Klapy

Klapy – elementy mechanizacji skrzydła, umiejscowione zazwyczaj w tylnej części skrzydła statku powietrznego, pozwalające w razie potrzeby znacznie zwiększyć siłę nośną (nawet o 50–80%) oraz opór skrzydła. Wykorzystywane zwykle aby umożliwić lot z mniejszą prędkością, a także aby skrócić start i zmniejszyć prędkość podejścia do lądowania. Wysunięcie klap pozwala na zmniejszenie minimalnej prędkości statku powietrznego V_s. Efektem ubocznym stosowania klap jest zmniejszenie krytycznego kąta natarcia. Kąt wychylenia klap podczas startu samolotu wynosi przeciętnie ok. 15–20 stopni, a podczas lądowania ok. 30 stopni.

Na ilustracji zaznaczono klapy oraz sloty (skrzela) na lewym skrzydle Airbusa A310

Konfiguracja profilu skrzydła z wypuszczonymi klapami sprawia, że staje się on bardziej wysklepiony, co pozytywnie wpływa na zwiększenie współczynnika siły nośnej. Klapy tylne, podobnie jak sloty, umożliwiają lot z mniejszą prędkością, co pozwala skrócić start i podejście do lądowania. Przy pełnym wysunięciu klap tylnych można zaobserwować duży wzrost oporu aerodynamicznego.

Niewysunięcie klap podczas startu samolotu było przyczyną kilku tragicznych katastrof lotniczych m.in. linii Northwest Airlines w 1987 r. i linii Spanair w 2008 r.

Typy klap

Klapa zwykła – jej konstrukcja polega na zamocowaniu tylnej sekcji profilu skrzydła na zawiasie (zakres wychylenia klapy od 0° do 60°). Klapa składa się z panelu z zaokrągloną górną krawędzią natarcia, która wysuwana jest w dół. Efektywność klapy zwykłej jest mała, ponieważ strugi powietrza nie są w stanie przesuwać się wzdłuż odchylonej w dół powierzchni i następuje ich oderwanie. Dlatego klapy stosuje się głównie jako ster. Pierwszym samolotem wyposażonym w tego typu klapy był Fairey Hamble Baby (1916 r.) wyprodukowany przez Fairey Aviation Company.

North American T-6 z otwartymi klapami krokodylowymi

Klapa krokodylowa – została opatentowana w 1924 roku przez Orvilla Wrighta i Jamesa M.H. Jacobsa. Była powszechnie stosowana, zwłaszcza w samolotach wojskowych. Posiada zbliżoną konstrukcję do klapy zwykłej, lecz ruchoma część stanowi spód profilu. Jest również bardziej efektywna od klapy zwykłej (zakres wychylenia klapy to od 0° do 60°). Klapa krokodylowa powoduje większy przyrost siły oporu bez utraty siły nośnej, dzięki czemu może być używana jako hamulec aerodynamiczny. Jest to jedyny rodzaj klapy, który można zastosować także pod kadłubem, a mechanizm wysuwania klapy nie jest skomplikowany.

Junkersa – podobne do zwykłych, jednak umieszczone za krawędzią spływu.

Klapa Fowlera – nazwa klapy pochodzi od imienia wynalazcy Harlana D. Fowlera. Konstrukcja klapy Fowlera jest zbliżona do klapy krokodylowej. Różnica w konstrukcji polega na przesuwaniu się zawiasu umożliwiającego wychylenie się klapy Fowlera w kierunku krawędzi spływu, zwiększając tym samym powierzchnię skrzydła. Wysklepienie klapy zwiększa krzywiznę linii szkieletowej profilu, tym samym zwiększając współczynnik siły nośnej. W pozycji wysuniętej między noskiem klapy a profilem tworzy się szczelina, przez którą klapa jest zasilana dodatkowymi strugami powietrza. Odbywa się to podobnie jak w slotach. Klapy Fowlera są uważane za jedną z pierwszych nowoczesnych metod mechanizacji skrzydła. Pierwszy samolot wyposażony w tego typu mechanizację skrzydła to Lockheed L-14 (1937 rok).

Klapa szczelinowa – zasada działania klapy szczelinowej jest zbliżona do obowiązującej w klapie Fowlera. Klapa szczelinowa została zaprojektowana tak, aby zminimalizować odrywanie się strug powietrza na górnej powierzchni. Klapa w czasie otwierania obraca się w dół i jednocześnie przesuwa się do tyłu. Ruch klapy zatrzymuje się dopiero wówczas, gdy pomiędzy noskiem klapy a częścią nieruchomą skrzydła powstanie szczelina. Ze względu na różnicę ciśnień pomiędzy dolną a górną powierzchnią przekroju skrzydła następuje przepływ powietrza przez szczelinę. Powietrze dostarcza dodatkowej energii kinetycznej do warstwy przyściennej na górnej powierzchni klapy i w ten sposób powiększa się powierzchnia opływu laminarnego. Ponadto wysunięcie klapy zwiększa powierzchnię skrzydła.

Klapa z nadmuchem – dowolny typ klapy wyposażony w dodatkowy system nadmuchiwania zabezpieczający strumień powietrza przed oderwaniem od powierzchni klapy. Źródłem tej energii może być dodatkowy strumień powietrza ze sprężarki silnika turboodrzutowego lub gazy wylotowe. W przypadku zastosowania spalin wymaga zastosowania materiałów żaroodpornych w konstrukcji skrzydła.

Podział klap szczelinowych ze względu na liczbę posiadanych szczelin:

• jednoszczelinowa – jest to najprostsza pod względem budowy i mechanizacji klapa szczelinowa, wyposażona tylko w jeden panel. Maksymalne wychylenie klapy w dół to 30° – 35°. Obecnie nie stosuje się jej w żadnym samolocie pasażerskim, lecz znalazła zastosowanie jako klapolotka (z ang. flaperon) w samolotach wojskowych.

• dwuszczelinowa – jest to rozwinięcie klapy jednoszczelinowej, a dokładnie wyposażenie jej w dodatkowy panel. Klapa dwuszczelinowa charakteryzuje się konfiguracją posiadającą większy współczynnik siły nośnej. Ten rodzaj klapy jest cięższy od jednoszczelinowej i posiada bardziej skomplikowany mechanizm wypuszczania. Wychylenie klapy w pozycji do lądowania wynosi do 65°. Klapy dwuszczelinowe były stosowane w McDonnell Douglas DC-9/MD-80.

• trójszczelinowe – najbardziej rozbudowany typ klapy szczelinowej, wyposażony w trzy panele wychylne w dół do 80°. W znacznym stopniu zwiększają powierzchnię skrzydeł i krzywiznę linii szkieletowej profilu. Klapy trójszczelinowe posiadają bardzo skomplikowany i rozbudowany mechanizm wypuszczania, który musi wytrzymywać duże obciążenia aerodynamiczne. Klapy tego typu są stosowane między innymi w samolotach Boeing 737 i 747.

Klapa Kruegera – klapa przednia. Ten typ klapy jest obecnie stosowany w jednym z największych pasażerskich samolotów świata – Boeing 747. Posiada korzystniejszy kształt, który jest w stanie stworzyć znacznie lepszą krzywiznę linii szkieletowej, co wpływa na poprawę właściwości aerodynamicznych (w porównaniu do pozostałych klap Kruegera) i zwiększenie współczynnika siły nośnej C_z w porównaniu z wcześniej opisanymi. Panele klapy wykonane są z włókna szklanego, dzięki czemu element ten jest lżejszy, a siłowniki umożliwiające wypuszczenie klap mogą być słabsze. Tego typu klapy wyposażone są w skomplikowany mechanizm wypuszczania, dzięki czemu elementy składowe muszą być wykonane z dużą dokładnością.

Istnieją także klapy na krawędzi natarcia skrzydła (np. klapy manewrowe na samolocie F-16), natomiast na samolotach komunikacyjnych szeroko stosowane są tzw. sloty (skrzela).

Bibliografia

• Snorri Gudmundsson: General Aviation Aircraft Design: Applied Methods and Procedures. Waltham: 2014. (ang.).
• Peter K.C. Rudolph: High-Lift Systems on Commercial Subsonic Airliners. Seattle: NASA, 1996. (ang.).
• Ilustrowany leksykon lotniczy. Warszawa: Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, 1988. ISBN 83-206-0633-0. Brak numerów stron w książce
• Stanisław Szczesiński, Stanisław Adamczyk: Uzbrojenie. T. 2. Warszawa: Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, 1991, s. 31, seria: Ilustrowany leksykon lotniczy. ISBN 83-206-0958-5. OCLC 750102466.