Конденсация в области низкого давления над крылом Airbus A340 , проходящего через влажный воздух.Закрылки (зеленые) используются в различных конфигурациях для увеличения площади крыла и подъемной силы. В сочетании с интерцепторами (красные) закрылки максимизируют сопротивление и минимизируют подъемную силу во время пробега при посадке.
Проектирование и анализ крыльев самолетов является одним из основных приложений науки аэродинамики , которая является разделом механики жидкости . В принципе, свойства воздушного потока вокруг любого движущегося объекта могут быть найдены путем решения уравнений Навье-Стокса динамики жидкости . Однако, за исключением простых геометрий, эти уравнения, как известно, трудно решить, и используются более простые уравнения. [2]
Чтобы крыло создавало подъемную силу , оно должно быть ориентировано под соответствующим углом атаки . Когда это происходит, крыло отклоняет воздушный поток вниз, когда он проходит мимо крыла. Поскольку крыло оказывает силу на воздух, чтобы изменить его направление, воздух также должен оказывать равную и противоположную силу на крыло. [3] [4] [5] [6]
Форма поперечного сечения
Аэродинамический профиль ( американский английский ) или аэродинамический профиль ( британский английский ) — это форма крыла, лопасти ( пропеллера , ротора или турбины ) или паруса (как показано в поперечном сечении ). Крылья с асимметричным поперечным сечением являются нормой в дозвуковом полете . Крылья с симметричным поперечным сечением также могут создавать подъемную силу, используя положительный угол атаки для отклонения воздуха вниз. Симметричные аэродинамические профили имеют более высокую скорость сваливания , чем изогнутые аэродинамические профили той же площади крыла [7], но используются в пилотажных самолетах [8], поскольку они обеспечивают практические характеристики независимо от того, находится ли самолет в прямом или перевернутом положении. Другой пример — парусные лодки, где парус представляет собой тонкую мембрану без разницы в длине пути между одной и другой стороной. [9]
Для скоростей полета, близких к скорости звука ( трансзвуковой полет ), используются аэродинамические профили со сложной асимметричной формой, чтобы минимизировать резкое увеличение сопротивления, связанное с потоком воздуха, близким к скорости звука. [10] Такие аэродинамические профили, называемые сверхкритическими аэродинамическими профилями , плоские сверху и изогнутые снизу. [11]
Устройства задней кромки крыла, такие как закрылки или флапероны (комбинация закрылков и элеронов)
Винглеты для предотвращения образования вихрей на законцовках крыльев , увеличивающих сопротивление и уменьшающих подъемную силу
Двугранный , или положительный угол наклона крыла к горизонтали, увеличивает спиральную устойчивость вокруг оси крена, тогда как ксеноновый , или отрицательный угол наклона крыла к горизонтали, уменьшает спиральную устойчивость.
Крылья самолетов могут иметь различные устройства, такие как закрылки или предкрылки, которые пилот использует для изменения формы и площади поверхности крыла с целью изменения его эксплуатационных характеристик в полете.
Элероны (обычно около законцовок крыла) для вращения самолета по часовой стрелке или против часовой стрелки вокруг его продольной оси.
Интерцепторы на верхней поверхности, которые препятствуют подъемной силе и обеспечивают дополнительную тягу самолету, который только что приземлился, но все еще движется.
Генераторы вихрей уменьшают отрыв потока на низких скоростях и больших углах атаки, особенно над управляющими поверхностями. [12]
Крыльевые ограждения удерживают поток на крыле, предотвращая отрыв пограничного слоя от направления крена.
Складывающиеся крылья позволяют разместить больше самолетов в ограниченном пространстве ангарной палубы авианосца .
Обтекатели , конструкции, основная функция которых заключается в создании плавного контура и уменьшении сопротивления. Например, обтекатели направляющих закрылков
Суда на подводных крыльях , которые используют жесткие конструкции в форме крыла для подъема судна из воды, чтобы уменьшить сопротивление и увеличить скорость.
Муха -долгоножка , у которой задние крылья редуцированы до жужжальца в форме барабанных палочек .
Натяжные конструкции
В 1948 году Фрэнсис Рогалло изобрел похожее на воздушного змея растяжимое крыло, поддерживаемое надувными или жесткими стойками, что открыло новые возможности для самолетов. [18] Примерно в то же время Домина Жальбер изобрела гибкие беслонжеронные толстые крылья с аэродинамическим профилем. Эти две новые ветви крыльев с тех пор широко изучались и применялись в новых отраслях самолетов, особенно в изменении ландшафта личной любительской авиации. [19]
^ Холлидей, Дэвид; Резник, Роберт. Основы физики (3-е изд.). John Wiley & Sons . стр. 378. ...эффект крыла заключается в том, чтобы придать воздушному потоку нисходящую компоненту скорости. Сила реакции отклоненной массы воздуха должна затем воздействовать на крыло, чтобы придать ему равную и противоположную восходящую компоненту.
^ "Если тело имеет форму, перемещается или наклоняется таким образом, что это приводит к чистому отклонению или повороту потока, локальная скорость изменяется по величине, направлению или по обоим параметрам. Изменение скорости создает чистую силу на теле" "Подъемная сила от поворота потока". Исследовательский центр Гленна . Получено 29.06.2011 .
^ "Причиной аэродинамической подъемной силы является нисходящее ускорение воздуха аэродинамическим профилем..." Вельтнер, Клаус; Ингельман-Сундберг, Мартин. "Физика полета – обзор". Университет Гете во Франкфурте . Архивировано из оригинала 2011-07-19.
^ Laitone, EV (1997). «Испытания крыльев в аэродинамической трубе при числах Рейнольдса ниже 70 000». Experiments in Fluids . 23 (405): 405–409. doi :10.1007/s003480050128. S2CID 122755021.
^ "...рассмотрите парус, который представляет собой не что иное, как вертикальное крыло (создающее боковую силу для движения яхты). ...очевидно, что расстояние между точкой торможения и задней кромкой более или менее одинаково с обеих сторон. Это становится совершенно верным при отсутствии мачты — и очевидно, что наличие мачты не имеет никакого значения для создания подъемной силы. Таким образом, создание подъемной силы не требует разных расстояний вокруг верхней и нижней поверхностей ". Хольгер Бабински Как работают крылья? Физическое образование Ноябрь 2003 г., PDF
↑ Джон Д. Андерсон-младший. Введение в полет, 4-е изд., стр. 271.
^ "Сверхкритические крылья имеют плоский вид сверху "вверх ногами"". NASA Dryden Flight Research Center .
^ "Физика воздушного змея – аэродинамическая подъемная сила". RealWorldPhysicsProblems.com . real-world-physics-problems.com . Получено 28 января 2022 г. .
^ Лопес, Харм Фредерик Альтуизиус. "Физика вертолетов" (PDF) . ColoradoCollege.edu . Кафедра физики Колледжа Колорадо . Получено 28 января 2022 г. .
^ "Rocket aerodynamics". Sciencelearn.org.nz . Министерство бизнеса, инноваций и занятости правительства Новой Зеландии . Получено 28 января 2022 г. .
^ Zoechling, Moritz (20 января 2015 г.). «Аэродинамика гоночных автомобилей Формулы-1». APlusPhysics.com . A Plus Physics . Получено 28 января 2022 г. .
