A repülőgép szárnyának felépítése, működése és fejlődése

A repülőgépgyártók különös figyelmet fordítanak az aerodinamikára. Ebben a szellemben a repülőgépek szárnyát úgy tervezik, hogy a lehető legegyenletesebb, legsimább felületet alkossa. A repülőgép a levegőnél nehezebb olyan közlekedési eszköz, mely a légkörben halad, merev felületei és a levegő reakcióerejéből keletkező felhajtóerő segítségével a repülési magasság és irány megváltoztatására, illetve megtartására képes motor vagy hajtómű segítségével. A felhajtóerő keletkezéséhez szükséges sebességet a légcsavar vagy sugárhajtómű vonó-, illetve tolóereje, motor nélküli repülőgépeknél a gravitáció, vagyis a levegőhöz mint repülési közeghez viszonyított lejtőpálya biztosítja. Merev szárnyú repülőgépek esetében ez a jármű levegőben történő folyamatos haladásával szorosan összefügg.

A szárny a levegőben vagy folyadékban való mozgás közben felhajtóerőt termel, ami a szárnyhoz tartozó testre hat. A szárny aerodinamikai hatásfokát a felhajtóerő-vonóerő aránnyal fejezik ki. A szárny által egy adott sebesség és állásszög mellett létrehozott felhajtóerő egy-két nagyságrenddel nagyobb lehet, mint a szárny teljes légellenállása.

A repülőgép szárnyának felépítése

A repülőgépszárny szimmetriasíkjával párhuzamos metszeteit nevezzük szárnyszelvénynek. A belépőél és a kilépőél közötti távolság a húr, amely ha egybeesik a középvonallal szimmetrikus a szárnyszelvény, ha ettől eltér aszimmetrikus.

A szárnyak elhelyezkedése

A szárnyak törzshöz mért elhelyezése alapján megkülönböztetünk alsó, középső és felső (váll-) szárnyat. Ha egy repülőgép szárnya két oldalán, szimmetrikusan van elhelyezve, akkor ezek neve félszárny. Ha egy repülőgépen a vezérsíkok a szárnyak előtt helyezkednek el, akkor azt kacsaszárnynak hívjuk.

A szárnyak formája és típusa

• Egyenes szárny: A szárny nyilazási szöge többé-kevésbé merőleges a gép hossztengelyére. Jellemzően a kis sebességű repülőgépeknél használják, a második világháború előtt gyakorlatilag minden repülőgép egyenes szárnyakkal rendelkezett. A vitorlázó repülőgépek, motoros könnyűrepülőgépek és légcsavaros utasszállító gépek többsége jellemzően ma is egyenes szárnyú. A kis sebességű egyenes szárnyú gépeket néha „kétfedelű” konstrukcióban építik, itt a szárnyak egymás felett, kábelekkel és/vagy szilárd merevítőkkel egymáshoz kapcsolva helyezkednek el. Az ilyen repülőgépek a szükséges kisebb szárnyfesztáv miatt a levegőben mozgékonyabbak, hangárban könnyen tárolhatók, illetve baleset esetén jó ütközésvédelmet nyújtanak. Mezőgazdasági alkalmazásuk ma is gyakori.
• Nyilazott szárny: Abban különbözik az egyenes szárnytól, hogy mind a belépő-, mind a kilépőél körülbelül azonos, a derékszögtől eltérő szöget zár be a repülőgép hossztengelyétől. A szárny lehet enyhén vagy erősen hátranyilazott. A hátranyilazott szárnyak hátránya az áramlás kisodródása a szárnyvégek felé, amit gyakran hosszanti elhelyezésű terelőlapokkal fékeznek meg. Nagy sebességű repülőgépeknél problémát jelent, hogy a hátranyilazott szárnyú konstrukciók hangsebesség közeli és a feletti teljesítménye erősen függ a területszabály következetes alkalmazásától. Léteznek előre nyilazott szárnyú repülőgépek is. Ezzel az egzotikus elrendezéssel a II. világháború előtt lengyel mérnökök kísérleteztek. Az előrenyilazás elvileg kedvezőbb repülési tulajdonságokat ígér az örvények jobb kezelése révén, azonban a hátranyilazott konstrukcióval szemben a rezgések itt nem csillapodnak, hanem éppenséggel felerősödnek a szárnyvég felé haladva.
• Trapézszárny: A szárny belépőéle pozitív, a kilépőéle negatív nyilazási szögű, azaz a szárny a törővég felé gyorsan elvékonyodik.
• Deltaszárny: Háromszög alakú szárny. A félszárnyak derékszögű háromszöget mintáznak, vagyis a belépőél erősen hátranyilazott, míg a kilépőél közel merőleges a gép hossztengelyére. Jellemzően szuperszonikus repülőgépeknél használják.
• Változtatható nyilazású szárny: Egy bonyolult szerkezet segítségével állítják a félszárnyak nyilazási szögét, lehetővé téve az üzemanyag-takarékos kissebességű repülést és a szuperszonikus tartományok elérését egyazon repülőgéppel.
• Waverider: Deltaszárnyhoz hasonló elrendezés, amelynél a félszárnyak külső része körülbelül 30 fokig lehajtható, hogy a hiperszonikus repülés során a gép alatt keletkező lökéshullámokat csapdába ejtve többlet felhajtóerőt generáljon.
• Forgószárny: Központi forgástengelyre rögzített hajlékony, egyenes szárnyakból (ún. rotorlapát) álló rendszer, amely a repülőeszköz álló helyzetében is felhajtóerőt termel. Helikoptereken és autógirókon alkalmazzák.
• Fékszárny: A fékszárny olyan mozgatható felület a repülőgép szárnyainak kilépő élein, amely kiengedési fokozataitól függően egyre jobban növeli a szárnyak felhajtóerejét. Ennek természetesen „ára” van, mivel a szárny légellenállása is annál jobban növekszik, minél jobban ki van engedve a hozzátartozó fékszárny, így csökkenti a repülési sebességet.

A repülőgép szárnyának működése

A repülés négy fő erő kölcsönhatásán alapul: a felhajtóerő, a tolóerő, a légellenállás és a súly. A felhajtóerő tartja fenn a járművet a levegőben, míg a súly a gravitáció hatására lefelé húzza. A tolóerő - legyen az hajtómű vagy rotor - előre mozgatja a szerkezetet, miközben a légellenállás akadályozza ezt a mozgást. A stabil repüléshez ezeknek az erőknek egyensúlyban kell lenniük.

A repülőgépek szárnyát úgy alakítják ki, hogy a levegő az ívelt felső felületen gyorsabban áramoljon, mint az alsón. A Bernoulli-elv alapján a gyorsabban áramló levegő kisebb nyomást gyakorol, így alulról nagyobb nyomás „emeli” a szárnyat - ez a felhajtóerő. Newton harmadik törvénye, a hatás-ellenhatás törvénye szintén kulcsfontosságú: a szárny lefelé tereli a levegőt, és ennek következtében a levegő felfelé ható erőt gyakorol a szárnyra.

A repülőgép szárnyának története és fejlődése

A repülés minden korban a szabadság érzését vitte az emberek szívébe. Az ember mindig is irigyen nézte a madarakat, mikor azok könnyedén szelték a hatalmas levegőeget szárnyaikkal. Az első repülő szerkezetek Kínában készültek el, már 2-3000 éve sárkányrepülőket készítettek. Talán a legjelentősebb kísérleteket Leonardo da Vinci készítette el. Különféle sárkányrepülők, helikopterek, ejtőernyők tűntek fel benne, amelyeket a ma embere is használ.

A 18. század vége felé a francia Lyon mellett született meg az első léggömb. Nem sokkal ez után, 1783. november 21-én, Párizsban levegőbe emelkedett az első ember vezette léggömb. Wrighték sárkánya 1899-ből. Az elöl- és oldalnézeti rajzon látható a közlőmű (huzal) és a botkormány is, utóbbi ábrázolja a „szárnyhajlítás” mint kormányzási módszer elvét.

Aztán a 20. század elején megkezdődtek az első komolyabb repülőgépes kísérletek. Wilbur és Orville Wright közel harminc év kísérletezés után Flyer I nevű szerkezetükkel 1903-ban hajtották végre az első motoros, irányított repülést. Az első világháborúig számos kísérlet született, számos újdonság jelent meg. Mindezeket főként a katonai repülésben hasznosították. A négyéves háború sok újítást hozott: megjelentek a fémlemez borítású gépek, a többmotoros bombázók, a gépek gyártása pedig hihetetlen méreteket öltött.

A háború után a katonai pilóták rendszerint vándorcirkuszok tagjaiként népszerűsítették a repülést. Az 1920-as évek elejére számos légitársaság született, elkezdődött a polgári légiközlekedés és a légi teherszállító- és postaszolgálat. Ekkor születtek meg az olyan nagy gyártók is, mint a brit de Havilland, az olasz Caproni, a francia Breguet, a német Junkers, Fokker és a többi neves gyártó, amelyek a későbbi piac meghatározó fejlesztői voltak, mint a Boeing és a Douglas.

A két világháború között, a dugattyús motorok fejlődésének köszönhetően egyre-másra döntötték meg a sebességi világrekordokat. A második nagy világégés egy újabb lendületet adott a fejlődésnek. Megjelentek a hadászati és a hadászati-hadműveleti légitámadásokra kifejlesztett bombázógépek gyártása is. Megjelentek a hadszíntéren az első, sorozatban gyártott sugárhajtású repülőgépek is.

A világégés után a polgári repülés ismét jelentős fejlődésnek indult. Ebben a hatalmas teherszállító kapacitással rendelkező USA járt az élen. A sugárhajtás korában a de Havilland megépítette az első sugárhajtású utasszállító repülőgépét, amely 1952 késő tavaszán állt szolgálatba. Ezután újra az amerikai - immár sugárhajtású - utasszállító repülőgépeké lett a főszerep: a Boeing 1957 év végén bemutatta a 707-es modellt, míg a Douglas Aircraft Company konkurensként a DC-8-at dobta piacra fél évvel később.

A hidegháború fegyverkezési versenyre késztette a szemben álló feleket. Az első ilyen színhely a Koreai-félsziget volt az 1950-es évek első felében. Itt vetették be egymás ellen a sugárhajtású vadászrepülőgépek első generációját. Európa ekkor kezdte el a saját fejlesztéseit. Párhuzamosan üzemben tartott konkurensük a Szu-7-en alapuló Szu-17, mely támadó repülőgépként kategóriájában kiemelkedő volt.

Az 1960-as években megjelentek a harmadik generációt képviselő vadászrepülőgépek, melyek további jelentős változásokat hoztak a repülés történetébe. A többcélúságra való törekvés egyre markánsabban megjelent a fejlesztők terveiben. A Szovjetunió többcélú, korának legmagasabb technikai színvonalát képviselő MiG-23-as 1970-ben állt szolgálatba.

Az 1940-es évek végén jelentek meg a hadászati bombázórepülőgépek újabb típusai, melyek kivétel nélkül a nukleáris válaszcsapás eszközeiként szolgáltak. A hidegháború 1990. január 1-jei véget érésével ezen repülőgépek szerepe és jelentősége rohamosan csökkent.

A repülőgépgyártók különös figyelmet fordítanak az aerodinamikára. Ebben a szellemben a repülőgépek szárnyát úgy tervezik, hogy a lehető legegyenletesebb, legsimább felületet alkossa. Ezért is lehet meglepő, amikor az ablakon kinézve észreveszed a jellemzően két darabból álló hurokszerű elemet. Bár a szárny síkjából kitüremkedő hurkok valóban befolyásolhatják a légáramlást, a biztonság szempontjából fontos szerepük van. A Travel and Leisure szerint első körben azt érdemes tudnod róluk, hogy pontos számuk és elhelyezkedésünk az adott típustól függően eltérő lehet, de általában a gép törzsétől mérve a szárny egyharmadánál kapnak helyet. Hogy mire szolgálnak, arról beszéljen inkább egy szakmabeli. „Vészhelyzet esetén, mondjuk vízre szálláskor, a légiutas-kísérők a hozzád legközelebbi kijáraton keresztül akarnak majd evakuálni téged, melyek közül négy a szárnyak felett van - ezeket nevezik szárny feletti vészkijáratoknak. Miután az ajtó kinyílik, a menekülőcsúszda a szárny hátuljánál automatikusan felfújódik, ezen le fogsz csúszni és eltávolodsz a géptől. Na most amikor az ajtóban vagy, és rálépsz a szárnya, nagy valószínűséggel el fogsz esni, mert a felület nedves és nagyon csúszós. Az Airbus ezért menekülési köteleket telepített. Az ajtó kinyitása után a kötél egyik vége így biztonságosan az ajtókerethez van rögzítve, a másik végét pedig ehhez a kis horoghoz kell csatolni. Egy második kötél pedig a következő lyukba van kötve, amely a csúszdáig vezet.

tags: #teher #repulogepek #szarnya