A repülőgépen keletkező felhajtóerőt – a törzs és a farokfelületek néhány százaléknyi felhajtóerejétől eltekintve – a szárny állítja elő. Igen kevés repülési helyzet kivételével a felhajtóerő vagy egyenlő a gép súlyával, vagy annál nagyobb (szélső esetekben 5–6-szorosa). Mai gépeket vizsgálva a felhajtóerő több ezer MN is lehet. Azt látjuk tehát, hogy gyakorlatilag a szárny hordja a gép súlyát vagy annak többszörösét.

 

 

A felhajtóerőn kívül a szárnyat más erők (légellenállás, kormányerők, tömegerők, koncentrált súlyerők) és különféle nyomatékok is terhelik. Az együttes hatás általában a szárny mentén megoszló terhelésként jelentkezik (kivéve a helyileg koncentrált súlyerőket mint például a szárnyra függesztett hajtómű terhelése) .

 

 

 

 

Szárny terhelései

 

A felhajtóerőt és a légellenállást a repülőgép körüli áramlás feltételei – elsősorban a szárny aerodinamikai kialakítása – határozzák meg. Fontos szerepet játszik ebben a szárnykeresztmetszet külső kontúrja az ún. aerodinamikai profil, annak legnagyobb vastagsága, legnagyobb íveltsége és a szárny alakja, alaprajzi felülete.

A szárny szerkezeti kialakításánál a fentiek alapján igen határozott feladat jelentkezik: a profil és a szárny terjedtség által meghatározott térfogatot egy szabadonhordó szárny esetében olyan méretű szerkezeti elemekkel kell kitölteni, melyek a szárny terhelés felvételét biztosítják.

 

Ezen az alapfeladaton kívül azonban biztosítania kell a szárnyszerkezetnek:

 

• kis szerkezeti súlyt,
• kielégítő merevséget,
• különféle gyártási követelményeket (cserélhetőség, szerelhetőség, olcsó technológia stb.).

 

A szerkezeti súly lehetőség szerinti csökkentésének korábbi módja a kis repülési sebességeknél széles körben alkalmazott huzalos, dúcos (nem szabadonhordó) szárny merevítés volt (néhány gépnél – főleg a dúcos merevítés – még ma is megtalálható).

 

A repülési sebesség növekedésével, a légellenállás feltétlen csökkentése érdekében a külső merevítéseket egyre inkább el kellett hagyni és általánossá vált a szabadonhordó - külső merevítés nélküli - szárnyszerkezet használata. A külső merevítések helyett belső szerkezeti merevséget kellett biztosítani. E feladatnak legjobban a héjszerkezet felelt meg és felel meg ma is. Ez korántsem jelenti, hogy ma a szárny belső szerkezeteként csak tiszta héjszerkezetet találhatunk. A vegyes építésmód igen elterjedt, ahol a szárny fő és segédtartók illetve teherviselő belső szekrények alkalmazásával veszi fel a terheléseket.

A szárny egy keresztmetszetét vizsgálva a profil belső szerkezeti kialakításának leghasználatosabb változatait a 6. ábra tünteti fel.

6. ábra Szárnyprofil belső szerkezetei

A 7. ábra egyfőtartós szárny vázlatos szerkezeti kialakítását mutatja be. Jól láthatók a terjedtség irányban meghatározott osztással elhelyezkedő bordák.

Kövessük a 6. és 7. ábrák segítségével a szárnyterhelés felvételének útját:

• A légerőkből származó megoszló erőrendszer a szárnyborítás elemi felületén keresztül hat a szárnyszerkezetre. A borítás a reá ható terhelést a vele kapcsolatban levő bordákra, főtartókra továbbítja. A főtartók terhelésüket végezetül – a rájuk erősített vasalás közvetítésével – a törzsszerkezetre adja át.
• A szárnyra ható terhelések a szárny szerkezeti elemein igénybevételeket: nyíróerőket, hajlító nyomatékot és csavaró nyomatékot ébresztenek. Ezen igénybevételek felvételében a szárny egyes elemei a különböző típusú szerkezeti kialakításnak megfelelően különbözően vesznek részt.

 

 

Egyfőtartós szárny szerkezete

 

A repülés kezdetén általánosan használt – ma már csak korlátozottan alkalmazott – vászon borítás szerepe pl. a terhelés felvételében csupán annyi volt, hogy azt a bordákra továbbította, ezzel szemben a mai korszerű kialakítású szárny teherhordó borítása a szárny legfontosabb teherviselő eleme.

 

A fent felsorolt igénybevételek felvételében az egyes szárnyszerkezeti elemek általában a következőképpen osztoznak:

 

• A nyíróerőket felveszik a főtartók, illetve a főtartókhoz hasonló kiképzésű és elhelyezésű segédtartók gerinclemezei, valamint a terjedtség irányú egyéb gerinclemezek.

 

• A hajlító nyomatékot teljes egészében – nagy részében – felveszik a főtartók (segédtartók) övei, illetve héjszerkezetek esetében a hosszmerevítők, és a hosszmerevítőkkel összekapcsolt borítólemez ún. együtthordó lemezszélességnyi része.

 

• A csavaró nyomaték felvételében legnagyobb szerepük azoknak az ún. rekeszes szerkezeteknek van, amelyek mint zárt, terjedtség irányú csőszerű szerkezetek a főtartók, illetve segédtartók gerinclemezeiből, valamint a közöttük ívelő teherhordó héjrészből állnak. Nem teherhordó héj esetén a bordák jelentősége is fokozódik, mert ez esetben az általuk összefogott főtartóknak mint együttdolgozó szerkezetnek kell a csavarást is felvenniük.

 

A szárny – felhajtóerőt előállító szerepén kívül – a gép mozgatásával és kormányzásával, fel- és leszállásával kapcsolatos szerepet is betölt. Ennek következtében a szárny egy igen erősen tagolt, sok különálló szerkezeti részt is magába foglaló nem minden esetben sima zárt felületű szerkezeti egység.

 

Egy légi közlekedési gép (Boeing 707) egyes szárnyszerkezeti részeit látjuk kiterített állapotban. Az ábrán látható kiterített szerkezeti részek elnevezéseit soroljuk fel:

 

 

Boening 707 szárnyszerkezeti elemei

 

1. – orrsegédszárny (végig a belépőél mentén), 2. – örvénykeltők, 3. – külső fékszárnyak, 4. – belső fékszárnyak, 5. – belső ívelőlapok, 6. – külső csűrőlapok, 7. – külső csűrőlapok rásegítő kormánylapjai, 8. – belső csűrőlapok, 9. – belső csűrőlapok rásegítő kormánylapjai, 10. – külső leválasztó (interceptor) lapok, 11. – belső leválasztó lapok

 

A 8. ábrán feltüntetett szerkezeti részeken kívül a szárnyban helyezkedik el a tüzelőanyag tartályok nagy része, a hajtómű gondolák bekötése, a futóműgondolák a behúzott főfutóművekkel, az egyes szerkezeti részek mozgató berendezései (villamos- és hidromotorok), rudazatok, cső és elektromos vezetékek tömege, a teljes szárnybelépőél jegesedést gátló fűtőrendszere stb. Kisebb gépeken az említett szerkezeti részek fokozatosan csökkenő számban találhatók.

 

A felsorolt szerkezeti részek közül némelyek (például a szárnyban elhelyezett tüzelőanyag-tartályok) szerepük következtében nem lehetnek teherviselő elemek. A fentiekben a szárny teherhordó szerkezeteként említett héjszerkezet ezeket a felsorolt szerkezeteket ugyan magában foglalja, biztosítja mozgásukat, felveszi súly- és tömegerő terhelésüket, de ezeknek a szerkezeti részeknek a teherviselésben nincs szerepük. Következésképpen a szárnyprofilon belül egyre kisebb a hely a megfelelő szárnymerevséget és szilárdságot biztosító teherviselő elemek számára.

 

A szárny merevség fontossága a repülési sebességek növekedésével egyre nagyobb lett, a szerkezeti súly korlátokat figyelembe véve a merevség csak ésszerű határig növelhető. Ez a határ – mint a merevség alsó értéke – az ún. aeroelasztikus jelenségekből adódik, mivel nem készíthetünk végtelen merev szerkezetet, így a légerőterhelések által létrehozott rugalmas deformáció mindig visszahat magára a légerőkre [17]. A visszahatás abból jön létre, hogy a deformáció a test áramlásban elfoglalt helyzetét (esetleg alakját is) megváltoztatja.

 

A visszahatás - kedvezőtlen esetekben - előidézheti a szárny kapcsolt rezgésének, a csűrőhatásosság csökkenésének fellépését, esetleg a szárny lecsavarodását. Ezért a számszerűen is meghatározható szerkezeti merevség betartása rendkívül fontos.

A nagysebességű repülőgépeken alkalmazott lamináris profilok igen kényesek a felület egyenetlenségeire és a lemezborítás gyártás közben bekövetkező horpadásaira. A kis százalékos vastagságú profil rendkívül kis tartómagasságot ad.

A követelményeknek az egy darabból készülő, merev, homogén felületű integrális panel szerkezetekkel lehet jobban eleget tenni.

 

A különféle módon – extrudálással, sajtolással, hengerléssel, forgácsolással – előállított integrális szerkezetek igen jó szárnyfelületet adnak és merevségük kielégítő.

A szárnyszerkezet terjedtség irányú tengelye gyakran eltér a törzs hossztengelyére merőleges iránytól, vagyis a szárny tengelye (ami lehet a súlyvonal, a szerkezet rugalmas vonala, de főképpen az aerodinamikai tengely) nem merőleges a gép szimmetria síkjára. Ez esetben a szárny nyilazott.

Nyilazott szárny

 

A nyilazás meghatározására leggyakrabban alkalmazott aerodinamikai tengely

szerkesztését is feltünteti. A ±l0°-nál kisebb nyilazási szög mind aerodinamikai, mind szerkezeti szempontból elhanyagolható.

 

A szokásos szárny nyilazásoknál természetesen ennél nagyobb szögekről van szó. A nyilazási szög értéke a gyakorlatban 30°–70° közötti és előfordul, hogy néhány szárnyformánál a szárny tengelye nem egy, hanem két vagy több egyenesből állítható csak össze.

 

A legegyszerűbb, egy egyenesből álló, nyilazott szárnytengely esetében vizsgáljuk meg az alapvető szerkezeti eltérést az egyenes szárnyhoz képest. A nyilazott szárnyat felépítő elemek (borítás, hosszmerevítők, tartók, bordák stb.) megegyeznek az egyenes szárnyéval. Különbség a szárnybordák irányában adódhat:

 

 

Szárnyborda kialakítások

 

a) esetben a bordák a szimmetria síkkal párhuzamos ún. aerodinamikai bordák. Előnye, hogy az aerodinamikai szempontból lényeges lamináris profil alakot a szárnyszerkezet jobban biztosítja.

b) esetben a megoldás a szárnyszerkezet szilárdsága és technológiája szempontjából jóval kedvezőbb.

 

További lényeges különbség adódik a 10. ábra alapján [17] a szárny bekötés kialakításából. A 10. ábra B–C bordájától a törzsig az A–B–C területen belül további bekötési, merevítési erősítésre van szükség, mert – ha a B–C szerkezeti bordánál befejezettnek képzeljük a szárnyat – akkor látható, hogy a B pontban a hátsórész közvetlenül a merev törzshöz csatlakozik, míg az első rész csak egy rugalmas A–C szakaszon keresztül.

 

Ebből következik, hogy az első tartórész viszonylag tehermentesítődik a hátsó rész rovására és az amúgy is gyengébb hátsó részt kell erősebbre méretezni, ami feltétlenül súlynövekedéshez vezet.

 

További szerkezeti nehézséget jelent a változtatható szárnygeometriájú repülőgépek szárny–törzs csatlakozásának és bekötésének megoldása.

A szerkezeti kialakítás elvi lehetőségét a 11. ábra tünteti fel. Lényege, hogy – a szárny nyilazási szögének s _min- s _max közötti változtatása során – az A-val jelzett csap körül elforduló félszárny B jelű támaszpontja a feketével rajzolt csúszóívben állandóan támaszkodik.

 

A mozgatást a repülési paraméterek függvényében vezérelt hidraulikus rendszer biztosítja.

 

 

Szárny bekötése

 

Érzékelhető, hogy a szárny terheléseit az A csapon és a B támaszon keresztül kell a törzs felé átadni. Amint az kitűnik az ábrából, a szárny nem a törzsben fordul el, hanem egy igen mereven kialakított szárnycsonkban.

 

A már érintett, felhajtóerőt növelő szárny szerkezeti részek – mint az orrsegédszárny, fékszárny – a szárny szerkezeti kialakításával megegyező módon, önálló szerkezeti egységekként készülnek és a szárnyhoz megfelelő konzolokkal és csapágyakkal, mozgató berendezésekkel csatlakoznak.

forrás