Крыло́ лета́тельного аппара́та, несущая поверхность летательного аппарата, создающая основную аэродинамическую подъёмную силу. Аэродинамические, весовые и прочностные свойства крыла в основном определяются его геометрическими характеристиками (профилем крыла, формой крыла в плане, т. е. формой крыла при виде сверху, размерами) и конструктивно-силовой схемой.

В авиастроении используются самые разнообразные крылья, различающиеся формой, конструкцией и размерами. Форма крыла, его размеры в значительной степени определяются назначением летательного аппарата, но их выбор во многих отношениях остается компромиссным. Например, для достижения высокого значения аэродинамического качества крыла при дозвуковых скоростях полёта желательно иметь как можно большее удлинение крыла, в то время как проблема снижения веса конструкции требует уменьшения удлинения.

Формы крыла

Различают крылья фиксированной и изменяемой в полёте геометрии. Как правило, крыло симметрично относительно вертикальной плоскости летательного аппарата.

Простейшим классом крыльев фиксированной геометрии являются трапециевидные крылья с прямолинейными передними и задними кромками (рис. 1, а). Для определения геометрии трапециевидных крыльев достаточно задать три параметра, например, удлинение $\lambda$, сужение $\eta$ и угол стреловидности по передней кромке $\chi _{0}$ (в более общем случае угол стреловидности по линии $n$ процентов хорд $\chi _{n}$). К трапециевидным крыльям относят, в частности, крылья прямой и обратной стреловидности, а также треугольные и ромбовидные крылья (рис. 1, б–д). Треугольные крылья определяются всего одним параметром, например $\chi _{0}$ $( \lambda =\frac{4}{\mathrm{tg}\, \!\chi _{0}} , \eta = \infty )$. К треугольным крыльям примыкают т. н. готические крылья с передними кромками параболической формы (рис. 1, е).

Особое место в теории крыла занимает крыло эллиптической формы в плане, у которого закон изменения хорд $b$ по размаху имеет вид $b= b_{0}(1- \overline{z}^{2} )^{ \frac{1}{2} }$, где $\overline{z}= \frac{2 \cdot z}{l}$ ($b_{0}$ – корневая хорда крыла, $l$ – размах крыла, $z$ – расстояние до корневой хорды). В рамках модели несущей линии Л. Прандтлем было показано, что такое крыло обладает минимальным индуктивным сопротивлением при заданном удлинении. Обычно такое крыло компонуется из двух полуэллипсов, имеющих общую большую ось, которая одновременно является линией ¼ хорд эллиптического крыла (рис. 1, ж).

Важное практическое значение имеет класс крыла сложной формы в плане, представляющих собой комбинацию исходного трапециевидного крыла с передним, а возможно и задним наплывами крыла (рис. 1, з). Форма наплывов может быть различной. При простейшей треугольной форме наплывов для задания геометрии крыла сложной формы в плане требуется как минимум пять геометрических параметров. К крыльям сложной формы в плане также следует отнести оживальное крыло (рис. 1, и).

Крылья сложной формы в плане обладают специфическими аэродинамическими свойствами и представляют авиационным конструкторам более широкие возможности для удовлетворения многочисленных и часто противоречивых практических требований, предъявляемых к крылу.

Поскольку для каждого режима полёта оптимально крыло с определёнными параметрами, уже в 1930-е гг. были предложены конструкции самолётов с крыльями изменяемой в полёте геометрии. Как естественный способ наиболее полного удовлетворения требований к многорежимным самолётам, летающим на дозвуковых и сверхзвуковых скоростях, а также на малых высотах, в практику авиастроения вошёл самолёт с крылом изменяемой в полёте стреловидности. При разработке таких самолётов выяснилось, что на форму крыла изменяемой стреловидности приходится налагать определённые ограничения. В частности, оказалось, что крыло изменяемой стреловидности должно иметь развитую неподвижную центропланную часть, чтобы обеспечить приемлемые характеристики продольной устойчивости при изменении угла стреловидности консолей (рис. 1, к). К крыльям изменяемой геометрии следует отнести поворотное антисимметричное крыло (рис. 1, л), которое, в отличие от всех остальных крыльев, не имеет вертикальной плоскости симметрии, а также различные варианты Х-образных крыльев (рис. 1, м).

Рис. 1. Различные формы крыла в плане.Рис. 1. Различные формы крыла в плане.Специфическую группу составляют крылья экзотических форм в плане, к которым можно отнести, например:

• крылья двухпланной схемы с сомкнутыми концевыми хордами;

• крылья, концы которых сомкнуты с концами хвостового горизонтального оперения;

• кольцевое крыло кольцеплана (колеоптера);

• крылья обратного сужения.

В ракетной технике (ракеты, крылатые ракеты) широко применяются крестообразные и решётчатые крылья.

Конструкция крыла

Рис. 2. Крыло самолёта.Рис. 2. Крыло самолёта.Конструктивно крыло обычно имеет отъёмные части, прикреплённые к центроплану или фюзеляжу летательного аппарата (рис. 2). Иногда крыло может быть отдельным агрегатом планёра летательного аппарата.

У крыла с изменяемой в полёте стреловидностью отъёмная подвижная часть крепится к неподвижной части консоли или к центроплану с помощью шарнира. Различают следующие основные зоны, или части, крыла (рис. 3):

• носовую;

• центральную;

• хвостовую;

• корневую;

• концевую;

• законцовку.

Рис. 3. Отъёмная часть крыла.Рис. 3. Отъёмная часть крыла.К крылу иногда также относят и наплывы. В носовой части располагаются отклоняемые носки, щитки Крюгера, предкрылки, в центральной – интерцепторы, в хвостовой – элероны, закрылки, элевоны и т. п. Законцовка представляет собой концевой обтекатель крыла, к которому могут крепиться противофлаттерные грузы, аэронавигационные огни и т. п. В некоторых случаях на крыльях устанавливаются концевые шайбы. На поверхности многих стреловидных крыльев имеются аэродинамические перегородки.

Во внутреннем пространстве крыла обычно размещаются топливо, различные коммуникации, приводы механизации крыла и органов управления с проводками управления, ёмкости для жидкостей и газов, электронное и другое оборудование. В крыле могут размещаться ниши для уборки стоек шасси и, если в полёте стойки убираются в крылья, эти ниши закрываются специальными створками. Кроме того, в крыльях, на крыльях или пилонах под крыльями могут устанавливаться двигатели, подвешиваться контейнеры с дополнительным оборудованием, подвесные топливные баки, вооружение.

На крыло действует совокупность нагрузок, основными из которых являются: аэродинамические нагрузки, нагрузки от вибраций, акустические нагрузки, избыточное давление во внутренних полостях крыла, распределённые и сосредоточенные массовые силы, пропорциональные перегрузке. Если на крыле установлены двигатели, то действуют тяга двигателей, а также нагрузки, вызываемые нагревом конструкции. Нагружают крыло реакция фюзеляжа и силы (для военных самолётов), возникающие при функционировании размещённого на крыле вооружения.

Конструкция крыла должна обеспечивать статическую и усталостную прочности, отсутствие дивергенции (это особенно относится к крыльям с обратной стреловидностью), реверса органов управления и флаттера. Расчётные случаи нагружения крыла, коэффициент безопасности, условия обеспечения безопасности по реверсу и флаттеру предусматриваются Нормами лётной годности (Раздел C – Прочность) и другими нормативными документами. Для сохранения аэродинамических свойств крыла в некоторых случаях лимитируются его упругие деформации. Одно из важнейших требований к конструкции крыла – минимальная масса, также существенное значение имеют требования технологичности и удобства эксплуатации.

Прочность крыла определяется в основном прочностью силовой конструкции его центральной части, поскольку именно здесь осуществляется передача всех действующих на крыло сил к фюзеляжу летательного аппарата и максимальны значения изгибающих моментов. Поэтому строительная высота (толщина профиля крыла) в этой зоне максимальна.

Рис. 4. Хвостовая часть крыла.Рис. 4. Хвостовая часть крыла.Силовой набор крыла состоит обычно из лонжеронов, стрингеров, нервюр, панелей (или «работающей» обшивки). В зависимости от конструкции обычно различают лонжеронные, моноблочные и кессонные крылья. В лонжеронных крыльях преобладающая часть изгибающего момента передаётся лонжеронами, в кессонных – обшивкой или панелями. Крыло, в котором элементы силового набора образуют однозамкнутый кессон, называется монококовым. Поскольку в носовой и хвостовой частях крыла изгибающий момент обычно невелик, то они выполняются с обшивкой небольшой толщины, с панелями стрингерного или вафельного типа или же с применением сотовых конструкций (рис. 4).

Существуют также сплошные металлические крылья (например, у ракет). Особые конструктивные решения предусматриваются в крыльях гиперзвуковых самолётов, подвергающихся интенсивному аэродинамическому нагреванию.

Силовая схема крыла

Рис. 5. Силовые схемы крыла.Рис. 5. Силовые схемы крыла.Силовая схема крыла определяет выбор и взаимное расположение элементов силового набора. Кессонную схему с большим числом лонжеронов называют стеночной. Она характеризуется отсутствием нормальных нервюр и наличием мощных панелей. В нервюрной схеме много нормальных нервюр и сравнительно мало лонжеронов, а панель выполняется в виде тонкой обшивки, подкреплённой стрингерами. Многолонжеронная схема с лонжеронами, параллельными размаху, часто применяется в крыльях малого удлинения. В небольших крыльях такого типа иногда используется расположение лонжеронов «звездой» (рис. 5). В крыльях большого удлинения применяется схема со стреловидными лонжеронами, иногда оптимальной оказывается переменная стреловидность. Употребляются различные подкосные схемы и т. д. От правильного выбора силовой схемы в значительной мере зависят жёсткостные и массовые характеристики крыла.

В крыле применяются почти все конструкционные авиационные материалы, в том числе волокнистые композиционные материалы. Применение последних не только уменьшает массу конструкции благодаря бо́льшей удельной прочности и жёсткости, но и создаёт дополнительные возможности управления жёсткостью. Соответствующий подбор направлений волокон в слоях позволяет, например, уменьшить крутильную деформацию крыла и обеспечить достаточную эффективность элеронов.