 978-3-662-54040-4, S. 195.
5. Flaperon, Sapere.it
6. „LAA Type Acceptance Data Sheet Issue 7 Rev A“ (PDF). Light Aircraft Association Data Sheet. 02/03/21.
7. Шульженко М. Н. Конструкция самолётов. Москва, «Машиностроение», 1971
8. Самолёт Ту-22Р. Техническое описание. – Москва: Машиностроение, 1966
9. Combs, Harry (1979). Kill Devil Hill: Discovering the Secret of the Wright Brothers,. Englewood: TernStyle Press, Ltd. pp. 68–71, 79. ISBN 0940053020.
10. „The 100-Year-Old Idea That Could Change Flight“. www.pbs.org.
11. Scott, William B. (27 November 2006), „Morphing Wings 2011-04-26 iš Wayback Machine projekto.“, Aviation Week & Space Technology
12. „FlexSys Inc.: “.
13. Kota, Sridhar; Osborn, Russell; Ervin, Gregory; Maric, Dragan; Flick, Peter; Paul, Donald. „“ (PDF). Ann Arbor, MI; Dayton, OH, U.S.A.: FlexSys Inc., Air Force Research Laboratory.
14. P John (2010). „T“. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering. London: Mechanical Engineering Publications. 224 (4): 355–363. doi:10.1243/09544100JAERO580. ISSN 0954-4100.
15. „Demon UAV jets into history by flying without flaps“. Metro.co.uk. London: Associated Newspapers Limited. 28 September 2010.
16. „“. BAE Systems. 2010.