Skrzydło o zmiennej geometrii

Zakres zmiany geometrii skrzydeł w Bell X-5

General Dynamics F-111A ze skrzydłami w różnych położeniach

Grumman F-14 Tomcat ze złożonymi skrzydłami w trakcie Operacji Southern Watch nad Irakiem

Rozwiązanie mechanizmu zmiany skosu skrzydła w Panavia Tornado

Rozwiązanie mechanizmu zmiany skosu skrzydła w MiG-23

Skrzydło o zmiennej geometrii – skrzydło lotnicze (powierzchnia nośna), którego położenie w płaszczyźnie poziomej, a tym samym skos może być zmieniany w locie przy użyciu odpowiedniego mechanizmu w celu dopasowania charakterystyk siły nośnej powstającej przy różnych prędkościach.

Zmienna geometria skrzydła ma na celu połączenie w jednym samolocie sprzecznych wymogów i osiągów: wysokiej doskonałości aerodynamicznej, umożliwiającej krótki start i lądowanie z niewielką prędkością oraz duży zasięg samolotu (skrzydło proste) ze zdolnością do lotu z dużymi, naddźwiękowymi prędkościami (skrzydło skośne, skrzydło delta).

Zakres regulacji skosu zawiera się zwykle, zależnie od konkretnego typu samolotu, w którym zostało zastosowane, w przedziale od około 16° w położeniu najbardziej zbliżonym do „wyprostowanego” do około 75° (np. MiG-23 16° – skrzydło wyprostowane, 72° – skrzydło z maksymalnym skosem, Grumman F-14 Tomcat: 20°/75°).

Pierwszym seryjnie produkowanym samolotem o zmiennej geometrii skrzydeł był amerykański General Dynamics F-111, oblatany w grudniu 1964 roku.

Skrzydła o zmiennej geometrii zostały opracowane w ramach projektów wojskowych i były stosowane w samolotach bojowych, powstałych w latach 1964 (F-111) – 1981 (Tu-160). Obecnie (listopad 2010) w użyciu pozostaje już niewiele typów takich maszyn, m.in.: F-111 w Australii, który miał być wycofany do końca 2010 roku i zastąpiony przez F/A-18E/F Super Hornet, a poza nim: Su-17, Su-24, B-1B Lancer, Panavia Tornado, Tu-160 Blackjack, oraz Tu-22M.

Działanie

Zmiana kąta skosu płata nośnego pozwala dopasować wielkość powstającej siły nośnej, oporu powietrza i doskonałości aerodynamicznej statku powietrznego. Ustawienie małego kąta skosu płata (skrzydło niemal „wyprostowane”), dzięki powstałej w ten sposób m.in. większej powierzchni i wynikającej z tego większej sile nośnej, pozwala startować, lądować i lecieć z mniejszymi prędkościami lub zabrać większą ilość paliwa/ładunku. Zwiększa się również manewrowość samolotu przy niskiej prędkości. Ustawienie dużego kąta skosu zmniejsza opór powietrza na skrzydle i umożliwia lot z prędkościami naddźwiękowymi.

NASA AD-1, eksperymentalny samolot ze skrzydłem typu oblique wing

Szczególną wersję skrzydła o zmiennej geometrii była koncepcja skrzydła typu oblique wing (ang. oblique – ukośny, krzywy), w której umocowany w jednym punkcie obrotu, stanowiący jeden element płat, był obracany wokół tego punktu.

Samolotów ze skrzydłami o zmiennej geometrii nie należy mylić z samolotami o składanych skrzydłach (np. stacjonujących na lotniskowcach), w których płaty składane są w celu zmniejszenia powierzchni hangarowania.

Historia

Początki prac nad samolotami ze skrzydłami o zmiennej geometrii sięgają lat 30, i 40, XX wieku, za pierwszy taki samolot uważa się dziś, prototypowy Messerschmitt P.1101, opracowywany na przełomie 1944 i 1945 roku, nigdy jednak nie oblatany i nie wprowadzony do produkcji, którego skrzydła mogły być regulowane na ziemi w zakresie 35°- 45°. Po zakończeniu II wojny światowej samolot, który wpadł w ręce wojsk amerykańskich, posłużył za podstawę do opracowania, oblatanego 20 czerwca 1951 roku, eksperymentalnego Bell X-5 ze skosem skrzydeł zmienianym już w czasie lotu. Jednym z kolejnych projektów był Grumman XF10F Jaguar, opracowany w 1952 roku, ze względu na mierne własności lotne – nigdy nie wszedł do produkcji.

Do idei samolotu ze skrzydłami o zmiennej geometrii powrócono w USA dopiero w początkach lat 60., w programie TFX (Tactical Fighter Experimental), którego efektem było powstanie pierwszego seryjnie wytwarzanego General Dynamics F-111, oblatanego w grudniu 1964 roku.

Zalety i wady

Skrzydło o zmiennej geometrii posiada wiele zalet, gdy wobec danej konstrukcji lotniczej stawiane są wysokie wymagania w zakresie charakterystyk lotu z małymi prędkościami, pożądany jest start/lądowanie z krótkich pasów startowych, a jednocześnie duży udźwig oraz możliwość lotu z dużymi, naddźwiękowymi prędkościami na niskim pułapie podczas wnikania w przestrzeń powietrzną przeciwnika, bądź podczas manewrów przechwytywania wrogich samolotów.

Podstawowe i istotne wady takich konstrukcji to znaczne podwyższenie masy własnej pustego samolotu w stosunku do samolotów o stałych skrzydłach oraz wysoki stopień komplikacji mechanizmów zmiany skosu. Powoduje on zwiększenie nakładów pracy na utrzymanie gotowości do lotu i naraża na większą zawodność.

Od czasu rozwoju zaawansowanych elektronicznych i komputerowych systemów kontroli lotu typu relaxed stability (patrz też awionika) od początku lat 70. XX wieku, które znacząco poprawiają własności lotne samolotów ze stałymi skrzydłami, przewaga maszyn o zmiennej geometrii zaczęła maleć. Od roku 1981 (oblot Tu-160) nie powstała żadne nowa konstrukcja, wykorzystująca zmienną geometrię skrzydeł.

Samoloty o zmiennej geometrii skrzydeł

Produkowane seryjnie

• General Dynamics F-111
• Grumman F-14 Tomcat
• MiG-23
• MiG-27
• Panavia Tornado
• Rockwell B-1B Lancer
• Su-17/ i jego wersje Su-20, Su-22
• Su-24
• Tu-22M
• Tu-160 Blackjack

Eksperymentalne/prototypowe/zarzucone projekty

• Bell X-5
• Dassault Mirage G
• Messerschmitt P.1101,
• Su-7IG
• Grumman XF10F Jaguar

Linki zewnętrzne

• mgr inż. Jerzy Grzegorzewski: Rozwój naddźwiękowych samolotów myśliwskich (str. 61-65). Przegląd WLOP, 11/2003. [dostęp 2010-11-10]. (pol.).
• "Zmienna geometria skrzydła" w encyklopedii Onetu "Wiem". portalwiedzy.onet.pl. [zarchiwizowane z tego adresu (2016-03-04)]. (krótka definicja).
• Zmienna geometria skrzydeł w Tu-160
• Skrzydła o zmiennej geometrii w różnych samolotach (artykuły)