Трикутне крило

Трикутне або дельтавидне крило — це крило у вигляді трикутника. На перший погляд, проста фігура та проста ідея. Але такий вид крила зараз досить мало поширений, іноді зустрічається в бойовій авіації, і ніколи у сучасних пасажирських літаків (Ту-144 і Конкорд не береться до уваги, вони вже не літають).

Чому ж така проста конструкція так рідко зустрічається, хоча зовсім недавно, в середині 20 століття вона була популярна. Які у трикутного крила переваги та недоліки?

Які крила бувають у літака?

Найпершим варіантом крила в історії було найпростішим — пряме крило. Його легше виготовити технологічно та легше розраховувати параметри. Але потім, зі збільшенням швидкості змінювалися і крила.

Хочете літати швидше — зменшуйте опір. Так на літаках з’явилися стрілоподібні крила, які давали можливість розігнатися до великих швидкостей. Але у прямого і стрілоподібного крила є свої переваги, але є й недоліки.

А що якщо об’єднати обидва типи, що вийде? Стріловидне крило по передній кромці і пряме по задній — дельтоподібне крило. Звичайно і трикутне крило теж не ідеальне, у нього є переваги і недоліки.

Дельтавидне крило

Дельтавидне крило називається так тому, що воно схоже на букву Δ (“дельта”) грецького алфавіту. А сама літера схожа на трикутник, тому таке крило можна називати менш пафосно – трикутне крило. Сенс від цього не зміниться.

Першим серійним літаком із дельтавидним крилом був американський Convair F-102 Delta Dagger. Його розробку було розпочато ще у 1946 році, експериментальний літак XF-92 (він же XP-92) із трикутним крилом вперше піднявся у повітря у 1948.

Те, що першими таку конструкцію використовували американці було не дивно, адже після війни в компанії Convair працював німецький інженер Олександр Ліппіш, який працював над проектами літальних апаратів із трикутним крилом ще в 30-ті роки.

На озброєння F-102 надійшов уже 1956 року.

Він проектувався як винищувач-перехоплювач, головним для нього була швидкість і F-102 дійсно розігнався до швидкості 1,22 Маха на висоті 16 000 метрів.

Літак вийшов вдалим, його побудували великою серією, а розвитком став новий F-106 Delta Dart, теж з трикутним крилом. Тут швидкість виросла до небачених раніше 2,3 Маха (близько 2455 км/год на висоті). F-106 був найшвидшим літаком свого часу.

F-106 Delta Dart

Слідом за американськими інженерами до трикутного крила почали примірятися європейці.

У 1952 році вперше в небо піднявся англійський стратегічний бомбардувальник Avro Vulcan. У 1955 році — шведський винищувач Сааб Дракен. А у французів вийшов легендарний “Міраж”, розробка якого почалася 1954 року, а перший політ відбувся 1956 року.

Міражів різних модифікацій було побудовано близько 1400 штук, не враховуючи ліцензійних (і не дуже, у разі Ізраїлю) копій Ізраїлю, Іспанії, Швейцарії, Аргентини, Бразилії та Південної Африки.

“Бачиш Міраж — не ставай у віраж”

Так казали радянські пілоти і не дарма. Адже форма крила Міража давала йому перевагу при маневруванні — низьке питоме навантаження на крило.

Міраж 2000

Перший політ радянського Міг-21 відбувся 1955 року. Одночасно існувало кілька прототипів зі стрілоподібним та трикутним крилом. У серію, як ми знаємо, пішов варіант саме з дельтавидним крилом. До речі, Міг-21 став наймасовішим винищувачем 3 покоління.

Аеродинаміка трикутного крила

Дельтавидне крило має специфіку обтікання його потоком. На відміну від стрілоподібного крила, де вихори утворитися на кінці, у трикутного крила зі збільшенням кута атаки вихори виникають біля самого кореня крила. В результаті збільшення кута атаки підйомна сила зростає нелінійно.

Для великих кутів атаки вона більша, ніж при таких же кутах для стрілоподібного крила. Все саме завдяки вихорам, що створюють додаткове розрядження над крилом.

На крилі Eurofighter чітко видно вихори, які утворюються біля кореня крила.

Але одночасно з цим, на малих кутах атаки підйомна сила менша, а це означає, що для зльоту та посадки ніс літака потрібно задирати більше. Цим пояснюється чому у Конкорда і Ту-144 носи поверталися вниз, інакше пілоти просто не бачили нічого на землі під час зльоту та посадки.

Кут атаки при зльоті літака з дельтавидним крилом більше

При надзвуковому польоті стрибки ущільнення на дельтавидному крилі виникають при більшій швидкості, та й самі вони менші, а отже хвильова криза (різке збільшення опору) настане пізніше, що у свою чергу означає, що такий літак літатиме швидше.

До того ж трикутне крило можна зробити тоншим, що також покращує характеристики саме на надзвукових режимах польоту.

Якщо не вдаватися в деталі, то трикутне крило добре для надзвукового польоту, а на дозвукових швидкостях переваги у нього незначні.

Переваги дельтоподібного крила

1. Головна перевага трикутного крила — жорсткість конструкції. Як відомо, трикутник фігура проста і надійна. Будь-яка конструкція у вигляді трикутника буде жорсткою та міцною. А це означає, що трикутне крило такої ж площі як стрілоподібне, можна зробити легшим, не втративши при цьому надійності. Чим менша маса літака, тим краще.
2. Менша товщина. Жорстке крило можна зробити тонше не втративши в міцності, а більш тонке крило має менший опір на надзвукових та трансзвукових швидкостях
3. Трикутне крило створює більшу підйомну силу, ніж стрілоподібне крило такого самого розміру. Трикутник має більшу площу, а підйомна сила крила залежить від його площі.
4. Велика площа означає й більший внутрішній об’єм. Значить усередині крила можна розмістити більше палива, літак матиме більшу дальність.
5. Гарні характеристики для надзвукового польоту. Власне для надзвукового польоту дельтавидне крило і створювалося, таке крило створює менший опір на надзвуковій швидкості.
6. Хороші маневрені характеристики. Величезна площа означає менше навантаження на крило. А це, у свою чергу, дає можливість пілоту швидше розвертати літак у бою.

Недоліки трикутного крила

1. Велика швидкість, це не завжди добре. Трикутне крило добре для великої швидкості, а для зльоту та посадки де швидкості невеликі воно підходить погано. Велика посадкова швидкість означає більшу аварійність.
2. Складність конструкції. Таке крило складніше у проектуванні та виробництві, а значить і дорожче.
3. Управляючі поверхні такого крила повинні бути більшими. Тому що саме крило коротке, момент який створюють елерони менше, значить самі елерони доводиться робити більше.
4. Високі вимоги до кваліфікації пілота. Дельтавидне крило чутливо реагує на зміни характеристик, тому й вимоги до навичок пілота вищі.

Як видно з вищесказаного, трикутне крило добре для польоту на надзвуку. Саме цим пояснюється його популярність у 50-х та 60-х роках ХХ століття. Саме тоді, коли інженери створювали насамперед надзвукові літаки. Все робилося для того, щоб отримати максимальну швидкість.

Але будь-яке інженерне рішення — це компроміс. Не можна одночасно покращити всі характеристики літака, десь обов’язково буде погіршення.

Якщо для бойової авіації високу швидкість була виправдана, то надзвукові пасажирські літаки виявилися нікому не потрібними. Занадто дорого. У СРСР програму Ту-144 швидко згорнули, а Конкорд літав ще довго, щоправда, нових надзвукових цивільних літаків так і не з’явилося.

Concorde літав зі швидкістю в два рази вище звуку, для цього йому потрібно майже трикутне крило.

Які ще бувають види крила

Дельтавидне крило, це не завжди трикутник. Форма його може відрізнятись. Крило може бути кількох форм:

1. Трикутним, як у F-102
2. Усіченим, з “обрізаними кінчиками”. Як у винищувачів Міраж, Міг-21, Гріппен або Єврофайтер
3. Подвійна дельта. Зі змінною стрілоподібністю, як у Сааб Вігген та Дракен
4. Оживальної форми, як у Конкорду та Ту-144

Saab 35 Draken

У шведського Draken трикутне крило змінної стріловидності, приймемо і по передній і задній кромці. Таку форму називають “зламана стріла”. Така форма забезпечувала одночасно як і велику надзвукову швидкість, так і хороші злітно-посадкові характеристики.

Шведські конструктори завжди відрізнялися сміливими авангардними рішеннями. Слідом вони створили Viggen, перший винищувач із переднім горизонтальним оперенням. Стріловидність крила теж була змінною.

Saab 37 Viggen

То чому так сталося, що таке популярне в середині століття трикутне крило тепер використовується в основному в конструкції європейських бойових літаків (Рафаль, Єврофайтер, Гріппен) і взагалі не використовується в цивільній авіації?

По-перше, швидкість більше не головна мета навіть для інженерів військових літаків. Сучасні винищувачі стали літати навіть повільніше, ніж їх предки. Більш важливими характеристиками вважаються мала помітність (той самий “стелс”) або маневреність.

До того ж для створення вихорів над крилом тепер частіше використовуються кореневі напливи, а саме крило частіше роблять трапецієподібним.